概率統(tǒng)計(jì)在污水處理廠擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

顧正亞

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院有限公司安徽合肥230041）

概率統(tǒng)計(jì)在污水處理廠擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

顧正亞

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院有限公司安徽合肥230041）

進(jìn)水水質(zhì)是污水處理廠工程設(shè)計(jì)的基本參數(shù),關(guān)系到污水處理廠處理工藝的選擇,進(jìn)而影響到整個(gè)工程的建設(shè)投資、占地面積和運(yùn)行費(fèi)用等。本文運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)安徽固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠一期工程414天進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)不同保證概率分別提出了的進(jìn)水水質(zhì)參考數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)意義上的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法提高到概率統(tǒng)計(jì)的高度，為二期工程擴(kuò)建提供更充分依據(jù)。

污水處理廠；水質(zhì)；概率統(tǒng)計(jì)

污水水質(zhì)特征是城市污水處理廠工藝設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，了解和掌握污水水質(zhì)特征對(duì)污水處理廠工藝選擇及升級(jí)改造優(yōu)化運(yùn)行，提高污水處理效果和降低運(yùn)行費(fèi)用具有重要意義。本文以安徽固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了進(jìn)廠原水水質(zhì)特征，主要包括水質(zhì)指標(biāo)BOD5、CODCr、SS、NH3-N、TN和TP的變化規(guī)律和概率統(tǒng)計(jì)分析，以及有機(jī)物、氮、磷和懸浮物之間的相關(guān)關(guān)系，以便為城市污水處理廠的工藝選擇、擴(kuò)建改造提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究對(duì)象

安徽固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠于2013年8月建成調(diào)試運(yùn)行，設(shè)計(jì)規(guī)模2.0×104m3/d，采用改良氧化溝和轉(zhuǎn)盤(pán)濾池深度處理工藝，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。本文收集2014年4月1日～2015年5月19日進(jìn)水量運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2　研究方法

進(jìn)水水質(zhì)的變化規(guī)劃可以看作一種概率事件，將實(shí)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)分別按水質(zhì)類別由小到大排列，并統(tǒng)計(jì)其達(dá)到各實(shí)測(cè)數(shù)值的累積個(gè)數(shù)，按P=n/(Nmax+1)計(jì)算小于等于某一濃度出現(xiàn)的頻率(Nmax為實(shí)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值的總計(jì)個(gè)數(shù)，n為某一濃度值的累積個(gè)數(shù))。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)概率統(tǒng)計(jì)分析，提出較為合理值作為污水廠設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3　結(jié)果與討論

3.1進(jìn)水水質(zhì)分布特性分析

由于缺乏實(shí)際運(yùn)行的水質(zhì)資料，對(duì)水質(zhì)濃度的上升幅度預(yù)期出現(xiàn)偏差或設(shè)計(jì)富裕度過(guò)大，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水質(zhì)，造成構(gòu)筑物容量過(guò)大、設(shè)備閑置或運(yùn)行工況點(diǎn)低效率。另外設(shè)計(jì)水質(zhì)失真，也影響了處理效果，尤其是對(duì)氨氮和總氮的處理。

鑒于安徽固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠已運(yùn)行一年以上，有一定的水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，本問(wèn)將依托現(xiàn)有實(shí)際水質(zhì)，結(jié)合開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展方向，綜合確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。

表1　進(jìn)水水質(zhì)分布表單位：mg/L

從上表可以看出，污水廠進(jìn)水中CODCr、SS濃度偏高；BOD5、氨氮和總氮為中濃度，總磷屬低濃度。

根據(jù)污水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，通過(guò)分析，得出不同保證概率下的水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)下表。對(duì)污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)，通常采用的保證概率為85%～90%，即1年僅有15%～10%天數(shù)進(jìn)水水質(zhì)會(huì)超過(guò)此值。

表2　不同保證概率下的進(jìn)水指標(biāo)

圖1　BOD5濃度變化趨勢(shì)圖

2　SS濃度變化趨勢(shì)圖

圖3　CODCr濃度變化趨勢(shì)圖

圖4　NH3-N濃度變化趨勢(shì)圖

圖5　TN濃度變化趨勢(shì)圖

圖6　TP濃度變化趨勢(shì)圖

本文分析各指標(biāo)的變化趨勢(shì)，可知近年來(lái)水質(zhì)指標(biāo)中的BOD5、SS、NH3-N、TN有升高趨勢(shì)，CODCr有降低趨勢(shì)，TP較恒定；CODCr、SS有突變現(xiàn)象（即存在水質(zhì)沖擊負(fù)荷）；CODCr的峰值變化相對(duì)較大，其他指標(biāo)較小。

從水質(zhì)來(lái)看，城市污水中氨氮、總氮、SS、TP基本屬于典型的城市生活污水范疇，說(shuō)明目前納污范圍內(nèi)產(chǎn)生高濃度含氮、含磷廢水的工業(yè)企業(yè)不多，且隨著環(huán)保部門將加大對(duì)現(xiàn)有工業(yè)廢水的執(zhí)法力度，CODCr、SS在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上還有所降低。

綜合上述分析，結(jié)合處理廠規(guī)模對(duì)環(huán)境的影響，進(jìn)水水質(zhì)中有機(jī)物、懸浮固體按85%保證率采用，氨氮、總氮、總磷按90%保證率采用時(shí)，具體水質(zhì)見(jiàn)表3。

表3　按照保證率確定的進(jìn)水水質(zhì)

3.2進(jìn)水基質(zhì)特性分析

根據(jù)各污染物要求的去除率、污水可生化性、BOD5／TN、BOD5／TP，對(duì)各污染物去除難易進(jìn)行判定，以利于后續(xù)工藝選擇和優(yōu)化。

表4　工程進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)

表5　工程設(shè)計(jì)進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物比值

3.2.1BOD5/CODCr比值

污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最簡(jiǎn)便易行和最常用的方法。一般認(rèn)為BOD5/CODCr>0.45可生化性較好，BOD5/CODCr>0.3可生化，BOD5/CODCr<0.3較難生化，BOD5/CODCr<0.25不易生化。

按設(shè)計(jì)水質(zhì)和保證概率水質(zhì)。本工程BOD5/CODCr值分別為0.4和0.42，表明開(kāi)發(fā)區(qū)污水可以采用生化處理工藝，但可生化性一般，建議采用水解酸化等提高可生化性的措施。

實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)中，日均值BOD5/CODCr在0.21～0.49間，變化較大，其中BOD5/CODCr小于0.4的概率32%，說(shuō)明有約1/3的時(shí)間進(jìn)水水質(zhì)的可生化性一般或較差，在工程設(shè)計(jì)中需要水解酸化等提高BOD5/CODCr措施及較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。

3.2.2BOD5/TP比值

該指標(biāo)是鑒別能否生物除磷的主要指標(biāo)。進(jìn)水中的BOD5是作為營(yíng)養(yǎng)物供除磷菌活動(dòng)的基質(zhì)，故BOD5／TP是衡量能否達(dá)到除磷的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為該值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明顯。

分析本工程進(jìn)水水質(zhì)，BOD5／TP=50，可以采用生物除磷工藝，進(jìn)水TP較高（為4.0mg/L），必要時(shí)須采用化學(xué)除磷措施。

圖7　BOD5/CODCr頻率分析圖

圖8　BOD5/TP頻率分析圖

3.2.3BOD5/TN（即C/N）比值

C/N比值是判別能否有效脫氮的重要指標(biāo)。從理論上講，C/N≥2.86就能進(jìn)行脫氮，規(guī)范要求，C/N≥4.0才能進(jìn)行有效脫氮。

按設(shè)計(jì)水質(zhì)和保證概率水質(zhì)，本工程進(jìn)水水質(zhì)C/N分別為5.0和7.5，滿足生物脫氮要求，但設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，考慮冬季實(shí)際C/N較低情況下的采取積極應(yīng)對(duì)措施。

根據(jù)上述各表中反映出的進(jìn)水有機(jī)物與總氮之比指標(biāo)（BOD5／TN及BOD5／RTN），其值大于4.0的概率為100%。

綜上所述、安徽固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠現(xiàn)狀污水可以滿足生物脫氮的條件。

圖9　BOD5/TN頻率分析圖

圖10　BOD5/RTN頻率分析圖

4　結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的知識(shí)分析污水廠進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)分析的角度，提出進(jìn)水水質(zhì)的論證方法，并分析基質(zhì)特性，為進(jìn)一步選擇工藝提供參考。（1）建議安徽固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)中有機(jī)物、懸浮固體按85%保證率采用，氨氮、總氮、總磷按90%保證率采用。（2）本工程BOD5/CODCr值分別為0.4和0.42，表明開(kāi)發(fā)區(qū)污水生化性一般，建議采用水解酸化等提高可生化性的措施。（3）污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)在采用水解酸化等提升可生化性措施的前提下，具備脫氮除磷的條件。

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顧正亞(1979—)，男，高級(jí)工程師，從事市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。