基于水质水量的城镇污水处理厂工艺运行稳定性研究-论文 5页

环境污染与防治第37卷第7期2015年7月基于水质水量的城镇污水处理厂工艺运行稳定性研究*杨敏谷声文。吴鹏何京莲李卫(1．西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都611756；2．四川省循环经济促进会，四川1成都610041)摘要采用四川省2座位于不同排水服务区域的城镇污水处理厂的样本数据，统计分析了日处理水量，COD、TN、TP浓度及负荷和C／N、c／p等统计量的累积频率分布规律，并分析了各统计量的分布特征对工艺运行稳定性的影响。结果表明，污水处理厂A进水污染物负荷的累积频率分布范围较大，其采用的周期循环活性污泥(CASS)工艺基本能适应进水水质的随机变化，但因存在碳源随机性不足情况，可能导致其脱氮稳定性降低；污水处理厂B进水污染物负荷的累积频率分布范围较小，虽然其采用的厌氧一缺氧一好氧(A／O)工艺的调控能力较低，但也基本能适应其服务区域内进水水质的随机变化；2座污水处理厂的日处理水量累积频率分布与污染物浓度及负荷的累积频率分布之间均存在显著的差异，日处理水量的累积频率分布比较集中，而污染物浓度及负荷的累积频率分布的离散范围较大，这也潜在威胁到工艺运行的稳定性。总体来看，2座污水处理厂的处理工艺选择恰当，均能较好适应其服务区域的进水水质和水量的要求。关键词统计量负荷样本正态分布稳定性DOI：10．15985／j．cnki．1001-3865．2O15．07．009AnalysisoftheoperationstabilityofprocessesinwastewatertreatmentplantsbasedonstatisticaldistributionattributesofinfluentqualityandquantityYANGMin，GUShengwen，w己，Peng，HEJinglian，LIWei．(1．SchoolofGeo—sciencesandEnvironmentalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，ChengduSichuan611756；2．SichuanCouncilfortheProtectionofRecurrentEconomy，ChengduSichuan610041)Abstract：WithsampledataoftWOwastewatertreatmentplants(WWTPs)indifferentdrainageserviceareasofSichuanProvince，thecumulativefrequencydistributionrulesofdailyinfluentquantity，concentrationsandloadingsofCOD，TN，TP，C／N，C／Pwereanalyzed，aswellastheinfluenceofeachstatisticdistributioncharacteristics0ntheprocessoperationstability．Theresultsshowedthatcumulativefrequencydistributionscopeofinfluentpollutantload—ingsinWWTPAwaswider．anditsCyclicActivatedSludgeSystem(CASS)couldadapttotherandomvariationsofinfluentquality．However，duetOtheshortageofcarbonsourceofinfluent，itsdenitrificationstabilitywaslikelytObelower．ThecumulativefrequencydistributionscopeofinfluentpollutantloadingsinWWTPBwasnarrow．theopera—tionabilityofitsprocessAnaerobic—Anoxic—Oxic(A／O)waslower，butitwasstilladapttOrandomvariationofin—fluentqualityofservicearea．ThedifferencesofcumulativefrequencybetweendailyinfluentquantityandpollutantconcentrationsaswellasloadingswerenotableintwoWWTPs．Thecumulativefrequencydistributionofdailyinflu—entquantitywasnarrow，whilethedistributionscopeofpollutantconcentrationsaswellasloadingswerewider．Thatcouldimperilthestabilityofprocessoperationpotentially．Overall，theprocessesoperatingintwoWWTPswereap—propriate，whichcouldwelladapttOthevariationofinfluentqualityandquantitiesineachservicearea．Keywords：statistics；loadings；sample；normaldistribution；stability城镇污水处理厂的污水来源及水质成分复杂，的不同排水区域，污水的水质、水量的随机变化均有水质和水量的变化受当地居民生活习性、气候特征、其固有的正态分布特征，这直接影响到污水处理工经济发展水平以及污水管网建设的完善程度等影艺的运行效率及稳定性。响l_】。对于污水管网建设完善、污水来源构成基本本研究以已建成的、处理规模相近的处于四川I稳定的城镇污水处理厂，进水水量和COD、TN、TP省不同排水服务区域的2座城镇污水处理厂为研究等污染物浓度的变化一般处于平稳随机状态，其累对象，统计分析其进水水质和水量的分布规律，并探积频率往往呈正态分布[3]。在不同地区或同一地区讨其对污水处理工艺运行稳定性的影响。第一作者：杨敏，男，1963年生，硕士，副教授，研究方向为水污染控制理论。*四川省环境保护科技计划项目(No．2012HB006)。·46·\n杨敏等基于水质水量的城镇污水处理厂工艺运行稳定性研究为便于统计分析对比，以设计值作为特征量，将1研究方法以上9个统计量的样本值无量纲化(见式(1))。各1．1污水处理厂概况统计量的无量纲值的累积频率分布服从正态分布。污水处理厂A建于2003年，设计处理规模5万x，_㈩m。／d，服务人口约20万人。采用周期循环活性污泥(CASS)工艺，设计出水水质达到《城镇污水处理式中：X’为统计量的无量纲值；X为统计量的实测厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B标值；X。为统计量的设计值。各变量单位根据实际计准。其服务排水区域为旧城区，区域内雨污管网建算确定。设较完善，为不完全合流制。该污水处理厂的污水2统计结果分析来源复杂，其中公共建筑、餐饮娱乐以及小型企业等排放的污水量占比较大。目前，该污水处理厂的工采用2座污水处理厂连续3～4个月的统计量艺运行正常，出水水质基本达标。实测值作为样本，并按式(1)进行无量纲化。各统计污水处理厂B建于2007年，设计处理规模7万量无量纲值的累积频率分布与正态分布的符合情况m。／d，服务人口约30万人。采用厌氧一缺氧一好分别见图1和图2。由图1和图2可见，2座污水处氧(A／o)工艺，设计出水水质达到GB18918—理厂样本的9个统计量分布与正态分布曲线均符合2002的一级A标准。其服务区域为新建城区，区域良好，服从一般城镇污水处理厂进水水质和水量的雨、污管网建设完善，为完全分流制。该污水处理厂统计分布规律。表2和表3还列出了各统计量的平的污水来源构成较简单，主要为居民生活污水，公共均值和标准差。建筑及企业等排放的污水量占比较小。目前，该污从表2和表3可知，2座污水处理厂的C／N无水处理厂的工艺也运行正常，出水水质基本达标。量纲后的平均值均小于0．7，远低于设计值，出现脱2座污水处理厂的设计进水水质见表1。氮所需碳源不足情况的概率较大。除无量纲后的表12座污水处理厂的设计进水水质TP、G平均值偏低外，污水处理厂A的无量纲后Table1DesigninfluentqualityoftwoWWTPs的Q、COD、TN、Goo、G平均值均接近或等于1，mg／L可见进水的实际污染物负荷接近于设计值。污水处项目CODBOD5TNTPSS污水处理厂A300150355180理厂B无量纲后Q的平均值仅为0．74，相对于设计污水处理厂B250150324130值明显偏低，无量纲后的COD、TN、TP、G。。、G、1．2统计量选取G平均值均接近或等于1，可见进水的实际污染物选取的统计量有日处理水量(Q)和进水COD、负荷接近于设计值。TN、TP浓度；为合理反映进水水质的随机变化对污虽然2座污水处理厂的日处理水量或污染物负水处理工艺运行的影响，同时选取进水COD、TN、荷基本在合理范围内，但两者各统计量的累积频率TP的日输入负荷(Goo、G．r、G)，以及C／N(质量分布特征差异却较大：污水处理厂A的污水大部分比，下同)、C／P(质量比，下同)为统计量]。来源于旧城区的不完全分流制管网，且来源构成较l00l008080逞60暹60斛斛率404020200000．51．01．52．02501．02．03．04．05．0XX(a)Q、COD、TN、TP(b)Gc0GrGr”C／N、C／P图1污水处理厂A的9个统计量分布与正态分布曲线的符合情况Fig．1ConformitysituationofcumulativefrequencydistributionofninestatisticsinWWTPA·47·\n环境污染与防治第37卷第7期2015年7月l001008080透60逞60疑40晕柏2O2O0Oo51．o152oo1．o2．o3．04．o5．0XX、(a)Q、COD、TN、TP(b)GrocrcrC／N、C／P图2污水处理厂B的9个统计量分布与正态分布曲线的符合情况Fig．2ConformitysituationofcumulativefrequencydistributionofninestatisticsinWWTPB表2污水处理厂A各统计量无量纲化后的平均值和标准差Table2AverageandstandarddeviationofdimensionlessvalueofstatisticsinWWTPA≤7O0．8237．7043．4407．386O．6660．667O～12O90．9840．1631．9791．8O74．5939．3433．61>1208．2022．1324．598．2018．0305．74复杂，表现为各统计量的样本标准差较大，样本的离120，其中TN和TP的负荷下限可适当低些。表散范围大，对污水处理工艺的调控能力要求较高；污4和表5分别列出了2座污水处理厂各统计量分布水处理厂B的服务区域为新建城区，进水主要为居在≤7O、7O～120、>120设计区间的累积民生活污水，来源构成相对简单，污水管网为完全分频率。流制，在统计上表现为各统计量的样本标准差相对由表4和表5可见，污水处理厂B的G累积较小，累积频率的分布范围较小，日处理水量和污染频率主要分布在7O～120设计区间，污水处理物浓度及负荷等的分布相对集中，对污水处理工艺厂A的G累积频率则主要分布在≤70设计区的调控能力要求相对较低。间。2座污水处理厂的Q、TN、G均在7O～120设计区间分布的累积频率较高，而相对来说，3工艺运行稳定性分析G。。在该设计区间分布的累积频率有所偏低，可见根据城镇污水处理厂的一般运行经验和本研究G。。分布的离散范围较大，与G、G的累积频率的2座污水处理厂的实际情况，保持污水处理工艺分布存在较大差异，不利于污水处理工艺脱氮除磷高效、稳定运行的允许负荷应在设计的70～性能的发挥。·48·\n杨敏等基于水质水量的城镇污水处理厂工艺运行稳定性研究一般情况下，在短时间内，污水处理工艺系统均情况发生1次，但其超负荷出现的频率达到具有一定的适应进水水量、水质连续超负荷变化的100．0，可见脱氮过程中碳源不足的发生概率很能力。虽然2座污水处理厂均存在一定的进水污染高，在工艺运行中应对此作常态化调控。在实际操物超负荷情况，但实际处理出水水质却基本达标，很作中，可采用连续补充碳源的方式，以保证脱氮效果少出现超标。的稳定性。根据2座污水处理厂的实际运行情况，并结合污水处理厂B进水G什未出现连续5d超过设计城镇污水处理厂的运行管理经验，取连续超负荷运的120的情况，但C／P连续5d低于设计的70％的行5d作为最小时段，考察污水处理工艺运行的稳情况发生过1次，超负荷出现的频率为6．1％，即随机定性。表6列出了研究期间2座污水处理厂进水的性较强。考虑到A／O工艺的除磷调控能力偏低，碳Gcoo、GTN、GTP连续5d超过设计的120和c／N、源的随机性不足可能会影响到工艺的除磷稳定性。C／P连续5d不超过设计的7O的次数。从实际运行情况看，污水处理厂B出水TP浓度偶尔表6进水污染物连续5d超负荷的次数会有较大幅度的波动。污水处理厂A虽然在研究期Table6Continuos5dovedoadtimesofiIuentpollutants间进水GTP存在超过允许设计范围的情况，但累积频率较低，且未出现过G"和c／p连续5d超过允许设污水处理厂B30011计范围的事件，除磷稳定性较高，在实际运行中也未再根据样本值，统计得到COD、TN、TP连续5出现过出水TP浓度超标现象。d超负荷出现的频率，结果见表7。综上可见，2座污水处理厂的处理工艺选择恰表7进水污染物连续5d超负荷的出现频率当，均能较好适应其服务区域的进水水质和水量的Table7Frequencyofcontinuos5doverloadof要求。influentpollutants项目GCODGTNGTpC／NC／P4结论污水处理厂A15．20018．50污水处理厂B21．100100．06．1(1)污水处理厂A进水污染物负荷的累积频率从表6和表7的统计数据可看出，2座污水处分布范围较大，其采用的具有较强调控能力的理厂均出现Gcoo连续5d超过设计的120运行的CASS工艺基本能适应进水水质的随机变化，但因情况，且连续5d超负荷出现的频率较高，进水存在碳源随机性不足，可能导致其脱氮稳定性降低。COD连续超负荷对工艺除碳性能的稳定性影响较(2)污水处理厂B进水污染物负荷的累积频率大。但从实际运行情况来看，2座污水处理厂出水分布范围较小，虽然其采用的A／o工艺的调控能力C0D浓度基本达标，表明这2座污水处理厂进水较低，但基本能适应其服务区域进水水质的随机变Gcoo的统计分布特征对工艺的除碳性能影响基本化，同时也存在因碳源随机性不足而导致工艺除磷处于可控范围。污水处理厂A进水G。。的累积频稳定性降低的情况。率分布范围较大，对工艺的除碳性能调控要求较高，(3)2座污水处理厂的日处理水量累积频率分而其采用的CASS工艺具有较强的适应能力，完全布与污染物浓度及负荷的累积频率分布之间均存在可达到除碳目标；污水处理厂B进水Go。的累积频显著的差异。日处理水量的累积频率分布比较集率分布范围相对较小，其采用的调控能力较低的中，且主要分布在允许的设计范围内，而COD等污A。／o污水处理工艺能基本满足除碳目标。染物的浓度及负荷的累积频率分布的离散范围较结合上述分析可知，虽然污水处理厂A进水大，这也潜在威胁到工艺运行的稳定性。总体来看，G累积频率的分布范围较小，且TN浓度未出现2座污水处理厂的处理工艺选择恰当，均能较好适连续5d超过设计的120的情况，但在研究期间出应其服务区域的进水水质和水量的要求。现了进水C／N连续5d低于设计的709／6的情况，其参考文献：超负荷出现的频率为18．5，可见碳源随机性不足可能对工艺的脱氮稳定性构成潜在影响。从实际运[1]张日霞，王社平，张兴兴．城市污水处理厂进水量变化系数与栅渣量调查分析[J]．给水排水，2009，35(1)：41—43．行情况看，虽然CASS工艺具有较高的脱氮调控能[2]鞠兴华，王社平，彭党聪．城市污水处理厂设计进水水质的确定力，但偶尔仍有出水TN浓度超标的现象发生。污方法口]．中国给水排水，2007，23(14)：48—51．水处理厂B进水C／N连续5d低于设计的7O的(下转第54页)·49·\n环境污染与防治第37卷第7期2015年7月2O7．潜在的危害，故认为43dB为使人体心电状态不受r1O]MOHAMMADIROOZBAHANIM，NASSIRIP，JAFARI影响的道路交通噪声安全阈值。SHALK0UHIP．Riskassessmentofworkersexposedtonoisepollutioninatextileplant[J]．InternationalJournalof3讨论与结语EnvironmentScienceandTechnology，2009，6(4)：591—596．[11]JAKOVLJEVIB，BELOJEVICG，PAUNOVICK，eta1．Road(1)基于噪声剂量与人体烦恼度关系的评价方trafficnoiseandsleepdisturbancesinurbanpopulation：法建立噪声安全阈值需要大量的样本数据，而我国cross—sectionalstudy[J]．CroatianMedicalJournal，2006，47(1)：125—133．当前尚未开展过大规模的噪声调查，噪声标准也参厂12]MARITAASVANGG，0VERLANDB，URSINR，eta1．A照国际惯例制定，其安全阈值在我国的适用性值得fieldstudyofeffectsofroadtrafficandrailwaynoiseonpoly—somnographicsleepparameters[J]．JournaloftheAcoustical商榷。SocietyofAmerica，2001，129(6)：3716—3726．(2)医学界研究噪声对人体的影响多建立在噪[13]BABISCHW．Trafficnoiseandcardiovasculardisease：epide—声与已产生疾病间的关系上，而本研究从噪声对人miologicalreviewandsynthesis[J]．NoiseHealth，2000，2(8)：9—32．体心电的短期影响人手，依据统计学、时间序列相关r14]BABISCHW．Stresshormonesintheresearchoncardiovascu—理论及SPSS等统计软件，对人体心电数据进行了lareffectsofnoise[J]．NoiseHealth，2003，5(18)：1-11．r15]WHOEuropeanCenterforEnvironmentandHeahh，Bonn深人分析，挖掘并获得道路交通噪声对人体心电状Office．Reportonthethirdmeetingonnightnoiseguidelines态潜在的影响规律，并得出了道路交通噪声安全rR]．Lisbon：WHOEuropeanCenterforEnvironmentand阈值。Health，2005．厂16]GRAHAMJMA，JANSSENSA，VOSH，etaI．Habitua1(3)该方法既能弥补噪声暴露剂量一反应评价trafficnoiseathomereducescardiacparasympathetictone法的主观不确定性，又能在人体未产生病理现象前duringsleep[J]．InternationalJournalofPsychophysi0l0gy，确定道路交通噪声安全阈值，具有一定的超前性和2009，72(2)：179—186．r17]cARTERN，HENDERSONR，LAIS，eta1．Cardiovascular先进性。andautonomicresponsetoenvironmentalnoiseduringsleepinnightshiftworkers[J]．Sleep，2002，25(4)：457—464．参考文献：[18]莫秋云，李云彬．噪声对人体心率变异的影响[J]．北京林业大学学报，2007，29(4)：59—62．[1]officeoftheScientificAssistantOfficeofNoiseAbatementr19]BASNERM，GLATZC，GRIEFAHNB，eta1．Aircraftnoise：andControlUS．Environmentalprotectionagency[R]．Florida：effectsonmacro—andmicrostruetureofsleep[J]．SleepMedi—NationalAssociationofNoiseContro10fficials．1979．cine，2008，9：382—387．[2]MEAGHERHA．WATKINSD．Communityresponsetonoise[203BASNERM，SAMELA．EffectsofnocturnalaircraftnoiseoninAustralia：resultsofthe1986nationalnoisesurvey[R]．sleepstructure[J]．Somnologie，2005，9(2)：84—95．Toowoomba：NationalInstituteofPublicHeahh，1986．r21]GRIEFAHNB，MARKSA，ROBENSS．Noiseemittedfrom[3]ZANNINPHT，CALIXT0A，DINIZFB，eta1．AsurveyofurbannoiseannoyanceinalargeBraziliancity：theimportanceroad，railandairtrafficandtheireffectsonsleep[J]．SoundVibration，2006，295(1／2)：129—14O．ofasubjectiveanalysisinconjunctionwithanobjectiveanaly—[22]王燕．应用时间序列分析[M]．北京：中国人民大学出版社，sis[J]．EnvironmentalImpactAssessmentReview，2003，232008．(8)：245-255．[41FLETCHERH．BEYERAH，DUELAB．“Noisemeasure—[23]薛毅，陈立萍．统计建模与R软件[M]．北京：清华大学出版ment”incitynoise[R]．NewYork：DepartmentofHealth，社，2007．1930．[24]周剑平．Origin实用教程(7．5版)[M]．西安：西安交通大学出[5]SCHULTZTJ．Synthesisofsocialsurveysonnoiseannoyance版社，2007．[25]马庆国．应用统计学：数理统计方法、数据获取与SPSS应用[J]．JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica，1978，64(2)：377—405．[M]．北京：科学出版社，2005．[6]HENRYJP，STEPHENSPM．Stress，health，andthesocialenvironment：asociobiologicapproachtomedicine[M]．New编辑；卜岩枫(收稿日期：2014—12—23)York：Springer—Verlag，1977．[7]BABISCHW．Transportationnoiseandcar出0vascularrisk：re—(上接第49页)viewandsynthesisofepidemiologicalstudies[R]．Berlin：Fed—[3]周克钊，周敉．城市污水处理厂设计进水质确定和出水水质评eralEnvironmenta1Agency。2006．价[J]．给水排水，2006，32(9)：26—30．[8]STANSFELDSA，BERGLUNDB，CLARKC，eta1．Aircraft[4]孙迎雪，吴光学，胡洪营，等．昆明市污水处理厂进水水质特性androadtrafficnoiseandchildren’scognitionandhealth：a分析[J]．环境科学与技术，2013，36(7)：147—152．cross—nationalstudy，Lancet[J]．TheLancet，2005，365(4)：[5]张健君，吕英俊，刘章顺，等．某污水处理厂运行进水水量和水1942—1949．[9]STANSFELDSA，CLARKC，CAMERoNRM，eta1．Aircraft质的初步统计和分析[J]．水工业市场，2009(11)：58—62．androadtrafficnoiseexposureandchildren’smentalhealth[J]．JournalofEnvironmentalPsychology，2009，29(3)：203一编辑：卜岩枫(收稿日期：2014—12—29)·54·