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2.2 进水水质特征指标分析
2017年太湖流域污水处理厂年平均进水主要水质指标COD、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的统计结果与正态性检验分析如表2所示。表2同时获得了Kolmogorov-Smirnov统计量和Shapiro-Wilk统计量,一般情况下,当样本容量N<1 000时,使用Shapiro-Wilk检验的数值较为精准,当显著性水平Sig.(significance level)>0.05时,则认为指标服从正态分布。经过Shapiro-Wilk检验,发现NH3-N和TN 2项指标显著性水平>0.05,因此认为这2项指标服从正态分布,而COD、BOD5、SS和TP显著性水平<0.05,则认为这4项指标不服从正态分布,呈偏态分布。此外,COD、BOD5、SS和TP指标的偏度系数和峰度系数均大于0,由此可判断其指标数据分布均呈正偏态分布。
图1为太湖流域污水处理厂进水污染物的分布规律,通过对进水污染物累计百分比的50%以及80%范围值进行统计,以反映太湖流域污水处理厂进水污染物浓度的均值及典型代表值。由图1可以发现太湖流域地区污水处理厂进厂原水的COD浓度在59.31~804.51 mg/L范围内波动,50%的污水处理厂进水COD<228.09 mg/L,80%的污水处理厂进水COD<340.02 mg/L。进水BOD5在0~327.95 mg/L内波动,50%的污水处理厂进水BOD5<96.52 mg/L,80%的污水处理厂进水BOD5<129.35 mg/L。进水SS在14.49~456.9 mg/L内波动,50%的污水处理厂进水SS<120.96 mg/L,80%的污水处理厂进水SS<190.38 mg/L。进水NH3-N在4.74~37.86 mg/L内波动,50%的污水处理厂进水NH3-N<21.71 mg/L,80%的污水处理厂进水NH3-N<26.92 mg/L。进水TN在7.53~59.36 mg/L范围内波动,50%的污水处理厂进水TN<29.02 mg/L,80%的污水处理厂进水TN<35.41 mg/L。进水TP在0.37~8.72 mg/L内波动,50%的污水处理厂进水TP<2.79 mg/L,80%的污水处理厂进水TP<4.37 mg/L。
由以上进水分布数据可知,与天津市运行较好的24座污水处理厂进水污染物均值相比,太湖流域的污水处理厂进水COD、BOD5浓度普遍偏低,易造成污水处理厂进水碳源不足,无法为污水处理厂有效地提供碳源用于氮磷去除。这主要是由于太湖流域地区城市雨污分流不彻底,地下管网易渗漏以及地下水水位高等原因。因此太湖流域污水处理厂普遍需要额外投加碳源用于高效去除污水中的氮磷。
2.3 进水营养物质的比例关系
2.3.1 进水BOD5/COD特征分析
一般情况下评价城镇污水处理厂进水可生化性指标采用BOD5/COD,该指标体现了进水中可生物降解的有机物占总有机物量的比值,可通过BOD5/COD预测污水的可生物降解能力。当BOD5/COD<0.1时认为污水不适于进行生物处理;当0.2
2.3.2 进水SS/BOD5特征分析
SS/BOD5主要反映进水悬浮固体对污泥产率和污泥活性的影响。当进水SS/BOD5增高时,生物系统中活性污泥的活性则会降低,影响对污染物的去除效果。一般情况下,污水处理厂进水SS/BOD5>1.2,污水处理厂反硝化能力就会降低,这是因为过高的SS/BOD5导致反硝化阶段的碳源利用率低,碳源随着污水流入好氧池内被大量消耗,造成生物系统脱氮效果变差。由图2b可知,太湖流域污水处理厂的SS/BOD5的分布为0.13~7.14,均值为1.52,中间值1.33。有42.2%的污水处理厂SS/BOD5<1.2,36.3%的污水处理厂的SS/BOD5>1.5,仅有21.5%的污水处理厂SS/BOD5处于1.2~1.5的最适范围之内。结果表明,太湖流域大部分污水处理厂的进水易造成生物系统污泥的活性的降低,影响污水处理厂实现高效的脱氮除磷。
2.3.3 进水BOD5/TN特征分析
碳源是影响反硝化效果及其过程的重要限制因素之一,为保证反硝化菌在缺氧池内顺利进行反硝化作用,需在缺氧段提供足够的有机物促进生物脱氮过程。当进水BOD5/TN>2.86可实现硝酸盐完全的反硝化,一般BOD5/TN>4则认为进水碳源充足。从图2c可知,太湖流域污水处理厂BOD5/TN的均值在3.82,中间值为3.33,有33.8%的污水处理厂BOD5/TN>4,而43.14%的污水处理厂BOD5/TN<3,这表明太湖流域大部分的污水处理厂需要额外添加碳源以提高反硝化脱氮能力,保证总氮的达标排放。
2.3.4 进水BOD5/TP特征分析
生物除磷的效果由整个生物系统从基质中获得的能量和需要去除的磷总量的比值决定,通常采用BOD5/TP指标以评价生物除磷的可行性。一般污水处理厂中进水BOD5/TP>20则符合生物除磷要求,比值越大,才能保证聚磷菌对基质有足够的需求,增加除磷效果,而如果BOD5/TP过低,聚磷菌在厌氧池释磷时产生的能量不能用于很好的吸收和贮藏溶解性有机物,影响聚磷菌在好氧池的吸磷效果,从而使出水TP浓度升高。通过分析图2d,发现太湖流域污水处理厂的进水BOD5/TP的分布为0~190.05,均值为39.26,中间值31.02,其中有82.8%的污水处理厂进水BOD5/TP>20,因此太湖流域污水处理厂的进水在大多数情况下均可满足生物除磷的要求。
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