現階段，汙水處理系統能耗較大、運行費用偏高,汙水處理的建設及後續提標改造工程往往都忽略進水水質構成及其變化，導致後期工藝運行調整難、運行能耗高，影響出水穩定達標。選取全國127座城市汙水處理廠，系統分析了其進水水質特徵以及有機物、氮、磷和懸浮物之間的概率分佈和相關關係。
1 基本背景
截至2016年9月底，全國累計建成汙水處理廠3 976座，汙水處理能力達1.7億m3/d。然而汙水處理系統的能耗較大、運行費用偏高,現階段汙水處理的建設及後續提標改造工程往往都忽略進水水質構成及其變化，導致後期工藝運行調整難、運行能耗高，影響出水穩定達標。因此，對城市汙水處理廠進水特徵進行系統分析，有利於選擇合理的工藝、優化設計，具有非常重要的現實意義。
2 樣本選擇
選取全國19個省市自治區127座汙水處理廠為研究對象，其中山東19座，廣東15座，湖南8座，湖北1座，河南4座，遼寧9座，陝西3座，北京2座，海南2座，河北6座，甘肅1座，四川9座，黑龍江2座，雲南13座，浙江4座，江蘇23座，福建1座，廣西2座，貴州3座。
3 結果與討論
3.1進出水水質基本指標分析
本研究共涉及127座汙水處理廠，平均進水COD 219.97 mg/L, BOD5 81.64 mg/L，SS 148.54 mg/L, TN為30.36 mg/L，NH3-N為22.83 mg/L，TP 3.7 mg/L，出水濃度均低於一級A標準，其中SS去除率最高，TN去除率最低，僅為59.92%。BOD5/COD平均值為0.36，BOD5/TN平均值為2.66，詳見表1。
3.2進水水質指標特徵分析
分析圖1可以發現進水COD波動範圍在21.40~896.64 mg/L，50%的汙水處理廠進水COD＜195 mg/L，80%的汙水處理廠進水COD＜282 mg/L。進水BOD5波動範圍在6.1~273.98 mg/L，50%的汙水處理廠進水BOD5＜72.1 mg/L，80%的汙水處理廠BOD5＜105 mg/L。進水SS範圍在13.8~748.9 mg/L，50%的汙水處理廠進水SS＜123.5 mg/L, 80%的汙水處理廠進水SS＜210.82 mg/L，進水TN在5.3~119.45 mg/L, 其中50%的汙水處理廠進水TN＜29.7 mg/L，80%的汙水處理廠進水TN＜36.36 mg/L。樣本汙水處理廠進水NH3-N範圍為2.6~168 mg/L，其中50%的汙水處理廠進水NH3-N＜20.5 mg/L，80%的汙水廠進水NH3-N小於27.63 mg/L。而進水TP範圍0.32~36.52 mg/L，50%的汙水處理廠進水TP＜2.7 mg/L，80%汙水處理廠進水TP＜3.3 mg/L。
以上數據表明，汙水處理廠進水COD、BOD5濃度普遍偏低，雨汙分流不徹底造成汙水處理效能下降，單位COD削減能耗大大提高。
3.3進水營養物質的比例關係（見圖2）
分析圖2a可以發現樣本汙水處理廠BOD5/COD波動範圍在0.04~0.63，平均值為0.36，其中僅2%的汙水處理廠BOD5/COD＜0.1，42%的汙水處理廠BOD5/COD＞0.4，結果表明樣本汙水處理廠幾乎都適合生物處理，其中一半的汙水處理廠易於生物降解。
分析圖2b可得僅有22％的汙水處理廠SS/BOD5＜1.2，有60%的城鎮汙水SS/BOD5甚至超過了1.5，比正常值（1.1~1.2）偏高。SS/BOD5增加，反硝化速率降低，導致在缺氧段碳源利用不充分，碳源在好氧段的消耗比例增加，碳源未被高效利用，反硝化能力不足，總氮去除效果變差。進水SS/BOD5偏高是實現總氮提標的巨大障礙。
汙水處理生物除磷系統一般需要一定的基質來獲得能量，一般BOD5/TP＞20可滿足要求。由圖2可知，BOD5/TP的平均值和中間值分別為27.23和25.27，66%的汙水處理廠BOD5/TP＞20，均可以滿足生物除磷的需求。
碳源是影響生物反硝化速率和過程的重要因素，分析圖2d，大部分汙水處理廠BOD5/TN＜2.59，80%的汙水處理廠BOD5/TN＜3.6，僅有10%的汙水處理廠＞4，數據表明大部分汙水處理廠大多數情況下反硝化碳源不足，需要額外添加碳源，從而增加了汙水處理廠運營成本。
3.4進水水質指標相關性分析
本研究針對汙水處理廠2016年全年平均進水水質指標COD、BOD5、SS、TN、NH3-N和TP，採用最小二乘法對數據進行迴歸分析，建立相應迴歸方程，得到各汙染指標之間的相關關係。各指標間的迴歸方程及相關係數（R2）如表2所示。
BOD5與COD之間的線性擬合較好，R2為0.757 3，與SS、TN、NH3-N和TP之間線性擬合程度偏低，僅為0.23、0.018、0.25和0.37，與TN幾乎不存在線性關係。COD與TP的線性關係較好，R2為0.56，與SS、NH3-N的線性擬合相關性（R2）為0.329 4和0.258 8，與TN的線性相關性係數僅為0.003 5，線性關係不明顯。TN與NH3-N、TP的線性擬合度為0.365 9和0.529 3，優於與COD、BOD5的線性關係。
4 小結
（1）各進水水質指標間存在一定的線性關係，其中COD與BOD5相關性顯著，相關係數R2為0.757 3。COD與TP的線性關係較好，R2為0.56；TN與NH3-N、TP的線性擬合度為0.365 9和0.529 3。
（2）BOD5/COD，BOD5/TN，BOD5/TP，SS/BOD5比值分析表明98%的樣本汙水處理廠都適用於生化處理，有機物滿足生物除磷需求，但是，進水水質汙染負荷較低，大多數情況下反硝化碳源不足。
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