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数理统计城镇污水排放量分析

2019/02/20 阅读:

摘要:污水量规模的确定是一项重要的工作,它关系到排水系统的布局、污水处理厂的建设规模、控制用地、管网配套等。根据污水处理厂实际运行进水量,采用数理统计分析方法,推测污水处理厂应该具备的处理能力,为污水处理厂的设计规模提供参考。

关键词:污水厂规模;数理统计;设计水量

在城市污水排水系统建设布局中,预测城镇污水处理厂污水量规模是一项至关重要的工作,它涉及排水体系中前期投资、设计建设、运行管理等方方面面,对污水系统的布局、污水处理厂的选址、用地以及配套管网的建设等产生较大影响。因此,有必要从不同角度分析污水处理厂的设计规模。本文根据污水处理厂实际运行进水量,采用数理统计分析方法,推测污水处理厂应该具备的处理能力[1_3]。

1城镇污水厂污水量规模的确定

根据《城市给水工程规划规范》(GB50282—2016)及《城市排水工程规划规范》(GB50318—2017)相关规定,可以用城市综合用水量指标法、综合生活用水比例相关法、不同类别用地用水量指标法计算出城市最高日用水量。用水量指标应根据城市的地理位置、7JC资源状况、城市性质和规模、产业结构、国民经济发展和居民生活水平、工业用水重复利用率等因素,在一定时期用水量和现状用水量调查基础上,结合节水要求,综合分析确定。污水处理厂处理量可根据城市用水量和城市污水排污系数进行推算城市污水处理厂预计排放量的主要影响因素有很多,主要包括城市常住人口规模、居民日均生活用水量、工业产业结构、生活经济水平、当地水资源的供应、排水干管长度、地下水渗入量等,在进行预测判断时需要大量基础数据,导致预测的工作量和难度都很大目前,城市污水排放量的预测方法主要包括:平均增长率法、趋势外推法、回归分析法、移动平均数法、灰色模型法、人工神经网络法、投影寻踪法、PS决策系统预测法等%

2基于数理统计的污水处理厂进水量

2.1该污水处理厂基本情况

该污水处理厂规划服务面积为150km2,服务人口93万人,污水厂一期工程用地面积为2.82X105m2,处理规模为40万m3/d,污水处理采用一体化活性污泥法,于2002年9月建成通水,经处理出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918_2002)—级B标准排放至长江。该污水处理厂采用UniTank一'体化活性污泥工艺,UniTank工艺是由比利时某公司开发的一种专利工艺,它是传统SBR工艺的一种变型和发展,类似于三沟式氧化沟工艺,是一种高效、经济、灵活的污水处理工艺,具有良好的发展前景。污水厂UniTank流程共12条,每条流程包括三个反应池,池壁共用,相邻反应池池底设连通管,三池液位基本相同,反应池容积为35mx35mx6m,该UniTank流程具有周期性与交替式特征,流程一个周期为6h,每日为4个周期。在一个周期的上半周期,污水分别从左边池或中池进入流程进行反应,右边池为沉淀池,进行污泥沉淀、清水出水及污泥排放;在下半周期则分别从右边池或中池进入流程进行反应,左边池为沉淀池,进行污泥沉淀、清水出水及污泥排放。

2.2该污水处理厂进水量频率分布

频率分布式表是在描述性统计中最常用的方法之一,可以对数据的分布趋势进行初步分析。频率分布表是对数据按组进行归类整理,形成各变量的不同水平的频率分布表和常用图形,以便对各变量的数据特征和观测量分布状况有一个概括的认识。通过统计该污水处理厂2017年全年进水量,按照从小到大的顺序排列,以出现频率的次数作为纵坐标,得到该污水处理厂2017年进水量频率分布直方图(图1)。由图2可知,该厂2017年进水量频数在37.5万 ̄50.0万m3/d,依次出现21、47、48、33、36、40、35、18、19、17、17次,共计331次,占全年次数的90.7%;进水量频数出现在30.0万 ̄37.5万m3/d,依次出现1、1、4、1次,共计7次,占全年次数的1.9%;进水量频数出现位于50.0万 ̄65.0万m3/d,依次出现8、9、4、1、1、2、2次,共计27次,占全年次数的7.4%。由表1可知,2017年统计天数为365d,该污水处理厂2017年全年最大进水量为58.6万m3/d,最小进水量为31.5万m3/d,平均进水量为42.8万m3/d,标准差为4.6万m3/d,标准差表7TC个体的变异大小,反映了整个样本平均数的离散程度,相对标准偏差认为相对标准偏差较大,即进水量波动较大。该污水处理厂2017年全年最大生化处理量为44.4万m3/d,最小生化处理量为7.4万m3/d,平均生化处理量为37.9万m3/d,标准差为2.2万m3/d。进水量与生化处理量存在明显差距,平均相差6.5万m3/d。

2.3该污水处理厂进水量分类统计

将雨天模式划分为晴天、小雨、中雨、大雨、暴雨5种类型。将天气情况与进水量、溢流量分类合并统计,得到该厂2017年进水量分类统计,如表2所示。由表2可知,晴天、小雨、中雨、大雨、暴雨5种情形的天数为193、128、33、7、4d。平均进水量均值分别为41.6万、43.6万、45.4万、44.6万、48.4万m3/d。可以看出,当出现暴雨天时、与晴天相较,平均进水量大幅增加,增加6.8万m3/d,增幅为16.3%。雨天的相对标准偏差大于晴天相对标准偏差,雨天比晴天进水量波动更大。

2.4该污水处理厂规模分析

根据先前的统计分析,将3年的数据整合得到图3和表3所示。在雨天的情况下,进水量会大幅超过旱天进水量,并且波动的区间范围也会变大。2015年 ̄2017年年平均进水量分别为41.3万、43,2由表1可知,2017年统计天数为365d,该污水万、42.8万m3/d,2015年 ̄2017年旱季年平均进水量分别为40.3万、42.4万、41.6万m3/d〇根据2015年 ̄2017年该污水处理厂进水量频率分布直方图可知,进水量频率分布符合正态分布,此时可以用进水量均值(Z)±3倍标准差(cr)来计算进水量上下限,即P[x-3〇",a:+3cr]=99.7%,此时该范围能覆盖所有进水量的概率是99.7%。根据计算得到,2015年 ̄2017年该污水厂进水量上限值分别为52.9万、55.9万、56.5万m3/d。另外,2015年 ̄2017年3年中该污水厂进水量最大值为63.2万m3/d,该值也有较好的参照意义。通过统计分析法,对该污水处理厂进水量、溢流量数据进行分析,在范围能覆盖所有进水量的概率为99.7%时,通过计算得到,2015年 ̄2017年该污水厂进水量上限值分别为52.9万、55.9万、56.5万m3/d〇同时,2015年 ̄2017年该污水处理厂年进水量最大值达到63.2万m3/d。

3结论

(1)该城市污水处理厂设计规模为40万m3/d,最大日进水量达到63.2万m3/d,超负荷运行会对污水厂稳定运行造成一定风险,导致出水超标。(2)该城市污水厂进水量波动较大,需要在今后设计改造过程中需要给予足够重视。(3)应综合考虑城市排水专业规划、建设控制用地、污水处理厂实际运行情况等情形,因地制宜、统筹考虑未来污水处理量的设计规模。

参考文献

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作者:周维奇 张伟 单位:上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司

数理统计城镇污水排放量分析

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