城镇污水处理厂常规水污染物日排放现状评价分析

周羽化，卢延娜，张　虞，任　宁，雷　晶

（1.中国环境科学研究院环境标准研究所，北京100012；2.北京师范大学水科学研究院，北京100875）

城镇污水处理厂常规水污染物日排放现状评价分析

周羽化1，2，卢延娜1，张虞1，任宁1，雷晶1

（1.中国环境科学研究院环境标准研究所，北京100012；2.北京师范大学水科学研究院，北京100875）

以北方某城市城镇污水处理厂常规水污染物（以BOD5为例）日排放现状评价为目标，收集了该城市13家城镇污水处理厂3年例行监测数据，基于统计学的方法理论，分析了常规污染物（以BOD5为例）的排放浓度分布特征。借鉴美国水污染物排放限值制定方法，对该城市城镇污水处理厂BOD5日排放现状进行评价分析，并以此为例，探讨了地方城镇污水处理厂常规水污染物日排放评价分析方法。在此基础上，提出了该方法对地方及国家水污染物排放标准制定的借鉴意义，及其他需要进一步探讨的问题。

城镇污水常规水污染物；排放现状；评价；排放标准

城镇污水处理厂以处理城镇居民生活污水、机关、学校、商业服务机构及各种公共设施排放废水为主，其主要污染物指标有五日生化需氧量（BOD5）、悬浮物（SS）、粪大肠菌群、pH以及油脂类，美国将上述5项指标定义为常规污染物〔1〕。城镇污水处理厂大多采用一级处理或二级处理，随着我国环境管理的不断深入，城镇污水处理厂提标改造也不断加强，许多地方城镇污水处理厂的污染排放水平已有较大程度降低。笔者基于统计学理论方法，采用我国北方某城市城镇污水处理厂实际排放监测数据，探索城镇污水处理厂常规污染物（以BOD5为例）日排放现状评价方法，为排放标准的制定、修订提供参考。

1　研究对象及数据来源

以北方某城市城镇污水处理厂BOD5日排放现状评价为研究目标，采用了该城市13家城镇污水处理厂2011～2013年度例行监测数据。BOD5的监测分析方法均采用《水质五日生化需氧量（BOD5）的测定稀释与接种法》（HJ 505—2009），方法检出限为0.5 mg/L，监测值为日均值。每个厂的数据为36个（个别厂少于36个，但均大于30个），13家厂整体数据共449个，数据分析采用SPSS18.0。

2　BOD5排放浓度概率分布

为了考察城镇污水处理厂BOD5排放特征，将该城市某单厂和13家城镇污水处理厂3年的BOD5排放观测数据分别进行概率分布分析，结果如图1所示。

图1　　某单厂和13家厂BOD5排放浓度分布

由图1可见，无论是单厂还是13家厂整体，BOD5的排放浓度均呈偏态分布。将BOD5观测值进行自然对数转化，再进行概率分布分析，结果如图2所示。

图2　　某单厂和13家厂BOD5自然对数值分布

由图2可见，单厂和13家厂整体的BOD5对数值呈较好的正态分布。为了进一步验证BOD5对数值的正态性，进行正态概率图（Q-Q图）分析，结果如图3所示。

图3　　某单厂和13家厂BOD5自然对数值正态概率

由图3可见，Q-Q图线性关系吻合程度较高，可以认为BOD5对数值具有较好的正态性。由此可见，无论是单厂还是多个厂的整体，常规污染物的排放浓度均呈对数正态分布。

3　常规污染物日排放现状评价分析

借鉴美国水污染物排放标准限值制定方法，对文章所述水污染物的日排放现状由长期平均值（LTA）乘以日变异系数的结果进行评价。其中，长期平均值反映的是工厂污水处理系统所达到的对污染物的平均控制水平；日变异系数反映的是由于处理系统波动，可能出现的污染物任意一天排放最大值与期望值的比值〔2-4〕。

3.1单厂长期平均值

对于某个污水处理厂来说，长期平均值采用该厂观测数据的算数平均值。该城市13家污水处理厂的处理工艺及BOD5排放的长期平均值如表1所示。

表1　　某城市13家污水处理厂BOD5排放长期平均值

由表1可见，2厂和13厂为一级处理工艺，其余为二级处理工艺。将各厂观测数据进行自然对数转换后，采用单因子方差分析（通过方差齐性检验），考察处理工艺对BOD5排放水平的影响，结果如表2所示。

表2　　单因子方差分析结果

由表2可见，处理工艺对BOD5的排放浓度影响显著（显著性水平0.05），因此，在对BOD5日排放现状进行评价时，需将一级处理工艺和二级处理工艺区别对待。

3.2单厂日变异系数

日变异系数考察的是在一天时间范围内污染物排放浓度的波动情况，直接影响日均浓度的排放达标。借鉴美国水污染物排放限值制定方法，采用99%置信概率下的变异系数来反映日排放浓度波动情况。由于BOD5排放呈对数正态分布，因此其任意一天变异系数计算方法为〔4-5〕：

式中：

根据上述方法，计算得到该城市13家城镇污水处理厂的日变异系数，如表3所示。

表3　　某城市13家污水处理厂BOD5日变异系数

3.3单厂BOD5日排放现状评价

结合表1中各厂的长期平均值乘以表3中各厂日变异系数，可以得到该城市各污水处理厂BOD5的日排放现状评价结果，如表4所示。

表4　　某城市13家污水处理厂BOD5日排放现状评价结果

3.4该城市城镇污水处理厂BOD5日排放现状评价

就该城市而言，其城镇污水处理厂的总体长期平均值采用单厂长期平均值的中值，总体任意一天变异系数采用单厂变异系数的中值，同时区分处理工艺。由此，可以得到该城市城镇污水处理厂BOD5日排放现状总体评价结果，如表5所示。

表5　　某城市城镇污水处理厂BOD5日排放现状评价结果

由表5可见，该城市城镇污水处理厂的BOD5排放总体处于较低的浓度水平，在笔者方法体系下所得到一级处理工艺和二级处理工艺下的日排放水平分别低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级B（20 mg/L）和一级A（10 mg/L）的标准要求，可见该城市有进一步加严其城镇污水处理厂BOD排放标准的空间。

4　讨论

借鉴美国水污染物排放限值制定方法，以北方某城市城镇污水处理厂为例，进行了以BOD5为代表的常规水污染物日排放现状评价方法的探索与研究，在研究中以下几点值得进一步探讨：

（1）经过统计分析得到以BOD5为代表的常规污染物排放符合对数正态分布，该分布适用于BOD5、悬浮物等一般情况下均会检出的污染物，但不适用于COD、氨氮、重金属等存在未检出情况的污染物〔4-5〕。COD、氨氮、重金属等的排放浓度符合delta-对数正态分布〔4-5〕，对于这部分内容将在其他研究论文中加以论述。

（2）仅探讨了日排放现状评价的方法，而月均排放更能准确反映废水长期排放情况。对于污染物月均排放水平的评价，更有赖于每日连续监测的自动监测数据分析，而目前我国除COD、氨氮以外，其余污染物尚未实现大范围的自动连续监测，现有数据尚无法支持 BOD5、悬浮物等月均排放情况的评价，但COD、氨氮月均排放水平以及与日排放水平之间的关系值得进一步分析研究。值得注意的是，我国现有水污染物排放标准均采用“日均值”（与“任意一天最大值”概念相当），在标准中纳入“月均值”无论从标准限值制定，还是标准具体实施，均需配套相应的监督监测设备技术能力，目前看来还尚待时日。

（3）根据我国《地方环境质量标准和污染物排放标准备案管理办法》（环境保护部第9号令），地方污染物排放标准的发布和实施主体为省级人民政府，从实践来看，我国现有地方水污染物排放标准也为省级行政区划范围。笔者仅在某城市范围内就现有污水处理厂的排放水平进行了评价分析，在方法学上对地方标准的制定具有借鉴意义。但在地方标准的制定过程中，还需进一步扩大样本数据量，进一步考察除处理工艺外，来水特征、管理规范性等其他因素对排放限值的影响，并结合地方环境管理需求，从而更加科学合理地确定排放限值。

（4）探讨的水污染物排放现状评价方法对于国家水污染物排放标准的制定也具有借鉴意义。但该方法主要采用了现有数据统计分析的方法，对于在更宏观和总体的层面上，进行经济、技术、环境效益的分析，以及产业发展的前瞻性和指导性方面尚不全面，在国家水污染物排放标准制定中还需开展更为具体详细的研究。

［1］EPA.Introductiontothenationalpretreatmentprogram［R］.Washington D C：Office of Wastewater Management，2011.

［2］EPA.Development document for effluent limitations guidelines and standards for the organic chemicals，plastics and synthetic fibers point source category［R］.Washington D C：Office of Water，1987.

［3］EPA.Development document for final effluent limitations guidelines andstandardsforthepharmaceuticalmanufacturingpointsourcecategory［R］.Washington D C：Office of Water，1998.

［4］周羽化，原霞，宫玥，等.美国水污染物排放标准制订方法研究与启示［J］.环境科学与技术，2013，36（11）：175-180.

［5］EPA.Statistical support document for final effluent limitations guidelines and standards for the pharmaceutical manufacturing industry［R］.Washington D C：Office of Water，1998.

Assessment on the daily discharge status of regular water pollutants in an urban sewage treatment plant

Zhou Yuhua1，2，Lu Yanna1，Zhang Yu1，Ren Ning1，Lei Jing1
（1.Environmental Standards Institute，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China；2.College of Water Science，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Taking the assessment on the present daily discharge status of regular water pollutants（for example BOD5）in an urban sewage treatment plant in North China as the research object，the three-year routine monitoring data of 13 urban sewage treatment plants have been collected.Based on statistical theory and method，the discharge concentration and distribution characteristics of regular pollutants，for example BOD5，are analyzed.Drawing up lessons from American experiences of formulating methods for water pollutants discharge limit values，the present daily discharge status of BOD5in an urban sewage treatment plant in that city is assessed and analyzed.Taking it as an example，the methods for the assessment and analysis on the daily discharge of regular water pollutants in local urban sewage treatment plants are discussed.On the basis of this，the reference significance of formulating the water pollutant discharge standards both to the local city and the country（China），as well as other problems which needs further discussion are brought forward.

urban sewage regular water pollutants；discharge status；assessment；discharge standards

X703

A

1005-829X（2016）01-0012-04

环保公益性行业科研专项（201209052）

周羽化（1981—），博士。E-mail：zhouyh@craes.org.cn。

2015-11-04（修改稿）