周羽化，盧延娜，張　虞，任　寧，雷　晶

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京100012；2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京100875）

城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)分析

周羽化1，2，盧延娜1，張虞1，任寧1，雷晶1

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京100012；2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京100875）

以北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物（以BOD5為例）日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)為目標(biāo)，收集了該城市13家城鎮(zhèn)污水處理廠3年例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法理論，分析了常規(guī)污染物（以BOD5為例）的排放濃度分布特征。借鑒美國(guó)水污染物排放限值制定方法，對(duì)該城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，并以此為例，探討了地方城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物日排放評(píng)價(jià)分析方法。在此基礎(chǔ)上，提出了該方法對(duì)地方及國(guó)家水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制定的借鑒意義，及其他需要進(jìn)一步探討的問(wèn)題。

城鎮(zhèn)污水常規(guī)水污染物；排放現(xiàn)狀；評(píng)價(jià)；排放標(biāo)準(zhǔn)

城鎮(zhèn)污水處理廠以處理城鎮(zhèn)居民生活污水、機(jī)關(guān)、學(xué)校、商業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)及各種公共設(shè)施排放廢水為主，其主要污染物指標(biāo)有五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、糞大腸菌群、pH以及油脂類(lèi)，美國(guó)將上述5項(xiàng)指標(biāo)定義為常規(guī)污染物〔1〕。城鎮(zhèn)污水處理廠大多采用一級(jí)處理或二級(jí)處理，隨著我國(guó)環(huán)境管理的不斷深入，城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造也不斷加強(qiáng)，許多地方城鎮(zhèn)污水處理廠的污染排放水平已有較大程度降低。筆者基于統(tǒng)計(jì)學(xué)理論方法，采用我國(guó)北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)際排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，探索城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)污染物（以BOD5為例）日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法，為排放標(biāo)準(zhǔn)的制定、修訂提供參考。

1　研究對(duì)象及數(shù)據(jù)來(lái)源

以北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)為研究目標(biāo)，采用了該城市13家城鎮(zhèn)污水處理廠2011～2013年度例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。BOD5的監(jiān)測(cè)分析方法均采用《水質(zhì)五日生化需氧量（BOD5）的測(cè)定稀釋與接種法》（HJ 505—2009），方法檢出限為0.5 mg/L，監(jiān)測(cè)值為日均值。每個(gè)廠的數(shù)據(jù)為36個(gè)（個(gè)別廠少于36個(gè)，但均大于30個(gè)），13家廠整體數(shù)據(jù)共449個(gè)，數(shù)據(jù)分析采用SPSS18.0。

2　BOD5排放濃度概率分布

為了考察城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5排放特征，將該城市某單廠和13家城鎮(zhèn)污水處理廠3年的BOD5排放觀測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行概率分布分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1　　某單廠和13家廠BOD5排放濃度分布

由圖1可見(jiàn)，無(wú)論是單廠還是13家廠整體，BOD5的排放濃度均呈偏態(tài)分布。將BOD5觀測(cè)值進(jìn)行自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化，再進(jìn)行概率分布分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2　　某單廠和13家廠BOD5自然對(duì)數(shù)值分布

由圖2可見(jiàn)，單廠和13家廠整體的BOD5對(duì)數(shù)值呈較好的正態(tài)分布。為了進(jìn)一步驗(yàn)證BOD5對(duì)數(shù)值的正態(tài)性，進(jìn)行正態(tài)概率圖（Q-Q圖）分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3　　某單廠和13家廠BOD5自然對(duì)數(shù)值正態(tài)概率

由圖3可見(jiàn)，Q-Q圖線性關(guān)系吻合程度較高，可以認(rèn)為BOD5對(duì)數(shù)值具有較好的正態(tài)性。由此可見(jiàn)，無(wú)論是單廠還是多個(gè)廠的整體，常規(guī)污染物的排放濃度均呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

3　常規(guī)污染物日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)分析

借鑒美國(guó)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值制定方法，對(duì)文章所述水污染物的日排放現(xiàn)狀由長(zhǎng)期平均值（LTA）乘以日變異系數(shù)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，長(zhǎng)期平均值反映的是工廠污水處理系統(tǒng)所達(dá)到的對(duì)污染物的平均控制水平；日變異系數(shù)反映的是由于處理系統(tǒng)波動(dòng)，可能出現(xiàn)的污染物任意一天排放最大值與期望值的比值〔2-4〕。

3.1單廠長(zhǎng)期平均值

對(duì)于某個(gè)污水處理廠來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期平均值采用該廠觀測(cè)數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值。該城市13家污水處理廠的處理工藝及BOD5排放的長(zhǎng)期平均值如表1所示。

表1　　某城市13家污水處理廠BOD5排放長(zhǎng)期平均值

由表1可見(jiàn)，2廠和13廠為一級(jí)處理工藝，其余為二級(jí)處理工藝。將各廠觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后，采用單因子方差分析（通過(guò)方差齊性檢驗(yàn)），考察處理工藝對(duì)BOD5排放水平的影響，結(jié)果如表2所示。

表2　　單因子方差分析結(jié)果

由表2可見(jiàn)，處理工藝對(duì)BOD5的排放濃度影響顯著（顯著性水平0.05），因此，在對(duì)BOD5日排放現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需將一級(jí)處理工藝和二級(jí)處理工藝區(qū)別對(duì)待。

3.2單廠日變異系數(shù)

日變異系數(shù)考察的是在一天時(shí)間范圍內(nèi)污染物排放濃度的波動(dòng)情況，直接影響日均濃度的排放達(dá)標(biāo)。借鑒美國(guó)水污染物排放限值制定方法，采用99%置信概率下的變異系數(shù)來(lái)反映日排放濃度波動(dòng)情況。由于BOD5排放呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，因此其任意一天變異系數(shù)計(jì)算方法為〔4-5〕：

式中：

根據(jù)上述方法，計(jì)算得到該城市13家城鎮(zhèn)污水處理廠的日變異系數(shù)，如表3所示。

表3　　某城市13家污水處理廠BOD5日變異系數(shù)

3.3單廠BOD5日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

結(jié)合表1中各廠的長(zhǎng)期平均值乘以表3中各廠日變異系數(shù)，可以得到該城市各污水處理廠BOD5的日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果，如表4所示。

表4　　某城市13家污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4該城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

就該城市而言，其城鎮(zhèn)污水處理廠的總體長(zhǎng)期平均值采用單廠長(zhǎng)期平均值的中值，總體任意一天變異系數(shù)采用單廠變異系數(shù)的中值，同時(shí)區(qū)分處理工藝。由此，可以得到該城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀總體評(píng)價(jià)結(jié)果，如表5所示。

表5　　某城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果

由表5可見(jiàn)，該城市城鎮(zhèn)污水處理廠的BOD5排放總體處于較低的濃度水平，在筆者方法體系下所得到一級(jí)處理工藝和二級(jí)處理工藝下的日排放水平分別低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)B（20 mg/L）和一級(jí)A（10 mg/L）的標(biāo)準(zhǔn)要求，可見(jiàn)該城市有進(jìn)一步加嚴(yán)其城鎮(zhèn)污水處理廠BOD排放標(biāo)準(zhǔn)的空間。

4　討論

借鑒美國(guó)水污染物排放限值制定方法，以北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠為例，進(jìn)行了以BOD5為代表的常規(guī)水污染物日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法的探索與研究，在研究中以下幾點(diǎn)值得進(jìn)一步探討：

（1）經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到以BOD5為代表的常規(guī)污染物排放符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，該分布適用于BOD5、懸浮物等一般情況下均會(huì)檢出的污染物，但不適用于COD、氨氮、重金屬等存在未檢出情況的污染物〔4-5〕。COD、氨氮、重金屬等的排放濃度符合delta-對(duì)數(shù)正態(tài)分布〔4-5〕，對(duì)于這部分內(nèi)容將在其他研究論文中加以論述。

（2）僅探討了日排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的方法，而月均排放更能準(zhǔn)確反映廢水長(zhǎng)期排放情況。對(duì)于污染物月均排放水平的評(píng)價(jià)，更有賴(lài)于每日連續(xù)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，而目前我國(guó)除COD、氨氮以外，其余污染物尚未實(shí)現(xiàn)大范圍的自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)尚無(wú)法支持 BOD5、懸浮物等月均排放情況的評(píng)價(jià)，但COD、氨氮月均排放水平以及與日排放水平之間的關(guān)系值得進(jìn)一步分析研究。值得注意的是，我國(guó)現(xiàn)有水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)均采用“日均值”（與“任意一天最大值”概念相當(dāng)），在標(biāo)準(zhǔn)中納入“月均值”無(wú)論從標(biāo)準(zhǔn)限值制定，還是標(biāo)準(zhǔn)具體實(shí)施，均需配套相應(yīng)的監(jiān)督監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)能力，目前看來(lái)還尚待時(shí)日。

（3）根據(jù)我國(guó)《地方環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)備案管理辦法》（環(huán)境保護(hù)部第9號(hào)令），地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施主體為省級(jí)人民政府，從實(shí)踐來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)有地方水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也為省級(jí)行政區(qū)劃范圍。筆者僅在某城市范圍內(nèi)就現(xiàn)有污水處理廠的排放水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，在方法學(xué)上對(duì)地方標(biāo)準(zhǔn)的制定具有借鑒意義。但在地方標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，還需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本數(shù)據(jù)量，進(jìn)一步考察除處理工藝外，來(lái)水特征、管理規(guī)范性等其他因素對(duì)排放限值的影響，并結(jié)合地方環(huán)境管理需求，從而更加科學(xué)合理地確定排放限值。

（4）探討的水污染物排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法對(duì)于國(guó)家水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的制定也具有借鑒意義。但該方法主要采用了現(xiàn)有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法，對(duì)于在更宏觀和總體的層面上，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境效益的分析，以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前瞻性和指導(dǎo)性方面尚不全面，在國(guó)家水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制定中還需開(kāi)展更為具體詳細(xì)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，宮玥，等.美國(guó)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制訂方法研究與啟示［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，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

環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201209052）

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

2015-11-04（修改稿）