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陈珺:污水处理稳定达标的量化分析(2)

来源:JIEI创新实验室 作者:陈珺 人气: 发布时间:2019-05-09 16:01:44

案例2:南方某污水处理厂(10万吨/日)

出水COD同时服从对数正态分布、正态分布、伽马分布

出水氨氮不服从正态分布、对数正态分布、伽马分布的任何一种

出水TN服从对数正态分布

出水TP服从对数正态分布

出水水质数据对数的概率图

从上述数据分布图与概率图中可以看出,处于稳定运行状态的污水厂出水水质数据基本服从对数正态分布,即使有极个别的异常数据也不会影响总体分布。但如果污水厂在某一段时间处于非稳定运行状态,比如持续较长一段时间硝化效果的丧失则会导致数据不服从任何分布。事实上,如果一个变量是多个独立因子的乘积,则这个变量可以看作是对数正态分布。现有的生物动力学模型对COD、氨氮、总氮、总磷的基本表达含有乘法的规则。因此,出水水质分布从更广的意义上采用对数正态分布表达是合理的。同时,上述分析研究与国外的研究结果一致,美国在70年代开始大量建设污水厂,围绕活性污泥工艺的稳定性进行了深入的研究,基本的结论也是认为污水厂的出水水质数据服从对数正态分布。

稳定达标的定义

目前,行业内对“稳定达标”一词并没有清晰、明确的定义,如何理解、衡量稳定达标也存在不同的看法。由于“稳定达标”反映的是系统可靠性的问题,因此可以用可靠度来衡量。权威著作《Wastewater Engineering Treatmentand Resource Recovery》对污水处理的可靠度给出了明确的定义:即在一定条件下,污水处理厂出水水质的达标时间占考核时间的百分比。如:某污水处理厂可靠度为99%,即是在99%的考核时间内都达标,如果考核的时间是1年,那么将会有3-4天(3.65)的时间超标。

稳定达标的相关计算

1、可靠性系数

可靠度理论的一个关键参数是可靠性系数,可靠性系数可以表示为:COR=设计浓度/排放标准,则设计的出水平均值可以用下式表达:

mx = (COR)Xs

mx是设计的出水平均值,Xs是出水标准值,COR是可靠性系数。

国际上对污水处理工艺可靠性的研究结论认为服从对数正态分布规律的出水水质可靠性系数可以表示为:

CV是变异系数,又称“离散系数”,为标准差与平均值之比(σ/μ)。

可靠性系数COR与离散系数CV可以在三个方面有所应用:

(1)确定合理的设计标准以满足当前的排放标准;

(2)对已有的污水处理厂,可以预测出水超标风险(或出水超标的次数);

(3)制定合理的排放标准。

例如,当CV=0.5,要求稳定达标率为95%时,α=0.05,1-α=0.95,从标准正态分布表中查得Z1-α=Z0.95=1.645。可靠性系数COR可以通过上式算出:COR =0.51

那么出水的平均值应该达到:mx = (COR)Xs= 0.51Xs。如果出水氨氮的标准是3mg/L,则需要设计的出水氨氮值为0.51×3 = 1.5mg/L才能保证出水稳定达标的概率达到95%(每月约有1.5天超标)。

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