昆明市典型污水處理廠水質水量變化特征及影響因素分析

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9655（2025）04-0080-07

0 引言

隨著人口快速增長、城市化進程不斷加快，城市污水排放量呈現逐年增加趨勢，由此導致的水環境安全問題日益嚴重。有研究表明，污水處理廠作為排污管道系統末端，其水量、水質受區域、人口、工業企業分布、氣候等多種因素的影響，通過建設污水處理廠能從源頭有效地控制水污染，而經過處理達到相應標準的再生水，可用于城市綠化、景觀水體、工業用水等途徑，能夠顯著改善區域水環境狀況[1，2]。污水處理廠進水污染物濃度既是污水處理工藝設計和運行管理的重要依據，也是保證出水穩定達到處理目標的必要條件，對于污水處理廠的優化運行與調控至關重要3]。已有以全國多個污水處理廠或北京、天津、深圳、濟南、昆明等城市污水處理廠為對象的研究，運用統計學方法分析了污水處理廠進水水量和水質特征變化規律，并針對主要污染物進行系統性分析，提出了污水處理廠運行調試的相關建議，以保障污水處理廠穩定運行[1-7]。

近年來，昆明市堅持生態優先、綠色發展，綜合采取“控源截污、精準防控、科學補水、生態增綠”等措施，持續推進滇池流域水環境保護工作，流域內污水管網覆蓋率及污水收集率逐年提升，但受合流制排水系統、老舊小區污水和雨水管道錯接混接、老舊管道破損失修等因素制約，雨季降水對部分城鎮污水處理廠污水處理量、進水水質濃度產生一定影響[8-10]。為此，本文以滇池流域內穩定運行的污水處理廠為研究對象，利用統計學方法對污水處理廠進水水量及水質雨旱季變化規律、水質濃度變化特征及影響因素進行系統性分析，以期為污水處理廠日常管理及提標改造提供科學依據，持續助力滇池流域生態環境保護工作。

1研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

昆明地處中國西南地區、云貴高原中部，是云南省省會、滇中城市群中心城市，是中國面向東南亞、南亞開放的門戶城市，市域面積約2.1萬 km² ，屬北緯低緯度亞熱帶-高原山地季風氣候，受北亞熱帶濕潤季風氣候影響，常年風向為西南風，多年平均降水量 978.8mm ，但呈現年內降水不均、干濕分明的特點，其中每年5一10月為雨季，降水量約占全年的 85% ，11月一次年4月為旱季，降水量僅占全年的 15%^[11] 。昆明城區中心海拔約 1891m ，總體呈現三面環山、南臨滇池、北高南低的地形特點。

1.2 數據來源

選取昆明城區穩定運行的10座城鎮污水處理廠，進水來源主要為城市生活污水，出水執行《GB18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，數據來源于昆明市第二次全國污染源普查收集的2017—2019年進水水量、進水水質逐月實測數據，水質包括懸浮物（SS）、化學需氧量（ COD_Cr ）、生化需氧量（ BOD₅ ）、總氮（TN）、氨氮（ NH₃–N ）、總磷（TP）。

1.3數據處理與分析方法

利用MicrosoftExcel2021對進水量、進水水質逐月變化特征進行統計和處理。根據《GB/T4882一2001數據的統計處理和解釋正態性檢驗》，本研究樣本數量 ，選取柯爾莫戈洛夫-斯米諾夫（簡稱K-S）檢驗，利用K-S顯著性檢驗值、偏度與峰度值對各項水質指標的濃度分布進行正態性檢驗。采用SPSS26.0進行統計分析與時間序列分析，分析污水量的季節變化情況、水污染物濃度時間變化規律、各污染物間的相關性及累計頻率分布，進而分析污水處理指標間的影響。利用Origin2024（OriginLabCorporation，Northampton，MA）進行變化趨勢圖制作。

2結果與分析

2.1 污水量變化特征分析

對污水處理廠污水進入量分析顯示（圖1），2017一2019年污水量的變化趨勢基本一致，在6月或7月污水進水量達到峰值，每年的1一2月呈現斷崖式下降，降幅多年均值達到 13.77% ，2月污水進水量達到低谷；從雨旱季變化來看，自雨季開始（每年5月）污水進水量明顯增加，至7月達到峰值，隨著雨季結束污水量隨之呈現下降趨勢，且雨季污水量高于旱季。分析認為昆明城區排水體系存在雨污合流，進入雨季后降雨徑流通過管道混入污水處理廠增加了污水進入量[12]，依據多年的月降雨量與月污水處理量相關性分析，Pearson相關系數為0.603，兩者之間存在極顯著正相關關系（ Plt;0.001 ）；而每年的1一2月污水進入量呈現下降，主要與進入旱季降雨減少、氣溫降低、春節假期等因素有關。

圖12017一2019年污水進量逐月變化趨勢分布圖

2.2 污水水質變化特征分析

昆明城區城鎮污水處理廠進水水質濃度統計分析結果和正態性檢驗顯示（表1），K-S檢驗結果顯示， BOD₅ 、 TN， ： NH₃ -N指標顯著性水平均gt;0.05 ，表明服從正態分布；而 COD_Cr 、SS、TP三項水質指標顯著性水平均 lt;0.05 ，表明不服從正態分布；從偏度與峰度系數分析，結果顯示除TN濃度分布呈負偏態分布以外其余5項指標濃度均呈正偏態分布， BOD₅ 、 COD_Cr 、SS、TN、TP、 ΔNH₃-N 的峰度系數均 lt;3 ，SS與TP的偏度與峰度系數絕對值相對較大。分析結果表明，個別污水處理廠SS與TP濃度極大值均出現在5、6月雨季初期，主要是雨污合流管道收集系統受雨季初期雨水沖刷管道淤積的污染物，使進入污水處理廠的污水水質濃度升高，從而增加末端城鎮污水處理廠運行負荷。

表1污水處理廠進水水質統計分析與正態性檢驗

注：*.真顯著性的下限；a.里利氏顯著性修正。

2.2.1 COD_Cr 質量濃度變化特征

COD_Cr 多年質量濃度分布在 62.2～575.3mg/L 旱季多年平均濃度高于雨季 14.0% 。 COD_Cr 質量濃度逐月變化情況和累計頻率分布如圖2所示，各月中位值在 199.2～297.3mg/L ，雨季、旱季的中位值分別為 248.4mg/L 、 289.8mg/L 。受雨季降雨影響， COD_Cr 質量濃度進入雨季后濃度呈現逐月降低趨勢，在9月達到最低值；隨著雨季結束，濃度呈現逐月上升的趨勢，到次年1月達到最大值，2月 COD_Cr 質量濃度出現回落變化。雨季 COD_Cr 質量濃度平均值略高于中位值（7月除外），經分析部分污水處理廠常年 COD_Cr 入廠質量濃度均較低，受到污水收集的影響，存在雨季初期突然升高現象；旱季平均值與中位值差值較小，整體上污水 COD_Cr 濃度波動變化值不大，表明污水中的有機污染物濃度波動不大，污水水質相對穩定。COD_Cr 質量濃度累計頻率分布圖顯示， COD_Cr 進水質量濃度多年平均值、中位值分別為 268.1mg/L 、268.2mg/L ，頻數分布較高的范圍在 100～400mg/L 其累積頻率為 88.4% ，最頻值在 250～300mg/L ，累積頻率達到 95% 時 COD_Cr 質量濃度為 424.1mg/L 。

圖2 COD_Cr 進水質量濃度逐月變化規律及累積頻率分布圖

2.2.2 BOD₅ 質量濃度變化特征

BOD₅ 多年質量濃度分布在 27.8～279.4mg/L 旱季多年平均濃度高于雨季 16.8% 。 BOD₅ 質量濃度逐月變化情況和累計頻率分布如圖3所示，BOD₅. 質量濃度逐月箱體變化圖顯示，各月中位值在 97.7～159.8mg/L ，雨季、旱季的中位值分別為123.8mg/L 、 146.1mg/L ，雨季 BOD₅ 質量濃度中位值略低于平均值（7月除外），旱季中位值與平均值差值較小，整體上進水BOD5濃度波動范圍不大。 BOD₅ 質量濃度變化受雨季降雨的影響，多年中位值濃度變化趨勢特征與 COD_Cr 一致。 BOD₅ 質量濃度累計頻率分布圖顯示， BOD₅ 進水質量濃度多年平均值、中位值分別為 137.1mg/L 、 136.3mg/L 頻數分布較高的范圍在 50～220mg/L ，其累積頻率為 93.4% ，最頻值在 140～160mg/L ，累積頻率達到95% 時 BOD₅ 質量濃度為 212.2mg/L 。

圖3 BOD₅ 進水質量濃度逐月變化規律及累積頻率分布圖

2.2.3 SS質量濃度變化特征

SS多年質量濃度分布在 59.2～688.4mg/L ，旱季多年平均濃度高于雨季 6.0% 。SS質量濃度逐月變化情況和累計頻率分布如圖4所示，SS質量濃度逐月箱體變化圖顯示，雨季、旱季的中位值分別為 214.2mg/L 、 219.6mg/L ，各月中位值在200.9～237mg/L ，雨季、旱季SS質量濃度中位值均略低于平均值，在雨季SS質量濃度出現了極大值與極小值，合流管網收水系統受到降雨量的影響，使得部分污水處理廠的SS質量濃度增加，旱季2月SS質量濃度出現回落變化，整體上SS多年濃度變化趨勢特征與 COD_Cr 、 BOD₅ 基本一致。SS質量濃度累計頻率分布圖顯示，SS進水質量濃度多年平均值、中位值分別為 233.4mg/L 、 216.8mg/L 頻數分布較高的范圍在 50～350mg/L ，其累積頻率為87.8% ，最頻值在 200～250mg/L ，累積頻率達到 95% 時SS質量濃度為 455.9mg/L 。

2.2.4TN質量濃度變化特征

TN多年質量濃度分布在 11.1～51.8mg/L ，旱季多年平均濃度高于雨季 15.0% 。TN質量濃度逐月變化情況和累計頻率分布如圖5所示，TN質量濃度逐月箱體變化圖顯示，雨季、旱季的中位值分別為30.2mg/L 、 35.2mg/L ，各月中位值在 28～37.70mg/L 雨季TN質量濃度平均值略高于中位值（除7、8月外），旱季平均值略高于中位值（除12月外）。雨季TN質量濃度在7月達到低值，TN質量濃度受到降雨量增加稀釋的影響；旱季2月TN質量濃度出現回落變化，經分析TN多年濃度變化趨勢特征與 COD_Cr 、 BOD₅ 一致。TN質量濃度累計頻率分布圖顯示，TN進水質量濃度多年平均值、中位值分別為 32.9mg/L 、 33mg/L ，頻數分布較高的范圍在 15～45mg/L ，其累積頻率為 94.7% ，最頻值在30～35mg/L ，累積頻率達到 95% 時TN質量濃度為43.8mg/L 。

圖4SS進水質量濃度逐月變化規律及累積頻率分布圖

圖5TN進水質量濃度逐月變化規律及累積頻率分布圖

2.2.5 TP質量濃度變化特征

TP多年質量濃度分布在 1.7～14.8mg/L ，旱季多年平均濃度高于雨季 20.7% 。TP質量濃度逐月變化情況和累計頻率分布如圖6所示，TP質量濃度逐月箱體變化圖顯示，雨季、旱季的中位值分別為3.8mg/L 、 4.8mg/L ，各月中位值在 3.1～5.2mg/L TP多年質量濃度中位值均略低于平均值，旱季2月TP質量濃度出現回落變化，TP多年濃度變化趨勢特征與 COD_Cr 、 BOD₅ SS、TN一致。TN質量濃度累計頻率分布圖顯示，TP進水質量濃度多年平均值、中位值分別為 5.0mg/L 、 4.2mg/L ，頻率分布較高的范圍在 2～8mg/L ，其累積頻率為 86.1% ，最頻值在 3～4mg/L ，累積頻率達到 95% 時TN質量濃度為 10.5mg/L 。

2.2.6 NH₃ -N質量濃度變化特征

NH₃–N 多年質量濃度分布在 7.3～39.1mg/L ，旱季多年平均濃度高于雨季 14.2% 。 NH₃ -N質量濃度逐月變化情況和累計頻率分布如圖7所示，NH₃ -N質量濃度逐月箱體變化圖顯示，雨季、旱季的中位值分別為 20.8mg/L ！ 23.7mg/L ，各月中位值在 18.9～25.5mg/L ，雨季、旱季 NH₃. -N質量濃度中位值均略低于平均值，同樣旱季2月 NH₃ -N質量濃度出現回落變化， NH₃ -N多年濃度變化趨勢特征與 COD_Cr 1 BOD₅ 、SS、TN、TP一致，與鄭丙輝等研究結論一致[13]。 NH₃ -N質量濃度累計頻率分布圖顯示， NH₃ -N進水質量濃度多年平均值、中位值分別為 22.8mg/L 、 22.7mg/L ，頻數分布較高的范圍在 10～32mg/L ，其累積頻率為 94.7% ，最頻值在 22～24mg/L ，累積頻率達到 95% 時 ?NH₃ -N質量濃度為 31.8mg/L 。

2.3 分析與討論

2.3.1污水指標相關性分析

城區污水管網系統收集水質復雜，但污水處理廠進水濃度變化特征較為一致，分析 COD_Cr 、BOD₅ 、SS、TN、TP、 NH₃–N 指標濃度之間的Pearson相關性（表2），除SS與 NH₃ -N之間相關性呈顯著水平外其余指標間均呈現極顯著相關性水平。選取在污水處理過程中存在互相影響的指標進行分析，其中 BOD₅ 與 COD_Cr 、 BOD₅ 與TN、BOD₅ 與TP、TN與TP存在極顯著正相關關系，Pears0n相關性系數分別為0.939、0.723、0.723、0.655，基于相關性分析結果，對各指標的相關系建立一元線性回歸方程，如圖8所示， BOD₅ 與COD_Cr， ： BOD₅ 與TN、 BOD₅ 與TP、TP與TN的擬合優度 R² 分別0.881、0.522、0.521、0.427，其中BOD₅ 和 COD_Cr 擬合優度均較好。

圖6TP進水質量濃度逐月變化規律及累積頻率分布圖

表22017一2019年進水水質指標間的Pears0n相關性列表

注：**.在0.01級別（雙尾），相關性顯著；*.在0.05級別（雙尾），相關性顯著。

2.3.2污水指標質量濃度比值特征及對策建議

（1） BOD₅/COD_Cr 比值分析

BOD₅/COD_cr 逐月變化及累計頻率分布顯示（圖9），多年 BOD₅/COD_cr 質量濃度比值范圍為0.41～0.84 ， BOD₅/COD_Cr 比值雨季變化范圍比旱季窄。 BOD₅/COD_cr 作為污水可生化性能力評價指標，說明污水中有機污染物被微生物降解的難易程度[14]。 BOD₅/COD_Cr 比值在0.4～0.6的頻率為92.2% ，在 0.6～0.84 的頻率為 7.8% ，表明城鎮污水處理廠多年進水可生化性較好。

（2） BOD₅/TN 比值分析

在污水處理過程中，缺氧階段有充足的有機物才能進行反硝化反應， BOD₅/TN 比值影響脫氮效果的一個重要因素之一， BOD₅/TN 比值較低導致生物脫氮過程碳源不足[4，15]，當污水 BOD₅/TN 質量濃度比值在4～6時，一般認為反硝化細菌充分利用污水中的有機物作為碳源滿足生長的需求，同時完成脫氮過程。累計頻率分布顯示（圖9），BOD₅/TNlt;4 的累計頻率為 48.3% ，而比值在4～6的累計頻率為 47.3% ， BOD₅/TN 比值全年均存在 lt;4 的情況，表明在污水處理缺氧階段反硝化細菌需要的碳源供給不足，在污水處理過程中需要補充碳源，從而提升污水TN處理效率。

圖7 NH₃. -N進水質量濃度逐月變化規律及累積頻率分布圖

（3） BOD₅/TP 與TN/TP比值分析

相關研究表明，污水滿足微生物生長所需要的營養物質的最佳比例為BOD：N：P=100：5：1[1]，其中 BOD₅/TPgt;20 表明微生物有足夠生長基質，比值越大除磷效果越明顯[17，18]。 BOD₅/TP 的頻率分布顯示（圖10），旱季的12月 BOD₅/TP 比值 lt;20 比較突出，導致部分污水處理廠在污水處理中除磷效果受到影響，需對待處理污水投加外源碳；而 BOD₅/TPgt;20 的多年累積頻率為 87.8% ，表明總體上進水碳源可以滿足聚磷微生物除磷的需求。同時，進水TN/TP的累計頻率分布顯示（圖10），TN/TP比值范圍在1～14.2，其中 TN/TPgt;5 的累積頻率為 83.3% ，表明多年來進廠污水基本滿足微生物生長所需的氮磷營養物質。

3結論與建議

（1）昆明城區城鎮污水處理廠入廠污水量多年雨季高于旱季 7.2% ，在不同的月份污水處理量的變化趨勢基本一致，雨季6月或7月污水量相對較高，降雨量與污水量存在極顯著正相關關系（相關系數0.603， Plt;0.001 ），雨季城鎮合流排水管網導致進入城鎮污水處理廠污水量增加，從而影響運行與污水處理效果。多年2月污水進入量較低，在此期間可以加強設備運維檢修。

圖8污水各指標間相關性與線性回歸分析圖

圖92017—2019年進水] 80D₅/COD_Cr 與BOD5/TN比值累計頻率分布圖

（2）水污染物多年濃度呈正態、正偏態分布， BOD₅ 、 COD_Cr 、SS、 NH₃ -N、TN和TP月中位值分布在 97.7～159.8mg/L. ， 199.2～297.3mg/L 200.9～237.0mg/L. 18.9～25.5mg/L 、 28～37.70mg/L 、3.1～5.2mg/L 。污水各污染物濃度指標隨季節變化呈現出較為一致的變化趨勢，從雨季起始至旱季結束污水指標質量濃度分布均呈現“W”型變化特征。雨季污染物濃度受降雨的影響，雨季各水質指標平均濃度均低于旱季， BOD₅ 、 COD_Cr 、SS、 NH₃–N 、TN和TP的中位值雨季低于旱季分別為 15.24% 、 14.28% 、 2.44% 、 4.55% 、 20.76% 、12.53% ，雨季與旱季污水廠進廠水質濃度存在差異，管道末端污水水質濃度波動較大，具有明顯的季節變化性。

（3） BOD₅/COD_cr ？ BOD₅/TN ， BOD₅/TP 及TN/TP質量濃度比值分析， BOD₅/COD_Cr 在 0.4～0.6 的累計頻率為 92.2% ，多年污水管網末端污水可生化性較好，有助于污水處理效果，但BOD/TN累計頻率在4～6的為 47.3% ，致使在污水處理厭氧階段反硝化細菌需要的碳源供給不足； BOD₅/TP gt;20 累積頻率為 87.8% 、 TN/TPgt;5 的累積頻率為83.3% ，近年來城區污水處理中基本滿足微生物生長對氮磷營養物質的需求。

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Analysis of Water Quality and Quantity Change Characteristics and Influencing Factors of Typical Sewage Treatment Plants in Kunming

LI Ya-li，LI Zhong-jie，WUXue，WANGYan-ru，SHIKuan，ZHAOHai-ying，ZHANGDa-wei，LILi-zhen （Kunming Research Institute of Eco-Environmental Sciences，Kunming Yunnan 65oo32，China）

Abstract：Inordertoexplorethecharacteristicsofchanges insewagevolumeandwaterqualityconcentrationat theendofthe sewagepipesysteminKunmingurbanarea，teircharacteristicsandthecorelationofeachpolutantweresystematicallyanalyzed usingthemonitoringdataofatypicalsewage treatmentplantfrom2O17to2019.Theanalysisresultsshowedthatthevolumeof sewageatthendofthepipenetworkovertheyearswassignificantlycorelatedwithrinfall，whichwassignificantlyhigherhan that of the dry season，while the mean values of BOD₅ ， COD_Cr SS，TN，TP and NH₃ -N mass concentrations were lower than that of the dry season，which wascharacterized by the“W”type of change，and themost frequent values were 250～300mg/L ，140～140 mg/L ， 200～250mg/L ， 30～35mg/L ， 3～4mg/L ， 22～24mg/L ，andthe correlation between the concentrations of each index was highly significant.The ratio of the mass concentrations of BOD₅/ COD_Cr， BOD₅/TN BOD₅/TP₅ ，and TN/TP showed that the influent water wasgoodintermsofiochemistryandtheitrogenndphosphorusintheicomingwastewatercouldmeettheutritioal demandof microrganisms.The nitrogenand phosphorus containedin the incomingsewage basicallymetthenutrientdemand ofmicroorganisms，butintheanoxicstageofthesewagetreatmentinDecemberofthedryseason，denitrifcationwasaddedwith exogenous carbon to solve the problemof insuffcient source water inorder to improve the effectofphosphorus removal.

Keywords：urbanwastewater treatmentplant;changecharacteristics;influencingfactors;theDianchilakebasin;Kunming