現階段，污水處理系統能耗較大、運行費用偏高,污水處理的建設及后續提標改造工程往往都忽略進水水質構成及其變化，導致后期工藝運行調整難、運行能耗高，影響出水穩定達標。選取全國127座城市污水處理廠，系統分析了其進水水質特征以及有機物、氮、磷和懸浮物之間的概率分布和相關關系。
截至2016年9月底，全國累計建成污水處理廠3 976座，污水處理能力達1.7億m3/d。然而污水處理系統的能耗較大、運行費用偏高,現階段污水處理的建設及后續提標改造工程往往都忽略進水水質構成及其變化，導致后期工藝運行調整難、運行能耗高，影響出水穩定達標。因此，對城市污水處理廠進水特征進行系統分析，有利于選擇合理的工藝、優化設計，具有非常重要的現實意義。
選取全國19個省市自治區127座污水處理廠為研究對象，其中山東19座，廣東15座，湖南8座，湖北1座，河南4座，遼寧9座，陜西3座，北京2座，海南2座，河北6座，甘肅1座，四川9座，黑龍江2座，云南13座，浙江4座，江蘇23座，福建1座，廣西2座，貴州3座。
3.1進出水水質基本指標分析
本研究共涉及127座污水處理廠，平均進水COD 219.97 mg/L, BOD5 81.64 mg/L，SS 148.54 mg/L, TN為30.36 mg/L，NH3-N為22.83 mg/L，TP 3.7 mg/L，出水濃度均低于一級A標準，其中SS去除率最高，TN去除率最低，僅為59.92%。BOD5/COD平均值為0.36，BOD5/TN平均值為2.66，詳見表1。
3.2進水水質指標特征分析
分析圖1可以發現進水COD波動范圍在21.40~896.64 mg/L，50%的污水處理廠進水COD＜195 mg/L，80%的污水處理廠進水COD＜282 mg/L。進水BOD5波動范圍在6.1~273.98 mg/L，50%的污水處理廠進水BOD5＜72.1 mg/L，80%的污水處理廠BOD5＜105 mg/L。進水SS范圍在13.8~748.9 mg/L，50%的污水處理廠進水SS＜123.5 mg/L, 80%的污水處理廠進水SS＜210.82 mg/L，進水TN在5.3~119.45 mg/L, 其中50%的污水處理廠進水TN＜29.7 mg/L，80%的污水處理廠進水TN＜36.36 mg/L。樣本污水處理廠進水NH3-N范圍為2.6~168 mg/L，其中50%的污水處理廠進水NH3-N＜20.5 mg/L，80%的污水廠進水NH3-N小于27.63 mg/L。而進水TP范圍0.32~36.52 mg/L，50%的污水處理廠進水TP＜2.7 mg/L，80%污水處理廠進水TP＜3.3 mg/L。
以上數據表明，污水處理廠進水COD、BOD5濃度普遍偏低，雨污分流不徹底造成污水處理效能下降，單位COD削減能耗大大提高。
3.3進水營養物質的比例關系（見圖2）
分析圖2a可以發現樣本污水處理廠BOD5/COD波動范圍在0.04~0.63，平均值為0.36，其中僅2%的污水處理廠BOD5/COD＜0.1，42%的污水處理廠BOD5/COD＞0.4，結果表明樣本污水處理廠幾乎都適合生物處理，其中一半的污水處理廠易于生物降解。
分析圖2b可得僅有22％的污水處理廠SS/BOD5＜1.2，有60%的城鎮污水SS/BOD5甚至超過了1.5，比正常值（1.1~1.2）偏高。SS/BOD5增加，反硝化速率降低，導致在缺氧段碳源利用不充分，碳源在好氧段的消耗比例增加，碳源未被高效利用，反硝化能力不足，總氮去除效果變差。進水SS/BOD5偏高是實現總氮提標的巨大障礙。
污水處理生物除磷系統一般需要一定的基質來獲得能量，一般BOD5/TP＞20可滿足要求。由圖2可知，BOD5/TP的平均值和中間值分別為27.23和25.27，66%的污水處理廠BOD5/TP＞20，均可以滿足生物除磷的需求。
碳源是影響生物反硝化速率和過程的重要因素，分析圖2d，大部分污水處理廠BOD5/TN＜2.59，80%的污水處理廠BOD5/TN＜3.6，僅有10%的污水處理廠＞4，數據表明大部分污水處理廠大多數情況下反硝化碳源不足，需要額外添加碳源，從而增加了污水處理廠運營成本。
3.4進水水質指標相關性分析
本研究針對污水處理廠2016年全年平均進水水質指標COD、BOD5、SS、TN、NH3-N和TP，采用最小二乘法對數據進行回歸分析，建立相應回歸方程，得到各污染指標之間的相關關系。各指標間的回歸方程及相關系數（R2）如表2所示。
BOD5與COD之間的線性擬合較好，R2為0.757 3，與SS、TN、NH3-N和TP之間線性擬合程度偏低，僅為0.23、0.018、0.25和0.37，與TN幾乎不存在線性關系。COD與TP的線性關系較好，R2為0.56，與SS、NH3-N的線性擬合相關性（R2）為0.329 4和0.258 8，與TN的線性相關性系數僅為0.003 5，線性關系不明顯。TN與NH3-N、TP的線性擬合度為0.365 9和0.529 3，優于與COD、BOD5的線性關系。
（1）各進水水質指標間存在一定的線性關系，其中COD與BOD5相關性顯著，相關系數R2為0.757 3。COD與TP的線性關系較好，R2為0.56；TN與NH3-N、TP的線性擬合度為0.365 9和0.529 3。
（2）BOD5/COD，BOD5/TN，BOD5/TP，SS/BOD5比值分析表明98%的樣本污水處理廠都適用于生化處理，有機物滿足生物除磷需求，但是，進水水質污染負荷較低，大多數情況下反硝化碳源不足。
