近年来,为有效解决水资源严重污染的问题,城镇污水处理厂起到了重要作用。随着我国污水处理厂的数量不断增多,加大了对污水的处理强度,减弱了污水对环境所造成的污染程度。然而污水处理厂的运行仍存在很多问题,部分地区污水处理厂进水水质水量波动大,相关技术人员匮乏,并且污水处理厂为了确保出水水质达标排放,以较高的运行成本（高能耗、药耗）处理污水中的污染物,缺少系统的节能降耗优化技术支撑。对此,通过对污水处理厂出水水质数据的时序变化特征分析,揭示污水处理厂的运行状态,对污水厂的优化调控以及高效稳定运行至关重要。然而污水处理厂的历史数据受监测设备的影响,数据质量参差不一,单个污水厂的运行优化成本较高。因此,本研究从厂群的角度对陕西省陕北、关中和陕南三个片区污水处理厂出水水质数据的时序变化特征进行分析,得出以下结论:（1）NH3-N多处于高能耗、药耗的超安全状态下运行,NH3-N去除成本高于COD,其中工企业类型复杂、经济水平高以及人口密集的关中地区最为显著,对NH3-N处理过程的优化可大大降低污水厂的运行成本;（2）陕北和陕南经济体制不完善、污水厂运行管理模式相对落后的地区,污水处理厂对COD和NH3-N的去除主要依赖于气候的变化,对其污染物处理的控制技术较差,出水数据更易随着气候变化而波动,其中陕南地区更为显著;此处,出水NH3-N数据波动大于COD,进一步表明NH3-N的运行处理过程较COD更易受外界气候变化的影响,其中冬季波动幅度更大,即污水厂在冬季运行时,应加强运行管理,时刻关注污水厂的运行状态,进而保证出水的达标;（3）污水厂出水水质数据的周末效应强弱与经济发展水平和人口数量有关,关中地区经济发展较好、人口较多且密集,周末人为活动产生的影响增加,其周末效应更加明显,对未来水质运行的影响作用时间也相对较长;（4）出水COD和NH3-N数据均具有多重分形特征,且赫斯特指数远大于0.5,表明出水COD和NH3-N数据呈现出正向的长程相关性,反映出水水质数据的可预测较好,为出水水质数据的预测提供了理论依据;同时,NH3-N的正向长程相关性较COD强,更易出现数据的突然增大或减小,突变性较强,超标排放的风险更大;（5）出水NH3-N数据的多重分形强度较大,影响其变化的因素较为复杂,表明NH3-N的去除过程更易出现波动;同时,出水NH3-N数据的下降趋势小于COD,且几乎达到极限,下降的趋势不明显,表明出水NH3-N排放标准的进一步提高需要先进技术的支撑。（6）多重分形参数可以更好的揭示污水处理厂出水数据的变化规律,表明多重分形参数可以作为感知污水处理厂运行状态的一个重要指标。