城鎮居民人均日生活污水污染物產生量如何測算
城鎮居民人均日生活污水污染物產生量是生活污水處理工程設計的重要參數，也是《城鎮污水處理提質增效三年行動方案（2019—2021年）》中提出的城鎮生活污水集中收集率這一行業監管新指標統計計算和污水處理行業效能評估的重要基礎指標。但國內外關于城鎮居民人均日生活污水污染物產生量的相關研究不足，國內現有各種規范標準和文獻中引用的人均日生活污水污染物產生量數據多數借鑒外國經驗值，難以真實表征我國城鎮居民日常生活排污情況。中國市政工程華北設計研究總院有限公司孫永利等構建了城鎮居民生活污水污染物產生量測算方法，并設計研發了成套測算裝備。該測算裝備由污水收集計量裝置、人員出入監控系統和數據處理平臺構成，通過污水收集計量裝置收集不同時間段樓宇內居民排放的所有污水，通過人員出入監控系統計算該時間段樓宇內的排污人口當量，據此計算該時間段的人均污水污染物產生量；將24 h劃分為多個不等的時間段，并按上述方法分別收集計算各時間段的人均污水污染物產生量，加和即可求得本樓宇的居民人均日生活污水污染物產生量。選擇太湖流域常住人口達到一定規模，生活排水可全收集、人員出入情況可全監控的居民樓宇進行初步測試，并有望形成標準化測試方法和成套測試測算裝備，在全國范圍內開展測試工作。
作者簡介：孫永利（1975—），山東威海人，博士，正高，主要從事城市水體和污水處理的技術與政策研究，承擔國家和省部級科研課題、子課題20余項，獲中國專利優秀獎1項，國際水協（IWA）科技創新全球最高獎1項，省部級科技進步一等獎3項、二等獎4項、三等獎6項。授權專利38項，其中發明專利20項。
1 前期測算方法及適用性
發達國家通？芍苯永贸擎偽鬯幚韽S進水水質數據反推出居民生活污水量和污染物濃度，據此精準計算人均日生活污水污染物產生量，這主要得益于發達國家優良的城鎮排水系統性能和污染物過程衰減研究成果。但我國絕大部分城市存在污水收集管網不健全、管道淤泥沉積、清水入滲入流、雨污水管道錯接混接、工業廢水排入等突出問題，城鎮污水處理廠實際進水量和污染物濃度并不能準確反映居民生活污水污染物的產排情況。
據行業專家回憶，早在20世紀七八十年代，我國曾有學者通過收集特定人群每日糞尿排泄物的方式進行過人均生活污水污染物產生量的測算研究，但這種方法通常只收集了特定人群每日通過糞尿排泄物所形成的污染物量，在社會經濟尚不發達，拖地、洗衣、洗澡等用水量和污染物排放量不多，家庭廚房污染占比并不突出的歷史時期，的確可以較準確地反映城市居民生活污水污染物的產生情況。但隨著居民生活水平的不斷提高，居民家庭各項用水比例發生了很大變化，家庭廚房、拖地、洗衣、洗澡等日常生活用水的污染物產生量已經占較大比重，因此即使有收集和測試條件，這種方法也并不能如實反映當今時代居民生活污水污染物的產排量特征。
第一次全國污染源普查有力地推進了居民生活污水污染物產排情況的測算和統計工作，最近幾年國家科研項目也增加了相關研究方向。國內高校、科研機構、行業主管部門多以居民小區出水總排口或典型居民家庭作為測試對象，進行過污水產排規律研究，但小區出水總排口測算方法多數只是通過瞬時水樣或多個瞬時水樣混合樣的水質測定，以及簡單的濃度加和平均和固定的人口數量進行人均日生活污水污染物產生量計算，基本上難以精準地進行排水計量，也無法對該排水量所對應的人口數進行統計核算，其計算結果并不能準確表征城市居民生活污染物的實際產排情況。典型居民家庭測算方法存在樣本數量少，個體差異影響大，污染物難以全面收集等一系列問題。
2 新測試方法構建
城鎮居民人均日生活污水污染物產生量也即特定人群每天產生的污水污染物總量與排污人口總數的比值。鑒于人口流動特征，無論以樓宇、小區、社區，還是以固定人群為監測單位，都很難精準收集這些特定人群24 h生活產生的所有污水污染物，因此這并不是一種具有可操作性的測試方法。為此如何根據特定區域內人群的生活規律和人員流動特征，將24 h時間段拆分為不同時間跨度的多個時間間隔，精準計算每個時間間隔特定區域內的人口數量（或當量），準確收集每個時間間隔特定區域內居民實際排放的所有污水，測定污染物濃度，據此計算該時間間隔特定區域內居民的污水污染物產生總量和人均污染物產生量。最后將24 h內各時間間隔的人均污水污染物產生量累加，即可計算獲得居民人均日污水污染物產生量，同理也可計算居民人均日污水排放量數據。
這種方法的假定條件是人在每個時間段的排污規律不會因所處環境條件的改變而發生很大的變化，也就是說無論是在樓宇內生活、在寫字樓辦公，還是在其他場合工作，其在特定時間間隔的排污行為是差不多的，因此可以根據特定時間間隔特定人群的排污量計算該時間間隔的人均污水污染物產生量。在這種情況下，將24h取樣周期細分為更多的時間間隔，可使每個時間間隔的人員數量相對穩定，有效解決居民樓宇人員出入變化對測定結果的影響，使計算結果更加趨近于真實值；污水收集計量系統達到設定容積才啟動取樣程序，也就是說每個時間間隔收集的水量是恒定的，時間間隔長度主要取決于樓宇內居民的實際排水規律，這就意味著用水高峰期的時間間隔縮短，用水低谷期的時間間隔延長；選擇常住人口相對較多的居民樓宇，可有效解決個體排污差異、非常規排污事件（如醉酒嘔吐、腹瀉等），或排污行為改變對測試結果的影響問題。
實現上述功能，需要開發并設計加工滿足相關功能要求的污水收集計量裝置、人員出入監控系統和統計分析平臺。
2.1 污水收集計量裝置
污水收集計量裝置主要由居民樓宇生活污水提升裝置和計量裝置兩部分組成，各部分實物圖詳見圖1。居民樓宇生活污水收集提升裝置主要由水泵和調節水池組成，用于將樓宇內居民排放的所有生活污水（含雨水立管排放的生活污水）及時輸送至污水計量裝置。居民樓宇需要的生活污水提升裝置數量取決于樓宇內污水總管和旱季排污的雨水立管的數量和位置分布。用于接收廚房和衛生間排水的生活污水收集提升裝置，需選用帶切割功能的提升水泵；帶有化糞池的居民樓宇，生活污水收集提升裝置需設置于化糞池前；為避免漂浮物問題，原則上調節水池容積不宜過大，應以保障污水泵安全運行，污水及時排出為基本原則。
污水計量裝置主要用于精準收集、計量和均勻混合每個時間間隔樓宇內居民產生的污水，并自動完成每個時間間隔的取樣工作，主要由進出水管、取樣池、取樣調節池、采樣器等功能單元構成。雖然也可使用在線分析儀表代替采樣器完成測試工作，但為確保實驗數據的準確性，原則上推薦利用采樣器的標準取樣程序進行自動取樣，并交由有資質的化驗室進行分析化驗。
取樣池容積應根據樓宇內常住人口數量、居民生活污水排放特征和國內外市場上可選用自動采樣器取樣瓶數量確定，鑒于自動采樣器取樣過程及相關泵閥開關時間要求，取樣池停留時間以40 ~ 60 min，水量變化系數以不低于1.5為宜，取樣池內需設置攪拌機、液位計、閥門控制的排水管等；取樣調節池用于取樣期間居民排放污水的臨時存儲，一般可按15 ~ 20 min停留時間或取樣池容積1/3設計；按設計液位、時間周期和特定啟動條件三種方式設置取樣程序，為保障樣品的均勻性，原則上取樣前應設置3~ 5 min的混合攪拌時間；取樣程序結束后排空取樣池，開啟取樣調節池閥門，進入下一個取樣時間間隔。
2.2 人員出入監控系統
城鎮居民人均日生活污水污染物產生量測算需要的另一個重要數據是每個取樣時間間隔內的排污人口當量，也即產生該排污量的人口數量，由取樣時間間隔起始點的人口基準值和該時間間隔內出入樓宇人員停留時間的折算當量計算，各時間間隔的起點和終點由計量裝置的取樣程序確定。第一次取樣前需對樓宇內的人口基準值進行摸底調查，以后各取樣時間間隔起始點的人口基準值由人員出入監控系統自動統計計算；各時間間隔內進出人員的折算當量可由該時間間隔內所有進入樓宇人員自進入樓宇到本次時間間隔結束的時間總和，扣減所有離開樓宇人員自離開樓宇到本次時間間隔結束的時間總和，除以該時間間隔總時長計算獲得，計算結果為正值代表該時間間隔排污人口當量增加，負值代表該時間間隔排污人口當量減少。以某城市樓宇為例，如2:00—3:00取樣時間間隔內，2:15有10人離開樓宇，則10人離開樓宇到本次時間間隔結束的總時間為10*45 min=450 min；2:45有20人進入樓宇，則20人進入樓宇到本次時間間隔結束的總時間為20*15 min=300 min，據此可計算2:00 ~ 3:00取樣時間間隔內出入樓宇人員停留時間為300-450=-150 min，人口當量為-150/60=-2.5，如2:00 ~ 3:00取樣時間間隔起始點人數200人，則該時間間隔的人口當量為200-2.5=197.5人。
鑒于居民樓宇人員進出情況的特殊性，為盡量降低對樓宇內居民生活的影響，原則上該人員出入監控系統不做人員身份識別，不做每個個體在樓宇內停留時間的具體分析，只記錄每個時間點的人員進出數量，也就是說人員出入監控系統只記錄某時間點有多少人員進入樓宇，有多少人員離開樓宇。
2.3 數據計算平臺
在取樣階段，污水收集計量裝置和人員出入監控系統是兩個獨立運行的系統，但每次取樣時間間隔的起始和終止時間是由污水收集計量裝置的控制系統決定的，也就是說人員出入監控系統的排污人口當量數據計算有賴于污水收集計量裝置提供的起始和終止時間。但受限于樓宇內頻繁的人員流動和不同時間段人均用水量的明顯變化，通常難以人為控制污水收集計量裝置每個時間間隔的起始和終止時間，并根據起始和終止時間人工統計計算每個時間間隔內的人口當量變化情況，為此需建立數據計算平臺，實現污水收集計量裝置和人員出入監控系統的功能耦合，自動根據污水收集計量裝置反饋的起始和終止時間，計算每個時間間隔的人口當量，并結合人工輸入的第一次取樣前摸底調查的樓宇內人口基準值和每個時間間隔的污染物濃度化驗值，自動進行人均日污水污染物產生量、人均日排水量等指標的計算。
3 試驗樓宇要求
鑒于對人員出入情況的監控要求和污水輸送過程的無損耗控制要求，本方法主要用于對獨棟樓宇或滿足樓宇選擇要求，距離較近的數棟樓宇進行測試，不適用于小區總排放口測試。
為保障被測試樓宇生活污水的全收集，原則上被測試樓宇應以高層建筑為主。鑒于多數樓宇排水需使用污水提升裝置，為降低系統復雜性，應盡量選擇旱季污水排放口（不含雨水立管）不超過3個的居民樓宇，排放口相對較多時，可結合實際條件對多個排放口進行合并收集，并做好各項防倒流措施。
為避免個別居民非正常狀況對測試結果的影響，應盡量選擇常住人口數量相對較多的樓宇，結合前期調研結果，所選擇居民樓宇的入住戶數應不少于120戶，或常住人口應不少于300人，單棟樓宇不能達到常住人口數量要求的，也可選擇周邊區域內多個符合條件的樓宇開展聯合測試。
為確保對樓宇內的人員出入情況進行連續監控和精準統計計算，原則上所選樓宇的人員出入口數量不宜超過5個。
污水收集計量系統需要約1個常規車位的安裝空間，居民小區應具備裝置運輸和吊裝條件；為降低污水提升管道對測試結果的影響，計量裝置安裝點與污水排放口之間的最大距離原則上應不超過50 m。
4 結語
作為城鎮居民生活污水收集率行業管理指標的重要基礎指標，城鎮居民日生活污水污染物產生量的準確計量已經成為提升行業管理能力和水平的重要問題。所提出的居民日生活污水污染物產生量測算系統設計方案已于2019年5月得到專家認可，并耗時3個多月完成了試驗場地選擇、設備產品研發和測算平臺開發工作，9月初在太湖流域某城市居民小區進行了裝置安裝和試驗性測試，已經成功完成近10次的24 h取樣測試，基本實現預期目標。目前正在對測試數據進行分析研究，相關結果將在《中國給水排水》雜志陸續發布。接下來，將進一步加強對相關設備產品和測算平臺的研究開發和標準化工作，并選擇全國不同地區、不同類型的城市樓宇開展測試工作。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
