城鎮居民人均日生活污水污染物產生量測算之產污規律
該文是中國市政工程華北設計研究總院有限公司孫永利團隊關于城鎮居民人均日生活污水污染物產生量系列研究之二，將發表在《中國給水排水》2020年3月第6期，作者：孫永利、張維、鄭興燦、高晨晨、祝磊、王詣達、楊超、劉靜。2019年10月—12月選擇常州市某居民樓宇開展居民生活污水污染物的源頭產生量及規律研究。檢測日的居民生活污水人均日產生量為216L/(人·d)，在06:30—10:30和19:00—21:30兩個時段分別出現較高值，最大時排放量和日均時排放量的比值為1.92；樓宇排水口COD、BOD5、NH3-N、TN和TP日均濃度分別為549、259、45.43、79.23和7.45mg/L，也出現了兩個較高值，其中第一個高峰時段提前至凌晨，最大濃度與日均濃度的比值分別為1.63、1.56、2.15、2.01和2.03；人均日污染物產生量分別為121、59、9.5、17.0和1.6g/（人·d），同樣在06:30—10:30和19:00—21:30出現兩個高峰時段，但污染物產生量的時變化更加顯著，最大值和最小值的比值分別達到15.68、19.68、9.22、14.16和14.20；BOD5/COD、BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP日均濃度比值分別達到0.47、5.71、3.27和34.82，其中BOD5/COD波動不明顯，最大值與最小值的比值僅為1.63，而BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP波動較為明顯，均在08:30—20:30時段出現相對較大值。
按文獻[1]研制了城鎮居民人均日生活污水污染物產生量測算系統，2019年10月—12月選擇常州市某高層樓宇開展了測試工作，通過調整優化，基本上實現了居民人均日生活污水污染物產生量測算系統的成套化和標準化，具備在全國開展測算工作的基本條件，有望獲得城鎮居民生活排水相關基礎數據，提升城鎮污水處理行業的規劃、設計、運行和監管水平。
通過約3個月的測試，已得到5組有效的測試周期數據，初步獲得了該居民樓宇秋冬季節的人均日污水排放量、污染物濃度、污染物產生量和各污染物濃度比值及其時間變化規律。鑒于目前的測試結果僅為秋冬季節，不具有代表意義，故僅對某24h測試周期的數據進行初步分析。
01項目概況
測試樓宇為2010年前后建設的28層高層住宅小區，其中一層為架空結構，樓宇內實際住戶112戶，試驗期間入住率在80%左右，人員流動監控顯示高峰期人口接近240人，人數較少時也在60人以上，基本可以滿足測試要求。
在一樓出入口、一樓消防出口和地下停車場樓道間3個人員出入口安裝了帶有自存儲功能的人員出入監控系統。對一樓架空區域的污水干管進行改造，并增設2個生活污水提升裝置；鑒于錯接混接改造的雨水立管排水無法進入污水提升裝置，對所有改造后的雨水立管進行了二次截流改造，通過潛污泵提升至其中一個生活污水提升裝置，有效保障了測試期間樓宇排放的所有污水均得到收集。
02測試分析方法
嚴格按照標準化的采樣程序，由測試系統自帶的哈希全自動采樣器根據污水計量裝置的取樣程序完成水樣采集，由常州市排水監測站安排專人現場采樣，確保運輸過程符合CMA檢測的樣品保存要求，采用國標法進行COD、BOD5、NH3-N、TN和TP五項指標的測試，并完成數據上傳。水量、時間間隔、人口當量等數據由城鎮居民人均日生活污水污染物產生量測算系統各功能單元自動獲取并上傳至數據計算平臺。
03結果與討論
選取跨2個連續工作日的24h檢測結果，對該居民樓宇的人均日污水排放量、污染物濃度、污染物產生量、污染物濃度比值及其時間變化規律進行分析。
3.1污水排放量
城鎮居民人均日生活污水污染物產生量測算系統測算的該樓宇居民人均日污水排放量為216L/(人·d)，人均污水排放量的24h變化規律見圖1。
由圖1可知，人均排水量的兩個高峰值分別出現在06:30—10:30和19:00—21:30，每個時段的人均排水量均超過12L/（人·h），其中最高時段的瞬時人均排水量達到17.25L/（人·h），上午的排水高峰應與早起后的洗漱、大小便、早餐及長期居家人員的餐后保潔等行為有關；晚間時段的排水高峰應與晚間的家庭就餐、洗漱、洗衣、洗澡等行為有關；12:00—18:00期間的排水量并不高，說明下午居家人員的用水量相對不大；00:00—5:00期間的排水量相對較低，最低時段的瞬時人均排水量為1.56L/（人·h）。最大時排放量與日均時排放量比值為1.92，最大時排放量與最小時排放量的比值為11.09，城鎮居民排水量的時變化特征明顯，與樓宇內居民的生活情況基本吻合。
3.2污染物濃度
被測試樓宇生活污水COD、BOD5、NH3-N、TN和TP的日均加權濃度分別為549、259、45.43、79.23和7.45mg/L，各項指標的24h濃度變化規律分別見圖2～6。
由圖2～6可知，居民樓宇生活污水的COD、BOD5、NH3-N、TN和TP濃度變化規律與排水規律基本吻合，也分別出現了兩個高峰時段，但早上高峰時段的濃度值明顯提前于污水排放量高峰值，自凌晨起就出現了較高值，更好地說明了夜間小便和早起大小便行為是污水污染物濃度較高的主要原因，而洗漱等行為則是排水量相對較高的主要原因；晚間的污染物濃度高峰值與污水排放量高峰值基本吻合，與晚間就餐及餐后清洗等行為有關；其他時段的污染物濃度相對較為平穩。檢測日不同測試時段COD、BOD5、NH3-N、TN和TP濃度變化范圍分別為234～896、99～403、22.8～97.7、40.9～159和3.53～15.1mg/L，體現了不同排水時段的污染物濃度波動特征。其中最大濃度與日均濃度的比值分別為1.63、1.56、2.15、2.01和2.03，最大濃度和最小濃度的比值分別為3.83、4.08、4.29、3.89和4.28。24h各指標濃度的最大、最小值及比例關系見表1。
3.3污染物產生量
按文獻[1]計算獲得不同時段的人均居民生活污水污染物產生量，加和確定人均日COD、BOD5、NH3-N、TN和TP產生量分別為121.56、58.79、9.45、16.97和1.62g/(人·d)。各類污染物產生量的24h變化規律見圖7～11。
由圖7～11可知，各項污染物指標的人均日產生量也在檢測日出現兩個高峰時段，分別為06:30—10:30和18:30—21:30，產生量相對較低的時段出現在凌晨00:00—04:30期間，與上述時段的城市居民生產生活習慣基本一致，也與污水排放量和污染物濃度變化規律一致。不同時段居民樓宇人均時污染物產生量最大值和時均值的比值分別為2.43、2.57、2.79、3.01和2.68，最大值和最小值的比值分別為15.68、19.68、9.22、14.16和14.20，說明在污染物濃度和排水量疊加的情況下，人均污染物產生量的時變化更加顯著。不同時段居民樓宇人均時污染物排放量最大值、最小值及相關比例關系見表2。
3.4污染物濃度比
被測試樓宇居民生活污水的BOD5/COD、BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP比值分別為0.47、5.71、3.27、34.82，不同取樣時段的比值見圖12～15。
由圖12可知，檢測日樓宇居民生活污水的BOD5/COD比值為0.35～0.56，波動并不顯著，最大值與最小值的比值僅為1.63，說明居民生活污水的BOD5/COD比值相對平穩。
由圖13、14可知，檢測日08:30—20:30時段樓宇居民生活排水的BOD5/NH3-N和BOD5/TN比值大部分高于平均值，最大值分別達到11.85和5.78，表明做飯、洗碗、洗衣、拖地等產生的居民日常生活污水碳氮比相對較高；而居民生活夜間排水的BOD5/NH3-N和BOD5/TN比值普遍低于平均值，僅為2.69和2.02，表明夜間洗漱、小便產生污水的碳氮比相對較低，可能是城鎮污水處理廠碳源最不足的時段。
由圖15可知，BOD5/TP的變化趨勢與BOD5/TN基本類似，也在08:30—20:30時段出現較高值，最大值達到57.90，而較低時段也達到23.44，基本上可以滿足生物除磷的碳磷比需求。各項指標比值24h的最大值、最小值情況見表3。
04結論
（1）完成了常州市某高層樓宇人均日生活污水污染物產生量測試，初步獲得了該居民樓宇秋冬季節的人均日污水排放量、污染物濃度、污染物產生量和各污染物濃度比值及其時間變化規律。
（2）被測試樓宇測定日的居民生活污水日排放量為216L/（人·d），最高時段和最低時段的瞬時人均排水量分別為17.25、1.56L/（人·h），最大時排放量與日均時排放量比值為1.92，與最小時排放量的比值為11.09，排水量的時變化特征明顯。
（3）被測試樓宇測定日的COD、BOD5、NH3-N、TN和TP的日均濃度分別為549、259、45.43、79.23和7.45mg/L，其中最大濃度與日均濃度的比值分別為1.63、1.56、2.15、2.01和2.03，最大濃度和最小濃度的比值分別為3.83、4.08、4.29、3.89和4.28。
（4）被測試樓宇測定日的居民人均時COD、BOD5、NH3-N、TN和TP產生量分別為121.56、58.79、9.45、16.97和1.62g/（人·h），不同時段的人均時污染物排放量最大值和時均值的比值分別為2.43、2.57、2.79、3.01和2.68，最大值和最小值的比值分別為15.68、19.68、9.22、14.16和14.20，人均污染物產生量的時變化較其他指標更加顯著。
（5）被測試樓宇居民生活污水的BOD5/COD、BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP日均濃度比值分別為0.47、5.71、3.27、34.82，其中BOD5/COD波動不明顯，最大值與最小值的比值僅為1.63，而BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP波動較明顯，均在08:30—20:30時段出現相對較大值，其他時段比值相對較小。
05特別說明
（1）所有以天為計數單位的數據都是由每個時段測定值或計算值的加和或加權平均獲得，是真實的累計值。
（2）所有以小時為計數單位的數據都是基于每個取樣時段測定結果或計算結果的折算值，僅用以表征變化趨勢或說明變化規律，不具有統計意義。
（3）圖中的橫線長度代表每次取樣的時間長度，橫線越長代表該取樣時段的時間越長。
（4）鑒于污染物輸送過程中的自然衰減問題，上述測算結果僅代表被測試樓宇居民生活污水的水量、濃度和污染物總量，并不代表城鎮污水處理廠進水水質推薦值。
致謝：本測試系統由中國市政工程華北設計研究總院有限公司負責概念設計和日常維護，江蘇一環集團有限公司負責整體設計、加工和安裝，宜興市普天視電子有限公司負責人員出入監控系統和數據測算平臺的設計與調試；常州市排水管理處負責管道改造和裝置安裝運維的組織協調，常州市排水監測站負責取樣和分析化驗，被測試樓宇物業公司及全體業主全力配合了測試工作，在此一并表示感謝。
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