城鎮(zhèn)居民人均日生活污水污染物產(chǎn)生量是生活污水處理工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，也是《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019—2021年)》中提出的城鎮(zhèn)生活污水集中收集率這一行業(yè)監(jiān)管新指標(biāo)統(tǒng)計(jì)計(jì)算和污水處理行業(yè)效能評估的重要基礎(chǔ)指標(biāo)。但國內(nèi)外關(guān)于城鎮(zhèn)居民人均日生活污水污染物產(chǎn)生量的相關(guān)研究不足，國內(nèi)現(xiàn)有各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)中引用的人均日生活污水污染物產(chǎn)生量數(shù)據(jù)多數(shù)借鑒外國經(jīng)驗(yàn)值，難以真實(shí)表征我國城鎮(zhèn)居民日常生活排污情況。中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司孫永利等構(gòu)建了城鎮(zhèn)居民生活污水污染物產(chǎn)生量測算方法，并設(shè)計(jì)研發(fā)了成套測算裝備。該測算裝備由污水收集計(jì)量裝置、人員出入監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理平臺構(gòu)成，通過污水收集計(jì)量裝置收集不同時(shí)間段樓宇內(nèi)居民排放的所有污水，通過人員出入監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算該時(shí)間段樓宇內(nèi)的排污人口當(dāng)量，據(jù)此計(jì)算該時(shí)間段的人均污水污染物產(chǎn)生量;將24 h劃分為多個(gè)不等的時(shí)間段，并按上述方法分別收集計(jì)算各時(shí)間段的人均污水污染物產(chǎn)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(chǎn)生量。選擇太湖流域常住人口達(dá)到一定規(guī)模，生活排水可全收集、人員出入情況可全監(jiān)控的居民樓宇進(jìn)行初步測試，并有望形成標(biāo)準(zhǔn)化測試方法和成套測試測算裝備，在全國范圍內(nèi)開展測試工作。

前期測算方法及適用性

發(fā)達(dá)國家通?？芍苯永贸擎?zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)反推出居民生活污水量和污染物濃度，據(jù)此精準(zhǔn)計(jì)算人均日生活污水污染物產(chǎn)生量，這主要得益于發(fā)達(dá)國家優(yōu)良的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)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(wǎng)不健全、管道淤泥沉積、清水入滲入流、雨污水管道錯(cuò)接混接、工業(yè)廢水排入等突出問題，城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)際進(jìn)水量和污染物濃度并不能準(zhǔn)確反映居民生活污水污染物的產(chǎn)排情況。

據(jù)行業(yè)專家回憶，早在20世紀(jì)七八十年代，我國曾有學(xué)者通過收集特定人群每日糞尿排泄物的方式進(jìn)行過人均生活污水污染物產(chǎn)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(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)，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(shí)期，的確可以較準(zhǔn)確地反映城市居民生活污水污染物的產(chǎn)生情況。但隨著居民生活水平的不斷提高，居民家庭各項(xiàng)用水比例發(fā)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(chǎn)生量已經(jīng)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(shí)反映當(dāng)今時(shí)代居民生活污水污染物的產(chǎn)排量特征。

第一次全國污染源普查有力地推進(jìn)了居民生活污水污染物產(chǎn)排情況的測算和統(tǒng)計(jì)工作，最近幾年國家科研項(xiàng)目也增加了相關(guān)研究方向。國內(nèi)高校、科研機(jī)構(gòu)、行業(yè)主管部門多以居民小區(qū)出水總排口或典型居民家庭作為測試對象，進(jìn)行過污水產(chǎn)排規(guī)律研究，但小區(qū)出水總排口測算方法多數(shù)只是通過瞬時(shí)水樣或多個(gè)瞬時(shí)水樣混合樣的水質(zhì)測定，以及簡單的濃度加和平均和固定的人口數(shù)量進(jìn)行人均日生活污水污染物產(chǎn)生量計(jì)算，基本上難以精準(zhǔn)地進(jìn)行排水計(jì)量，也無法對該排水量所對應(yīng)的人口數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，其計(jì)算結(jié)果并不能準(zhǔn)確表征城市居民生活污染物的實(shí)際產(chǎn)排情況。典型居民家庭測算方法存在樣本數(shù)量少，個(gè)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(gòu)建

城鎮(zhèn)居民人均日生活污水污染物產(chǎn)生量也即特定人群每天產(chǎn)生的污水污染物總量與排污人口總數(shù)的比值。鑒于人口流動特征，無論以樓宇、小區(qū)、社區(qū)，還是以固定人群為監(jiān)測單位，都很難精準(zhǔn)收集這些特定人群24 h生活產(chǎn)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(jù)特定區(qū)域內(nèi)人群的生活規(guī)律和人員流動特征，將24 h時(shí)間段拆分為不同時(shí)間跨度的多個(gè)時(shí)間間隔，精準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)時(shí)間間隔特定區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量(或當(dāng)量)，準(zhǔn)確收集每個(gè)時(shí)間間隔特定區(qū)域內(nèi)居民實(shí)際排放的所有污水，測定污染物濃度，據(jù)此計(jì)算該時(shí)間間隔特定區(qū)域內(nèi)居民的污水污染物產(chǎn)生總量和人均污染物產(chǎn)生量。最后將24 h內(nèi)各時(shí)間間隔的人均污水污染物產(chǎn)生量累加，即可計(jì)算獲得居民人均日污水污染物產(chǎn)生量，同理也可計(jì)算居民人均日污水排放量數(shù)據(jù)。

這種方法的假定條件是人在每個(gè)時(shí)間段的排污規(guī)律不會因所處環(huán)境條件的改變而發(fā)生很大的變化，也就是說無論是在樓宇內(nèi)生活、在寫字樓辦公，還是在其他場合工作，其在特定時(shí)間間隔的排污行為是差不多的，因此可以根據(jù)特定時(shí)間間隔特定人群的排污量計(jì)算該時(shí)間間隔的人均污水污染物產(chǎn)生量。在這種情況下，將24h取樣周期細(xì)分為更多的時(shí)間間隔，可使每個(gè)時(shí)間間隔的人員數(shù)量相對穩(wěn)定，有效解決居民樓宇人員出入變化對測定結(jié)果的影響，使計(jì)算結(jié)果更加趨近于真實(shí)值;污水收集計(jì)量系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定容積才啟動取樣程序，也就是說每個(gè)時(shí)間間隔收集的水量是恒定的，時(shí)間間隔長度主要取決于樓宇內(nèi)居民的實(shí)際排水規(guī)律，這就意味著用水高峰期的時(shí)間間隔縮短，用水低谷期的時(shí)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(gè)體排污差異、非常規(guī)排污事件(如醉酒嘔吐、腹瀉等)，或排污行為改變對測試結(jié)果的影響問題。

實(shí)現(xiàn)上述功能，需要開發(fā)并設(shè)計(jì)加工滿足相關(guān)功能要求的污水收集計(jì)量裝置、人員出入監(jiān)控系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)分析平臺。

2.1

污水收集計(jì)量裝置

污水收集計(jì)量裝置主要由居民樓宇生活污水提升裝置和計(jì)量裝置兩部分組成，各部分實(shí)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(diào)節(jié)水池組成，用于將樓宇內(nèi)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(shí)輸送至污水計(jì)量裝置。居民樓宇需要的生活污水提升裝置數(shù)量取決于樓宇內(nèi)污水總管和旱季排污的雨水立管的數(shù)量和位置分布。用于接收廚房和衛(wèi)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(shè)置于化糞池前;為避免漂浮物問題，原則上調(diào)節(jié)水池容積不宜過大，應(yīng)以保障污水泵安全運(yùn)行，污水及時(shí)排出為基本原則。

圖1污水收集計(jì)量系統(tǒng)

污水計(jì)量裝置主要用于精準(zhǔn)收集、計(jì)量和均勻混合每個(gè)時(shí)間間隔樓宇內(nèi)居民產(chǎn)生的污水，并自動完成每個(gè)時(shí)間間隔的取樣工作，主要由進(jìn)出水管、取樣池、取樣調(diào)節(jié)池、采樣器等功能單元構(gòu)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，原則上推薦利用采樣器的標(biāo)準(zhǔn)取樣程序進(jìn)行自動取樣，并交由有資質(zhì)的化驗(yàn)室進(jìn)行分析化驗(yàn)。

取樣池容積應(yīng)根據(jù)樓宇內(nèi)常住人口數(shù)量、居民生活污水排放特征和國內(nèi)外市場上可選用自動采樣器取樣瓶數(shù)量確定，鑒于自動采樣器取樣過程及相關(guān)泵閥開關(guān)時(shí)間要求，取樣池停留時(shí)間以40 ~ 60 min，水量變化系數(shù)以不低于1.5為宜，取樣池內(nèi)需設(shè)置攪拌機(jī)、液位計(jì)、閥門控制的排水管等;取樣調(diào)節(jié)池用于取樣期間居民排放污水的臨時(shí)存儲，一般可按15 ~ 20 min停留時(shí)間或取樣池容積1/3設(shè)計(jì);按設(shè)計(jì)液位、時(shí)間周期和特定啟動條件三種方式設(shè)置取樣程序，為保障樣品的均勻性，原則上取樣前應(yīng)設(shè)置3~ 5 min的混合攪拌時(shí)間;取樣程序結(jié)束后排空取樣池，開啟取樣調(diào)節(jié)池閥門，進(jìn)入下一個(gè)取樣時(shí)間間隔。

2.2

人員出入監(jiān)控系統(tǒng)

城鎮(zhèn)居民人均日生活污水污染物產(chǎn)生量測算需要的另一個(gè)重要數(shù)據(jù)是每個(gè)取樣時(shí)間間隔內(nèi)的排污人口當(dāng)量，也即產(chǎn)生該排污量的人口數(shù)量，由取樣時(shí)間間隔起始點(diǎn)的人口基準(zhǔn)值和該時(shí)間間隔內(nèi)出入樓宇人員停留時(shí)間的折算當(dāng)量計(jì)算，各時(shí)間間隔的起點(diǎn)和終點(diǎn)由計(jì)量裝置的取樣程序確定。第一次取樣前需對樓宇內(nèi)的人口基準(zhǔn)值進(jìn)行摸底調(diào)查，以后各取樣時(shí)間間隔起始點(diǎn)的人口基準(zhǔn)值由人員出入監(jiān)控系統(tǒng)自動統(tǒng)計(jì)計(jì)算;各時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)出人員的折算當(dāng)量可由該時(shí)間間隔內(nèi)所有進(jìn)入樓宇人員自進(jìn)入樓宇到本次時(shí)間間隔結(jié)束的時(shí)間總和，扣減所有離開樓宇人員自離開樓宇到本次時(shí)間間隔結(jié)束的時(shí)間總和，除以該時(shí)間間隔總時(shí)長計(jì)算獲得，計(jì)算結(jié)果為正值代表該時(shí)間間隔排污人口當(dāng)量增加，負(fù)值代表該時(shí)間間隔排污人口當(dāng)量減少。以某城市樓宇為例，如2:00—3:00取樣時(shí)間間隔內(nèi)，2:15有10人離開樓宇，則10人離開樓宇到本次時(shí)間間隔結(jié)束的總時(shí)間為10*45 min=450 min;2:45有20人進(jìn)入樓宇，則20人進(jìn)入樓宇到本次時(shí)間間隔結(jié)束的總時(shí)間為20*15 min=300 min，據(jù)此可計(jì)算2:00 ~ 3:00取樣時(shí)間間隔內(nèi)出入樓宇人員停留時(shí)間為300-450=-150 min，人口當(dāng)量為-150/60=-2.5，如2:00 ~ 3:00取樣時(shí)間間隔起始點(diǎn)人數(shù)200人，則該時(shí)間間隔的人口當(dāng)量為200-2.5=197.5人。

鑒于居民樓宇人員進(jìn)出情況的特殊性，為盡量降低對樓宇內(nèi)居民生活的影響，原則上該人員出入監(jiān)控系統(tǒng)不做人員身份識別，不做每個(gè)個(gè)體在樓宇內(nèi)停留時(shí)間的具體分析，只記錄每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的人員進(jìn)出數(shù)量，也就是說人員出入監(jiān)控系統(tǒng)只記錄某時(shí)間點(diǎn)有多少人員進(jìn)入樓宇，有多少人員離開樓宇。

2.3

數(shù)據(jù)計(jì)算平臺

在取樣階段，污水收集計(jì)量裝置和人員出入監(jiān)控系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，但每次取樣時(shí)間間隔的起始和終止時(shí)間是由污水收集計(jì)量裝置的控制系統(tǒng)決定的，也就是說人員出入監(jiān)控系統(tǒng)的排污人口當(dāng)量數(shù)據(jù)計(jì)算有賴于污水收集計(jì)量裝置提供的起始和終止時(shí)間。但受限于樓宇內(nèi)頻繁的人員流動和不同時(shí)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(jì)量裝置每個(gè)時(shí)間間隔的起始和終止時(shí)間，并根據(jù)起始和終止時(shí)間人工統(tǒng)計(jì)計(jì)算每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的人口當(dāng)量變化情況，為此需建立數(shù)據(jù)計(jì)算平臺，實(shí)現(xiàn)污水收集計(jì)量裝置和人員出入監(jiān)控系統(tǒng)的功能耦合，自動根據(jù)污水收集計(jì)量裝置反饋的起始和終止時(shí)間，計(jì)算每個(gè)時(shí)間間隔的人口當(dāng)量，并結(jié)合人工輸入的第一次取樣前摸底調(diào)查的樓宇內(nèi)人口基準(zhǔn)值和每個(gè)時(shí)間間隔的污染物濃度化驗(yàn)值，自動進(jìn)行人均日污水污染物產(chǎn)生量、人均日排水量等指標(biāo)的計(jì)算。

3

試驗(yàn)樓宇要求

鑒于對人員出入情況的監(jiān)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(dú)棟樓宇或滿足樓宇選擇要求，距離較近的數(shù)棟樓宇進(jìn)行測試，不適用于小區(qū)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(yīng)以高層建筑為主。鑒于多數(shù)樓宇排水需使用污水提升裝置，為降低系統(tǒng)復(fù)雜性，應(yīng)盡量選擇旱季污水排放口(不含雨水立管)不超過3個(gè)的居民樓宇，排放口相對較多時(shí)，可結(jié)合實(shí)際條件對多個(gè)排放口進(jìn)行合并收集，并做好各項(xiàng)防倒流措施。

為避免個(gè)別居民非正常狀況對測試結(jié)果的影響，應(yīng)盡量選擇常住人口數(shù)量相對較多的樓宇，結(jié)合前期調(diào)研結(jié)果，所選擇居民樓宇的入住戶數(shù)應(yīng)不少于120戶，或常住人口應(yīng)不少于300人，單棟樓宇不能達(dá)到常住人口數(shù)量要求的，也可選擇周邊區(qū)域內(nèi)多個(gè)符合條件的樓宇開展聯(lián)合測試。

為確保對樓宇內(nèi)的人員出入情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控和精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，原則上所選樓宇的人員出入口數(shù)量不宜超過5個(gè)。

污水收集計(jì)量系統(tǒng)需要約1個(gè)常規(guī)車位的安裝空間，居民小區(qū)應(yīng)具備裝置運(yùn)輸和吊裝條件;為降低污水提升管道對測試結(jié)果的影響，計(jì)量裝置安裝點(diǎn)與污水排放口之間的最大距離原則上應(yīng)不超過50 m。

4

結(jié)語

作為城鎮(zhèn)居民生活污水收集率行業(yè)管理指標(biāo)的重要基礎(chǔ)指標(biāo)，城鎮(zhèn)居民日生活污水污染物產(chǎn)生量的準(zhǔn)確計(jì)量已經(jīng)成為提升行業(yè)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(chǎn)生量測算系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案已于2019年5月得到專家認(rèn)可，并耗時(shí)3個(gè)多月完成了試驗(yàn)場地選擇、設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)和測算平臺開發(fā)工作，9月初在太湖流域某城市居民小區(qū)進(jìn)行了裝置安裝和試驗(yàn)性測試，已經(jīng)成功完成近10次的24 h取樣測試，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。目前正在對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，相關(guān)結(jié)果將在《中國給水排水》雜志陸續(xù)發(fā)布。接下來，將進(jìn)一步加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品和測算平臺的研究開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，并選擇全國不同地區(qū)、不同類型的城市樓宇開展測試工作。