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(dòng)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(píng)估的重要基礎(chǔ)指標(biāo)。但國(guó)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(guó)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(guó)經(jīng)驗(yàn)值，難以真實(shí)表征我國(guó)城鎮(zhèn)居民日常生活排污情況。中國(guó)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(cè)算方法，并設(shè)計(jì)研發(fā)了成套測(cè)算裝備。該測(cè)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(tái)構(gòu)成，通過(guò)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(guò)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(cè)試，并有望形成標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法和成套測(cè)試測(cè)算裝備，在全國(guó)范圍內(nèi)開展測(cè)試工作。

前期測(cè)算方法及適用性

發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)家優(yōu)良的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)性能和污染物過(guò)程衰減研究成果。但我國(guó)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(guó)曾有學(xué)者通過(guò)收集特定人群每日糞尿排泄物的方式進(jìn)行過(guò)人均生活污水污染物產(chǎn)生量的測(cè)算研究，但這種方法通常只收集了特定人群每日通過(guò)糞尿排泄物所形成的污染物量，在社會(huì)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(cè)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(guó)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(cè)算和統(tǒng)計(jì)工作，最近幾年國(guó)家科研項(xiàng)目也增加了相關(guān)研究方向。國(guó)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(cè)試對(duì)象，進(jìn)行過(guò)污水產(chǎn)排規(guī)律研究，但小區(qū)出水總排口測(cè)算方法多數(shù)只是通過(guò)瞬時(shí)水樣或多個(gè)瞬時(shí)水樣混合樣的水質(zhì)測(cè)定，以及簡(jiǎn)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(wú)法對(duì)該排水量所對(duì)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(cè)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(cè)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(dòng)特征，無(wú)論以樓宇、小區(qū)、社區(qū)，還是以固定人群為監(jiān)測(cè)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(cè)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(dòng)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(cè)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(huì)因所處環(huán)境條件的改變而發(fā)生很大的變化，也就是說(shuō)無(wú)論是在樓宇內(nèi)生活、在寫字樓辦公，還是在其他場(chǎng)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(duì)穩(wěn)定，有效解決居民樓宇人員出入變化對(duì)測(cè)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(dòng)取樣程序，也就是說(shuō)每個(gè)時(shí)間間隔收集的水量是恒定的，時(shí)間間隔長(zhǎng)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(zhǎng);選擇常住人口相對(duì)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(duì)測(cè)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(tái)。

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(guò)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(dòng)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(cè)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(dòng)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上可選用自動(dòng)采樣器取樣瓶數(shù)量確定，鑒于自動(dòng)采樣器取樣過(guò)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(chǔ)，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(dòng)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(cè)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(duì)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(dòng)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(zhǎng)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(duì)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(shí)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(shuō)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(tái)

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(shuō)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(dòng)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(tái)，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(dòng)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(dòng)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(duì)人員出入情況的監(jiān)控要求和污水輸送過(guò)程的無(wú)損耗控制要求，本方法主要用于對(duì)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(cè)試，不適用于小區(qū)總排放口測(cè)試。

為保障被測(cè)試樓宇生活污水的全收集，原則上被測(cè)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(guò)3個(gè)的居民樓宇，排放口相對(duì)較多時(shí)，可結(jié)合實(shí)際條件對(duì)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(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，應(yīng)盡量選擇常住人口數(shù)量相對(duì)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(cè)試。

為確保對(duì)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(guò)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(duì)測(cè)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(guò)50 m。

4

結(jié)語(yǔ)

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(cè)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(chǎng)地選擇、設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)算平臺(tái)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(cè)試，已經(jīng)成功完成近10次的24 h取樣測(cè)試，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。目前正在對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，相關(guān)結(jié)果將在《中國(guó)給水排水》雜志陸續(xù)發(fā)布。接下來(lái)，將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品和測(cè)算平臺(tái)的研究開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，并選擇全國(guó)不同地區(qū)、不同類型的城市樓宇開展測(cè)試工作。