城鎮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計的重要參數，也是《城鎮污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案(2019—2021年)》中提出的城鎮生活污水集中收集率這一行業(yè)監管新指標統計計算和污水處理行業(yè)效能評估的重要基礎指標。但國內外關(guān)于城鎮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(chǎn)生量數據多數借鑒外國經(jīng)驗值，難以真實(shí)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(chǎn)生量測算方法，并設計研發(fā)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(guò)污水收集計量裝置收集不同時(shí)間段樓宇內居民排放的所有污水，通過(guò)人員出入監控系統計算該時(shí)間段樓宇內的排污人口當量，據此計算該時(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(jìn)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(kāi)展測試工作。

前期測算方法及適用性

發(fā)達國家通?？芍苯永贸擎偽鬯幚韽S(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)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(chǎn)生量，這主要得益于發(fā)達國家優(yōu)良的城鎮排水系統性能和污染物過(guò)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、雨污水管道錯接混接、工業(yè)廢水排入等突出問(wèn)題，城鎮污水處理廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)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(chǎn)排情況。

據行業(yè)專(zhuān)家回憶，早在20世紀七八十年代，我國曾有學(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)濟尚不發(fā)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(shí)期，的確可以較準確地反映城市居民生活污水污染物的產(chǎn)生情況。但隨著(zhù)居民生活水平的不斷提高，居民家庭各項用水比例發(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)排情況的測算和統計工作，最近幾年國家科研項目也增加了相關(guān)研究方向。國內高校、科研機構、行業(yè)主管部門(mén)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(jìn)行過(guò)污水產(chǎn)排規律研究，但小區出水總排口測算方法多數只是通過(guò)瞬時(shí)水樣或多個(gè)瞬時(shí)水樣混合樣的水質(zhì)測定，以及簡(jiǎn)單的濃度加和平均和固定的人口數量進(jìn)行人均日生活污水污染物產(chǎn)生量計算，基本上難以精準地進(jìn)行排水計量，也無(wú)法對該排水量所對應的人口數進(jìn)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(shí)際產(chǎn)排情況。典型居民家庭測算方法存在樣本數量少，個(gè)體差異影響大，污染物難以全面收集等一系列問(wèn)題。

2

新測試方法構建

城鎮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的比值。鑒于人口流動(dòng)特征，無(wú)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(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。為此如何根據特定區域內人群的生活規律和人員流動(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，精準計算每個(gè)時(shí)間間隔特定區域內的人口數量(或當量)，準確收集每個(gè)時(shí)間間隔特定區域內居民實(shí)際排放的所有污水，測定污染物濃度，據此計算該時(shí)間間隔特定區域內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內各時(shí)間間隔的人均污水污染物產(chǎn)生量累加，即可計算獲得居民人均日污水污染物產(chǎn)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(gè)時(shí)間段的排污規律不會(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)論是在樓宇內生活、在寫(xiě)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，因此可以根據特定時(shí)間間隔特定人群的排污量計算該時(shí)間間隔的人均污水污染物產(chǎn)生量。在這種情況下，將24h取樣周期細分為更多的時(shí)間間隔，可使每個(gè)時(shí)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(shí)值;污水收集計量系統達到設定容積才啟動(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(cháng)度主要取決于樓宇內居民的實(shí)際排水規律，這就意味著(zhù)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(cháng);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(wèn)題。

實(shí)現上述功能，需要開(kāi)發(fā)并設計加工滿(mǎn)足相關(guān)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(shí)物圖詳見(jiàn)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(shí)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(wèn)題，原則上調節水池容積不宜過(guò)大，應以保障污水泵安全運行，污水及時(shí)排出為基本原則。

圖1污水收集計量系統

污水計量裝置主要用于精準收集、計量和均勻混合每個(gè)時(shí)間間隔樓宇內居民產(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、取樣調節池、采樣器等功能單元構成。雖然也可使用在線(xiàn)分析儀表代替采樣器完成測試工作，但為確保實(shí)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(jìn)行自動(dòng)取樣，并交由有資質(zhì)的化驗室進(jìn)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(chǎng)上可選用自動(dòng)采樣器取樣瓶數量確定，鑒于自動(dòng)采樣器取樣過(guò)程及相關(guān)泵閥開(kāi)關(guān)時(shí)間要求，取樣池停留時(shí)間以40 ~ 60 min，水量變化系數以不低于1.5為宜，取樣池內需設置攪拌機、液位計、閥門(mén)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(shí)存儲，一般可按15 ~ 20 min停留時(shí)間或取樣池容積1/3設計;按設計液位、時(shí)間周期和特定啟動(dòng)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(shí)間;取樣程序結束后排空取樣池，開(kāi)啟取樣調節池閥門(mén)，進(jìn)入下一個(gè)取樣時(shí)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(chǎn)生量測算需要的另一個(gè)重要數據是每個(gè)取樣時(shí)間間隔內的排污人口當量，也即產(chǎn)生該排污量的人口數量，由取樣時(shí)間間隔起始點(diǎn)的人口基準值和該時(shí)間間隔內出入樓宇人員停留時(shí)間的折算當量計算，各時(shí)間間隔的起點(diǎn)和終點(diǎn)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(jìn)行摸底調查，以后各取樣時(shí)間間隔起始點(diǎn)的人口基準值由人員出入監控系統自動(dòng)統計計算;各時(shí)間間隔內進(jìn)出人員的折算當量可由該時(shí)間間隔內所有進(jìn)入樓宇人員自進(jìn)入樓宇到本次時(shí)間間隔結束的時(shí)間總和，扣減所有離開(kāi)樓宇人員自離開(kāi)樓宇到本次時(shí)間間隔結束的時(shí)間總和，除以該時(shí)間間隔總時(shí)長(cháng)計算獲得，計算結果為正值代表該時(shí)間間隔排污人口當量增加，負值代表該時(shí)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(shí)間間隔內，2:15有10人離開(kāi)樓宇，則10人離開(kāi)樓宇到本次時(shí)間間隔結束的總時(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)間間隔結束的總時(shí)間為20*15 min=300 min，據此可計算2:00 ~ 3:00取樣時(shí)間間隔內出入樓宇人員停留時(shí)間為300-450=-150 min，人口當量為-150/60=-2.5，如2:00 ~ 3:00取樣時(shí)間間隔起始點(diǎn)人數200人，則該時(shí)間間隔的人口當量為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(gè)個(gè)體在樓宇內停留時(shí)間的具體分析，只記錄每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的人員進(jìn)出數量，也就是說(shuō)人員出入監控系統只記錄某時(shí)間點(diǎn)有多少人員進(jìn)入樓宇，有多少人員離開(kāi)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(gè)獨立運行的系統，但每次取樣時(shí)間間隔的起始和終止時(shí)間是由污水收集計量裝置的控制系統決定的，也就是說(shuō)人員出入監控系統的排污人口當量數據計算有賴(lài)于污水收集計量裝置提供的起始和終止時(shí)間。但受限于樓宇內頻繁的人員流動(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量裝置每個(gè)時(shí)間間隔的起始和終止時(shí)間，并根據起始和終止時(shí)間人工統計計算每個(gè)時(shí)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(shí)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(dòng)根據污水收集計量裝置反饋的起始和終止時(shí)間，計算每個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)間間隔的污染物濃度化驗值，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(guò)程的無(wú)損耗控制要求，本方法主要用于對獨棟樓宇或滿(mǎn)足樓宇選擇要求，距離較近的數棟樓宇進(jìn)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(guò)3個(gè)的居民樓宇，排放口相對較多時(shí)，可結合實(shí)際條件對多個(gè)排放口進(jìn)行合并收集，并做好各項防倒流措施。

為避免個(gè)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(hù)數應不少于120戶(hù)，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(gè)符合條件的樓宇開(kāi)展聯(lián)合測試。

為確保對樓宇內的人員出入情況進(jìn)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(guò)5個(gè)。

污水收集計量系統需要約1個(gè)常規車(chē)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(diǎn)與污水排放口之間的最大距離原則上應不超過(guò)50 m。

4

結語(yǔ)

作為城鎮居民生活污水收集率行業(yè)管理指標的重要基礎指標，城鎮居民日生活污水污染物產(chǎn)生量的準確計量已經(jīng)成為提升行業(yè)管理能力和水平的重要問(wèn)題。所提出的居民日生活污水污染物產(chǎn)生量測算系統設計方案已于2019年5月得到專(zhuān)家認可，并耗時(shí)3個(gè)多月完成了試驗場(chǎng)地選擇、設備產(chǎn)品研發(fā)和測算平臺開(kāi)發(fā)工作，9月初在太湖流域某城市居民小區進(jìn)行了裝置安裝和試驗性測試，已經(jīng)成功完成近10次的24 h取樣測試，基本實(shí)現預期目標。目前正在對測試數據進(jìn)行分析研究，相關(guān)結果將在《中國給水排水》雜志陸續發(fā)布。接下來(lái)，將進(jìn)一步加強對相關(guān)設備產(chǎn)品和測算平臺的研究開(kāi)發(fā)和標準化工作，并選擇全國不同地區、不同類(lèi)型的城市樓宇開(kāi)展測試工作。