中国给水排水2020年中国污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会
 
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城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之产污规律 《中国给水排水》2020年3月第6期,作者:孙永利、张维、郑兴灿、高晨晨、祝磊、王诣达、杨超、刘静。

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-17  来源:《中国给水排水》2020年3月第6期,作者:孙永利、张维   浏览次数:191
核心提示:城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之产污规律 孙永利(1975—),山东威海人,博士,正高,主要从事城市水体和污水处理的技术与政策研究,承担国家和省部级科研课题、子课题20余项,获中国专利优秀奖1项,国际水协(IWA)科技创新全球最高奖1项,省部级科技进步一等奖3项、二等奖4项、三等奖6项。授权专利38项,其中发明专利20项。 《中国给水排水》2020年3月第6期,作者:孙永利、张维、郑兴灿、高晨晨、祝磊、王诣达、杨超、刘静。
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中国给水排水2020年中国污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会
 

城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之产污规律 

导 语

该文是中国市政工程华北设计研究总院有限公司孙永利团队关于城镇居民人均日生活污水污染物产生量系列研究之二,将发表在《中国给水排水》2020年3月第6期,作者:孙永利、张维、郑兴灿、高晨晨、祝磊、王诣达、杨超、刘静。2019年10月—12月选择常州市某居民楼宇开展居民生活污水污染物的源头产生量及规律研究。检测日的居民生活污水人均日产生量为216 L/(人·d),在06:30—10:30和19:00—21:30两个时段分别出现较高值,最大时排放量和日均时排放量的比值为1.92;楼宇排水口COD、BOD5、NH3-N、TN和TP日均浓度分别为549、259、45.43、79.23和7.45mg/L,也出现了两个较高值,其中第一个高峰时段提前至凌晨,最大浓度与日均浓度的比值分别为1.63、1.56、2.15、2.01和2.03;人均日污染物产生量分别为121、59、9.5、17.0和1.6g/(人·d),同样在06:30—10:30和19:00—21:30出现两个高峰时段,但污染物产生量的时变化更加显著,最大值和最小值的比值分别达到15.68、19.68、9.22、14.16和14.20;BOD5/COD、BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP日均浓度比值分别达到0.47、5.71、3.27和34.82,其中BOD5/COD波动不明显,最大值与最小值的比值仅为1.63,而BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP波动较为明显,均在08:30—20:30时段出现相对较大值。

作者简介:孙永利(1975—),山东威海人,博士,正高,主要从事城市水体和污水处理的技术与政策研究,承担国家和省部级科研课题、子课题20余项,获中国专利优秀奖1项,国际水协(IWA)科技创新全球最高奖1项,省部级科技进步一等奖3项、二等奖4项、三等奖6项。授权专利38项,其中发明专利20项。

按文献[1]研制了城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算系统,2019年10月—12月选择常州市某高层楼宇开展了测试工作,通过调整优化,基本上实现了居民人均日生活污水污染物产生量测算系统的成套化和标准化,具备在全国开展测算工作的基本条件,有望获得城镇居民生活排水相关基础数据,提升城镇污水处理行业的规划、设计、运行和监管水平。

通过约3个月的测试,已得到5组有效的测试周期数据,初步获得了该居民楼宇秋冬季节的人均日污水排放量、污染物浓度、污染物产生量和各污染物浓度比值及其时间变化规律。鉴于目前的测试结果仅为秋冬季节,不具有代表意义,故仅对某24h测试周期的数据进行初步分析。

01

项目概况

测试楼宇为2010年前后建设的28层高层住宅小区,其中一层为架空结构,楼宇内实际住户112户,试验期间入住率在80%左右,人员流动监控显示高峰期人口接近240人,人数较少时也在60人以上,基本可以满足测试要求。

在一楼出入口、一楼消防出口和地下停车场楼道间3个人员出入口安装了带有自存储功能的人员出入监控系统。对一楼架空区域的污水干管进行改造,并增设2个生活污水提升装置;鉴于错接混接改造的雨水立管排水无法进入污水提升装置,对所有改造后的雨水立管进行了二次截流改造,通过潜污泵提升至其中一个生活污水提升装置,有效保障了测试期间楼宇排放的所有污水均得到收集。

02

测试分析方法

严格按照标准化的采样程序,由测试系统自带的哈希全自动采样器根据污水计量装置的取样程序完成水样采集,由常州市排水监测站安排专人现场采样,确保运输过程符合CMA检测的样品保存要求,采用国标法进行COD、BOD 5NH 3-N、TN和TP五项指标的测试,并完成数据上传。水量、时间间隔、人口当量等数据由城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算系统各功能单元自动获取并上传至数据计算平台。

03

结果与讨论

选取跨2个连续工作日的24 h检测结果,对该居民楼宇的人均日污水排放量、污染物浓度、污染物产生量、污染物浓度比值及其时间变化规律进行分析。

3.1污水排放量

城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算系统测算的该楼宇居民人均日污水排放量为216L/(人·d),人均污水排放量的24h变化规律见图1。

1 居民楼宇生活污水人均时排放量24h变化

由图1可知, 人均排水量的两个高峰值分别出现在06:30—10:30和19:00—21:30 ,每个时段的人均排水量均超过12 L/(人·h),其中最高时段的瞬时人均排水量达到17.25 L/(人·h),上午的排水高峰应与早起后的洗漱、大小便、早餐及长期居家人员的餐后保洁等行为有关;晚间时段的排水高峰应与晚间的家庭就餐、洗漱、洗衣、洗澡等行为有关;12:00—18:00期间的排水量并不高,说明下午居家人员的用水量相对不大;00:00—5:00期间的排水量相对较低,最低时段的瞬时人均排水量为1.56 L/(人·h)。最大时排放量与日均时排放量比值为1.92 ,最大时排放量与最小时排放量的比值为11.09,城镇居民排水量的时变化特征明显,与楼宇内居民的生活情况基本吻合。

3.2 污染物浓度

被测试楼宇生活污水COD、BOD 5NH 3-N、TN和TP的日均加权浓度分别为549、259、45.43、79.23和7.45mg/L,各项指标的24h浓度变化规律分别见图2~6。

图2 楼宇污水COD的24h变化规律

3 楼宇污水BOD 524h变化规律

4 楼宇污水NH 3-N的24h变化规律

图5 楼宇污水TN的24h变化规律

图6 楼宇污水TP的24h变化规律

由图2~6可知,居民楼宇生活污水的COD、BOD 5NH 3-N、TN和TP浓度变化规律与排水规律基本吻合,也分别出现了两个高峰时段,但早上高峰时段的浓度值明显提前于污水排放量高峰值,自凌晨起就出现了较高值,更好地说明了夜间小便和早起大小便行为是污水污染物浓度较高的主要原因,而洗漱等行为则是排水量相对较高的主要原因;晚间的污染物浓度高峰值与污水排放量高峰值基本吻合,与晚间就餐及餐后清洗等行为有关;其他时段的污染物浓度相对较为平稳。检测日不同测试时段COD、BOD5NH 3-N、TN和TP浓度变化范围分别为234~896、99~403、22.8~97.7、40.9~159和3.53~15.1mg/L,体现了不同排水时段的污染物浓度波动特征。其中最大浓度与日均浓度的比值分别为1.63、1.56、2.15、2.01和2.03,最大浓度和最小浓度的比值分别为3.83、4.08、4.29、3.89和4.28。24h各指标浓度的最大、最小值及比例关系见表1。

1 居民生活污水污染物浓度

项目

COD

BOD5

NH3-N

TN

TP

日均浓度/

(mg·L-1)

549

259

45.43

79.23

7.45

最大值/

(mg·L-1)

896

403

97.7

159

15.1

最小值/

(mg·L-1)

234

99

22.8

40.9

3.53

最大/日均

1.63

1.56

2.15

2.01

2.03

最大/最小

3.83

4.08

4.29

3.89

4.28

3.3 污染物产生量

按文献[1]计算获得不同时段的人均居民生活污水污染物产生量,加和确定人均日COD、BOD 5NH 3-N、TN和TP产生量分别为121.56、58.79、9.45、16.97和1.62g/(人·d) 各类污染物产生量24 h变化规律见图7~11。

7 人均时COD产生量的24h变化

8 人均时BOD 5产生量24h变化

9 人均时NH 3-N产生量24h变化

图10 人均时TN产生量24h变化

图11 人均时TP产生量24h变化

由图7~11可知, 各项污染物指标的人均日产生量也在检测日出现两个高峰时段,分别为06:30—10:30和18:30—21:30,产生量相对较低的时段出现在凌晨00:00—04:30期间,与上述时段的城市居民生产生活习惯基本一致,也与污水排放量和污染物浓度变化规律一致。 不同时段居民楼宇人均时污染物产生量最大值和时均值的比值分别为2.43、2.57、2.79、3.01和2.68,最大值和最小值的比值分别为15.68、19.68、9.22、14.16和14.20,说明在污染物浓度和排水量叠加的情况下,人均污染物产生量的时变化更加显著。不同时段居民楼宇人均时污染物排放量最大值、最小值及相关比例关系见表2。

2 居民生活污水污染物产生量

项目

COD

BOD5

NH3-N

TN

TP

时均值/( g·人-1·h-1)

5.07

2.45

0.39

0.71

0.07

最大值/( g·人-1·h-1)

12.31

6.29

1.10

2.13

0.18

最小值/( g·人-1·h-1)

0.79

0.32

0.12

0.15

0.01

最大/时均

2.43

2.57

2.79

3.01

2.68

最大/最小

15.68

19.68

9.22

14.16

14.20

3.4 污染物浓度比

被测试楼宇居民生活污水的BOD 5/COD、BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP比值分别为0.47、5.71、3.27、34.82 ,不同取样时段的比值见图12~15。

12 楼宇生活排水BOD 5/COD比值24h变化

13 楼宇生活排水BOD 5/NH3-N比值24h变化

14 楼宇生活排水BOD 5/TN比值24h变化

15 楼宇生活排水BOD 5/TP比值24h变化

由图12可知,检测日楼宇居民生活污水的BOD 5/COD比值为0.35~0.56,波动并不显著,最大值与最小值的比值仅为1.63,说明居民生活污水的BOD5/COD比值相对平稳。

由图13、14可知,检测日08:30—20:30时段楼宇居民生活排水的BOD 5/NH3-N和BOD5/TN比值大部分高于平均值,最大值分别达到11.85和5.78,表明做饭、洗碗、洗衣、拖地等产生的居民日常生活污水碳氮比相对较高;而居民生活夜间排水的BOD5/NH3-N和BOD5/TN比值普遍低于平均值,仅为2.69和2.02,表明夜间洗漱、小便产生污水的碳氮比相对较低,可能是城镇污水处理厂碳源最不足的时段。

由图15可知,BOD 5/TP的变化趋势与BOD5/TN基本类似,也在08:30—20:30时段出现较高值,最大值达到57.90,而较低时段也达到23.44,基本上可以满足生物除磷的碳磷比需求。各项指标比值24 h的最大值、最小值情况见表3。

3 楼宇居民生活污水相关指标比值

项目

COD/

BOD5

BOD5/

NH3-N

BOD5/

TN

BOD5/

TP

日均值

0.47

5.71

3.27

34.82

最大值

0.56

11.85

5.78

57.90

最小值

0.35

2.69

2.02

23.44

最大/日均

1.19

2.08

1.76

1.66

最大/最小

1.63

4.41

2.86

2.47

04

结论

1) 完成了常州市某高层楼宇人均日生活污水污染物产生量测试,初步获得了该居民楼宇秋冬季节的人均日污水排放量、污染物浓度、污染物产生量和各污染物浓度比值及其时间变化规律。

(2)被测试楼宇测定日的居民生活污水日排放量为216L/(人·d),最高时段和最低时段的瞬时人均排水量分别为17.25 1.56L/(人·h),最大时排放量与日均时排放量比值为1.92,与最小时排放量的比值为11.09,排水量的时变化特征明显。

(3)被测试楼宇测定日的COD、BOD5NH 3-N、TN和TP的日均浓度分别为549、259、45.43、79.23和7.45mg/L,其中 最大浓度与日均浓度的比值分别为1.63、1.56、2.15、2.01和2.03 ,最大浓度和最小浓度的比值分别为3.83、4.08、4.29、3.89和4.28。

(4)被测试楼宇测定日的居民人均时COD、BOD5NH 3-N、TN和TP产生量分别为121.56、58.79、9.45、16.97和1.62g/(人·h),不同时段的人均时污染物排放量最大值和时均值的比值分别为2.43、2.57、2.79、3.01和2.68,最大值和最小值的比值分别为15.68、19.68、9.22、14.16和14.20 ,人均污染物产生量的时变化较其他指标更加显著。

(5)被测试楼宇居民生活污水的BOD5/COD、BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP日均浓度比值分别为0.47、5.71、3.27、34.82,其中BOD5/COD波动不明显,最大值与最小值的比值仅为1.63,而BOD5/NH3-N、BOD5/TN和BOD5/TP波动较明显,均在08:30—20:30时段出现相对较大值,其他时段比值相对较小。

05

特别说明

1) 所有以天为计数单位的数据都是由每个时段测定值或计算值的加和或加权平均获得,是真实的累计值。

(2)所有以小时为计数单位的数据都是基于每个取样时段测定结果或计算结果的折算值,仅用以表征变化趋势或说明变化规律,不具有统计意义。

(3)图中的横线长度代表每次取样的时间长度,横线越长代表该取样时段的时间越长。

(4)鉴于污染物输送过程中的自然衰减问题,上述测算结果仅代表被测试楼宇居民生活污水的水量、浓度和污染物总量,并不代表城镇污水处理厂进水水质推荐值。

致谢:本测试系统由中国市政工程华北设计研究总院有限公司负责概念设计和日常维护,江苏一环集团有限公司负责整体设计、加工和安装,宜兴市普天视电子有限公司负责人员出入监控系统和数据测算平台的设计与调试;常州市排水管理处负责管道改造和装置安装运维的组织协调,常州市排水监测站负责取样和分析化验,被测试楼宇物业公司及全体业主全力配合了测试工作,在此一并表示感谢。

参考文献

[1]孙永利,郑兴灿,高晨晨,等.城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之方法构建[J].中国给水排水,2019,35(24):1-4.

编辑:衣春敏

制作:文 凯

审核:李德强




 
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