CN109242367B - 一种城区污水处理率评估计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城镇污水收集与处理程度的评价，具体涉及一种城区污水处理率评估计算方法，本发明以污染物指标总量为指标，以受纳河流进出界两个断面处水质污染物总量差进行衡算，计算出两个断面之间增加的污染物总量，该增加值数据即是城区排污区域内排入河流的污染物总量，包括城区所有污水处理厂(站)处理后出水入河而排入河流的污染物量以及城区内未经处理的污水直接排入或通过其它途径流入河流的污染物总量，因此，该种评估方法可以把两个断面间所有排入河流的污染物监测计算在内，不会造成城区污水污染物统计计算的遗漏，与现有技术相比，该评价更为合理。
Description
技术领域
本发明涉及城镇污水收集与处理程度的评价，具体涉及一种城区污水处理率评估计算方法，尤其是一种基于城区排水纳污河流断面水质污染物负荷衡算的城区污水处理率评估方法。
背景技术
目前对城区污水处理率的计算是基于城区产生排放污水量及污水厂处理水量进行计算的，是现行评价一个城市污水收集和处理设施配套程度的指标。
现行污水集中处理率的计算公式是：
污水集中处理率＝城区污水厂处理污水量/城区污水产生(排放)量。
现行污水集中处理率计算方法简单，但有时不能真实反映城市污水处理情况。部分城市计算污水处理率接近100％，但城市地表水环境质量不能达标、黑臭水体现象仍存在。
由于存在城市排水管网分流制与合流混杂、分流制管网雨污混接、污水管网内渗入地下水及污水管网完善程度低等问题，造成计算得出的污水处理率与实际相差较大。现阶段许多城市排水管网系统往往分流制和合流制并存——旧城区采用合流制，新城区采用分流制，更有甚者一个区域内合流分流混杂不清，有的地方采用了分流制，但部分污水接到了雨水管网中，直接进入受纳水体。有的污水管道施工质量存在问题，地下水渗入到污水管道中，造成污水厂进水水质指标因稀释而降低但进水流量增加，这样计算的污水处理率是大于实际值的。或污水管道污水渗漏污染环境，没有进入污水处理厂。在这种情况下，进入污水厂的水量可能包含了其他排水。
因此，仅以污水厂处理水量作为指标，并不能真实反映城市的污水处理率。采用污水集中处理率计算公式得出的数据不能真正反映一个城市污水处理工作。因此，单纯以水量作为指标来计算估量污水处理率是不合理的。
发明内容
为了更实际的评价城市污水处理状况，本发明以污染物指标总量为指标，以受纳河流进出界两个断面处水质污染物总量差进行衡算，计算出两个断面之间增加的污染物总量，该增加值数据即是城区排污区域内排入河流的污染物总量，包括城区所有污水处理厂(站)处理后出水入河而排入河流的污染物量(即使出水达标，仍具有一定浓度)以及城区内未经处理的污水直接排入或通过其它途径流入河流的污染物总量，因此，该种评估方法可以把两个断面间所有排入河流的污染物监测计算在内，不会造成城区污水污染物统计计算的遗漏。城区产生的所有污水最终都要排入过境的受纳河流，把城区及界内河段看成一个黑箱，通过计算受纳河流入界和出界断面中的污染物总量增值变化以及污水厂(站)出水排入河流的污染物总量来溯源到城市污水的未处理水量，用该方法对污水处理率进行计算评价更为合理
城镇污水排放量和管道收集率的计算和测定都很困难。鉴于污水排放量和污水管道系统流量的不可测定性，通过黑箱方法利用污染物指标总量平衡来评估城市污水处理率比较合理。通过对河流进出断面水质水量数据分析、污水厂出水水质水量及进入河流的泉水水质水量分析，水量平衡、污染物指标物料平衡，通过污水厂污染物削减贡献推算出城市污水直排入河的污染物贡献，计算出未经处理而直接排入河流的污水量。进而推算出城市污水处理率。
本发明采用的技术方案是：
根据城区排污范围和受纳河流确定黑箱区域，选择确定受纳河流进出界断面并测定断面尺寸数据，调研所有污水处理厂(站)及污水管网，污水厂(站)进厂污染污负荷(水量、水质)监测，污水厂(站)入河污染物负荷(水量、水质)监测，河流进出界断面面污染物负荷(流量、水质)监测，城区污水管网选点水质分析监测统计；城区未经处理排入河流污染物负荷；河流进出界面及入河污染物负荷衡算数据计算，未处理污染物指标总量或折算污水量。用于数据统计分析的监测水质指标为总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)，每一种水质指标的污染负荷总量单独计算。
其具体步骤为：
1.城区评估黑箱界面范围的选定与指标选取。根据城区范围和过境河流，划定评估区域界线，确定河流入界和出界断面位置。
河水旱季流量不超过城市污水量的3倍。把城市排污区域(包括纳污水体河流)看成一个系统，把受纳水体进出区域断面范围内看成一个黑箱，不论黑箱区域内的城区产生多少污水和污染物质，最终都要排入受纳河流并流出区域。输入与输出黑箱的信息就是可测的水量和水质，可测的信息包括河流进入(上游)与离开(下游)排污区域处的断面流量和水质、区域内所有污水厂排入纳污河流的水量和出水水质、外来生态补水和区域内泉水的入河水量和水质。
(1)首先确定城镇排污区域界限及穿过排污区域的所有河流(在旱季可计量流量的干流和所有支流河道)，根据城区及其排水范围划定进出城镇排污区域的所有河流的入界断面和出界断面。出界断面上游有支流汇入的应在充分混合后的干流下游处布设断面。
(2)避开死水及回水区，选择河段顺直、河岸稳定、水流平缓、无急流湍滩且交通方便处。
(3)尽量与水文断面相结合。
2.对选定的河流出入界断面进行测量，为精确测定断面处流量提供断面形状尺寸，绘制河流断面图。划分网格，根据河面尺寸及水位确定测速垂线数量和位置、每条垂线上的测点数目和位置。为水量与水质检测打下基础。
3.调研排入受纳水体的所有污水处理厂(站)基本情况(处理水量、水质情况)和排放口位置。
4.调研城区内泉水汇入受纳水体的水量。
5.对河流出入界断面、污水厂(站)出水的流量、水质进行取样检测。以下工作同时进行。
(1)测量与检测时间
为了避免降雨造成面源污染物对城区排放污水污染物总量的干扰，以旱季或非雨后时间测定指标。水体监测断面取样和断面流量测定、污水厂处理水量和进出水水质的测定、区域内泉水流量和水质测定(区域内引水补水水量水质)。
(2)在河流入界断面及出界断面处进行流量和水质指标测定。利用实测法水位-流速-流量拟合法。利用流速仪在河断面不同位置及不同水深处测定水流速度，分别按分割断面区域面积及其流速计算流量和累计整体断面总流量、总平均流速及总断面面积计算总断面流量。在河中心及距岸边不同距离处、在不同深度上多个取样点取水样，分别测定各取样点及混合后水样的水质指标，用于该断面的水质指标污染总负荷分析。入界断面与出界断面测量取样的时间差应按照河流流速进行计算。
(3)连续24h取样(每隔2h取样一次)测定排入受纳河流的各污水厂(站)排水流量及出水水质，并记录取样时间。
(4)对城市污水管网设置多个取样点进行取样测定水质，作为未经处理污水的水质指标浓度。
6.将以上所测指标数据代入计算式进行污染物总量衡算计算，得出未经处理的污水排入受纳水体污染物总量，并计算出未经处理而直接排入受纳水体的污水量。
测定的每条河流入界断面流量为Q1、水质某一指标浓度为S1，则所有河流入界断面某一指标污染物负荷总量为∑Q1S1；测定的每条河流出界断面流量为Q4、水质某一指标浓度为S4，则所有河流出界断面某一指标污染物负荷总量为∑Q4S4；测定的每个污水厂(站)处理后出水排入河流的流量为Q3、水质某一指标浓度为Se，则所有污水厂(站)处理后出水排入河流某一指标的污染物负荷总量为∑Q3Se；通过各种途径直接排入河流的未经处理污水量是未知数为Q2、测定的水质某一指标浓度为S0，则未经处理而直接排入河流的某一指标的污染物负荷总量为Q2S0。在此不考虑河流的自净能力。
河流进出界断面处的某一指标污染物总量平衡式为：
∑Q1S1+Q2S0+∑Q3Se+∑QNSN＝∑Q4S4
由于泉水水质指标污染物含量几乎为零，所以∑QNSN项可忽略。因此，利用污染指标负荷总量来估算时，可以不计黑箱区域内产生并排入河流的各种非污水的水量。
则上式可简化为：
∑Q1S1+Q2S0+∑Q3Se＝∑Q4S4
未经处理直接排入受纳河流的某一指标污染物总量为Q2S0：
Q2S0＝∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se
其中，S0是未经处理的城市污水的某一指标污染物的浓度，是城市污水管网多点取样监测的平均值。取样点主要在每条干管的中部和末端设点。
分别按某一水质指标污染负荷计算未经处理而进入受纳河流的污水量：
以TOC为指标计算得出Q2TOC＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
以COD为指标计算得出Q2COD＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
以TN为指标计算得出Q2TN＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
以TP为指标计算得出Q2TP＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
综合以上根据单一水质指标计算的未处理污水量，得出多水质指标污染物因素下的未处理污水量：以TOC、COD、TN和TP四个水质指标所计算未经处理的污水量的权重系数分别设为A、B、C和D，则可以根据以上数据计算得出综合四个水质指标的未经处理污水量：
Q2＝(AQ2TOC+BQ2COD+CQ2TN+DQ2TP)/(A+B+C+D)
根据上述的未经处理污水量则可以推算出城市污水处理率。
本发明以污染物指标总量为指标，以受纳河流进出界两个断面处水质污染物总量差进行衡算，计算出两个断面之间增加的污染物总量，该增加值数据即是城区排污区域内排入河流的污染物总量，包括城区所有污水处理厂(站)处理后出水入河而排入河流的污染物量(即使出水达标，仍具有一定浓度)以及城区内未经处理的污水直接排入或通过其它途径流入河流的污染物总量，因此，该种评估方法可以把两个断面间所有排入河流的污染物监测计算在内，不会造成城区污水污染物统计计算的遗漏，与现有技术相比，该评价更为合理。
附图说明
图1为本发明所述的污水处理评估方法流程示意图。
图2为本发明所述的城区排水区域及受纳河流黑箱系统示意图。
其中，Q表示流量。
S表示某一水质指标数值(浓度)(TOC、COD、TN、TP)。
∑Q1S1是进入城市评估区域的所有河流的入界断面处的流量及某一水质污染指标乘积之和。表示随河流入境的某一污染物总量。
Q2S0是未经收集处理的城市污水总流量与某一水质指标乘积。表示未经处理而通过各种途径进入受纳河流的某一污染物总量。
∑Q3Se是经过污水处理厂(站)处理后排入受纳水体总流量与某一水质指标乘积之和。表示经污水厂处理后进入受纳河流的某一污染物总量。
∑QNSN是城区内泉水及人工引入生态补水进入收纳河流的总流量与泉水某一水质指标乘积之和。表示随这一部分水流进入受纳水体某一污染物总量。
∑Q4S4是流出城市评估区域的所有河流的出界断面处的流量及某一水质污染指标乘积之和。表示随河流出境的某一污染物总量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式进行说明。
一种城区污水处理率评估计算方法，其具体步骤为：
1.首先根据城区范围、城区污水排放情况和受纳水体河流情况确定出黑箱界面评估区域范围。
2.根据划定界线，选择确定河流入界和出界断面位置。
(1)首先确定城镇排污区域界限及穿过排污区域的所有河流(在旱季可计量流量的干流和所有支流河道)，根据城区及其排水范围划定进出城镇排污区域的所有河流的入界断面和出界断面。出界断面上游有支流汇入的应在充分混合后的干流下游处布设断面。
(2)避开死水及回水区，选择河段顺直、河岸稳定、水流平缓、无急流湍滩且交通方便处。
(3)尽量与水文断面相结合。
3.对选定的河流入界断面和出界断面进行测量，绘制河流断面形状尺寸图。对断面划分网格，根据河面尺寸及水位水深确定测速垂线数量和位置、每条垂线上的测点数目和位置。为水量与水质测定做准备。
4.调研排入受纳水体的所有污水处理厂(站)基本情况(处理水量、水质情况)和处理出水排放口在河岸的位置。
5.在非雨季节对城市污水管网每条干管末端设置多个取样点、多次进行取样测定水质指标(TOC、COD、TN和TP)，各指标计算平均值作为未经处理污水的水质指标浓度(S0)。
6.在非雨季节对河流入界断面和出界断面水文与水质、污水厂(站)出水的流量和水质同时进行检测。非雨季节是为了避免降雨造成面源污染物对城区排放污水污染物总量的干扰。
(1)在河流入界断面及出界断面处进行流量和水质指标测定。利用流速仪在河断面不同位置及不同水深处测定水流速度，分别按分割断面区域面积及其流速计算流量和累计整体断面总流量、总平均流速及总断面面积计算总断面流量(每条河流入界断面流量为Q1、出界断面流量为Q4)。在河中心及距岸边不同距离处、在不同深度上多个取样点取水样，分别测定各取样点及混合后水样的水质指标(TOC、COD、TN和TP)，用于该断面的水质指标污染总负荷分析(水质某一指标浓度为S1)。入界断面与出界断面测量取样的时间差应按照河流流速进行计算。
(2)对排入受纳河流的城区内所有污水厂(站)水量水质同时测定。连续24h(每隔2h记录一次)测定排入受纳河流的各污水厂(站)出水入河流量(各污水厂处理后出水排入河流的流量用Q3表示)，连续24h取样(每隔2h取样一次)测定出水水质指标(TOC、COD、TN和TP)(水质某一指标浓度为Se)，流量计数和水样取样的时间相同，并记录取样时间。
7.将以上所测指标数据代入计算式进行污染物总量衡算计算，得出未经处理的污水排入受纳水体污染物总量，并计算出未经处理而直接排入受纳水体的污水量。
每条河流入界断面流量为Q1、水质某一指标浓度为S1，则所有河流入界断面某一指标污染物负荷总量为∑Q1S1；每条河流出界断面流量为Q4、水质某一指标浓度为S4，则所有河流出界断面某一指标污染物负荷总量为∑Q4S4；每一个污水厂(站)处理后出水排入河流的流量为Q3、水质某一指标浓度为Se，则所有污水厂(站)处理后出水排入河流某一指标的污染物负荷总量为∑Q3Se；未经处理通过各种途径直接排入河流的污水量为Q2、水质某一指标浓度为S0，则未经处理而直接排入河流的某一指标的污染物负荷总量为Q2S0。在此不考虑河流的自净能力。
根据污染物物料衡算关系式：
∑Q1S1+Q2S0+∑Q3Se＝∑Q4S4
得出未经处理直接排入受纳河流的某一指标污染物总量为Q2S0：
Q2S0＝∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se
将测定数据分别按水质指标代入计算式，得出基于某一指标污染负荷计算的未经处理而进入受纳河流的污水量：
以TOC为指标计算得出Q2TOC＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
以COD为指标计算得出Q2COD＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
以TN为指标计算得出Q2TN＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
以TP为指标计算得出Q2TP＝(∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se)/S0
将四个水质指标所计算未经处理的污水量的权重系数均设为1，则可以根据以上数据计算得出综合四个水质指标的未经处理污水量：
Q2＝(Q2TOC+Q2COD+Q2TN+Q2TP)/4
Claims (4)
1.一种城区污水处理率评估计算方法，其特征在于，把城区及界内河段看成一个黑箱，通过计算受纳河流入界和出界断面中的污染物总量增值变化以及污水厂和污水站出水排入河流的污染物总量来溯源到城市污水的未处理水量，进而推算出城市污水处理率；其具体步骤为：
(1)根据城区范围、城区污水排放情况和受纳河流情况确定出黑箱界面评估区域范围；
(2)根据划定界线，选择确定河流入界和出界断面位置；
(3)对选定的河流入界断面和出界断面进行测量，绘制河流断面形状尺寸图；对断面划分网格，根据河面尺寸及水位水深确定测速垂线数量和位置、每条垂线上的测点数目和位置；为水量与水质测定做准备；
(4)调研排入受纳河流的所有污水处理厂和污水处理站的基本情况和处理出水排放口在河岸的位置；
(5)在非雨季节对城市污水管网每条干管末端设置多个取样点、多次进行取样测定水质指标，各指标计算平均值作为未经处理污水的水质指标浓度S0；
(6)在非雨季节对河流入界断面和出界断面水文与水质、污水厂和污水处理站出水的流量和水质同时进行检测；
(7)通过计算式进行污染物总量衡算计算，得出未经处理而直接排入河流的某一指标的污染物负荷总量，并计算出通过各种途径直接排入河流的未经处理污水量；
Q2S0 ＝∑Q4S4-∑Q1S1-∑Q3Se
Q2＝(Q2TOC+Q2COD+Q2TN +Q2TP)/4
其中：测定的每条河流入界断面流量为Q1、水质某一指标浓度为S1，则所有河流入界断面某一指标污染物负荷总量为∑Q1S1；测定的每条河流出界断面流量为Q4、水质某一指标浓度为S4，则所有河流出界断面某一指标污染物负荷总量为∑Q4S4；测定的每个污水厂(站)处理后出水排入河流的流量为Q3、水质某一指标浓度为Se，则所有污水厂(站)处理后出水排入河流某一指标的污染物负荷总量为∑Q3Se；通过各种途径直接排入河流的未经处理污水量是未知数为Q2、测定的水质某一指标浓度为S0，则未经处理而直接排入河流的某一指标的污染物负荷总量为Q2S0；Q2TOC 为以TOC为指标计算得出的未经处理而进入受纳河流的污水量，Q2COD为以COD为指标计算出的未经处理而进入受纳河流的污水量，Q2TN为以TN为指标计算出的未经处理而进入受纳河流的污水量，Q2TP为以TP为指标计算出的未经处理而进入受纳河流的污水量。
2.根据权利要求1所述的一种城区污水处理率评估计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据城区及其排水范围划定进出城镇排污区域的所有河流的入界断面和出界断面；出界断面上游有支流汇入的应在充分混合后的干流下游处布设断面；所述断面与水文断面相结合。
3.根据权利要求1所述的一种城区污水处理率评估计算方法，其特征在于，步骤(5)中所述的水质指标为TOC、COD、TN和TP。
4.根据权利要求1所述的一种城区污水处理率评估计算方法，其特征在于，步骤(6)中在河流入界断面及出界断面处进行流量和水质指标测定时利用实测法水位-流速-流量拟合法。
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