CN109886609B - 一种城镇污水处理厂出水水质评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，将城镇污水处理厂出水排放水质标准量化为统一数值，定义为水质指数SZI，先根据统计数据和实际考察情况针对不同类型控制项目分别采用内梅罗法、最差因子判别法计算各类污染物水质指数SZI，最后采用综合指数法对不同类型控制项目进行加权赋值，最终简化为唯一分数，可以全面反映污水厂排放水质，具有综合性和简便性特点，方便主管部门监管，具有较强的操作性。不仅对国家污染物排放削减量有指导意义，同时对可以对全国所有污水处理厂技术水平进行统一评估。
Description
技术领域
本发明涉及水污染控制技术领域，具体涉及一种城镇污水处理厂出水水质评价方法。
背景技术
当前我国环境管理的核心是改善环境质量，减少污染物排放是实现环境质量改善的根本手段。固定污染源是我国污染物排放主要来源，目前城镇污水处理厂承担了我国大部分水污染源减排压力。目前污水厂排放统一执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002，该标准列举了一系列污染物控制项目的具体限值。随着各地污水处理厂相继进行提标升级改造，几乎所有的污水处理厂出水都能控制在该标准范围内，简单的通过达标率来判断水质已经不可取，因此需要通过一种综合性的水质评价方法，来综合判断污水处理厂的出水水质。
申请公布号为CN108470234A的中国发明专利公开了一种综合性水质评价方法，就采用了一种将多种污染因子整合计算的方式来评价水质，通过不同污染因子所占成分比例分配权重来计算其整体污染程度。但是该申请中主要是对于某一地区的水质进行综合性评价，而不是针对单一水源进行的水质评价方法，因此其涵盖范围过大，对于单个污水处理厂的水质判断没有直观数据。另外该申请以及部分其他评价方法中，均将最后的评价标准分为若干个区间，但是对于每一区间中并无量化标准，因此不能促使污水处理厂进一步提升对出水水质的要求，不利于节能减排。
同时在实际环境中，由于不同污染物的检测方法不同，导致其检测浓度差距较大，同时不同污染物对于水质的影响程度也不一样，因此现有的大部分水质评级方法中简单采用成分比例作为权重的方式会造成部分结果的不准确，因此需要一种更为贴合实际情况的城镇污水处理厂出水水质评价方法。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，用以解决现有技术通过不同污染因子所占成分比例分配权重来计算其整体污染程度，没有考虑不同污染物的检测方法差异和不同污染物对于水质的影响程度的问题，导致评价结果不准确的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，包括以下步骤：
(1)在污水处理厂的出水口采集样品，检测含有的各种污染物因子的浓度，并根据物理和化学性质将各种污染物因子分为n类，然后根据成分占比和对水质影响的程度对分类后的每一类污染物因子赋予其计算权重Z；
(2)计算每种污染物因子的分指数Ii：
Ii＝Ci/Si，其中Ci为污染物因子实测浓度，Si为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918中控制项目所对应污染物因子的限值；
其中pH计算方法特殊，为
对于部分污染物因子浓度小于检出限，并以ND表示的，将检出限作为实测浓度值；
若有污染物因子超标的情况，则该项指标分指数Ii直接记为10；
(6)计算分类后每类污染物的水质指数SZIi：
对于受各种因素影响出水浓度变化较大的污染物类别，采用最差因子判别法进行计算，此法下计算公式为：SZIi＝Imax，其中Imax为该类别下各种污染物因子分指数值的最大数值；
对于出水浓度变化不大，但是对环境水体危害极大的污染物类别，采用内梅罗法进行计算，此法下水质指数的计算公式为：
其中Ia为该类别下各种污染因子分指数值的加权平均数，Imax为该类别下各种污染物因子分指数值的最大数值；
(7)计算综合的水质指数SZI：
其中Zi为各污染物因子类别所占权重；
(8)根据上述计算得到的水质指数值SZI来判断该城镇污水处理厂的出水水质。
优选的，所述污染物因子包括化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、总氮、氨氮、总磷、色度、pH、粪大肠菌群数、总汞、总砷、六价铬、总铬、总镉、总铅。
优选的，所述污染物因子根据步骤(1)中操作共分为四类，其中：
化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、总氮、氨氮、总磷为第1类，赋予权重Z＝0.35；
动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、pH为第2类，赋予权重Z＝0.25；
粪大肠菌群数、色度、六价铬、总铬为第3类，赋予权重Z＝0.15；
总汞、总砷、总镉、总铅为第4类，赋予权重Z＝0.25。
进一步的，所述第1类和第3类污染物因子，由于是国家减排重点关注项目，且受各种因素影响出水浓度变化较大，为故采用最差因子判别法进行计算；
所述第2类和第4类污染物因子，出水浓度变化不大，但是对环境水体危害极大，故采用内梅罗法进行计算，从而考虑污染最严重的控制项目并兼顾一般控制项目。
进一步的，根据不同污水厂的水质指数进行排名，结合各污水处理厂处理量等其它指标，判断污水处理厂的出水水质，通过政策引导提升各污染物削减量，达到增加减排的效果。
本发明将城镇污水处理厂出水排放水质标准量化为统一数值，定义为水质指数SZI，针对不同类型控制项目分别采用内梅罗法、最差因子判别法计算各类污染物水质指数SZI，最后采用综合指数法对不同类型控制项目进行加权赋值，最终简化为唯一分数，可以全面反映污水厂排放水质，具有综合性和简便性特点，方便主管部门监管，具有较强的操作性。不仅对国家污染物排放削减量有指导意义，同时对可以对全国所有污水处理厂技术水平进行统一评估。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明将污水厂出水中的各种污染因子检测量转化为唯一的分数，可以直接查看进行比较、分类，并直观的表现污水厂排放水质，具有综合性、简便性特点，方便主管部门监管，具有较强的操作性，不仅对国家污染物排放削减量有指导意义，同时对可以对各污水处理厂技术水平进行统一评估；
2、本发明中通过实际污水厂排水过程中的检查分析，人工判断并分配不同污染物种类所占的权重，更符合城镇污水处理厂出水中不同污染物的检测方法差异和不同污染物对于水质的影响程度的问题，因此其评价结果更符合实际。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例：
本发明提出了一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，其具体过程如下：
S101：在城镇污水处理厂的出水口采集出水样品，并检测含有的各种污染物因子的浓度，本实施例中需要检测的污染物因子种类及取样标准如下：
1、化学需氧量
在一定条件下，经重铬酸钾氧化处理，水样中溶解性物质和悬浮物所消耗的重铬酸钾盐对应的氧的质量浓度，以mg/L表示。
2、生化需氧量
是指在一定条件下，微生物分解存在于水中的可生化降解有机物所进行的生物化学反应过程中所消耗的溶解氧的数量。
3、悬浮物
是指水样通过孔径为0.45μm的滤膜，截留在铝膜上并于103-105℃烘干至恒重的固体物质。
4、动植物油
指在pH≤2的条件下，能够被四氯乙烯萃取且被硅酸镁吸附的物质。
5、石油类
指在pH≤2的条件下，能够被四氯乙烯萃取且不被硅酸镁吸附的物质。
6、阴离子表面活性剂
阳离子染料亚甲蓝与阴离子表面活性剂作用，生成蓝色的盐类，统称亚甲蓝活性物质(MBAS)，该生成物可被氯仿萃取，其色度与浓度成正比，用分光光度计在波长652nm处测量吸光度。
7、总氮
在120～124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处，分别测定吸光度A220和A275，按公式A＝A220-2A275计算校正吸光度A，总氮(以N计)含量与校正吸光度A成正比。
8、氨氮
以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420nm处测量吸光度。
9、总磷
在中性条件下用过硫酸钾使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。
10、色度
将样品用光学纯水稀释至用目视比较与光学纯水相比刚好看不见颜色时的稀释倍数作为表达颜色的强度，单位为倍。
11、pH
pH由测量电池的电动势而得。该电池通常由饱和甘汞电极为参比电极，玻璃电极为指示电极所组成。在25℃下，溶液中每变化1个pH单位，电位差改变59.16mV，据此可以在仪器上直接以pH的读数表示，温度差异在仪器上有补偿装置。
12、粪大肠菌群数
粪大肠菌群是总大肠菌群中的一部分，主要来自粪便。在44.5℃温度下能生长并发酵乳糖产酸产气的大肠菌群称为粪大肠菌群。用提高培养温度的方法，造成不利于来自自然环境的大肠菌群生长的条件，使培养出来的菌主要为来自粪便中的大肠菌群，从而更准确地反映出水质受粪便污染的情况。粪大肠菌群的测定可以用多管发酵法。
13、总汞、总砷
经预处理后的试液进入原子荧光仪，在酸性条件下的硼氢化钾还原作用下，生成汞原子和砷化氢气体，氢化物在氩氢火焰中形成基态原子，基态原子和汞原子受元素灯发射管的激发产生原子荧光，原子荧光强度与试液中待测元素含量在一定范围内成正比。
14、六价铬、总铬
在酸性溶液中，试样的三价铬被高锰酸钾氧化成六价铬，六价铬与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，于波长540nm处进行分光光度法测定六价铬及被氧化的总铬。
15、总镉、总铅
吡咯烷二硫代氨基甲酸铵在pH 3.0时与总镉、总铅螯合后萃入甲基异丁基酮中，然后吸入火焰原子吸收光谱测定。
上述控制项目能够较好的反映一个污水处理厂出水水质情况及对各污染物减排效果，此外还有着检测简单易行的优点，大部分第三方检测机构均能开展，操作可行性高。
S102：查阅近三期《中国生态环境状况公报》、《中国环境统计年报》、《政府工作报告》等文件，再结合本地污水处理厂的实际统计结果，对上述的污染物因子进行分类并赋予权重：
化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、总氮、氨氮、总磷等控制项目超标时有发生，且上述6项控制项目居我国减排工作的重要位置，其中2015年城镇污水处理厂累计去除化学需氧量1262.4万吨，氨氮122.7万吨，总氮138.5万吨，总磷15.2万吨，因此将其定义为第一类，调整权重为0.35，计算污染物水质指数(SZI)时采用最差因子判别法。
动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、pH等指标对自然水体危害较大，但在城镇污水处理厂出水中浓度较低，水质稳定，正常运转情况下超标极少，因此将其定义为第二类，调整权重为0.25，计算污染物水质指数(SZI)时采用内梅罗法。
粪大肠菌群数检测经过培养发酵，再查询MPN表得出最大可能数、色度由于检测过程中不断用纯水稀释，结果均为不连续的整数。六价铬、总铬由于常规检测方法技术限制，最低检出浓度较高，这4项控制项目性质相似，对出水水质有较大的影响，将其定义为第三类，调整权重为0.15，计算污染物水质指数(SZI)时采用最差因子判别法。
总汞、总砷、总镉、总铅4项控制项目在城镇污水处理厂出水中浓度较低，为微克每升级别，一般为上述其它三类控制项目浓度的千分之一左右，一般少见污水处理厂出水超标，因此将其定义为第四类，调整权重为0.25，计算污染物水质指数(SZI)时采用内梅罗法。
S200：计算每种污染物因子的分指数Ii：
Ii＝Ci/Si，其中Ci为污染物因子实测浓度，Si为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中控制项目所对应污染物因子的限值；
其中pH计算方法特殊，为
对于部分污染物因子浓度小于检出限，并以ND表示的，将检出限作为实测浓度值；
若有污染物因子超标的情况，则该项指标分指数Ii直接记为10；
S300：计算分类后每类污染物的水质指数SZIi：
对于受各种因素影响出水浓度变化较大的污染物类别，采用最差因子判别法进行计算，此法下计算公式为：SZIi＝Imax，其中Imax为该类别下各种污染物因子分指数值的最大数值；
对于出水浓度变化不大，但是对环境水体危害极大的污染物类别，采用内梅罗法进行计算，此法下水质指数的计算公式为：
其中Ia为该类别下各种污染因子分指数值的加权平均数，Imax为该类别下各种污染物因子分指数值的最大数值；
S400：计算综合的水质指数SZI：
其中Zi为各污染物因子类别所占权重；
S500：根据上述计算得到的水质指数值SZI来判断该城镇污水处理厂的出水水质，然后根据不同污水厂的水质指数进行排名，结合各污水处理厂处理量等其它指标，判断污水处理厂的防污减排效果，通过政策引导提升各污染物削减量，达到增加减排的效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在污水处理厂的出水口采集样品，检测含有的各种污染物因子的浓度，并根据物理和化学性质将各种污染物因子分为n类，然后根据成分占比和对水质影响的程度对分类后的每一类污染物因子赋予其计算权重Z；
(2)计算每种污染物因子的分指数Ii：
Ii＝Ci/Si，其中Ci为污染物因子实测浓度，Si为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918中控制项目所对应污染物因子的限值；
其中pH计算方法特殊，为
对于部分污染物因子浓度小于检出限，并以ND表示的，将检出限作为实测浓度值；
若有污染物因子超标的情况，则该项指标分指数Ii直接记为10；
(3)计算分类后每类污染物的水质指数SZIi：
对于受各种因素影响出水浓度变化较大的污染物类别，采用最差因子判别法进行计算，此法下计算公式为：SZIi＝Imax，其中Imax为该类别下各种污染物因子分指数值的最大数值；
对于出水浓度变化不大，但是对环境水体危害极大的污染物类别，采用内梅罗法进行计算，此法下水质指数的计算公式为：
其中Ia为该类别下各种污染因子分指数值的加权平均数，Imax为该类别下各种污染物因子分指数值的最大数值；
(4)计算综合的水质指数SZI：
其中Zi为各污染物因子类别所占权重；
(5)根据上述计算得到的水质指数值SZI来判断该城镇污水处理厂的出水水质。
2.如权利要求1所述的一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，其特征在于：所述污染物因子包括化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、总氮、氨氮、总磷、色度、pH、粪大肠菌群数、总汞、总砷、六价铬、总铬、总镉、总铅。
3.如权利要求2所述的一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，其特征在于：所述污染物因子根据步骤(1)中操作共分为四类，其中：
化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、总氮、氨氮、总磷为第1类，赋予权重Z＝0.35；
动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、pH为第2类，赋予权重Z＝0.25；
粪大肠菌群数、色度、六价铬、总铬为第3类，赋予权重Z＝0.15；
总汞、总砷、总镉、总铅为第4类，赋予权重Z＝0.25。
4.如权利要求3所述的一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，其特征在于：所述第1类和第3类污染物因子，由于是国家减排重点关注项目，且受各种因素影响出水浓度变化较大，为故采用最差因子判别法进行计算；
所述第2类和第4类污染物因子，出水浓度变化不大，但是对环境水体危害极大，故采用内梅罗法进行计算，从而考虑污染最严重的控制项目并兼顾一般控制项目。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的一种城镇污水处理厂出水水质评价方法，其特征在于：将不同污水厂的水质指数进行统一处理并排名，结合各污水处理厂处理量指标，判断污水处理厂的出水水质。
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