CN114240127A - 基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，属于城镇污水系统治理领域，本发明包括排水管网拓扑关系构建及排水分区划分；依据管网拓扑关系，制定水质水量监测方案，明确点位布置要求、监测指标和分析方法、监测时间和频率要求；依据水质水量监测结果，开展水质水量联合诊断，计算工程实施后整个片区排水系统末端水质水量，定量评估各排水分区提质增效工程对整个片区污水收集系统提质增效、雨水收集排放系统污染物削减绩效贡献占比，为后续管网精细排查诊断及管网改造工程明确实施重点范围及优先级，科学指导提质增效工作高效有序实施，解决城镇污水系统提质增效工程重建设轻效益的问题。
Description
技术领域
本发明属于城镇污水系统治理领域，具体的说，涉及基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法。
背景技术
随着城镇化进程的发展，排水系统设施建设规模不断增大，据《中国城市建设统计年鉴》， 2017年全国污水处理量是2007年的3.2倍，但平均进水COD浓度却降低24％，COD削减量仅为2007年的2.7倍。至2019年底全国排水管道建设总长度达74.40km，但污水收集系统运行效能却普遍低下，清污不分、雨污混流、管渠缺陷等问题严峻，污水处理厂进水浓度和污水收集率低下，城市生活污染物排放量并未显著减少，黑臭水体现象未明显根除，城镇污水收集处理系统运行效能低下。
近年来，城镇污水处理提质增效工作已成为污水治理行业发展的重中之重。
目前国内相关工作多着重于城镇排水系统雨污分流改造、管网缺陷修复等单一局部工程，多数方案偏离提质增效本质目标，工程措施无序粗暴，污水收集处理系统提质增效效益发挥不明显，黑臭水体现象未明显根除。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，围绕片区污水系统提质增效，即污水处理厂(站)或片区污水主干管(渠) 进水浓度提升、片区雨水系统污染物削减为目标开展系统研究，建立一套具有普适性、标准化的城镇污水系统提质增效定量诊断评估方法，科学指导提质增效工作高效有序实施。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法包括以下内容：
制定水质水量监测方案；所述水质水量监测方法依据排水管网拓扑关系，布置监测点位，明确监测时间和频率要求，监测指标和分析方法；
水质水量联合诊断分析；所述水质水量联合诊断分析方法为，计算工程实施后整个片区排水系统末端水质水量，定量评估各排水分区提质增效工程对整个片区污水收集系统提质增效、雨水收集排放系统污染物削减绩效贡献占比。
根据权利要求1所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于：所述的水质水量监测方案包括：
监测点位布置：排水主干管(渠)关键节点布置0级监测点，在各排水分区干管接入排水主干管(渠)的末端布置1级监测点；
监测指标和分析方法：水质监测，以重铬酸盐需氧量(CODcr)为主，分析方法采用人工取样，快速消解分光光度法进行分析；水量监测，采用超声波多普勒流量计；
监测时间和频率：结合工程需要及旱雨季划分，选取旱季且监测前48h内未降雨的时段开展水质水量监测。
进一步的，所述基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法包括以下步骤：
Step1：排水管网拓扑关系构建及排水分区划分：收集整理污水收集处理系统现状资料，调阅分析监测数据，现场踏勘摸排排水系统总体现状，构建排水管网拓扑关系，划定排水分区；
Step2：制定水质水量监测方案；
Step3：水质水量联合诊断分析：计算工程实施后整个片区排水系统末端水质水量，定量评估各排水分区提质增效工程对整个片区污水收集系统提质增效、雨水收集排放系统污染物削减绩效贡献占比，明确需精细排查诊断重点范围及管网改造工程实施的优先级。
进一步的，Step1排水管网拓扑关系构建及排水分区划分包括以下内容：
资料收集：分析片区服务范围内的排水管网普查资料、管网系统现状图资料收集整理；
调阅数据：包括污水处理厂进水水质水量数据，管网及附属设施已有监测数据；
现场踏勘：摸排污水收集处理系统总体现状，了解排水体制、排水主干系统总体走向及运行情况；
排水管网拓扑关系构建及排水分区划分：依据对现状资料的整理和分析，初步构建包含污水处理厂(站)、泵站、排水主干管(渠)、排水干管、雨水受纳水体的管网拓扑关系，以接入排水主干系统的干管服务范围为单元，划定排水分区。
进一步的，所述的step3水质水量联合诊断包括以下步骤：
依据各排水分区末端管网1级监测点实测水质水量数据，计算各排水分区排水管网现状理论污水量、理论清水量；
计算各排水分区提质增效工程实施后，片区排水主干管(渠)末端理论水质水量；
计算各排水分区提质增效工程实施后，对片区污水系统提质增效和雨水收集排放系统污染物削减的绩效贡献。
进一步的，开展水质水量监测的具体方法为，连续3天开展监测，其中水质每天采样3 组，包含2个用水高峰和一个用水低峰时段，水量连续监测时长72h。
本发明的有益效果：
1、本发明可有效解决目前城镇污水系统提质增效工作缺乏系统指导、“重建设轻效益”、工程措施粗暴无序等问题。通过水质水量联合诊断结果，可计算工程实施后整个片区排水系统末端水质水量，定量评估各排水分区提质增效工程对整个片区污水收集系统提质增效、雨水系统污染物削减绩效贡献占比，为后续管网精细排查诊断及管网改造工程实施明确重点范围及优先级，科学指导提质增效工作高效有序实施，解决了城镇污水系统提质增效工程重建设轻效益的问题。
2、利用少量水质水量监测数据进行联合诊断，并根据评估结果确定的优先级开展工作，可保证后续工程措施在有限的资金、时间内发挥最大的工程效益，具有明显的经济效益。
3、本发明中建立的方法体系具有较好的普适性，且操作容易，能为类似城镇污水系统提质增效工作的开展提供借鉴。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明具体实施方式某城镇管网拓扑关系及监测点位布置示例图；
图3为图2片区1内部拓扑关系及监测点位布置示例图；
图4为图2片区2内部拓扑关系及监测点位布置示例图；
图5为本发明的水质水量联合诊断分析原理图；
图6为本发明具体实施方式中某城镇提质增效绩效评估成果图一；
图7为本发明具体实施方式中某城镇提质增效绩效评估成果图二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
所述的基于水质水量分析的城镇污水提质增效评估方法，包括以下步骤：
Step-1:排水管网拓扑关系构建及排水分区划分。
Step1-1：资料收集：包含污水处理厂服务范围内的排水管网普查资料、管网系统现状图等资料收集整理；
Step1-2：调阅相关数据：包括污水处理厂进水水质水量数据，管网及附属设施已有监测数据；
Step1-3：现场踏勘：初步摸排污水收集处理系统总体现状，了解排水体制、主干系统总体走向及运行情况等；
Step1-4：排水管网拓扑关系构建及排水分区划分：依据对现状资料的整理和分析，初步构建包含污水处理厂(站)、泵站、排水主干管(渠)、排水干管、雨水受纳水体的管网拓扑关系，以接入排水主干系统的干管服务范围为单元，划定排水分区。
其中，所述排水管网拓扑关系构建，是结合已有现状资料及现场踏勘情况，将实际排水系统平面关系抽象为管段和节点两元素组成的有向管网图，为排水分区的划定和监测点位的布置提供基础。以某城镇排水系统为例，片区污水通过干渠污水舱转输最终送至污水处理厂处理，片区雨水通过雨水舱转输最终排放至河道，以现状污水处理厂进水浓度提升、片区雨水排放主干渠末端污染物削减为目标，以污水处理厂服务范围为一个单元构建排水管网拓扑关系，明确污水处理厂、泵站、排水主干渠、排水干管及雨水受纳水体之间的关系，基于排水管网拓扑关系，在目标区域划定排水分区，共划分为9大排水分区，含4个片区和5个独立的排水干管服务片区，详见附图2。
Step-2:制定水质水量监测方案。
Step-2.1：依据排水管网拓扑关系，布置监测点位：在排水主干系统关键节点布置0级监测点，在片区排水干管接入主干系统的末端布置1级监测点。以上述城镇排水系统为例，在2号排水干渠污水舱和雨水舱末端(隧洞段出口)布置0级监测点，2号排水干渠隧洞段进口增设0级监测点；在片区3、片区4排水管网末端和5个独立排水干管末端布置1级监测点，片区1和片区2内分散接入排水主干渠的排水干管末端布置1级监测点，详见附图3 和附图4。
Step2-2:监测指标和分析方法：水质监测，以重铬酸盐需氧量(CODcr)为主，分析方法采用人工取样，快速消解分光光度法进行分析；水量监测，采用超声波多普勒流量计；
Step2-3:监测时间和频率：结合工程需要及旱雨季划分，选取旱季且监测前48h内未降雨的时段开展水质水量监测，连续3天开展监测，其中水质每天采样3组，包含2个用水高峰 (12:00—13:00、18:00—19:00)和一个用水低峰时段(2:30-3:30)，水量连续监测时长 72h。
Step-3:水质水量联合诊断分析。
Step-3.1：依据各排水分区末端管网1级监测点实测水质水量数据，计算各排水分区排水管网现状理论污水量、理论清水量；
Qwn污＝Qwn-Qwn清 QYn污＝QYn-QYn清
其中，Qwn、Cwn是第n个排水分区污水/合流管末端1级监测点实测水量和水质数据；QYn、CYn是第n个排水分区雨水管末端1级监测点实测水量和水质数据，其中水量数据采用日均值，水质数据采用平均时浓度；Qwn清、QYn清是理论计算的第n个排水分区污水/合流系统和雨水系统中的清水量；Qwn污、QYn污是理论计算的第n个排水分区污水/合流系统和雨水系统中的污水量；C、Cq分别是生活污水理论浓度和清水理论浓度。
其中，所述生活污水和清水理论浓度需根据工程所在地的本底情况进行评估。
以上述城镇排水系统为例，生活污水CODcr本底浓度C为370mg/L，清水CODcr本底浓度Cq为50mg/L，其中片区1、片区2平均日流量分别为片区内各1级监测点实测流量总和，平均时浓度为各片区浓度加权平均值。9大排水分区理论污水量和清水量如表1所示。
表1 9大排水分区理论污水量和清水量
Step-3.2：计算各排水分区提质增效工程实施后，片区排水主干管(渠)末端理论水质水量；
Qw0-n＝Qw0+QYn污-0.8Qwn清
QY0-n＝QY0+0.8Qwn清-QYn污
Cw0-n＝(Qw0Cw0-0.8Qwn清Cwn清+QYn污CYn污)/Qw0-n
CY0-n＝(QY0CY0+0.8Qwn清Cwn清-QYn污CYn污)/QY0-n
其中，Qw0、QY0、Cw0、CY0是片区现状实测污水主干渠(管)末端和雨水主干渠(管) 末端水量、水质数据，其中水量数据采用日均值，水质数据采用平均时浓度；Qw0-n、QY0-n、Cw0-n、CY0-n是第n个排水分区提质增效工程实施后，污水主干渠(管)末端和雨水主干渠(管)水量、水质数据。
以上述城镇排水系统为例，9大排水分区提质增效工程实施后，2号干渠末端雨水舱和污水舱浓度如表2所示。通过实施各分区提质增效工程，2号干渠末端污水舱浓度可提升至 347.40mg/L，雨水舱浓度可降低至70.9mg/L。
表2 2号干渠末端雨水舱和污水舱浓度
Step-3.3：计算各排水分区提质增效工程实施后，对片区污水系统提质增效和雨水系统污染物削减的绩效贡献。
fn＝(Cw0-n-Cw0-(n-1))/(Cw0-n-Cw0)
pn＝(CY0-(n-1)-CY0-n)/(CY0-CY0-n)
其中，fn、pn是第n个排水分区提质增效工程实施后，对片区污水系统提质增效绩效贡献和对雨水系统水质提升绩效贡献。
以上述城镇排水系统为例，各排水分区污水系统提质增效绩效贡献和对雨水系统水质提升绩效贡献见表3，为后续管网精细排查诊断明确了重点范围，为管网改造工程实施提供了优先级。各排水分区绩效贡献占比详附图4。
表3各排水分区绩效贡献占比表
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.基于水质水量分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于包括以下内容：
制定水质水量监测方案；所述水质水量监测方法依据排水管网拓扑关系，布置监测点位，明确监测时间和频率要求，监测指标和分析方法；
水质水量联合诊断分析；所述水质水量联合诊断分析方法为，计算工程实施后整个片区排水系统末端水质水量，定量评估各排水分区提质增效工程对整个片区污水收集系统提质增效、雨水收集排放系统污染物削减绩效贡献占比。
2.根据权利要求1所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于：所述的水质水量监测方案包括以下内容：
监测点位布置：排水主干管（渠）关键节点布置0级监测点，在各排水分区干管接入排水主干管（渠）的末端布置1级监测点；
监测指标和分析方法：水质监测，以重铬酸盐需氧量（CODcr）为主，分析方法采用人工取样，快速消解分光光度法进行分析；水量监测，采用超声波多普勒流量计；
监测时间和频率：结合工程需要及旱雨季划分，选取旱季且监测前48h内未降雨的时段开展水质水量监测。
3.根据权利要求1或2所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
Step1：排水管网拓扑关系构建及排水分区划分：收集整理污水收集处理系统现状资料，调阅分析监测数据，现场踏勘摸排排水系统总体现状，构建排水管网拓扑关系，划定排水分区；
Step2：制定水质水量监测方案；
Step3：水质水量联合诊断分析：计算工程实施后整个片区排水系统末端水质水量，定量评估各排水分区提质增效工程对整个片区污水收集系统提质增效、雨水收集排放系统污染物削减绩效贡献占比，明确需精细排查诊断重点范围及管网改造工程实施的优先级。
4.根据权利要求3所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于：Step1排水管网拓扑关系构建及排水分区划分包括以下内容：
资料收集：分析片区服务范围内的排水管网普查资料、管网系统现状图资料收集整理；
调阅数据：包括污水处理厂进水水质水量数据，管网及附属设施已有监测数据；
现场踏勘：摸排污水收集处理系统总体现状，了解排水体制、排水主干系统总体走向及运行情况；
排水管网拓扑关系构建及排水分区划分：依据对现状资料的整理和分析，初步构建包含污水处理厂（站）、泵站、排水主干管（渠）、排水干管、雨水受纳水体的管网拓扑关系，以接入排水主干系统的干管服务范围为单元，划定排水分区。
5.根据权利要求3所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于：所述的step3水质水量联合诊断包括以下步骤：
依据各排水分区末端管网1级监测点实测水质水量数据，计算各排水分区排水管网现状理论污水量、理论清水量；
计算各排水分区提质增效工程实施后，片区排水主干管（渠）末端理论水质水量；
计算各排水分区提质增效工程实施后，对片区污水系统提质增效和雨水收集排放系统污染物削减的绩效贡献。
6.根据权利要求2所述的基于水质水量诊断分析的城镇污水提质增效评估方法，其特征在于：开展水质水量监测的具体方法为，连续3天开展监测，其中水质每天采样3组，包含2个用水高峰和一个用水低峰时段，水量连续监测时长72h。
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