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一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置
2021-10-25 16:01       来源:《中国给水排水》       作者:       分享:











专利名称一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置

专利号ZL 201910329149.7

专利类型发明专利

授权日期2020年12月4日

专利权人中国市政工程华北设计研究总院有限公司

发明人孙永利、高晨晨、张维、刘静

 
附件材料-一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置_00.bmp


(一)发明创新点

居民人均日生活污水污染物产生量是污水处理工程规划设计的关键参数,是支撑城镇排水行业“城市生活污水集中收集率”新指标测算的重要基础数据,也是实施排水行业碳排放核算的重要基础参数。目前,国内并无广泛认可的可表征我国城镇居民生活现状的污水污染物产生量数据,GB50014-2006《室外排水设计规范》、GB50014-2021《室外排水设计标准》中相关参数均参考欧美等发达国家的数据成果,而非我国实测值,数据取值的合理性以及是否存在地域和季节差异,都有待研究和验证。随着《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019-2021年)》《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》等国家政策文件的发布实施,准确识别排水设施短板问题,稳步提高城市生活污水集中收集率,逐步恢复排水系统运行效能,成为推动排水行业高质量发展的主要内容。如何准确测定我国不同城市和地区的居民生活污水污染物产生量,是科学引领污水处理提质增效工作方向,支撑行业由“规模增长”转向“效能提升”,助力“30·60”碳排核算的重要基础,成为城镇排水行业亟需解决的现实问题。

 

“十二五”“十三五”期间,国内部分高校、科研机构曾采用“居民排放跟踪测算法”“小区总排口测算法”和“污水处理厂污染物浓度反算法”开展了一系列测试工作。但是,以居民家庭为测定单元时,存在居民生活污水污染物难以全部收集、可配合开展测试的人数较少、数据结果受个体特征影响显著的问题;以居民小区为测定单元时,存在污水排放量无法准确计量、瞬时水样污染物浓度代表性差、排污人口难以精准核算的问题;而我国城镇排水管道质量低下、渗漏严重、沉积物突出的建设运行现状又无法支撑发达国家常用的以污水处理厂为基准的统计核算法的实施,导致上述方法均难以反映我国城镇排水系统的实际问题,测定结果也无法表征我国城镇居民真实的生活污水污染物产排水平(具体分析见附件7论文《城镇居民生活污水污染物产生量测定技术难点与启示》)。

 

本发明专利基于对前期方法的系统分析,创新提出了一种以居民楼宇为测定对象的居民生活污水污染物产生量测定方法,通过污水收集计量与取样系统对楼宇内居民排水进行分段收集,通过人员流动监控系统对每个污水收集时间段的居民出入情况进行精准统计,分段进行人均产污量核算的方法,其发明创新点在于:

1)以居民楼宇为测定对象,但并不是将楼宇内所有居住人口都列入测定范围,而是以不同时间段楼宇内实际停留的居民为测定对象,解决了传统方法污水污染物量与实际排污人口无法有效对应的问题。

2)基于楼宇内居民的生活排污规律,将24小时测定周期分成时间不等的若干时间段,采用污水收集计量取样系统实现了测定对象生活排水的全部收集和均匀混合,解决了传统方法污水排放量计量不准确、污水难以均匀混合导致的水样代表性差问题。

3)通过人员流动监控系统完成楼宇内居民进出情况的精准识别与记录,以居民在楼宇内的实际停留时长作为排污人口的核算基准,避免了工作人员、快递人员以及居民短期停留对测定结果的影响,解决了传统方法无法实现排污人口精准核算的问题。

4)以污水收集计量与取样系统的取样时间段作为人员流动监控系统排污人口核算的时间跨度,保证了排污人口与排污量的完全对应,实现了人均日生活污水污染物产生量的科学、准确测定。

 

(二)应用领域和范围

本发明属于城镇排水与污水处理领域,适用于城镇居民人均日生活污水污染物源头产生量的测定,也可同步测定城镇居民生活污水排放量及污染物浓度。办公场所工作期间的生活污水污染物产生量测定亦可参照使用。

 

(三)实施效果

基于本发明专利,中国市政工程华北设计研究总院有限公司团队创新构建了以居民楼宇为测定单元的城镇居民生活污水污染物产生量测定方法,在住建部城建司和常州市排管理处的支持下,于2019年9月至2020年7月期间对常州某居民楼宇开展了实地测试,获得了秋冬两个季节居民的生活污水污染物产生量结果(具体数据分析见附件7论文《城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之产污规律》),与欧美等发达国家居民人均日生活污水污染物排放量水平接近,在行业内引起强烈反响。

 
2021年“九通杯”专利奖投稿表单-一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置1982.png

1 常州某居民楼宇人均日生活污水污染物产生量测算系统

 
2021年“九通杯”专利奖投稿表单-一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置2012.png

2 常州某居民楼宇典型周期人均日生活污水污染物产生量测定结果

 

(四)产业化及市场应用情况

在中国城镇供水排水协会的大力支持下,依据本发明专利,专利权人中国市政工程华北设计研究总院有限公司于2020年8月立项中国城镇供水排水协会团体标准《城镇居民生活污水污染物产生量测定》,评审专家组认为该标准方法“填补了国内外空白,对进一步规范城镇排水行业工程规划设计和行业管理具有里程碑意义,对助力国际排水行业基础数据研究具有引领作用”,成为中国城镇供水排水协会一号团体标准T/CUWA 10101-2021,于2021年6月8日正式发布,自2021年9月1日起实施,为我国城镇居民人均日生活污水污染物产生量的测定提供了可靠的方法依据。目前,广东、海南等省市主管部门与项目团队取得联系,针对人均日生活污水污染物产生量的测定工作达成初步意向。

 

(五)技术优势

本发明通过楼宇生活污水全收集、人员流动情况全监控,有效解决了前期方法污水污染物难以全部收集、污水排放量难以准确计量、瞬时水样代表性差、排污人口难以精准核算、排污人口与排污量无法对应等技术难题,其技术优势主要体现在:

1)采用较小体积的污水收集计量取样系统(1 m3 ~ 2 m3)对楼宇排放的生活污水按取样时间段进行分段收集,就可实现测定对象生活排水的全部收集和均匀混合,不仅保证了测定结果的准确性,还确保了测算装置在居民小区内落地实施。

2)选择居住人数相对较多的居民楼宇,增加了测定样本的数量,有效避免了人员个体差异对测定结果的影响,保证了测定结果的代表性和有效性。

3)采用的人员流动监控系统不做人脸识别,不对人员属性进行甄别,不会影响居民的正常生活,保障了专利方法的可操作性和推广应用可行性。

4)按取样时间段间隔进行排污当量人口核算,缩短了排污当量人口核算的时间跨度,使每个时间段楼宇内居民人数相对平稳,降低了楼宇内居民进出对排污人口核算的影响,提高了测定结果的准确度。

5)通过采用数据处理平台将污水收集计量取样系统和人员流动监控系统进行耦合关联,保证了污染物产生量数据和排污人口数据的准确对应,实现了测定结果的自动快速准确测算。

 

(六)专利运用及保护

为保护本发明专利技术,同期申请了实用新型专利,该发明专利除受国家专利法保护外,以技术服务合同等形式在具体工程中予以实施保护,专利处于有效状态。

同时,为共同助力城镇排水行业基础数据研究,促进行业健康可持续发展,国内任何单位或者个人都可以依据以本专利为基础编制发布的T/CUWA 10101-2021《城镇居民生活污水污染物产生量测定》,开展人均日生活污水污染物产生量测定研究工作。

 

(七)效益分析

经济效益:本发明专利的实施,可有效支撑我国城镇居民人均日生活污水污染物产排量的科学准确测定,为排水行业水污染治理工程的规划建设和运行管理、碳排放核算和碳减排策略制定提供基础数据依据,支撑已有设施绩效评估,促进设施效能优化提升,节省投资运营成本,提高资金投入产出效率,助力国家“双碳”目标实现,经济效益显著。

 

社会环境效益:本发明专利的实施,对于准确识别影响我国污水收集与处理系统运行效能的真问题、科学引领污水处理提质增效工作方向、助力行业健康可持续发展具有重要意义,助力我国城镇尽快实现生活污水的全收集、全处理,促进城市水环境质量持续改善,不断提升人民群众的获得感和幸福感。

 

(八)应用前景

科学准确测定城镇居民生活污水污染物产排水平,是我国水污染治理从“规模增长”转向“效能提升”的实际需求。住建部和中国城镇供水排水协会高度重视城镇居民生活污水污染物产生量的测定工作,中国城镇供水排水协会不仅组织了《城镇居民生活污水污染物产生量测定》标准的编写、发布和宣贯工作,还在2021年5月召开的“全力推进厂网一体化,提高排水及污水处理系统提质增效”主题交流座谈会上形成的“武汉共识”中明确提出,“鼓励有条件的城市,积极按照T/CUWA 10101-2021《城镇居民生活污水污染物产生量测定》标准,开展人均排放当量测定工作”。

 

2021年9月10日,中共中央政治局常委、全国政协主席汪洋在十三届全国政协第54次双周协商座谈会上强调,要正确认识我国城镇污水处理发展进程,坚持以人民为中心,坚持系统观念,坚持问题导向,因地制宜、精准施策,持续推进污水处理提质增效。为摸清我国城镇排水与污水处理行业基础数据,指导污水处理提质增效工作科学开展,支撑排水行业碳排放核算工作,预计未来一段时间,将有大批城市依据T/CUWA 10101-2021组织开展居民人均日生活污水污染物产生量的测定工作,推广应用前景广阔。

 

(九)获奖情况

依据本专利完成的论文《城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之方法构建》,获水处理与回用领域2020年度全国优秀中文论文奖、2020年度“苏伊士新创建”优秀论文特等奖。


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