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 2019 1 0329149.7

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

（一）发明创新点

城镇生活污水集中收集率指标的提出标志着我国城镇污水处理行业逐步从高速度增长阶段转向高质量发展阶段，污水收集处理效能的衡量标准也由单纯的“污水处理量”考核转向“污染物收集处理量”考核，其中作为考核基础的人均日生活污水污染物排放量（BOD5）统一按照45g/人·d来测算，但该数值是否能够代表全国范围各地域的实际排污水平还存在质疑。在国家水专项课题支撑下，研究团队创新提出《一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置》专利技术，并在专利技术的基础上主编了《城镇居民生活污水污染物产生量测定》团体标准，并已由中国城镇供水排水协会发布出版，获得了行业主管部门领导和杭世珺总工、李艺勘察设计大师、李树苑勘察设计大师、清华大学刘翔教授等知名专家的高度认可和充分肯定。

基于我国污水处理行业对构建科学、准确、适用性和操作性强的城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算方法的实际需求，本发明专利技术创新提出了以居住人口达到一定规模的代表性居民楼宇作为测定对象，通过对一个24小时测定周期不同取样时间段楼宇内实际停留的居民所排放的生活污水进行全收集和取样检测，对不同取样时间段楼宇内的排污人口进行全口径统计，并按居民的实际停留时间进行排污当量人口核算，进而完成楼宇内居民生活污水污染物产生量的计算，有效解决了传统方法中污水排放计量不准确、排污人口核算困难、污水污染物产生量与实际排污人口难对应等技术难题。本发明专利的创新点总结如下：

1、构建分时间段污水收集、计量与取样方式，可对满足一定人口数量的居民楼宇进行生活污水的全部收集、准确计量，并检测混合水样水质。本发明专利通过收集计量取样系统的污水收集计量池、蓄水调节池等组成部件功能的巧妙设计，利用运行参数控制条件的配合运行，可对满足一定人口数量的典型居民楼宇进行连续24小时排放全部生活污水的分时段收集，准确计量各时段污水排放量，测定各时段混合污水污染物浓度，有效克服了以往测算方法水量难以全收集计量、水质数据代表性差等突出问题。国内外相关研究报道中，对楼宇或小区出口进行水质取样化验是行业普遍做法，但将楼宇所有排水收集混合计量，并实现真实的混合样水质测试，均无相关报道。

2、突破人员流动导致实际排污人口统计不准确的难点问题，实现实际排污当量人口的实时统计及与排污量的精准对应。本发明专利所采用的实际排污人口当量的测算方法是以不同时间段楼宇内实际停留的居民为测定对象，通过对楼宇初始人口数的掌握和所有居民出入口人员进、出时间和数量的实时统计，从时间维度上对排污人口的贡献进行测算。以污水收集计量取样系统的取样时间段作为居民出入计数系统排污当量人口核算的时间跨度，采用住宅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，实现每个取样时间段排污当量人口的精准核算。有效克服了部分居民在楼宇内停留时间较短，未产生或产生较少的排污，而被计入排污人口的情况。

3、遵循测试楼宇居民的实际产污规律，有效提升测算结果的准确性。本发明专利是依据居民的实际产污规律和污水排放特征，通过调整取样时间、液位等控制参数对24小时测定周期内连续进行的污水收集时段进行自动划分，即用水高峰期时段缩短，用水低谷期时段延长，可应对日常排水和不可预测的排水规律，如洗衣、洗澡等随机用水导致水量峰值时段、夜间休息期间用水量低谷时段等情况。同时，通过自动控制装置的条件设置实现比人工取样更密集的取样频次，大幅度提升人均日生活污染物产生量测算结果的准确性。

4、通过污水收集计量取样系统、住宅人员流动监控系统和数据处理平台的技术集成，实现测试的全流程自动化运行与数据结果的融合测算。本发明专利依据人均日生活污水污染物产生量测算系统设计形成独有的自动化控制程序与数据处理模式，可根据实际污水排放情况进行运行条件和工况的调整，保证24小时测试周期的有效进行；通过数据平台实现收集计量取样装置与住宅人员流动监控系统之间的数据对话，可实现无人值守条件下测试系统的全自动运行，大幅度节约人力成本。

（二）应用领域和范围

本发明专利属于市政污水处理技术领域，适用于以居民楼宇为基本测定单元的城镇居民生活污水污染物产生量的测定，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本发明专利技术。

通过本发明专利技术的实施可获得较准确的居民人均日生活污水污染物产生量数据，相应测试结果可为污水处理行业的规划、设计和运行管理提供重要的基础参数，支撑城市生活污水收集处理设施的效能评估。与我国现阶段构建系统性强、成长型强的污水收集处理系统的目标需求相呼应，有利于加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，具有较强的推广应用价值。

（三）实施效果

为进一步验证本发明专利技术的可行性和可操作性，研究团队联合江苏一环集团有限公司、宜兴市普天视电子有限公司等单位对本发明专利进行了技术开发，形成满足专利技术要求的测定装置，并在常州市排水管理处、常州市排水监测站等单位的密切配合下，选择常州市某居住人口200人以上的高层居民楼宇进行了装置安装和调试。于2019年9月至2021年3月期间开展了居民生活污水污染物产排情况的测定工作，实现了测定楼宇连续24小时生活污水的全收集、排污人口的全口径统计及排污人口与排污量的精准对应。经过为期1年多的跟踪测试，已获得了测定楼宇居民两个季节的生活污水排放量、污染物排放浓度、污染物产生量和各污染物浓度比值及其时间变化规律等基础数据，有效监测数据总数达2000余个。

通过专利技术的实施和相关数据的获得，有效填补了常州市人均日生活污水污染物产生量等数据空白，破解城市生活污水集中收集率测算难题，为常州市精准治污提供了可靠依据，对提高常州市污水收集处理设施运行管理水平、促进污水收集处理设施效能提升具有重要作用。作为常州市排水管理处样板项目，常州晚报于2020年1月报道《精准测算居民每人每小时排放污水量》相关内容。

（四）产业化及市场应用情况

本发明专利研究团队以常州市居民生活污水污染物产排情况的测定工作为基础，充分总结并掌握了测定工作的基本要求，为标准化测定方法的建立奠定了良好的基础。2020年以来，本专利发明单位中国市政工程华北设计研究总院有限公司联合江苏一环集团有限公司、宜兴市普天视电子有限公司等单位对装置配置、测定流程和数据处理方法做了进一步验证和优化，形成了一套专业的居民生活污水污染物产生量测定装备产品的生产线和技术服务团队，目前已基本实现了测定装置的成套化和标准化。技术单位可根据测试城市的实际需求，定制不同规模人口当量的居民生活污水污染物产生量测定装备产品，并配备专业的技术服务团队开展满足条件的测试楼宇筛选、测试装置的安装调试、设备运行维护等工作，可为不同城市和地区居民生活污水污染物产生量的科学、准确测定提供技术支撑。

基于行业发展对我国城镇居民生活污水污染物产生量测定的实际需求，2021年中国城镇供水排水协会武汉共识会议精神：“鼓励有条件的城市，积极按照TCUWA 10101-2021《城镇居民生活污水污染物产生量测定》标准，开展人均日生活污水污染物产生量的测定工作”，目前，住房和城乡建设部城市建设司正积极鼓励全国36个大中城市优先开展测定工作，其中广东深圳等城市已立项推进相关测定工作。

（五）技术优势

以本发明专利为技术基础，研究团队进一步形成了团体标准、专利、软件著作权、论文等一系列技术成果，构建了一条居民生活污水污染物产生量测定装备产品的生产线，组建了一支专业素质较强的技术服务团队，有效提升了本专利技术的业界认可度和行业影响力。

研究团队于2020年8月牵头主编了《城镇居民生活污水污染物产生量测定》（T/CUWA 10101-2021）团体标准，由中国城镇供水排水协会于2021年6月作为1号标准正式发布。标准方法进一步明确了测定方法的基本原理、居民楼宇选择要点、测定装置研发要点、测定流程、数据处理方法等。

除本发明专利外，研究团队还申请授权了《收集计量取样装置》（证书号：10057866）实用新型专利技术，申请了《一种基于居民停留时长的有效排污人口的统计核算方法》（专利号：2021101154651）、《一种大容积非标水箱液位与容积的快速标定方法及标定量具》（专利号：202110238499X）等，共4项专利相关专利技术。

在《中国给水排水》《给水排水》等行业知名期刊发表核心论文3篇，其中《城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之方法构建》《城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之方法构建》等文章获得较高的网络点击率和多项年度优秀论文奖。

申请《人均生活污水量及污染物产生量测算统计系统V1.0》《排污当量人口统计核算系统V1.0》软件著作权2项。

（六）专利运用及保护

中国市政工程华北设计研究总院有限公司作为国家级污水处理行业领军企业，利用自身优势，将创新研发的人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置快速实现工程验证与应用，充分掌握了测定工作的基本要求，并对装置配置、测定流程和数据处理方法做了进一步验证和优化，将研发技术在工程实践中不断完善和发展，基本实现了测定装置的成套化和标准化。本发明专利技术属于基础型原创技术，中国市政工程华北设计研究总院有限公司通过与江苏一环集团有限公司和宜兴市普天视电子有限公司的强强合作，形成了一条基于专利技术的设计、加工、服务为一体的全流程开发模式和推广路径，大大缩短了创新技术理念到实际工程化应用的周期，快速实现了发明专利的技术价值。

本发明专利是基于人均日生活污水污染物产生量测定的基础型原始创新技术，专利发明单位中国市政工程华北设计研究总院有限公司制定了严格的专利技术管理制度，对专利申请、维护、使用和保护等做出了严格的规定，公司指定专人负责专利管理和维护工作，并授权公司法律顾问负责指导、监督和维护专利实施，以及专利维权等工作。

在本发明专利的基础上，研究团队同时申请了专利《收集计量取样装置》（证书号：10057866）、《一种基于居民停留时长的有效排污人口的统计核算方法》（专利号：2021101154651）、《一种大容积非标水箱液位与容积的快速标定方法及标定量具》（专利号：202110238499X）等，合理补充了本发明专利的权利要求，有效保护了发明人和发明单位在人均日生活污水污染物产生量测定技术上的核心竞争力。

（七）效益分析

国际首创《一种人均日生活污水污染物产生量测算方法及装置》专利技术，并构建形成可供推广应用的人均日生活污染物产生量标准化测定方法，切实解决国内外相关研究不足、检测方法及结果难以真实表征日常排污情况等问题，具有显著的社会、经济、环境效益。

污水处理提质增效行动方案考核指标的测算需求。人均日生活污染物产生量是支撑污水处理提质增效绩效考核关键指标测算的基础数据，也是评估城镇生活污水收集处理系统效能的重要依据，掌握居民生活污染物排放规律，能够为各城市准确测算“城市生活污水集中收集率”提供依据和参考，可为进一步推进城镇污水处理提质增效和城市黑臭水体治理工作提供技术支撑。

污水处理设施规划编制和工程设计的数据支撑。人均日生活污水污染物产生量相关数据结果的获得可为污水处理工程规范化设计提供参考，为行业科学规划和管理提供技术支持，本专利技术的应用可有效提升我国污水处理工程设计和行业管理水平，提高污水处理设施公共服务质量，对进一步规范我国城镇污水处理行业健康可持续发展具有重要支撑作用。

城市排水与污水处理设施污染物减排效能的评估依据。城市排水与污水处理设施是一项系统化工程，承担着治污减排的重要角色，系统效能的正常发挥是关系民生的重大问题。通过掌握城市生活污水及相关污染物的源头产生量和排放规律，为污染物收集纳管、过程输送、末端处理等功能的有效发挥提供依据，为城市排水与污水收集处理设施污染物削减效能的提升和城市水环境质量的改善提供支撑。

通过本专利技术的实施和推广，可有效指导各地加快补齐污水收集处理设施短板，推进城市基础设施功能完善与效能提升，有效发挥污水收集处理设施建设和改造对拉动投资的重要作用，对推动城市高质量发展具有重要意义。

（八）应用前景

目前，我国关于城镇居民生活污水污染物排放量相关研究不足，行业权威设计标准《室外排水设计标准》中该参数取值还主要参考欧美、日本等发达国家，国内还没有得到行业广泛认可的相关数据。而我国现阶段污水处理行业监管和工程设计精细化的要求决定了，需要在全国范围内开展城镇居民生活污水污染物产生量标准化测试。

鉴于全国各地居民生产生活方式的不同，城镇居民生活污水污染物产生量可能存在明显的区域差别，需要在全国不同区域选择不同行政规模和经济发展水平的居民楼宇开展测定工作；即使在一个城市内，每个楼宇内居民的经济水平和日常生产生活习惯也会有明显差异，有条件时应在每个城市内选择多个居民楼宇开展测定工作，对不同区域内居民排污规律的趋同性进行验证；另外，城镇居民的生活习惯会有明显的季节性差异，导致污水排放量和污染物排放浓度有明显的季节性区别，甚至日变化差异，每个居民楼宇的测定工作应涵盖一年四季，每个季节也应有数日至数十日的测定数据才能用于计算本楼宇或本区域居民的日常生活污水污染物产排水平。

基于对城镇居民人均日生活污水污染物产生量测定的必要性和实际需求，该专利技术应用前景较为广阔。

（九）获奖情况

1、《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“苏伊士新创建”优秀论文特等奖；

2、《城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之方法构建》获中国环境科学学会水处理与回用专业委员会全国优秀中国论文奖；

3、《城镇居民人均日生活污水污染物产生量测算之产污规律》入选《中国给水排水》杂志微信公众号优质原创文章TOP 20。