农村污水水量波动特点研究

(青岛理工大学环境与市政工程学院 山东 青岛 266033)

无论是市政管网设计还是污水处理厂构筑物容积的设计，都离不开污水水量变化系数这一重要参数，在《室外排水设计规范》中，规定生活污水变化系数为最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值，但是据研究发现，污水水量在每小时内仍然有较大波动，一般农村的生活污水量都比较小且排水管网建设不完善[1-2]，如果仍然用污水总变化系数规范值对排水管网进行设计势必会引起误差。因此，为了展开农村生活污水变化系数的探究，本次试验以日照市五莲县许孟镇为研究对象，通过分析污水流量波动，找出变化系数规律，为市政管网设计人员提供参考。

一、数据来源

本次探究的对象为日照市五莲县许孟镇污水处理站，为研究该镇污水变化系数与规范变化系数的关系以及当地居民的排水规律，选取一周的水量数据，试验时设定程序，每隔1分钟自动记录一次沉淀池流量计读数和集水池液位计读数，计算每分钟沉淀池累积流量和集水池液位差，将累积流量与集水池水量差相加即为污水厂一分钟内进水量，通过每分钟流量累加可以得到5min、10min、每小时流量和每日流量。

二、农村污水变化规律分析

(一)污水水量一周波动规律

图1 污水水量一周波动

从一周的水量波动来看，周六周日的用水量要明显高于工作日，其中，最大日流量出现在周六为909m3，最小日流量出现在周四为656m3，周五的流量从傍晚到夜间有一个比较明显的增高趋势，原因一是许孟镇没有中学和高中，镇上的初中生和高中生都是到五莲县上学，周一至周五寄宿在学校，周五傍晚回到镇上家中，导致周五傍晚排水量上升；原因二是当地设有禽畜检疫站，每周五会对当地禽畜养殖场卫生状况例行检查，禽畜养殖场进行卫生清扫导致排水量上升；周一至周五平均排水量为701m3，周一受到周末排水量的影响使得周一的排水量略高于周二周三周四，由于当地工作结构单一，每日餐饮、洗车、小型旅馆以及屠宰排水不会有太大变化，导致周二周三周四的水量波动情况基本相同；

(二)污水水量日波动规律

为了探究农村污水水量日波动规律，将一周之内每日每小时的水量数据取平均值，得到平均日平均二十四小时的污水排放值，如下图。

图2 污水水量平均日平均时波动情况

从图中我们可以得知一天之内当地居民的排水情况，从图中最直观的可以看出一天之内有三个峰值，分别在早上6：00-7：00，中午11：00-12：00，晚上17：00-18：00，这三个时间段是用餐高峰伴随餐洗废水排放的增加导致峰值的出现[4]；每日0：00-4：00是排水最低时间段，此时镇上居民都在休息；从4：00-6：00用水量逐渐上升，可以看出当地居民每日起床时间较早，后续的洗漱吃饭导致水量逐渐上升，三个高峰时期过后伴随排水量的下降，对应的时间段为每日8：00-9：00，13：00-15：00以及20：00-23：00。

三、农村污水水量变化系数分析

(一)污水水量统计分析

现统计整理水量变化系数需要的几个关键数值：

1.平均日流量Qd将试验期间每日水量求和取平均值

Qd=754.94m3/d；

2.最大日流量Qdmax

Qdmax=909.5m3/d=10.53L/s，出现在周六；

3.最小日流量Qdmin

Qdmin=655.79m3/d=7.59L/s，出现在周四；

4.最大日最大时流量Qmax60

Qmax60=42.08m3/h=11.69L/s，出现在周六晚上19：00；

5.最大日最大10分钟流量Qmax10

Qmax10=11.74m3/10min=19.57L/s,出现在周六晚上19：13-19：23；

6.最大日最大5分钟流量Qmax5

Qmax5=6.42m3/5min=21.4L/s，出现在周六晚上19：08-19：13；

7.最大日最大1分钟流量Qmax1

Qmax1=1.42m3/min=23.67L/s，出现在周六晚上19：10；

(二)污水水量变化参数分析

根据水量统计的几个管关键水量数据，试验期间污水水量波动参数变化[3]计算如下：

1.日变化系数Kd：最大日污水量与平均日污水量的比值

Kd=909.5/754.94=1.20；

2.时变化系数Kh：最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值

Kh=42.08/37.9=1.11

3.实测时总变化系数Kz：也称实测总变化系数，是实测最大日最大时污水量与实测平均日平均时污水量的比值

Kz=42.08/31.46=1.34

4.10分钟总变化系数Kz10：实测最大日最大10min污水量与实测平均日平均10min污水量的比值

Kz10=11.74/5.24=2.24

5.5分钟总变化系数Kz5：实测最大日最大5min污水量与实测平均日平均5min污水量的比值

Kz5=6.42/2.62=2.45

6.1分钟总变化系数Kz1：实测最大日最大1min污水量与实测平均日平均1min污水量的比值

Kz1=1.42/0.52=2.71

以上皆为实测变化系数，规范中的综合生活污水量变化系数如下表：

表1 综合生活污水量变化系数

水量监测期间，平均日流量为8.74L/s，对应规范中变化系数应该在2-2.3之间，在《室外排水设计规范中》[5]，生活污水量变化系数计算公式为

现对比污水各变化系数：

图3 污水水量各变化系数对比

四、结论

(1)在监测期间，日照市五莲县许孟镇日平均流量为701m3/d，周末排水量明显高于周一到周五，且最高排水量出现在周六为909m3/d，最低排水量出现在周四为655m3/d，周二周三周四排水规律比较稳定，与当地居民单一的工作结构有关；

(2)从监测期间的平均日平均时排水量波动来看，24小时之内有污水排放有三个明显的峰值为早上6：00-7：00，中午11：00-12：00，晚上17：00-18：00，峰值时间段伴随餐洗用水排放的增加，且凌晨0：00-4：00排水量最低；

(3)污水变化系数情况，日变化系数Kd=1.2，时变化系数Kh为1.11，时总变化系数为Kz为1.34，10分钟总变化系数Kz10为2.24，5分钟总变化系数Kz5为2.45，1分钟总变化系数Kz1为2.71，时总变化系数规范值K’z=2.15，10分钟、5分钟以及1分钟总变化系数都要高于总变化系数规范值，用规范值设计污水管网会产生偏差；

(4)每小时内污水管网中的流量并不均匀，有较大波动，远高于总变化系数规范值，因此在日后的管网设计中，应适当提高污水总变化系数，增加污水管网管径提升过水能力，以便保证泵站和污水管网的正常运行。