我国农村居民生活污水量总变化系数的估算及其意义

缪静; 姬超; 高琳琳; 方先金

doi:10.12030/j.cjee.202001107

我国农村居民生活污水量总变化系数的估算及其意义

北京首创清源环境科技有限公司，北京 100049

作者简介: 缪静(1980—)，女，硕士，高级工程师。研究方向：水污染治理。E-mail：miaojing@qingyuanwater.com

通讯作者: 缪静, E-mail: miaojing@qingyuanwater.com ;

中图分类号: X506

Estimation and significance of the peak variation factor of rural domestic sewage quantity in China

Beijing Capital Qingyuan Environmental Technology Co. Ltd., Beijing 100049, China

Corresponding author: MIAO Jing, miaojing@qingyuanwater.com ;

摘要: 我国农村居民生活污水量的变化很大，但目前尚无研究者提出适合实际的农村居民生活污水量总变化系数，这为农村居民生活污水处理工程的设计和运行维护带来了很大困难和局限性。对我国农村居民生活污水量总变化系数获取方法进行了探讨，并对现行给水排水设计规范中污水量总变化系数进行了分析总结。结果发现，在现有相关排水设计规范中均采用直接给出综合生活污水量总变化系数的方法；同时，现有相关给水设计规范中亦均采用直接给出供水日变化系数和时变化系数的方法。但是，由现行规范中获得的污水量总变化系数均不适用于农村居民污水处理工程(Q≥432 m³·d⁻¹)的设计和运行维护。因此，根据北京农村居民生活污水量变化实测资料，通过统计分析，总结出了企业用水量比例低或无企业用水和全日供水情况下的农村生活污水量总变化系数(K_z)与工程规模(Q)的经验关系，并给出污水量在1~432 m³·d⁻¹下的总变化系数的经验取值表格。本研究结果可为农村居民生活污水处理工程设计及运行维护提供参考。
- 农村居民生活污水 /
- 总变化系数 /
- 农村污水处理工程
Abstract: There is a great change in the rural domestic sewage quantity in China. At present, no suitable peak variation factor for the rural domestic sewage quantity has been put forward by the researchers, which has brought significant difficulties and limitations in the design, operation and maintenance of rural sewage treatment projects. In this study, the acquisition approach of the peak variation factor for rural domestic sewage quantity in China was discussed, and the peak variation factor of domestic sewage quantity in the current drainage design code was also analyzed and summarized. The results showed that the peak variation factor of sewage quantity was directly provided in the current drainage design code, and the daily and hourly variation coefficients of water supply are also provided directly. However, the peak variation factors of sewage quantity in the current drainage design code are not suitable for the design, operation and maintenance of rural sewage treatment projects(Q≤432 m³·d⁻¹). Therefore, based on the observed data of the change in Beijing rural domestic sewage quantity, the empirical relationship between the peak variation factor (K_z) and the project scale under the conditions of low industrial wastewater ratio, no industrial wastewater and full-time water supply was determined through statistical analysis. The data table for the peak variation factor was provided within the rural domestic sewage quantity range of 1~432 m³·d⁻¹. This study can provide reference for the design, operation and maintenance of rural sewage treatment project.
- rural domestic sewage /
- peak variation factor /
- rural sewage treatment projects

大气扬尘造成的污染，严重影响着人群健康，会导致相关心血管和呼吸道疾病的发生^[1-2]。扬尘排放已成为空气中PM_2.5的重要来源^[3-5]。其中，建筑施工所产生的扬尘是重要原因之一^[6-8]。因此，施工扬尘问题亟待解决。

目前，施工扬尘的主要解决措施有洒水、绿网覆盖及喷洒抑尘剂。喷洒抑尘剂具有抑尘效率高的优点，近年来受到了广泛关注。抑尘剂是一种多组份单相混合物，常根据其主要组分类型和作用特点将抑尘剂分为润湿型、黏结型、复合型等。润湿型抑尘剂中通常含有大量的表面活性剂类物质，以发挥对粉尘的润湿效果；例如，利用C9脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠可制备出抑制煤尘的润湿型抑尘剂^[9]。黏结型抑尘剂则常以高分子有机物等具有良好黏结性的物质为主；例如，以木质素磺酸盐作为主要原料，将甲基硅酸钠、四硼酸钠等为辅助剂可制成黏结型抑尘剂^[10]。

随着全社会环境和生态意识的提高，抑尘剂的制备越来越重视其综合性能，绿色、安全的复合型、环保型抑尘剂是未来的发展方向。瓜尔胶^[11-12]、海藻酸钠^[13]等天然高分子都被作为原料来制备抑尘剂。更多研究者践行“以废治废”的理念，利用甘蔗渣^[14]，秸秆^[15]，塑料瓶^[16]、废纸^[17]等固体废弃物制备抑尘剂。城市绿化废弃物的产生量大，是现代城市发展中普遍面临的问题^[18]。对其传统处理方式为填埋、焚烧和堆肥^[19]，一直以来较少有规范、有效的处理方法。本研究中利用典型的绿化废弃物——悬铃木枝条作为原料，探索制备复合型抑尘剂的途径；并阐明抑尘剂各组分对其各方面性能的影响。在以上研究的基础上，还利用TOPSIS法确定复合型抑尘剂各组分的最佳配比，以期为复合型抑尘剂的制备提供参考。

1. 材料与方法

1.1 实验原料

采集城市绿化树种二球悬铃木(Platanus acerifolia)修剪下来的枝条为原料。实验用土样为自采黄土，采自西安建筑科技大学校园。

氯化胆碱(C₅H₁₄ClNO)、辛癸基葡糖苷(APG0810)、聚乙烯醇([C₂H₄O]_n，PVA)、乙二醇((CH₂OH)₂)、无水乙醇(CH₃CH₂OH)、硝酸(HNO₃)、氢氧化钠(NaOH)、氯乙酸(C₂H₃ClO₂)、盐酸(HCl)、硫酸铜(CuSO₄)均为分析纯。

1.2 实验方法

1)悬铃木枝条的预处理。将悬铃木枝条置于鼓风干燥箱中100 ℃下干燥，使用分级式连续投料粉碎机(LF-40, 河北本辰科技有限公司)将干燥的枝条粉碎后，过200目筛后获得木粉。称取一定质量的木粉，加入到三口烧瓶中，按20∶1的质量液固比加入低共熔溶剂(deep-eutectic solvents, DES)(氯化胆碱和乙二醇按1∶3的质量比在60 ℃下混合均匀，搅拌30 min制得)。之后，使用加热套(SZCL, 天津工兴实验室仪器有限公司)加热烧瓶内的液体至160 ℃，搅拌维持6 h。最后，加入20 mL无水乙醇终止反应。将三口烧瓶置于冷水中冷却后，离心分离，所得固体残渣用无水乙醇洗涤2~3次，直至滤液无色。

2)纤维素提取和羧甲基纤维素钠的制备。采用硝酸-乙醇法^[20]从上述固体残渣中提取纤维素，即配制体积比为4∶1的硝酸-乙醇混合溶液作为提取溶剂；固体残渣和硝酸-乙醇溶液加热搅拌反应，多次提取直至纤维变白，然后洗涤烘干得到纤维素样品。

在500 mL烧杯中，加入2.5 g从悬铃木枝条中提取出来的纤维素和100 mL混有4 g NaOH的70%乙醇水溶液，在40 ℃下恒温搅拌反应60 min，制得碱纤维素；向碱纤维素中加入含有6 g氯乙酸的70%乙醇水溶液25 mL，升温到70 ℃反应30 min；再加入含有2 g NaOH的70%乙醇水溶液25 mL作为碱性催化剂，在80 ℃下醚化反应90 min。待反应结束冷却后，用稀盐酸调节pH至中性，进行抽滤，然后将滤饼依次用75%和95%乙醇分别洗涤2次，60 ℃下干燥，即制得羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose sodium, CMC)^[21]。

将制得的羧甲基纤维素钠进行初步鉴别^[22]：取1 g制得的CMC，加温水50 mL，搅拌混匀，制成悬浊液，冷却后备用；取悬浊液25 mL，加20 g·L⁻¹的CuSO₄溶液5 mL，观察是否生成淡蓝色绒毛状沉淀。

3)复合型抑尘剂的制备和单因素实验的设计。将制得的CMC粉末溶于纯水，充分搅拌混匀，得到CMC溶液。将絮状PVA和纯水混合，加热溶解得到PVA溶液。取APG0810和纯水进行搅拌，混合均匀得到APG0810溶液。按照一定的质量分数将三者进行配比混合，在水浴25 ℃下搅拌混匀，即制得复合型抑尘剂。

选取黏结性、润湿性、抗风蚀性和生物毒性作为对复合型抑尘剂进行考察的评价指标。分别测定不同浓度CMC、PVA和APG0810溶液的黏度；在此基础上，选定合适的组分质量分数范围，通过单因素实验分别探究各组分用量对复合型抑尘剂的黏结性、润湿性、抗风蚀性、生物毒性的影响。

1.3 分析方法

1)表征分析。利用傅里叶漫反射红外光谱仪(Nicolet iS5, 美国Thermo Scientific公司)对提取产物和反应产物进行表征和确认。用扫描电子显微镜(JSM-6510LV, 日本电子公司)观察复合型抑尘剂喷洒前后的土样表面的微观形貌。

2)复合型抑尘剂性能测定。复合型抑尘剂的黏结性决定了对尘土黏结、凝并的效果，以黏度为指标反映复合型抑尘剂的黏结性。用超声波黏度计(LVDV-2-PRO, 美国Brookfield公司)测量复合型抑尘剂黏度。

润湿性可反映复合型抑尘剂渗入土层内部的能力，采用沉降时间和接触角可反映复合型抑尘剂的润湿性。在比色管中加入50 mL复合型抑尘剂，然后取1 g干燥的土粉碎至200目，将土沿漏斗倒入比色管中，准确记录土从接触抑尘剂至沉底所用的时间，即为沉降时间^[12]。采用接触角测定仪(SL200A, 美国科诺公司)测量抑尘剂液滴的接触角。

抗风蚀性可直接反映复合型抑尘剂的抑尘效果。以粉尘被吹蚀后的质量损失率为指标来反映复合型抑尘剂的抗风蚀性。称取25 g过200目烘干的土样于直径9 cm的培养皿中，堆成小土堆，向上面均匀喷洒10 mL复合型抑尘剂(满足喷洒量≥1.5 L·m⁻²的要求^[23])。自然晾干8 h，土样表面形成固化层，进行称重。使用吹风机模拟自然风，进行风蚀实验。用风速仪(MS6252B, 杭州HYELEC公司)测定土样表面的风速为5.6 m·s⁻¹(相当于四级风，可吹起沙粒和纸张)，风蚀5 min后再次称重，按式(1)计算质量损失率^{[14, 24]}。

${\text{质量损失率}}=\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{{m}_{1}}\times 100\%$

$(1)$

式中：m₁为吹蚀前土样和培养皿的总质量，g；m₂为吹蚀后土样和培养皿的总质量，g。

生物毒性可反映复合型抑尘剂对土壤中生物的毒性，本实验中以种子发芽率为指标来反映复合型抑尘剂的生物毒性。使用饱满、无霉的小麦种子，用纯水冲洗后过夜浸泡备用。在培养皿内放入1张滤纸作发芽床。每个发芽床上放置10粒种子，加入10 mL抑尘剂。将培养皿放入28 ℃恒温培养箱中进行培养，48 h后观察结果，按式(2)计算种子发芽率。

${\text{种子发芽率}}=\frac{{{X}}_{1}}{{{X}}_{2}}\times 100\%$

$(2)$

式中：X₁为发芽的种子数量，个；X₂为实验种子数量，个。

3)TOPSIS法分析。TOPSIS法是一种逼近理想解的排序法，常用于多目标决策分析。若方案最靠近最优解，同时又最远离最劣解，则为最好。利用该方法对复合型抑尘剂的黏结性、润湿性、抗风蚀性和生物毒性进行综合性能分析，以确定各组分的最优配比。

黏度和种子发芽率属于极大型指标，沉降时间和质量损失率属于极小型指标。将极小型指标数据按式(3)进行正向化；为了消除数据量纲的影响，按式(4)分别进行标准化。

$\overline {x_l} = \frac{1}{{x_i}}$

$(3)$

${Z_i} = \frac{{{x_i}}}{{\sqrt {\sum\limits_{i = 1}^n {x_i^2} } }}$

$(4)$

经过正向化和标准化之后的黏度、沉降时间、质量损失率和种子发芽率指标分别记为Z₁、Z₂、Z₃和Z₄，对应权重分别为0.2、0.2、0.4和0.2。

最优配比分析：指标到最优解的距离记为D⁺，按式(5)计算；指标到最劣解的距离记为D⁻，按式(6)计算；综合性能指标为C，按式(7)计算。C越接近于1，就说明该方案更优。

${D^ + } = \sqrt {0.2{{\left( {{Z_{1i}} - {Z_{1\max }}} \right)}^2} + 0.2{{\left( {{Z_{2i}} - {Z_{2\max }}} \right)}^2} + 0.4{{\left( {{Z_{3i}} - {Z_{3\max }}} \right)}^2} + 0.2{{\left( {{Z_{4i}} - {Z_{4\max }}} \right)}^2}}$

$(5)$

${D^ - } = \sqrt {0.2{{\left( {{Z_{1i}} - {Z_{1\min }}} \right)}^2} + 0.2{{\left( {{Z_{2i}} - {Z_{2\min }}} \right)}^2} + 0.4{{\left( {{Z_{3i}} - {Z_{3\min }}} \right)}^2} + 0.2{{\left( {{Z_{4i}} - {Z_{4\min }}} \right)}^2}}$

$(6)$

$C = \frac{{{D^ - }}}{{{D^ + } + {D^ - }}}$

$(7)$

2. 结果与讨论

2.1 利用悬铃木枝条制备的羧甲基纤维素钠的性质

悬铃木枝条经预处理后得到黑褐色的固体残渣，从中提取产物则呈米白色；进一步碱化和醚化反应的产物为白色粉末，如图1(a)所示。白色粉末可溶于水形成淡黄色溶液，加入CuSO₄后有蓝色絮状物生成，见图1(b)。这初步证明，利用悬铃木枝条制得的白色粉末为CMC。

图 1 悬铃木枝条的提取产物和反应产物形态

Figure 1. Morphology of extracted products and reaction products from the Platanus branches

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自悬铃木提取的米白色产物红外吸收光谱见图2(a)。其中，3 400~3 600 cm⁻¹(3 425 cm⁻¹)为羟基(—OH)的伸缩振动吸收峰；2 911 cm⁻¹为亚甲基—CH²伸缩振动吸收峰；1 000~1 200 cm⁻¹(1066 cm⁻¹)为纤维素分子链中—C—O—C—伸缩振动吸收峰；899 cm⁻¹处为纤维素分子中葡萄糖单元之间 β-糖苷键的吸收峰。

图 2 悬铃木枝条提取产物和反应产物的红外吸收光谱

Figure 2. FTIR of extracted products and reaction products from the Platanus branches

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白色反应产物的红外吸收光谱见图2(b)。可以看出，在1 600 cm⁻¹左右出现的强烈吸收峰为CMC的特征峰；1 427 cm⁻¹、1 327 cm⁻¹分别为—CH₂、—OH的弯曲振动吸收峰；1 266 cm⁻¹处小峰为羧酸基团中 C—O 伸缩振动吸收峰；1 020~1 160 cm⁻¹(1 067 cm⁻¹)处为纤维素结构中—C—O—C—的对称与不对称振动吸收。

以上结果证明，从悬铃木枝条中提取出的米白色物质为纤维素，该纤维素制品经过碱化和醚化反应后可制得CMC。

2.2 各组分用量对复合型抑尘剂性能的影响

我国现有的技术标准^[23]对抑尘剂的黏度要求为：25 ℃温度条件下，抑尘剂黏度需大于5 mPa·s。通过前期预实验发现，当CMC的质量分数为0.20%时，其溶液黏度为7.32 mPa·s；如果进一步增大CMC的质量分数，溶液中会产生较多不溶物。PVA溶液质量分数在0.10%~2.00%时，黏度由1.28 mPa·s增大到5.52 mPa·s。APG0810含量较高时，溶液会产生较多泡沫，不易喷洒。因此，本研究选择质量分数分别为0.01%~0.20%、0.10%~2.00%、0.01%~0.30%的CMC、PVA、APG0810来考察各组分对复配抑尘剂各性能指标的影响。在探究某一组分对抑尘剂某一性能的影响时，需要控制其他2种组分的含量，控制的CMC、PVA、APG0810质量分数分别为0.10%、0.50%、0.10%。

1)各组分含量对复合型抑尘剂黏结性的影响。由图3可以看出，CMC质量分数越大，复合型抑尘剂的黏度亦越大。在CMC的质量分数大于0.10%时，复合型抑尘剂的黏度均在5 mPa·s以上，可满足现行技术标准的要求。复合型抑尘剂的黏度亦随着PVA质量分数的增大而增加，当PVA质量分数在1.00%以上时，复合型抑尘剂的黏度增幅变大。而APG0810的质量分数对复合型抑尘剂黏度无明显影响。由以上结果可知，CMC的用量是决定复合型抑尘剂黏度的最主要因素。这是因为，CMC和PVA是良好的黏结剂，他们混合之后会比单组分的黏度更大，而APG0810是表面活性剂，无黏结性。

图 3 不同CMC、PVA、APG0810含量条件下复合型抑尘剂的黏度

Figure 3. Viscosity of the composite dust suppressant with different CMC, PVA, APG0810 contents

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2)各组分含量对复合型抑尘剂润湿性的影响。图4显示了复合型抑尘剂的沉降时间和接触角随各组分的质量分数的变化情况。沉降时间和接触角均会随着CMC质量分数的增大而增加，这说明复合型抑尘剂的润湿性在逐渐降低。这很大程度上与复合型抑尘剂的黏度有关，CMC用量多，复合型抑尘剂黏度增加，但流动性和渗透性也随之变差，不易润湿尘土。在PVA质量分数小于1.50%时，沉降时间基本不变；但当PVA质量分数大于1.50%时，沉降时间则出现大幅增长。这与复合型抑尘剂黏度随PVA含量变化的规律十分相似。这也进一步说明，过大的黏度会导致抑尘剂润湿性下降。APG0810是表面活性剂，能使溶液表面张力显著下降，其质量分数越大，复合型抑尘剂的接触角和沉降时间越小，润湿性越好。

图 4 不同CMC、PVA、APG0810含量条件下复合型抑尘剂的沉降时间和接触角

Figure 4. Settlement time and contact angle of the composite dust suppressant with different CMC、PVA、APG0810 contents

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3)各组分含量对复合型抑尘剂抗风蚀性的影响。复合型抑尘剂的质量损失率大致随各组分质量分数的增加而减小，但变化程度有差别(图5)。其中，PVA含量对质量损失率影响最大；当PVA含量从0.10%增加到2.00%时，复合型抑尘剂的质量损失率从2.21%降至1.06%。其中，仅在PVA质量分数为0.10%~0.50%时，质量损失率的降幅就高达32%。这说明，PVA对该抑尘剂的抗风蚀性贡献很大。这是因为，PVA具有良好的成膜性和吸湿保水性，使尘土潮湿结壳，不易扬起。CMC能够使粉尘颗粒黏结起来，而APG0810会使抑尘剂更易渗透入粉尘下层。这三者组分各自发挥相应的作用，可协同提高复合型抑尘剂的抗风蚀性。

图 5 不同CMC、PVA、APG0810含量条件下复合型抑尘剂的质量损失率

Figure 5. Mass loss rate of the composite dust suppressant with different CMC, PVA, APG0810 contents

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4)各组分含量对复合型抑尘剂生物毒性的影响。由图6可以看出，CMC和PVA对小麦种子发芽率的影响不明显，而APG0810则表现出明显的抑制作用。当APG0810质量分数在0.10%以下时，种子发芽率基本维持在70%~85%；而当APG0810质量分数增至0.15%时，种子发芽率就骤降至30%；待APG0810含量进一步升高后，种子发芽率均为0。这说明，表面活性剂类物质是造成抑尘剂生物毒性的主要成分。

图 6 不同CMC、PVA、APG0810含量条件下复合型抑尘剂的小麦发芽率

Figure 6. Wheat germination rate of the composite dust suppressant with different CMC, PVA, APG0810 contents

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5)土样表面喷洒抑尘剂前后的微观形貌。喷洒抑尘剂前后土样表面的微观形貌见图7，通过观察可发现，原本的土样表面有很多分散、细小的颗粒，粒径大都在20 μm以下。而当在土样表层喷洒复合型抑尘剂之后，原本的细小颗粒黏聚成团，其粒径至少增大了数10倍。由此可知，喷洒抑尘剂后，尘土颗粒黏结、凝并的效果较好。

图 7 复合型抑尘剂喷洒前后土样表面的微观形貌

Figure 7. Surface micromorphology of soil samples before and after the composite dust suppressant spraying

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2.3 复合型抑尘剂各组分的优化配比

利用TOPSIS法计算出CMC、PVA和APG0810不同用量时的复合型抑尘剂综合性能指标C(表1)。如表1所示，随着各组分在复合型抑尘剂中的质量分数的增大，综合性能指标C并非呈现单纯的递增或递减趋势。这表明，黏结性、润湿性、抗风蚀性和生物毒性之间存在交互作用。当C最接近1时，该组分质量分数下获得的复合型抑尘剂综合性能最好。由表1还可以看出，在这3种主要组分的用量范围内，对应的最优综合性能指标C值分别为0.698 4、0.704 1和0.646 3。因此，具有最佳综合性能的复合型抑尘剂中CMC、PVA和APG0810的质量分数分别为0.20%、2.00%和0.10%。按此组分配比制得的抑尘剂在25 ℃下，黏度为41.97 mPa·s、沉降时间为68.62 s、质量损失率为0.57%、小麦种子发芽率为70%。

表 1 各组分不同用量时的复合型抑尘剂综合性能指标C

Table 1. Comprehensive performance index C of the composite dust suppressant with different dosages of each component

复配组分		D⁺	D^-	C
名称	质量分数/%	D⁺	D^-	C
CMC	0.01	0.297 1	0.160 6	0.351 0
	0.025	0.287 4	0.130 7	0.312 6
	0.05	0.265 0	0.111 2	0.295 6
	0.075	0.238 9	0.116 0	0.326 9
	0.10	0.228 8	0.119 3	0.342 7
	0.15	0.136 0	0.224 8	0.622 9
	0.20	0.131 1	0.303 6	0.698 4
PVA	0.10	0.199 4	0.146 1	0.422 9
	0.25	0.181 5	0.127 9	0.413 4
	0.50	0.181 5	0.111 5	0.380 6
	0.75	0.161 8	0.122 0	0.429 8
	1.00	0.114 1	0.147 5	0.564 0
	1.50	0.103 9	0.168 3	0.618 5
	2.00	0.091 6	0.218 0	0.704 1
APG0810	0.01	0.179 2	0.273 6	0.604 3
	0.05	0.152 7	0.258 5	0.628 7
	0.10	0.127 6	0.233 1	0.646 3
	0.15	0.193 7	0.139 8	0.419 1
	0.20	0.279 8	0.119 2	0.298 8
	0.25	0.274 8	0.149 8	0.352 8
	0.30	0.273 6	0.179 1	0.395 7

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3. 结论

1)悬铃木枝条经氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂法预处理后，再通过硝酸-乙醇法可提取出纤维素；之后，再通过碱性的醚化反应可制备出CMC。

2)悬铃木来源的CMC与PVA、APG0810复配制得复合型抑尘剂，该抑尘剂的黏结性与抗风蚀性紧密联系，CMC和PVA对其有主要贡献；而APG0810则是影响抑尘剂润湿性和生物毒性的主要组分。

3)通过TOPSIS法优化出的最佳综合性能复合型抑尘剂具有良好的黏结性，可以较好地润湿土壤，抗风蚀性良好，生物毒性较低。

图 1 总变化系数随农村生活污水量变化

Figure 1. Variation of peak variation factor with rural domestic sewage quantity

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表 1 《室外排水设计规范》中综合生活污水量总变化系数

Table 1. Peak variation factor of comprehensive wastewater quantity in Code for Outdoor drainage Design

平均流量/(m³·d⁻¹) K_z 平均流量/(m³·d⁻¹) K_z

432 2.3 8 640 1.6
1 296 2.0 17 280 1.5
3 456 1.8 43 200 1.4
6 048 1.7 86 400 1.3

平均流量/(m³·d⁻¹) K_z 平均流量/(m³·d⁻¹) K_z

432 2.3 8 640 1.6
1 296 2.0 17 280 1.5
3 456 1.8 43 200 1.4
6 048 1.7 86 400 1.3

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表 2 《镇(乡)村排水工程技术规程》中综合生活污水量总变化系数

Table 2. Peak variation factor of comprehensive wastewater quantity in Technical Specification for Drainage in Town and Village

平均流量/(m³·d⁻¹) K_z 平均流量/(m³·d⁻¹) K_z

432 2.5 6 048 1.8
1 296 2.2 8 640 1.6
3 456 1.9

平均流量/(m³·d⁻¹) K_z 平均流量/(m³·d⁻¹) K_z

432 2.5 6 048 1.8
1 296 2.2 8 640 1.6
3 456 1.9

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表 3 农村生活污水量总变化系数

Table 3. Peak variation factor of rural domestic sewage quantity

平均日流量/(m³·d⁻¹) K_z 平均日流量/(m³·d⁻¹) K_z

1 5.00 100 2.74
5 4.05 150 2.59
10 3.70 200 2.50
30 3.20 300 2.37
50 3.00 400 2.28
80 2.82

平均日流量/(m³·d⁻¹) K_z 平均日流量/(m³·d⁻¹) K_z

1 5.00 100 2.74
5 4.05 150 2.59
10 3.70 200 2.50
30 3.20 300 2.37
50 3.00 400 2.28
80 2.82

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[1]	刘俊新. 因地制宜, 构建适宜的农村污水治理体系[J]. 给水排水, 2017, 53(6): 1-3. doi: 10.3969/j.issn.1002-8471.2017.06.001
[2]	郭雪松, 陈梅雪, 刘俊新. 我国农村生活污水处理技术现状和对策[C]//中国土木工程学会水工业分会排水委员会. 全国排水委员会2012年年会论文集. 2012: 146-151.
[3]	严煦世. 给水工程[M]. 4版. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008.
[4]	中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总. 室外排水设计规范: GB 50014-2006[S]. 北京: 中国计划出版社, 2016.
[5]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 镇(乡)村排水工程技术规程: CJJ 124-2008[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008.
[6]	中华人民共和国建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总. 室外给水设计规范: GB 50013-2006[S]. 北京: 中国计划出版社, 2014.
[7]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 镇(乡)村给水工程技术规程: CJJ 123-2008[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008.
[8]	中华人民共和国水利部. 村镇供水工程设计规范: SL 687-2014[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2008.
[9]	北京市水土保持工作站. 《新农村污水综合治理示范工程》项目技术研发报告[R]. 北京: 北京市科学技术委员会和北京市水务局, 2010.

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图( 1) 表( 3)

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1. 材料与方法
1.1 实验原料
1.2 实验方法
1.3 分析方法
2. 结果与讨论
2.1 利用悬铃木枝条制备的羧甲基纤维素钠的性质
2.2 各组分用量对复合型抑尘剂性能的影响
2.3 复合型抑尘剂各组分的优化配比
3. 结论

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由于我国农村地区环境污染治理力度不足和缺乏有限的监管，造成了农村环境污染问题的凸显^[1-2]。目前，农村地区居民生活污水仍缺少适当处理，而农村地区居民生活污水治理的完善程度是农村社会发展和农民福利改善的制约因素。

在建设农村地区居民污水治理工程的过程中发现，农村地区居民生活污水的水量和水质波动范围较大。日变化受村庄人口作息时间和迁出迁入的影响，早/中/晚3个高峰时段污水量大，其它时段污水量小；工作日水量小，节假日水量大。特别是在采用自然渠(沟)收集污水的村庄，受气候和季节影响明显，冬季水量小、污染浓度较高；夏季水量大、污染浓度较低。另外，旅游区和农家乐对污水水量变化影响较大，旺季水量较大，淡季水量较小。

污水量总变化系数大小与设计规模(Q)呈负相关^[3]，农村生活污水处理设施的设计规模较小(一般≤432 m³·d⁻¹)，故农村污水量总变化系数较大。现行城镇污水处理规范中并未给出适用于农村小规模污水处理设施的变化系数取用的指导。同时，由于中外农村经济发展和生活习惯存在较大的差距，在此领域亦无适合的国外经验可供参考。因此，确定我国农村居民生活污水量总变化系数已成为农村居民污水处理设施设计和运行维护的难点之一。本研究拟对现有国家和行业给水排水规范中关于污水量总变化系数的资料进行分析和总结；并根据北京市已建成的农村居民污水处理站水量监测数据，通过统计分析以获得农村居民生活污水量总变化系数。本研究结果可为制定农村居民生活污水处理设施的设计、建设与运行维护中确定污水量总变化系数提供参考。

1. 计算方法

1.1. 污水量总变化系数获取方法

污水量总变化系数定义为最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值，总变化系数(K_z)可由式(1)获得。

式中：K_d为日变化系数；K_h为时变化系数。K_d和K_h分别由式(2)和式(3)获得。

式中：C_dm为最大日污水量，m³·d⁻¹；C_da为平均日污水量，m³·d⁻¹。

式中：C_hm为最大日最大时污水量，m³·d⁻¹；C_ha为最大日平均时污水量，m³·d⁻¹。

由式(1)~式(3)可知，只要获得最大日污水量、平均日污水量、最大日最大时污水量和最大日平均时污水量就可以计算得到总变化系数K_z的值。由于污水量具有时变化、日变化、季节变化和年变化的特点，故总变化系数获取至少需要1年或以上的逐日污水量的数值，并需要获得最大日污水量的逐时变化。在缺乏污水量1年或以上的逐日资料时，也可以根据用水量(供水量)的1年或1年以上的逐日水量和最大日用水量资料来估算总变化系数。这种方法是建立在“生活污水量=用水量×污水排放系数”的基础上，在假设污水排放系数为常数时，污水量时变化系数、日变化系数和总变化系数分别等于用水量时变化系数、日变化系数和总变化系数。

1.2. 实际工程总变化系数测定

为了获得农村生活污水处理站污水量总变化系数随处理规模的变化，本研究选择企业用水量比例低或无企业用水和全日供水的北京市通州区14个农村生活污水处理站进行了进水水量跟踪测定。测定时间为2018年4月至2019年3月，记录每小时的流量。测量采用分体式超声波流量计(测量范围：0~50 m³·h⁻¹；测量精度：0.5级)。通过1年典型日的污水量测定资料获得最大日污水量和平均日污水量，从而获得14个站的日变变化系数K_d值；通过最大日各个时段的污水量测定资料获得最大日最大时污水量和最大日平均时污水量，获得时变化系数K_h值；再根据各站的K_d和K_h值计算获得各站的总变化系数K_z值。

3. 结论

1)在目前相关排水设计规范中均采用直接给出总变化系数或范围的方法，然而缺少适合于农村污水处理规模(<432 m³·d⁻¹)的总变化系数值；在实际农村污水处理工程中，农村生活污水量总变化系数仍很难根据现有的规范来确定。

2)在企业用水量比例低或无企业用水和全日供水情况下，当农村生活污水日处理规模为1~400 m³·d⁻¹时，污水量总变化系数(K_z)可取值为2.28~5。

参考文献 (9)

我国农村居民生活污水量总变化系数的估算及其意义

作者简介: 缪静(1980—)，女，硕士，高级工程师。研究方向：水污染治理。E-mail：miaojing@qingyuanwater.com

通讯作者: 缪静, E-mail: miaojing@qingyuanwater.com ;