济南市城区综合给水与排水以及污染物排放定额研究

摘要 ：通过对济南市给排水管网、污水厂的调查和现场实测，提出了济南市城区综合给水排水定额、排污系数以及污染物排放定额等本地化数据。结果表明，居民生活用水定额为65～75L/（人·d），城区表观综合给水定额为260～270L/（人·d），表观综合排水量定额为280～330L/（人·d），表观综合污水排污系数为0.95～1.09，排污系数接近甚至大于1，推断主要原因是存在无法统计的自备井以及地下水入渗现象，表观污染物排放定额分别为85.1gCOD/（人·d）和11.1gNH ₃ -N/（人·d）。

       

张水燕，博士，正高级工程师，研究方向为环境监测和水污染控制。

     

 

综合生活用水量研究是管理部门衡量、考核用水情况及合理评价其用水水平的依据，也是提高水资源利用效率、缓解城市水资源供需矛盾、实现计划用水和节约用水的前提和基础。综合排水量研究是核实污水量及污水厂进水水质，确定污水处理厂规模是否满足城市需要的基础工作。目前流域水质不达标的一个重要原因是城市生活污水处理能力不足，不能满足日益增长的城市化进程带来的污染量增加的需要。  

 

现行国家标准中的给排水定额是根据国内不同区域而制定的，面向区域面积大，包容性大，而针对具体地方往往有所不同，甚至差异很大   。关于用水定额的研究多以具体类目为对象   ，而对综合用水的研究较少。因此针对济南实际情况进行调研总结，提出符合济南城市城区实际情况的给排水定额，对于当地给排水工程规划与设计是十分必要的。  

 

通过对济南市给水量、污水处理厂处理量、直排污水量以及相关水质等数据的调查和现场实测，研究了济南市城区生活用水、综合给水定额和排污量等，提出了济南城区综合给水排水平衡关系，为城区污水处理设计提供了基础数据，同时也为其他地市给水排水平衡研究提供了借鉴。  

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综合给水定额

       

         

         

     

   

济南市城区以集中供水和自备井供水两种方式供水，根据济南市自来水公司的供水数据，2007年—2017年日均供水量集中在（80～100）×10   ⁴   m   ³   /d，供水量在2010年前比较平稳，维持在80×10   ⁴   m   ³   /d左右；2013年—2017年供水量呈逐年递增的趋势，近5年年均增长率为2.18%。  

 

济南市 2014年、2015年和2016年的城区常住人口分别为369.26、372.61和375.72万人。根据济南市人口和总供水量的变化，可以得出济南市2014年、2015年、2016年的日人均综合给水量分别为258.3、258.7和265.6L/（人·d），建议综合给水定额取260～270L/（人·d）。  

 

分别采用综合给水定额法和供水增长率法进行 2020年总供水量预测。  

① 综合给水定额法    

济南市2014年、2015年和2016年的人口平均增长率分别为0.972%、0.907%、0.834%，近3年的人口平均增长率为0.904%。参照近3年人口平均增长率，到2020年，济南市城区的人口预计为389.49万人。按照综合给水定额可以得出2020年济南市日供水总量为（101.3～105.2）×10   ⁴   m   ³   /d。  

 

② 供水增长率法    

根据济南近5年的总供水量增长率，可以得出济南市2020年的日供水总量为108.40×10   ⁴   m   ³   /d。  

 

通过上述预测，可以发现采用综合给水定额法预测的 2020年日供水总量与采用供水增长率法预测的结果基本一致。  

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城区居民生活用水定额

       

         

         

     

   

居民生活用水定额是指单位时间内居民日常生活所需的饮用、洗涤、冲厕和洗澡等水量。居民生活用水在经济社会用水中占较大比例，对居民生活用水定额进行核算，可以进行较为科学的居民用水量预测、水平衡分析等，为城市用水规划提供科学依据。  

 

居民生活用水量调查采用如下方式： ①以问卷调查形式对济南市民的用水量进行调研。通过对回收的有效调查问卷进行分析，得到居民日均用水量。②通过读取小区用水量最大季节实地水表数据，得到居民最高日用水量。此次调研采用问卷和入户实测两种形式，问卷范围为济南市市区，包括历下区、历城区、槐荫区、市中区、天桥区，发出问卷1500余份，收回有效问卷777份。其中历城区的份数最多，为296份，占总份数的38.09%；其次为历下区，为185份，占总份数的23.81%；市内五区中槐荫区回收的有效问卷份数最少，为72份，占总份数的9.26%。调查的主要方式：在人口密集区如泉城路、黑虎泉、泉城广场等进行现场问卷调查；向企事业单位集中发放问卷；在典型社区上门调查。入户实测的对象为海尔绿城全运村、姚家小区、领秀城等社区，随机抽取了72家自来水用户。  

 

① 平均日生活用水量    

通过现场问卷的方式对居民用水情况进行了调研，济南市居民家庭生活用水量分布情况如图 1所示。由图1可知，居民生活日平均用水量主要集中于30～75L/（人·d）之间，占总调查户数的52.4%。根据调查结果，济南市居民日均用水量为69.2 L/（人·d）。为了保证数据的客观性和准确性，去掉前后10%数据，可得济南市居民的日均用水量为64.8L/（人·d），去掉前后20%数据，可得济南市居民日均用水量为62.6L/（人·d）。综上所述，通过现场问卷的调查可得出居民日均生活用水量为63～70L/（人·d）。  

图 1   家庭日平均用水量

为了保证数据的客观真实性，调研组于 2017年7月—8月（夏季）选取海尔绿城全运村、姚家小区、领秀城等社区住户作为调查对象，连续30d记录72个家庭的水表数据，第一天用水量记为Q01，以此类推至Q30，平均用水量如图2所示。由图2可知，实测的济南市居民日平均用水量为73L/（人·d）。这个数据与现场问卷的数据十分相近。综合上述分析，建议居民日均生活用水定额取65～75L/（人·d）。  

图 2   济南市城区居民生活用水量实测数据

② 最高日用水量  

实测的居民最高日用水量见图 3。由图3可知，济南居民最高日用水量为97.2～137.2L/（人·d），平均值为117L/（人·d）。建议济南市居民最高日用水定额取100～140L/（人·d）。  

图 3   居民高峰用水量

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表观综合排水定额

       

         

         

     

   

以济南市城区表观综合排水量进行定额统计计算，得到的排水定额为表观综合排水定额。表观综合排水量包括排至污水厂的污水、河道直排污水以及入渗污水管网的地下水等。  

 

以2016年8月—2017年7月的污水量数据为基础进行分析。济南市大型污水厂日均处理总量为86.183×10   ⁴   m   ³   /d，小型污水厂日均处理总量为8.92×10   ⁴   m   ³   /d，中水站日均处理总量为4.6×10   ⁴   m   ³   /d。根据排查监测结果，目前的污水直排水量为（6.23～7.48）×10   ⁴   m   ³   /d，平均值为6.86×10   ⁴   m   ³   /d。由此可知，济南市非汛期污水总量为（102.66～123.24）×   10   ⁴   m   ³   /d   ，平均日污水总量为106.56×   10   ⁴   m   ³   /d     。济南市区2016年的常住人口为375.72万人，2017年常住人口约为379.12万人，人口按两年平均值（377.42万人）计，可得平均综合排水量为282.34L/（人·d）［表观综合排水量为272.00～326.51L/（人·d）］，建议表观综合排水定额取280～330L/（人·d）。根据表观综合排水定额预测，2020年济南中心城区的总污水排放量为（109.1～128.5）×   10   ⁴   m   ³   /d。2017年实际处理能力合计为106.4×   10   ⁴   m   ³   /d   ，因此不能满足实际最大排水量需求，亟需扩大污水处理能力。  

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表观综合排污系数

       

         

         

     

   

表观综合排污系数是指表观综合排水量与给水量的比值。需指出的是，济南城区还存在部分雨污混流管网，雨季时部分雨水混入污水使表观综合排水量增加，因此为避免雨水量的影响，在数据统计时剔除了雨季时的数据。济南市城区表观排污系数变化情况如图 4所示。统计时间为济南市2015年1月—2016年5月（不含2015年6月—8月雨季的数据）。由图4可知，济南市城区表观综合排污系数为0.95～1.09。  

 

图 4   济南市城区 2015年—2016年排污系数的变化

造成表观综合排污系数偏大且部分数据大于 1的原因，一个是自备水的水量统计不足，由于地下水开采的严格控制，该部分未统计在内的水量较少，而另一个原因可能是由于在污水输送的过程中，地下水的渗入导致污水量增加。中水站进水氨氮浓度从南向北逐渐降低（见图5），说明污水管网存在地下水入渗的可能性较大。  

图 5   不同区域中水站进水氮氮指标分布

济南市区地形南高北低，南部区域地势坡度大，北部区域地势平坦，且地下水位较高，污水管网埋设较深。因此，北部区域污水管网中地下水渗入量要比南部区域大。生活污水中氨氮在污水管网中处于厌氧或缺氧环境，不会因硝化反应降低。推断市区中水站因地下水汇入量比例不同，导致氨氮浓度呈现南高北低的现象。因此，可以推断济南市排污系数接近甚至大于 1的主要原因是地下水渗入污水收集管道系统。  

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表观污染物排放定额

       

         

         

     

   

以综合污水表现出来的实际污染物浓度进行定额统计计算，因此将污染物的排放定额称为 “表观污染物排放定额”。济南市2016年8月—2017年7月COD和氨氮排放量分别如表1、2所示。  

表 1   济南市 2016年8月—2017年7月COD排放总量

表 2   济南市 2016年8月—2017年7月氨氮排放总量

由表1可知，2016年8月—2017年7月，济南的污水COD日平均排放量为321.06t/d，氨氮的日平均排放量为41.75t/d。济南市区2016年的常住人口375.72万人，2017年常住人口约为379.12万人（根据人口平均增长率为0.904%计算），研究时段内按两年度常住人口平均值377.42万人口计算，可以得出，济南市城区表观污染物排放定额分别为85.1gCOD/（人·d）和11.1gNH   ₃   -N/（人·d）。根据预测，2020年济南中心市区的人口为389.49万人。由此可以得出，2020年济南的污水污染物COD和氨氮的排放量分别为331.5和43.2t/d。  

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结论

       

         

         

     

   

该项目通过问卷调查、实地调研、专家咨询和查阅资料等方式，明确了济南有关生活用水和综合排水的相关数据，可为小清河水质达标的方案研究提供数据支撑。主要研究结论如下：  

① 济南市城区综合给水定额为260～270L/（人·d），居民平均日生活用水定额为65～75L/（人·d），最高日用水定额为100～140L/（人·d）。  

② 济南市城区表观综合排水定额为280～330L/（人·d），表观污染物排放定额分别为85.1gCOD/（人·d）和11.1gNH   ₃   -N/（人·d）。  

③ 根据定额结果进行预测，2020年城区综合给水量为（101.3～105.2）×   10   ⁴   m   ³   /d   ，污水量为（109.1～128.5）×   10   ⁴   m   ³   /d   ，污水污染物COD和氨氮的排放量分别为331.5t/d和43.2t/d。  

④ 济南市城区污水表观综合排污系数为0.95～1.09，排污系数接近甚至大于1，推断主要原因是存在无法统计的自备井以及地下水渗入污水管道导致。     

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