CN102253175A - 用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，包括以下步骤：1)自动化浊度仪降雨前，设定采样频率，在降雨过程中实时测量排水系统初期雨水浊度NTU信息；2)将排水系统初期雨水浊度NTU信息发送给控制计算机；3)控制计算机根据线性或指数经验公式计算出排水系统初期雨水的水质指标变化曲线，并将水质变化曲线信息显示在控制计算机的显示器上。与现有技术相比，本发明具有实时、快捷、准确在线监测初期雨水水质变化过程等优点。

Description

用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法

技术领域

本发明涉及一种水质检测方法，尤其是涉及一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法。

背景技术

排水系统是排水的收集、输送、水质的处理和排放等设施以一定方式组合成的总体。降雨径流的初期污染物浓度高于后期的现象称为初始冲刷效应。

受历史、自然地理和人类活动等主要因素影响，上海市中心城区苏州河沿岸排水系统多为合流制系统，且暴雨设计重现期较国内外其他城市偏低，暴雨期间超过排水系统排水能力的雨水径流，尤其是初期雨水溢流污染尚缺乏有效的控制和治理，初期雨水中携带了来自于城市地表、城市污水以及排水系统管道沉积的大量污染物质，导致了上海中心城区超过85％的点源污染被截流后，城市地表水体水质改善难度加大。为此，在苏州河环境综合整治二期工程中建设了5座大型雨水调蓄池，以期发挥调蓄池减排初期雨水溢流污染的环境效应。

排水系统初期雨水溢流污染控制是一个极其复杂多变的污染控制问题，掌握其中初期雨水水质变化规律是这一污染控制问题的核心所在。受水文、气象、污水组成、下垫面类型、系统截流倍数、排水管道沉积物、管道疏通保养等多种因素的综合影响，城市排水系统初期雨水水质变化规律复杂。

传统的研究初期雨水水质变化规律的方法是采取先现场人工取样，后实验室分析。受降雨突发性因素影响，人工取样常常不能及时进行，且费时、费力、人为干扰影响大。还存在着等人员赶到现场后，降雨已经开始一段时间或已经结束，不能及时取得初期雨水水样，这一问题在夏天暴雨期间尤为突出。

虽然现有自动化水质在线监测系统因其自动化程度高，能实时、稳定、可靠地提供准确、快速监测数据的特点，目前已被广泛地应用于工业废水水质监测、水质净化厂进出水水质监测、河流水质监测和饮用水处理过程控制等诸多领域。但由于现有的自动化水质在线监测系统数据分析周期长，以国家节能减排考核指标化学需氧量COD和氨氮为例，美国HACH品牌的COD在线分析仪的最短数据分析周期为1小时，德国WTW大型在线氮磷分析仪TresCon的最小分析间隔也在10分钟左右，不能满足研究初期雨水水质变化规律需要的分钟级的水质采样分析周期。

由此可见，受目前技术、设备和人员等因素限制，针对初期雨水水质变化过程及其特征的实时、准确、快速监测还存在瓶颈。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时、快捷、准确在线监测初期雨水水质变化过程的用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)自动化浊度仪降雨前，设定采样频率，在降雨过程中实时测量排水系统初期雨水浊度NTU信息；

2)将排水系统初期雨水浊度NTU信息发送给控制计算机；

3)控制计算机根据线性或指数经验公式计算出排水系统初期雨水的水质指标变化曲线，并将水质变化曲线信息显示在控制计算机的显示器上。

所述的水质指标包括总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS。

所述的线性或指数经验公式推导如下：

(1)前期采集排水系统初期雨水水样10个以上，实验室测定水样浊度NTU、总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS；

(2)建立水样浊度NTU与总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS水质指标的线性或指数经验公式和决定系数R²；

(3)依据建立的经验公式的决定系数R²判断浊度NTU与相关水质指标间的相关关系的优劣程度，当R²≥0.7时，认为经验公式的相关性达到良好以上水平，此经验公式可用，否则，重复步骤(1)和(2)，直到累计足够数据样本，达到R²≥0.7的要求。

所述的线性经验公式为y＝ax+b，其中x为浊度值NTU，a和b分别为常量，不同的水质指标有各自的a、b值。

所述的指数经验公式为y＝ae^bx，其中x为浊度值NTU，a和b分别为常量，不同的水质指标有各自的a、b值。

所述的采样频率为秒级或分钟级。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)采用在线高频浊度仪测量初期雨水浊度，结合经验公式实时反演初期雨水水质的方法，克服了现有水质在线监测设备响应时间长、数据采集频率较低、维护复杂等瓶颈，可实时、快捷、准确在线监测初期雨水水质变化过程；

2)可及时、自动化、实时、快捷和准确获取城市排水系统初期雨水水质高频变化过程；

3)排水系统初期雨水水质数据采集频率高，最快可达到秒级；

4)省时、省力、人为干扰影响小；

5)节省了后期水质分析成本；

6)维护成本低。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的硬件结构示意图；

图3为排水系统浊度NTU与初期雨水中总COD的曲线图；

图4为排水系统浊度NTU与初期雨水中颗粒态COD的曲线图；

图5为排水系统浊度NTU与初期雨水中TOC的曲线图；

图6为实施例1中的排水系统浊度NTU与总COD的曲线图；

图7为实施例1中的排水系统浊度NTU与颗粒态COD的曲线图；

图8为实施例1中的排水系统浊度NTU与总有机碳TOC的曲线图；

图9为实施例1中的排水系统浊度NTU与总磷TP的曲线图；

图10为实施例1中的排水系统浊度NTU与悬浮颗粒物SS的曲线图；

图11为实施例1中的排水系统初期雨水中总COD的浓度变化曲线图；

图12为实施例1中的排水系统初期雨水中颗粒态COD的浓度变化曲线图；

图13为实施例1中的排水系统初期雨水中总有机碳TOC的浓度变化曲线图；

图14为实施例1中的排水系统初期雨水中总磷TP的浓度变化曲线图；

图15为实施例1中的排水系统初期雨水中悬浮颗粒物SS的浓度变化曲线图；

图16为实施例2中的排水系统初期雨水中总COD的浓度变化曲线图；

图17为实施例2中的排水系统初期雨水中颗粒态COD的浓度变化曲线图；

图18为实施例2中的排水系统初期雨水中总有机碳TOC的浓度变化曲线图；

图19为实施例2中的排水系统初期雨水中总磷TP的浓度变化曲线图；

图20为实施例2中的排水系统初期雨水中悬浮颗粒物SS的浓度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例0

如图1、图2所示，一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，包括以下步骤：

步骤101、自动化浊度仪1降雨前，设定采样频率，在降雨过程中实时测量排水系统初期雨水浊度NTU信息；

步骤102、将排水系统初期雨水浊度NTU信息发送给控制计算机2；

步骤103、控制计算机2根据线性或指数经验公式计算出排水系统初期雨水的水质指标变化曲线，并将水质变化曲线信息显示在控制计算机的显示器上。

研究发现排水系统初期雨水中的各类污染物之间存在一定的相关关系，尤其是浊度NTU与总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC之间存在着良好的线性经验公式和相关关系，决定系数R²都超过0.73，达到良好的相关性水平，如图3、图4、图5所示。

值得注意的是，目前自动化浊度测定仪数据采集周期较短，最快达到秒级的采样间隔，例如美国R&D公司的后向散射浊度仪最快采样间隔可达1秒。此采样频率足够满足研究初期雨水水质变化规律之需。

实施例1

实施时间为2010年7月11日，地点在上海市江苏路排水系统，本实施完全按照上文所述的方法进行了操作。

(1)前期采集江苏路排水系统初期雨水水样12个，实验室测定水样浊度NTU、总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS等6项水质指标；

(2)此实例中，指数型经验公式优于线性经验公式，故择优建立了水样浊度NTU与总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS等5项水质指标的指数类型经验公式和决定系数，见图6-10，各水质指标的相关公式和决定系数分别为：

总COD——y＝213.02e^0.0035x，R²＝0.9236；

颗粒态COD——y＝71.488e^0.005x，R²＝0.8765；

总有机碳TOC——y＝1.9236e^0.0022x，R²＝0.9169；

总磷TP——y＝69.674e^0.0036x，R²＝0.8883；

悬浮颗粒物SS——y＝33.596e^0.0039x，R²＝0.9029。

(3)择优建立的指数经验公式决定系数R²均≥0.87，符合决定系数R²≥0.7的要求，达到了良好以上水平，此指数经验公式可用；

(4)在江苏路排水系统集水井最低停泵下0.3m处安装美国R&D公司的自动后向散射浊度仪OBS，降雨前设定了5分钟的采样频率，在为期60分钟的降雨过程中实时、连续、高频测量排水系统初期雨水浊度NTU共12个；

(5)利用步骤(3)建立的指数经验公式反演出江苏路排水系统初期雨水的总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS等5项水质指标，水质的变化曲线见图11-15。

实施例2

在实施例1之后，于2010年8月17日，在上海市江苏路排水系统，进行了第二例实施例，本实施完全按照上文所述的方法进行了操作。

由于实施例1中已经建立了指数经验公式和安装的自动化浊度仪，实施例2中只进行了如下操作：

(1)降雨前设定了5分钟的采样频率，在为期75分钟的降雨过程中实时、连续、高频测量排水系统初期雨水浊度NTU共15个；

(2)利用实施例1步骤(3)建立的指数经验公式反演出江苏路排水系统初期雨水的总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS等5项水质指标，水质的变化曲线见图16-20。

Claims (6)

1.一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)自动化浊度仪降雨前，设定采样频率，在降雨过程中实时测量排水系统初期雨水浊度NTU信息；

2)将排水系统初期雨水浊度NTU信息发送给控制计算机；

3)控制计算机根据线性或指数经验公式计算出排水系统初期雨水的水质指标变化曲线，并将水质变化曲线信息显示在控制计算机的显示器上。

2.根据权利要求1所述的一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，所述的水质指标包括总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS。

3.根据权利要求1所述的一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，所述的指数经验公式推导如下：

(1)前期采集排水系统初期雨水水样10个以上，实验室测定水样浊度NTU、总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS；

(2)建立水样浊度NTU与总COD、颗粒态COD、总有机碳TOC、总磷TP、悬浮颗粒物SS水质指标的经验公式和决定系数R²；

(3)依据建立的经验公式的决定系数R²判断浊度NTU与相关水质指标间的相关关系的优劣程度，当R²≥0.7时，认为经验公式的相关性达到良好以上水平，此经验公式可用，否则，重复步骤(1)和(2)，直到累计足够数据样本，达到R²≥0.7的要求。

4.根据权利要求1所述的一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，所述的线性经验公式为y＝ax+b，其中x为浊度值NTU，a和b分别为常量，不同的水质指标有各自的a、b值。

5.根据权利要求1所述的一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，所述的指数经验公式为y＝ae^bx，其中x为浊度值NTU，a和b分别为常量，不同的水质指标有各自的a、b值。

6.根据权利要求1所述的一种用浊度反演排水系统初期雨水水质的检测方法，其特征在于，所述的采样频率为秒级或分钟级。

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