生活污水產(chǎn)污系數(shù)的分析研究——以四川某市為例

楊 燦，劉 平

攀枝花市環(huán)境監(jiān)測站，四川攀枝花 617000

污染物總量控制規(guī)劃是落實(shí)國家環(huán)保目標(biāo)、有效配置公共資源、強(qiáng)化政府宏觀調(diào)控措施的一項(xiàng)重要手段。國家“十二五”主要污染物總量控制規(guī)劃編制指南（征求意見稿）中提出城鎮(zhèn)生活化學(xué)需氧量和氨氮新增量預(yù)測采用產(chǎn)污系數(shù)法，建議四川COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)分別取71克/人·日、8.7克/人·日，多數(shù)城市采用國家推薦的污水產(chǎn)污系數(shù)進(jìn)行生活污染源新增量計(jì)算。由于城市規(guī)模、城市發(fā)展水平、人均用水量、生活污水處理率等存在差異，將造成生活污染源新增量預(yù)測與實(shí)際情況的偏差，因而結(jié)合實(shí)際情況對生活污水產(chǎn)污系數(shù)進(jìn)行分析預(yù)測具有重要意義。

1 研究方法

鑒于生活污水產(chǎn)污系數(shù)存在地區(qū)差異，本文選取四川某市作為調(diào)查研究對象，對市轄區(qū)生活用水量、排水情況、污水處理廠情況進(jìn)行調(diào)查，取得了合理可靠的原始數(shù)據(jù)，分析計(jì)算了實(shí)際產(chǎn)污系數(shù)，并通過收集的數(shù)據(jù)建立灰色預(yù)測GM（1，1）模型對產(chǎn)污系數(shù)進(jìn)行了預(yù)測。

2 產(chǎn)污系數(shù)的分析計(jì)算

根據(jù)四川某市市轄區(qū)2007年～2011年各生活污水處理廠進(jìn)水量和COD、氨氮進(jìn)水濃度，以流量為權(quán)數(shù)，計(jì)算出2007年～2011年市轄區(qū)COD、氨氮進(jìn)水濃度加權(quán)平均值（該市市轄污水處理廠管網(wǎng)無工業(yè)廢水進(jìn)入）。對市轄區(qū)2006年～2010年人均日生活用水量進(jìn)行了調(diào)查，采用GM（1，1）模型預(yù)測了2011年人均日生活用水量。調(diào)查計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 人均日生活用水量及進(jìn)水COD、氨氮濃度

生活污水產(chǎn)污系數(shù)計(jì)算公式[1]為：

式中：

Ki為人均日生活污水產(chǎn)污系數(shù)，克/人·日；

Q為市轄區(qū)人均日生活用水量，L/人·日；

c為COD、氨氮進(jìn)水濃度的加權(quán)平均值， mg/L；

q為生活用水排放系數(shù)，考慮用水損耗，p取0.9。

根據(jù)生活污水產(chǎn)污計(jì)算公式計(jì)算出2007年～2011年COD、氨氮的產(chǎn)污系數(shù)，其中COD產(chǎn)污系數(shù)為50.51克/人·日～60.29克/人·日，氨氮產(chǎn)物系數(shù)為4.52克/人·日～5.3克/人·日，均低于國家建議值，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 四川某市2007-2011年COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)（克/人·日）

3 灰色預(yù)測GM（1，1）模型的建立及求解

灰色預(yù)測是指對本征性灰色系統(tǒng)，根據(jù)過去及現(xiàn)在已知的或未確知的信息建立一個(gè)從過去延伸到將來的GM模型，從而確定系統(tǒng)在未來發(fā)展變化的趨勢。相對于其他建模方法，灰色建模只要求四個(gè)以上數(shù)據(jù)即可。由于生活污水產(chǎn)污系數(shù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較少，因而適合采用灰色系統(tǒng)預(yù)測方法進(jìn)行分析。GM（1，1）模型是灰色系統(tǒng)理論的基本模型，其基本思路是采用原始序列經(jīng)處理而得到的生成序列來建模，求解該模型得到生成序列預(yù)測值，再經(jīng)過逆生成處理，便獲得原始序列的預(yù)測值，常用的生成手段是累加生成，逆生成手段是累減生成。

其建模原理如下[2，3]：

對原始數(shù)列x（0）進(jìn)行一次累加（1-AGO）生成一次累加數(shù)列x（1）

以x（1）建立一階微分方程

將產(chǎn)污系數(shù)原始序列

COD ：x（0）=﹛ 57.13，55.55，50.51，60.29，52.11﹜氨氮：x（0）= ﹛5.30，5.00，4.52，5.21，4.90﹜

按以上步驟建模并計(jì)算得：

將（2） 代 入（1） 式 得 到 COD預(yù) 測 模 型 為：

對于各種事物和系統(tǒng)的預(yù)測，很多學(xué)者認(rèn)為，精度大于或等于85%即為成功預(yù)測。目前預(yù)測值精度一般用MAPE表示，MAPE為平均絕對百分比誤差，若MAPE的值小于10%，則認(rèn)為是高精度的預(yù)測，其計(jì)算公式[4]為：

式中：n為樣本數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

pi為為相對百分比誤差（%）。

通過建立的預(yù)測模型對四川某市2007年～2011年COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)分別進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表3。經(jīng)過計(jì)算，COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)的平均絕對百分比誤差MAPE值分別為5.96%和4.49%，均小于10%，屬于高精度的預(yù)測，可以滿足規(guī)劃期內(nèi)生活污水產(chǎn)污系數(shù)預(yù)測的要求，2012年～2016年預(yù)測結(jié)果見表3。

從表3中的預(yù)測數(shù)據(jù)可以看出，2012年～2015年該市COD產(chǎn)污系數(shù)為54.27克/人·日～54.48克/人·日，氨氮產(chǎn)物系數(shù)為5.01g/人·日～5.17g/人·日，均低于國家建議值。

4 結(jié)論

本文針對生活污水產(chǎn)污系數(shù)存在的地區(qū)差異，對四川某市生活污水產(chǎn)污系數(shù)進(jìn)行了調(diào)查分析，并采用GM（1，1）模型進(jìn)行了分析預(yù)測，結(jié)果表明實(shí)際值和預(yù)測值均低于國家建議值。同時(shí)本文將灰色模型引入生活污水產(chǎn)污系數(shù)的研究，獲得了較好的預(yù)測精度，可供環(huán)境保護(hù)部門進(jìn)行生活污水源強(qiáng)核算與新增量預(yù)測時(shí)作參考。

表3 COD、氨氮產(chǎn)污系數(shù)預(yù)測結(jié)果分析

[1]錢駿，楊珊珊，肖杰，等.四川省生活污水產(chǎn)污系數(shù)研究[J].四川環(huán)境，2009，28(1)：27-32.

[2]劉思峰，謝乃明.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[3]梁啟惠.大氣環(huán)境污染的灰色預(yù)測初探[J].環(huán)境工程，1994，12(4)：57-61.

[4]舒詩湖，向高，何文杰，等.灰色模型在城市中長期用水量預(yù)測中的應(yīng)用[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，41(2)：85-87.