專利名稱：用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)檢測(cè)方法，尤其是涉及一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
排水系統(tǒng)是排水的收集、輸送、水質(zhì)的處理和排放等設(shè)施以一定方式組合成的總體。降雨徑流的初期污染物濃度高于后期的現(xiàn)象稱為初始沖刷效應(yīng)。受歷史、自然地理和人類活動(dòng)等主要因素影響，上海市中心城區(qū)蘇州河沿岸排水系統(tǒng)多為合流制系統(tǒng)，且暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期較國(guó)內(nèi)外其他城市偏低，暴雨期間超過(guò)排水系統(tǒng)排水能力的雨水徑流，尤其是初期雨水溢流污染尚缺乏有效的控制和治理，初期雨水中攜帶了來(lái)自于城市地表、城市污水以及排水系統(tǒng)管道沉積的大量污染物質(zhì)，導(dǎo)致了上海中心城區(qū)超過(guò)85%的點(diǎn)源污染被截流后，城市地表水體水質(zhì)改善難度加大。為此，在蘇州河環(huán)境綜合整治二期工程中建設(shè)了 5座大型雨水調(diào)蓄池，以期發(fā)揮調(diào)蓄池減排初期雨水溢流污染的環(huán)境效應(yīng)。排水系統(tǒng)初期雨水溢流污染控制是一個(gè)極其復(fù)雜多變的污染控制問(wèn)題，掌握其中初期雨水水質(zhì)變化規(guī)律是這一污染控制問(wèn)題的核心所在。受水文、氣象、污水組成、下墊面類型、系統(tǒng)截流倍數(shù)、排水管道沉積物、管道疏通保養(yǎng)等多種因素的綜合影響，城市排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)變化規(guī)律復(fù)雜。傳統(tǒng)的研究初期雨水水質(zhì)變化規(guī)律的方法是采取先現(xiàn)場(chǎng)人工取樣，后實(shí)驗(yàn)室分析。受降雨突發(fā)性因素影響，人工取樣常常不能及時(shí)進(jìn)行，且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、人為干擾影響大。 還存在著等人員趕到現(xiàn)場(chǎng)后，降雨已經(jīng)開始一段時(shí)間或已經(jīng)結(jié)束，不能及時(shí)取得初期雨水水樣，這一問(wèn)題在夏天暴雨期間尤為突出。雖然現(xiàn)有自動(dòng)化水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因其自動(dòng)化程度高，能實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠地提供準(zhǔn)確、快速監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，目前已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水質(zhì)凈化廠進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)、河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)和飲用水處理過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。但由于現(xiàn)有的自動(dòng)化水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析周期長(zhǎng)，以國(guó)家節(jié)能減排考核指標(biāo)化學(xué)需氧量COD和氨氮為例，美國(guó) HACH品牌的COD在線分析儀的最短數(shù)據(jù)分析周期為1小時(shí)，德國(guó)WTW大型在線氮磷分析儀 TresCon的最小分析間隔也在10分鐘左右，不能滿足研究初期雨水水質(zhì)變化規(guī)律需要的分鐘級(jí)的水質(zhì)采樣分析周期。由此可見，受目前技術(shù)、設(shè)備和人員等因素限制，針對(duì)初期雨水水質(zhì)變化過(guò)程及其特征的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速監(jiān)測(cè)還存在瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種實(shí)時(shí)、快捷、準(zhǔn)確在線監(jiān)測(cè)初期雨水水質(zhì)變化過(guò)程的用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟1)自動(dòng)化濁度儀降雨前，設(shè)定采樣頻率，在降雨過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息；2)將排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)；3)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)線性或指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出排水系統(tǒng)初期雨水的水質(zhì)指標(biāo)變化曲線，并將水質(zhì)變化曲線信息顯示在控制計(jì)算機(jī)的顯示器上。所述的水質(zhì)指標(biāo)包括總COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS。所述的線性或指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)如下(1)前期采集排水系統(tǒng)初期雨水水樣10個(gè)以上，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水樣濁度NTU、總COD、 顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS ；(2)建立水樣濁度NTU與總COD、顆粒態(tài)C0D、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物 SS水質(zhì)指標(biāo)的線性或指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式和決定系數(shù)R2 ；(3)依據(jù)建立的經(jīng)驗(yàn)公式的決定系數(shù)R2判斷濁度NTU與相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系的優(yōu)劣程度，當(dāng)R2 > 0. 7時(shí)，認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)公式的相關(guān)性達(dá)到良好以上水平，此經(jīng)驗(yàn)公式可用，否則，重復(fù)步驟(1)和O)，直到累計(jì)足夠數(shù)據(jù)樣本，達(dá)到R2 >0.7的要求。所述的線性經(jīng)驗(yàn)公式為y = ax+b，其中χ為濁度值NTU，a和b分別為常量，不同的水質(zhì)指標(biāo)有各自的a、b值。所述的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為y = aebx，其中χ為濁度值NTU，a和b分別為常量，不同的水質(zhì)指標(biāo)有各自的a、b值。所述的采樣頻率為秒級(jí)或分鐘級(jí)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)采用在線高頻濁度儀測(cè)量初期雨水濁度，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)時(shí)反演初期雨水水質(zhì)的方法，克服了現(xiàn)有水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)采集頻率較低、維護(hù)復(fù)雜等瓶頸， 可實(shí)時(shí)、快捷、準(zhǔn)確在線監(jiān)測(cè)初期雨水水質(zhì)變化過(guò)程；2)可及時(shí)、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)、快捷和準(zhǔn)確獲取城市排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)高頻變化過(guò)程；3)排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)數(shù)據(jù)采集頻率高，最快可達(dá)到秒級(jí)；4)省時(shí)、省力、人為干擾影響??；5)節(jié)省了后期水質(zhì)分析成本；6)維護(hù)成本低。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為排水系統(tǒng)濁度NTU與初期雨水中總COD的曲線圖；圖4為排水系統(tǒng)濁度NTU與初期雨水中顆粒態(tài)COD的曲線圖；圖5為排水系統(tǒng)濁度NTU與初期雨水中TOC的曲線圖；圖6為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)濁度NTU與總COD的曲線圖7為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)濁度NTU與顆粒態(tài)COD的曲線圖；圖8為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)濁度NTU與總有機(jī)碳TOC的曲線圖；圖9為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)濁度NTU與總磷TP的曲線圖；圖10為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)濁度NTU與懸浮顆粒物SS的曲線圖；圖11為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)初期雨水中總COD的濃度變化曲線圖；圖12為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)初期雨水中顆粒態(tài)COD的濃度變化曲線圖；圖13為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)初期雨水中總有機(jī)碳TOC的濃度變化曲線圖；圖14為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)初期雨水中總磷TP的濃度變化曲線圖；圖15為實(shí)施例1中的排水系統(tǒng)初期雨水中懸浮顆粒物SS的濃度變化曲線圖；圖16為實(shí)施例2中的排水系統(tǒng)初期雨水中總COD的濃度變化曲線圖；圖17為實(shí)施例2中的排水系統(tǒng)初期雨水中顆粒態(tài)COD的濃度變化曲線圖；圖18為實(shí)施例2中的排水系統(tǒng)初期雨水中總有機(jī)碳TOC的濃度變化曲線圖；圖19為實(shí)施例2中的排水系統(tǒng)初期雨水中總磷TP的濃度變化曲線圖；圖20為實(shí)施例2中的排水系統(tǒng)初期雨水中懸浮顆粒物SS的濃度變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例0如圖1、圖2所示，一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，包括以下步驟步驟101、自動(dòng)化濁度儀1降雨前，設(shè)定采樣頻率，在降雨過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息；步驟102、將排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)2 ；步驟103、控制計(jì)算機(jī)2根據(jù)線性或指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出排水系統(tǒng)初期雨水的水質(zhì)指標(biāo)變化曲線，并將水質(zhì)變化曲線信息顯示在控制計(jì)算機(jī)的顯示器上。研究發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)初期雨水中的各類污染物之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，尤其是濁度NTU與總COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳TOC之間存在著良好的線性經(jīng)驗(yàn)公式和相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)R2都超過(guò)0. 73，達(dá)到良好的相關(guān)性水平，如圖3、圖4、圖5所示。值得注意的是，目前自動(dòng)化濁度測(cè)定儀數(shù)據(jù)采集周期較短，最快達(dá)到秒級(jí)的采樣間隔，例如美國(guó)R&D公司的后向散射濁度儀最快采樣間隔可達(dá)1秒。此采樣頻率足夠滿足研究初期雨水水質(zhì)變化規(guī)律之需。實(shí)施例1實(shí)施時(shí)間為2010年7月11日，地點(diǎn)在上海市江蘇路排水系統(tǒng)，本實(shí)施完全按照上文所述的方法進(jìn)行了操作。(1)前期采集江蘇路排水系統(tǒng)初期雨水水樣12個(gè)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水樣濁度NTU、總 COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS等6項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)；(2)此實(shí)例中，指數(shù)型經(jīng)驗(yàn)公式優(yōu)于線性經(jīng)驗(yàn)公式，故擇優(yōu)建立了水樣濁度NTU與總COD、顆粒態(tài)C0D、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS等5項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的指數(shù)類型經(jīng)驗(yàn)公式和決定系數(shù)，見圖6-10，各水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)公式和決定系數(shù)分別為
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總COD-y = 213. 02e°-0CI35x, R2 = 0. 9236 ；顆粒態(tài)COD-y = 71. 488e°-005x, R2 = 0. 8765 ；總有機(jī)碳TOC-y = 1. 9236e0.·，R2 = 0. 9169 ；總磷TP-y = 69. 674e°-0036x, R2 = 0. 8883 ；懸浮顆粒物SS——y = 33. 596e°-0039x, R2 = 0. 9029。(3)擇優(yōu)建立的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定系數(shù)R2均彡0. 87，符合決定系數(shù)R2彡0. 7的要求，達(dá)到了良好以上水平，此指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式可用；(4)在江蘇路排水系統(tǒng)集水井最低停泵下0. : 處安裝美國(guó)R&D公司的自動(dòng)后向散射濁度儀0BS，降雨前設(shè)定了 5分鐘的采樣頻率，在為期60分鐘的降雨過(guò)程中實(shí)時(shí)、連續(xù)、高頻測(cè)量排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU共12個(gè)；(5)利用步驟(3)建立的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式反演出江蘇路排水系統(tǒng)初期雨水的總COD、 顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS等5項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，水質(zhì)的變化曲線見圖 11-15。實(shí)施例2在實(shí)施例1之后，于2010年8月17日，在上海市江蘇路排水系統(tǒng)，進(jìn)行了第二例實(shí)施例，本實(shí)施完全按照上文所述的方法進(jìn)行了操作。由于實(shí)施例1中已經(jīng)建立了指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式和安裝的自動(dòng)化濁度儀，實(shí)施例2中只進(jìn)行了如下操作(1)降雨前設(shè)定了 5分鐘的采樣頻率，在為期75分鐘的降雨過(guò)程中實(shí)時(shí)、連續(xù)、高頻測(cè)量排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU共15個(gè)；(2)利用實(shí)施例1步驟(3)建立的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式反演出江蘇路排水系統(tǒng)初期雨水的總COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS等5項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，水質(zhì)的變化曲線見圖16-20。
權(quán)利要求
1.一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟1)自動(dòng)化濁度儀降雨前，設(shè)定采樣頻率，在降雨過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息；2)將排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)；3)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)線性或指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出排水系統(tǒng)初期雨水的水質(zhì)指標(biāo)變化曲線，并將水質(zhì)變化曲線信息顯示在控制計(jì)算機(jī)的顯示器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的水質(zhì)指標(biāo)包括總COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)如下(1)前期采集排水系統(tǒng)初期雨水水樣10個(gè)以上，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水樣濁度NTU、總COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS ；(2)建立水樣濁度NTU與總COD、顆粒態(tài)COD、總有機(jī)碳T0C、總磷TP、懸浮顆粒物SS水質(zhì)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)公式和決定系數(shù)R2 ；(3)依據(jù)建立的經(jīng)驗(yàn)公式的決定系數(shù)R2判斷濁度NTU與相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系的優(yōu)劣程度，當(dāng)R2 > 0. 7時(shí)，認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)公式的相關(guān)性達(dá)到良好以上水平，此經(jīng)驗(yàn)公式可用，否則，重復(fù)步驟(1)和O)，直到累計(jì)足夠數(shù)據(jù)樣本，達(dá)到R2 >0.7的要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的線性經(jīng)驗(yàn)公式為y = ax+b，其中χ為濁度值NTU，a和b分別為常量，不同的水質(zhì)指標(biāo)有各自的a、b值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為y = aebx，其中χ為濁度值NTU，a和b分別為常量，不同的水質(zhì)指標(biāo)有各自的a、b值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的采樣頻率為秒級(jí)或分鐘級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用濁度反演排水系統(tǒng)初期雨水水質(zhì)的檢測(cè)方法，包括以下步驟1)自動(dòng)化濁度儀降雨前，設(shè)定采樣頻率，在降雨過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息；2)將排水系統(tǒng)初期雨水濁度NTU信息發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)；3)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)線性或指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出排水系統(tǒng)初期雨水的水質(zhì)指標(biāo)變化曲線，并將水質(zhì)變化曲線信息顯示在控制計(jì)算機(jī)的顯示器上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實(shí)時(shí)、快捷、準(zhǔn)確在線監(jiān)測(cè)初期雨水水質(zhì)變化過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N33/18GK102253175SQ201110084998
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者丁敏, 張立, 潘煒, 程曉波, 程江, 袁述時(shí), 陳華 申請(qǐng)人:上海市城市排水有限公司排水設(shè)計(jì)研究分公司