某醫(yī)院120 t/d污水處理站改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究

潘龍文,鄔 威,呂再軍,張小杭

(1.杭州西湖城市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310013；2.杭州乾景環(huán)保工程有限公司,浙江 杭州 310004)

隨著社會(huì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,工業(yè)用水和城市生活用水急劇增加,使我國(guó)面臨著更為嚴(yán)重的缺水問題；與此同時(shí),大量未經(jīng)處理的污水直接排入水體引發(fā)了嚴(yán)重的水體污染事件[1]。醫(yī)院廢水作為一種特殊的類型,在全社會(huì)生活污水中所占比例較小,但醫(yī)院污水具有水量小、危害大的特點(diǎn)，直接排入城市下水道或環(huán)境水體,會(huì)嚴(yán)重污染水源,傳播疾病,甚至?xí)饌魅静〉牧餍泻捅l(fā)[2]。

環(huán)境檢測(cè)資料表明：未經(jīng)過處理的原污水中含菌總量可達(dá)1011個(gè)/L以上,其中大腸桿菌數(shù)量達(dá)9.6×107～2.3×108,細(xì)菌總數(shù)達(dá)1.3×106～1.5×106；腸道致病菌檢出率達(dá)30%～100%,BOD5為30～132 mg / L,CODcr為140～650 mg / L,SS為50～150 mg / L,pH7.00～8.00,主要污染因子是致病病原體。

鑒于此,以杭州城西某醫(yī)院120 t/d污水處理站改造項(xiàng)目為例,對(duì)其產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理工藝的設(shè)計(jì)、施工過程管理和成本核算,以便為同類醫(yī)療廢水有效處理提供借鑒。

1 工程概況

該醫(yī)院共3幢樓,1#樓為疾控中心,2#樓為婦保醫(yī)院,3#樓為社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心。該改造工程涉及內(nèi)容有地下室、外立面、市政景觀、綠化、供配電、污水處理站等,總造價(jià)約1 000余萬元,其中污水處理站改造造價(jià)約30萬元,雖然僅占該醫(yī)院改造項(xiàng)目總造價(jià)約3%,但因涉及解決醫(yī)院污水處理難題,關(guān)系到最終醫(yī)院改造項(xiàng)目驗(yàn)收和正常運(yùn)營(yíng),在改造項(xiàng)目中也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

原有污水處理設(shè)施位于2樓東北角圍墻內(nèi),一半在消防道路下,一半在綠化帶中,長(zhǎng)約17 m,寬約4 m,深約5 m(圖1),污水處理設(shè)計(jì)能力120 t/d,處理設(shè)備機(jī)位于2#樓一樓室內(nèi)。根據(jù)醫(yī)院室內(nèi)外基礎(chǔ)設(shè)施改造需求,處理設(shè)備機(jī)房需移到室外現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置,污水處理池及配套設(shè)備需進(jìn)行升級(jí)改造,以滿足設(shè)計(jì)處理能力和最新的環(huán)保治理要求。經(jīng)自檢,處理前進(jìn)水指標(biāo)如下：COD=295 mg/L,BOD=146 mg/L,SS=96 mg/L,氨氮48 mg/L,糞大腸菌群數(shù)1 800 000 MPN/ L,pH=7.23，硫化物=1.18 mg/L,易沉固體=1.94 mg/L；處理后出水檢測(cè)指標(biāo)為：COD=38 mg/L,BOD=13.2 mg/L,SS=18 mg/L,氨氮23 mg/L,糞大腸菌群數(shù)<20 MPN/ L,余氯2.66 mg/L,pH=6.58,硫化物=0.034 mg/L,易沉固體=0.2 mg/L[3],達(dá)到環(huán)保納管排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 污水處理站改造設(shè)計(jì)方案比選

圖1 改造前污水處理池

2 方案比選

改造設(shè)計(jì)時(shí)有兩個(gè)比選方案：方案Ⅰ為易址新建,改造后的污水處理池建造在1#樓和2#樓之間的北側(cè)圍墻內(nèi)、消防通道下,采用污水處理池成品安裝；方案Ⅱ?yàn)樵犯脑?改造后的污水處理池位置保持原池不變,清洗后再更新和優(yōu)化污水處理池內(nèi)設(shè)備。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與仔細(xì)研究討論,結(jié)合專家意見和工期要求,最終確定按設(shè)計(jì)方案Ⅱ進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。見表1。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 出水水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)污水處理裝置處理后的出水納管排放,水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18466—2005)》中的排放要求。易沉固體、氨氮和硫化物指標(biāo)執(zhí)行《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 31962—2015)》中的B標(biāo)準(zhǔn)。具體指標(biāo)見表2。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求表

3.2 工藝選擇

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,該醫(yī)院3幢樓污水處理量的要求分別為:1#樓5 t/d,2#樓60 t/d,3#樓20 t/d,合計(jì)85 t/d。設(shè)計(jì)污水處理量120 t/d,為實(shí)際需求的1.4倍,可以滿足醫(yī)院的實(shí)際需要。

醫(yī)院污水中有機(jī)類雜質(zhì)較多,CODcr、BOD5均較高,且BOD5/CODcr值大于0.25,生化性能較好,因此宜采用以生化為主的工藝處理流程。一般采用以下幾種生物處理方法:

3.2.1 生物接觸氧化法A/O工藝

A/0工藝是以活性污泥作為生物載體,通過風(fēng)機(jī)供氧曝氣的作用使污水達(dá)到充氧的目的。A池內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌,從0池的回流液回流至A池,在A池進(jìn)行反硝化反應(yīng),將大部分硝酸鹽氮還原成氮?dú)?并通過攪拌使氮?dú)鈴膹U水中溢出,達(dá)到去除氨氮的目的；A池出水至0池,0池內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)曝氣,去除大部分有機(jī)污染物,并將進(jìn)水中的大部分氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮:可以根據(jù)廢水的需要,調(diào)整0段池中的活性污泥濃度,通過活性污泥中的菌膠團(tuán),吸附、氧化并分解廢水中的有機(jī)物。

3.2.2 常規(guī)活性污泥法

常規(guī)活性污泥法在大型污水處理中使用廣泛,但由于常規(guī)性污泥法負(fù)荷低,易產(chǎn)生污泥膨脹,不易控制管理,故近年來在小型污水處理站中的使用越來越少。

3.2.3 SBR法

SBR法是近年發(fā)展起來的一種較為先進(jìn)的活性污泥處理法,SBR工藝由曝氣池(SBR反應(yīng)池)、曝氣裝置,上清液排除裝置(潷水器)等組成【4】, 工藝采用連續(xù)進(jìn)水,間歇曝氣,停氣時(shí)污水沉淀撇除上清液,成為一個(gè)周期, 周而復(fù)始。SBR法不設(shè)沉淀池,無污泥回流設(shè)備,但SBR法為間歇運(yùn)行,需設(shè)多個(gè)處理單元,進(jìn)水和曝氣相互切換,造成控制較為復(fù)雜,對(duì)潷水器設(shè)備制造要求高,國(guó)內(nèi)目前還沒有質(zhì)量較好的潷水設(shè)備,進(jìn)口設(shè)備采購(gòu)麻煩,且價(jià)格昂貴,同時(shí)今后維修費(fèi)用也高: SBR 法池內(nèi)污泥濃度由濃度儀測(cè)定以便控制排出多余污泥量,目前國(guó)內(nèi)濃度儀質(zhì)量不過關(guān),造成污泥排放控制較困難。

綜上所述,本工程生物處理擬采用生物接觸氧化法。

生物接觸氧化法的特點(diǎn)如下: 1)容積負(fù)荷高,處理時(shí)間短,節(jié)約占地面積[2]；2)具有膜法的優(yōu)點(diǎn),剩余污泥量少；3)具有活性污泥法的優(yōu)點(diǎn),輔以機(jī)械設(shè)備供氧,生物活性高,泥齡短；4)能分解其他生物處理難分解的物質(zhì)；5)容易管理,易消除污泥上浮和膨脹等弊端。

3.3 污水處理原理

擬采用格柵粉碎機(jī)對(duì)懸浮物進(jìn)行切割絞碎,減少后續(xù)處理難度,通過缺氧和生物接觸氧化法結(jié)合,進(jìn)一步降低各項(xiàng)指標(biāo),并使用現(xiàn)場(chǎng)制備二氧化氯作為消毒劑,提高消毒效果。結(jié)合A /O的優(yōu)點(diǎn),在流程中添加一段缺氧處理和污泥回流,以便更好地去除氮和磷。該處理方法出水水質(zhì)好,運(yùn)行費(fèi)用低,特別適用于醫(yī)療污水的預(yù)處理,強(qiáng)化運(yùn)行管理,實(shí)際出水指標(biāo)遠(yuǎn)低于間接排放要求,經(jīng)深度處理出水可達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn),滿足院區(qū)綠化及地面清洗需要。

3.4 工藝流程圖

醫(yī)療廢水處理工藝流程見圖2。

圖2 醫(yī)療廢水處理工藝流程

3.5 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.5.1 污水處理池設(shè)計(jì)

1)綜合調(diào)節(jié)池：由于醫(yī)院污水水質(zhì)、水量波動(dòng)比較大,處理中應(yīng)設(shè)調(diào)節(jié)池。在連續(xù)運(yùn)行時(shí),其有效容積按日處理水量的30%～40%計(jì)算。

2)初級(jí)沉淀池：污水沉淀按照平均流量5 t計(jì)算,停留時(shí)間為5 h。

3)缺氧反應(yīng)池：污水流入缺氧池,由于生物接觸池的存在,所以該過程的主要目的是為了使大分子的有機(jī)物水解為容易生物降解的小分子物質(zhì)并且去除一部分有機(jī)物和氮氧化物,以利于后面好氧工段的降解處理。

4)生物接觸氧化池：生物接觸氧化池凈化與生物膜處理法的原理相同,填料的生物膜包括厭氧層和好氧層。

5)二次沉淀池：生物接觸氧化池的出水進(jìn)入沉淀池,使前一工段中脫落的膜得到沉淀,從而去除污水中的懸浮物質(zhì),生成的污泥則直接輸送到污泥濃縮池中。

6)接觸消毒池：在二級(jí)沉淀后,污水必須經(jīng)過消毒。采用ClO2發(fā)生器,二氧化氯消毒可以殺滅綠膿桿菌、沙門氏菌、枯黑細(xì)胞桿菌、霍亂病菌、大腸桿菌等。

7)污泥濃縮池：醫(yī)院污水經(jīng)沉淀后,污泥中含有大量的細(xì)菌,需要對(duì)其進(jìn)行處理方可排放。

污水處理池平面圖見圖3。

圖3 污水處理池平面圖

3.5.2 設(shè)備間及藥品間設(shè)計(jì)

1)提升泵房：采用合建式矩形污水泵房,自灌式工作,水泵2臺(tái),液位自控,揚(yáng)程為10 m,設(shè)計(jì)流量為10 m3/h。

2)曝氣設(shè)備：選用鼓風(fēng)曝氣,其關(guān)鍵部件是擴(kuò)散器,用于將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸面,選用微氣泡擴(kuò)散其中的管式微孔曝氣器,具有較高的氧利用率和氧轉(zhuǎn)移率。

3)鼓風(fēng)機(jī)房：選用回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)2臺(tái),1用1備,每臺(tái)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)為：Q=1.67 m3/min,H=44.1 kPa,N=2.2 kW。

4)二氧化氯加氯設(shè)備：消毒工藝采用二氧化氯消毒,二氧化氯現(xiàn)場(chǎng)有氯酸鈉和鹽酸反應(yīng)制備。加氯設(shè)備間內(nèi)設(shè)二氧化氯發(fā)生器1臺(tái),每臺(tái)二氧化氯發(fā)生器制備能力為150 g/h,功率為0.4 kW。

5)壓濾機(jī)：設(shè)計(jì)選用1套XMY5-420壓濾機(jī),污泥處理量為3～5 m3/h。

6)藥品間：考慮污水處理站驗(yàn)收時(shí)需要加藥運(yùn)行,但氯酸鈉和鹽酸屬于特殊藥品,需妥善保存在單獨(dú)房間內(nèi),按照易制毒、易制爆物品管理規(guī)定設(shè)計(jì)建造和管理。

污水處理站設(shè)備房及藥品間平面圖見圖4。

4 施工過程及檢測(cè)結(jié)果

該污水處理站改造工程作為醫(yī)院改造項(xiàng)目的重要組成部分,于2018年8月底開始進(jìn)場(chǎng)施工,11月底全部完成,前后用時(shí)約90 d。隨后進(jìn)入工藝調(diào)試階段,施工過程主要工序見表3。

其中在室外地面設(shè)備間的材質(zhì)和地址選擇確定時(shí),也進(jìn)行了多種施工方案的比選。第1種方案：在2#樓正門北側(cè),周圍都是綠化及鋪裝,南側(cè)還有在建的醫(yī)院幕墻大門, 材質(zhì)有木質(zhì)定制和鋼筋混凝土現(xiàn)澆兩種形式, 若現(xiàn)澆有半地下式和地面兩種?？紤]到設(shè)備間高度大于2 m,如在此安裝,勢(shì)必影響周圍景觀及醫(yī)院正門的視線,故予以排除；第2種方案：設(shè)置在2#樓東北樓正北面,原污水處理池南面,這里剛好長(zhǎng)寬尺寸符合設(shè)備間設(shè)計(jì)尺寸要求,又能規(guī)避醫(yī)院正門視線阻礙,可直接定制防腐木搭建設(shè)備間,一舉兩得,故實(shí)際按此施工方案實(shí)施。見圖5。

表3 污水處理站改造施工工序及用時(shí)一覽表

圖4 污水處理站設(shè)備房及藥品間平面圖

圖5 污水處理間設(shè)計(jì)方案位置比選圖

改造污水處理系統(tǒng)主要設(shè)備見表4。

表4 污水處理站改造主要設(shè)備一覽表

2019年2月,經(jīng)工藝調(diào)試和菌種培養(yǎng),經(jīng)委托第三方環(huán)保檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)該項(xiàng)目出水情況進(jìn)行檢測(cè),該醫(yī)院出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表5,經(jīng)數(shù)據(jù)比對(duì),出水指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)出水相關(guān)要求。

表5 污水處理池改造后出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

該污水處理站改造完成后的景觀效果圖見圖6,實(shí)際情況見圖7。

5 工程造價(jià)

該工藝設(shè)計(jì)方案總投資主要包括土建工程投資、工藝設(shè)備投資、運(yùn)行投資等[4],其中土建工程投資和工藝設(shè)備投資約為21.6萬元,每噸水投資為0.18萬/ m3；運(yùn)行成本(電費(fèi)1.09元/m3,人工費(fèi)0.16元/ m3,藥劑費(fèi)0.12元/m3)約為1.37元/ m3。

圖6 污水處理站改造后的景觀效果圖

6 結(jié) 語(yǔ)

6.1 方案設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)效果總結(jié)

針對(duì)該醫(yī)院廢水量和水質(zhì)特點(diǎn),項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：1)采用粉碎格柵機(jī),避免后續(xù)垃圾處理及敞口帶來的致病菌散逸問題；2)采用缺氧 + 好氧生物接觸氧化法及相應(yīng)工藝對(duì)廢水進(jìn)行了處理,處理后使出水檢測(cè)指標(biāo)為：COD=38 mg/L,BOD=13.2 mg/L,SS=18 mg/L,氨氮23 mg/L,糞大腸菌群數(shù)<20 MPN/L，余氯2.66 mg/L,pH=6.58,硫化物=0.034 mg/L,易沉固體=0.2 mg/L,出水指標(biāo)遠(yuǎn)低于納管要求,經(jīng)簡(jiǎn)單處理即可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)；3) 設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行控制,減少人工誤操作,設(shè)置內(nèi)回流,強(qiáng)化氮磷去除效果；4)設(shè)計(jì)方案每噸水投資為0.18萬元/ m3,運(yùn)行成本約為1.37元/ m3,具有良好的經(jīng)濟(jì)可行性(常規(guī)工業(yè)廢水噸水投資約為0.4～0.6萬元/m3)；5)經(jīng)過前期方案設(shè)計(jì)比選和工藝比選,確定最佳方案和工藝,達(dá)到最優(yōu)化效果。

圖7 污水處理站改造后實(shí)際圖

6.2 項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

對(duì)于該項(xiàng)目施工過程中,需要注意的有以下幾點(diǎn)：1)污水處理能力的確定尤為重要,結(jié)合原設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際污水處理量的要求,最后確定還是按照原設(shè)計(jì)污水處理能力120 t/d考慮；2)污水處理設(shè)備間位置的選擇：充分考慮最大可能減少對(duì)周邊景觀和綠化的不利影響,最后選擇最優(yōu)的第2方案,有效避免了對(duì)建筑環(huán)境的破壞性影響；3)另外單獨(dú)配置了藥品儲(chǔ)藏間建筑,為方便專門儲(chǔ)存兩種特殊藥品氯酸鈉和鹽酸所建,今后在類似污水處理站設(shè)計(jì)中,如還是采用該藥品的,需要提前設(shè)計(jì)藥品儲(chǔ)藏間；4)污水處理設(shè)備房和藥品儲(chǔ)藏間的刷漆考慮顏色一致,都是栗色,盡量低調(diào)不顯眼,周邊綠化對(duì)其還有遮擋隱蔽效果,排放廢氣的煙囪位置按照實(shí)際情況因地制宜妥善設(shè)置；5)該項(xiàng)目最后能成功實(shí)施,得力于從實(shí)際出發(fā),現(xiàn)場(chǎng)充分調(diào)查研究,綜合造價(jià)和可行性,選擇了最合理最高效的設(shè)計(jì)和施工方案。