南京某醫(yī)院污水處理工藝選擇初探

芮繼龍

(南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院，南京 210044)

引 言

醫(yī)院污水多樣性和復雜性隨著社會的發(fā)展逐漸提高，傳統(tǒng)的一級處理工藝條件已經(jīng)很難達到當前的處理要求[1]。畢淼睿[2]采用A/A/O活性污泥法處理某綜合性醫(yī)院污水，然而此種處理技術(shù)雖然方法簡易，但是對進水水質(zhì)、水量變化的適應性較低，運行效果易受水質(zhì)、水量變化的影響；王秀麗[3]采用浸沒式膜生物反應器(MBR)處理醫(yī)院污水，處理后效果較好，但是幾年之內(nèi)就需要更換膜組件，處理污水成本過高；孫亞明[4]采用厭氧水解-好氧生物接觸氧化處理醫(yī)院污水，處理方法經(jīng)濟可行。綜合來說，生物接觸氧化法處理醫(yī)院污水的工藝方法成熟可行，成本低，處理效果較佳[5]。

2 醫(yī)院污水的概念和分類

2.1 醫(yī)院污水的類型

醫(yī)院污水指的是醫(yī)院(包括綜合性醫(yī)院、?？漆t(yī)院及其他類型的醫(yī)院)向自然環(huán)境或者城市管道排放的污水。按醫(yī)院性質(zhì)可分為傳染病醫(yī)院污水以及綜合醫(yī)院污水；按污水成分可分為有放射性醫(yī)院污水、廢棄藥物醫(yī)院污水、含重金屬離子醫(yī)院污水[6-7]。醫(yī)院污水類型及主要污染物見表1。

表1 醫(yī)院各科室污水類型及污染物Tab.1 sewage types and pollutants in each department of the hospital

2.2 醫(yī)院污水處理技術(shù)

2.2.1 活性污泥法

活性污泥法是生物處理污水的一種方法。該方法是在人工充氧的條件下，對污水中各種微生物群體混合式的進行培養(yǎng)，形成活性污泥。然后利用活性污泥中微生物具備的凝聚、吸附以及氧化作用，分解和去除污水中的有機污染物。最后將污泥與水分離，大部分污泥重新回流到曝氣池，多余部分則排出污水處理系統(tǒng)[8～10]。

2.2.2 厭氧生物處理法

厭氧生物處理法是一種利用專性厭氧菌和兼性厭氧菌將污水中的大分子有機物降解成小分子化合物，再分解成甲烷和二氧化碳的處理技術(shù)。該方法分為酸性處理和堿性處理兩個階段。酸性處理階段：在污水中產(chǎn)酸菌的外酶作用下，使大分子有機物變成易處理的醇類、有機酸和二氧化碳等；在堿性處理階段，酸性處理產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物在甲烷細菌的作用下進一步分解成甲烷和二氧化碳等氣體。這種處理方法主要用于濃度較高的糞便污水和有機污水等[11～13]。

2.2.3 生物膜法

生物膜法，是一種污廢水好氧生物處理的方法，是一種固定膜的處理方法，是對污水自凈能力的強化和人工化。該方法主要用于去除污廢水中膠體狀的和溶解性的有機污染物。具體有生物接觸氧化技術(shù)、生物濾池(普通生物濾池、塔式生物濾池、高負荷生物濾池)、生物流化床和生物轉(zhuǎn)盤等處理技術(shù)[14-15]。

3 醫(yī)院水質(zhì)現(xiàn)狀及工藝選擇分析

3.1 醫(yī)院水量的確定

3.1.1 按用水量確定污水處理設計水量

新建醫(yī)院污水處理工程設計水量可按照醫(yī)院用水總量的85%～95%確定。醫(yī)院用水總量可根據(jù)GB50015醫(yī)院分項生活用水定額和小時變化系數(shù)確定。醫(yī)院污水處理工程設計水量計算公式(1)如下：

(1)

其中：

Q：醫(yī)院最高日污水量，m3/s。

q1：住院部最高日用定額，L/人·d。

q2：門診部最高日用水定額，L/人·d。

q3：不可預估的水量，L/s。

N1，N2：住院部、門診部設計人數(shù)。

KZ1，KZ2：小時變化系數(shù)。

根據(jù)《行業(yè)用水標準》DB61/T943-2014，設住院部的用水定額q1為300 L/人·d，門診部用水定額q2為13L/人·d。住院部、門診部設計人數(shù)N1，N2分別為1 200人、4 000人。小時變化系數(shù)KZ1，KZ2分別取2.5和1.4。不可預估水量按20%～30%計算，綜合計算可得醫(yī)院污水日排水量約1 200m3。

3.1.2 按日均污水量和變化系數(shù)確定污水處理設計水量

新建醫(yī)院的污水處理系統(tǒng)設計水量亦可按照醫(yī)院的日均污水排放量和污水日變化系數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算，計算公式(2)如下：

(2)

其中：q:醫(yī)院日均單位病床污水排放量，L/床·d

N:醫(yī)院編制床位數(shù)

Kd:污水日變化系數(shù)。Kd取值根據(jù)醫(yī)院床位數(shù)確定。

N≥500床的設備齊全的大型醫(yī)院，q=400～600L/床·d,Kd=2.0～2.2；

100床

N<100床的小型醫(yī)院，q=250～300L/床·d,Kd=2.5。

醫(yī)院新建院區(qū)總床位數(shù)為N=1200≥500，根據(jù)上述公式可知，醫(yī)院日均單位病床污水排放量q為400～600L/床·d；考慮到該醫(yī)院屬于綜合性醫(yī)院，q取平均值500 L/床.d；污水日變化系數(shù)的選擇取決于醫(yī)院污水排放量的大小，該醫(yī)院屬于大型三級醫(yī)院，故污水日變化系數(shù)Kd取上限2.2。待入計算得醫(yī)院日均排水量為1 200m3。

3.2 醫(yī)院水質(zhì)分析

醫(yī)院污水站進水口水體呈淡灰色，較混濁，有異味。根據(jù)技術(shù)規(guī)范GB18466-2005附錄中規(guī)定的檢測方法得到醫(yī)院水質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 醫(yī)院實測進水水質(zhì)Tab.2 Measured inflow water quality of the hospital

根據(jù)技術(shù)規(guī)范HJ2029-2013給出的進水水質(zhì)參考數(shù)據(jù)，再結(jié)合醫(yī)院實際污水特點，得到普通綜合性醫(yī)院進水參考水質(zhì)，如表3。

表3 HJ2029-2013醫(yī)院進水參考水質(zhì)Tab.3 Reference water quality of hospital influent water (HJ2029-2013)

根據(jù)表2、表3對比可知，醫(yī)院排放污水的PH值處于正常范圍內(nèi)，偏弱堿性；化學需氧量(CODCr)和生化需氧量(BOD5)相對于參考水質(zhì)偏高，表明污水中有機物含量較高，主要原因在于食堂就餐人數(shù)以及門診人數(shù)量較大；懸浮物(SS)濃度則是參考水質(zhì)的近三倍，原因為醫(yī)院中藥科室就診人數(shù)多，藥渣量大；糞大腸菌群數(shù)則處于參考值以下。綜合可知，醫(yī)院污水中有機物含量較高，含菌量大，水質(zhì)較差。

3.3 醫(yī)院污水處理工藝的選擇

綜合考慮醫(yī)院排放污水處理需求：主要降低有機物、懸浮物含量、氨氮濃度以及糞大腸菌群數(shù)。根據(jù)醫(yī)院污水處理工程技術(shù)規(guī)范HJ2029-2013，醫(yī)院污水處理應采用二級處理+(深化處理)+消毒工藝。在深化處理工藝的選擇上面，主要有活性污泥法、MBR膜法和生物接觸氧化法3種方法。該醫(yī)院夏季日均污水排放量接近1 000m3，而冬季水量則只有700 m3，排水量變化大，活性污泥法適應性小，不適用于該醫(yī)院[16]；該醫(yī)院排放的污水中懸浮物含量較高，對MBR膜法在處理時反沖要求高，會大大降低MBR膜組件的使用壽命，再加上MBR膜法運行成本較高，南京地區(qū)膜組件的生產(chǎn)廠家較少，更換麻煩，因此也不予考慮；而生物接觸氧化法是利用微生物來處理污水的一種方法。該方法通過微生物形成生物膜，可有效處理該醫(yī)院污水中有機物含量偏高的問題，經(jīng)濟環(huán)保，使用壽命長，故選擇生物接觸氧化法為該醫(yī)院的污水處理工藝[17]。

4 污水處理工藝設計

4.1 生物接觸氧化法處理工藝

生物接觸氧化法是從生物膜法中演化而來的一種污水生物處理方法。在該處理工藝中，使污水與生物膜相接觸，在生物膜上微生物的作用下，可使污水的得到凈化[18-19]。工藝流程如圖1。

圖1 生物接觸氧化法工藝流程圖Fig.1 Biological contact oxidation process flow chart

4.2 污水處理構(gòu)筑物設計

醫(yī)院污水處理池設計為地下建筑，總高度為4.9m。頂板、底板厚度分別為300mm和400mm。池體共為6個，分別為格柵池、水解調(diào)節(jié)池、接觸氧化池、沉淀池、消毒池和污泥池。污水處理設備除泵類設備，其他都置于污水處理池正上方的地上污水處理站內(nèi)。污水、污泥、廢氣和消毒液都通過防腐管道流通。為提高污水處理成本和效率，該污水處理構(gòu)筑物設計主要采用重力自流式污水處理方法，自留高度主要依靠池壁開孔位置，設計水位高度如圖2。

圖2 污水處理構(gòu)筑物高程圖Fig.2 Elevation map of sewage treatment facility

4.3 各單元池功能及參數(shù)分析

4.3.1 格柵池

格柵池的主要作用是用來去除污水中尺寸較大的漂浮物和懸浮物，以保證污水提升泵的正常運行和降低泵類的故障率，對水泵及后續(xù)處理設備有較大的保護作用。格柵池上方須設置工作平臺，便于工人清理垃圾。格柵可設置機械格柵和手工格柵，用于攔截前端浮渣和垃圾。設計尺寸為0.8m×2.0m×2.0m[20]。

配套人工格柵1套，寬度800mm，高度3 000mm，柵隙：10mm；機械格柵1臺，寬度800mm，柵隙：5mm。

4.3.2 水解調(diào)節(jié)池

水解調(diào)節(jié)池的主要作用是調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)，該醫(yī)院24h污水排放量變化較大，如圖3，夜間排放量低于50m3，而中午高峰期間則接近300m3。設立調(diào)節(jié)池可使污水處理系統(tǒng)連續(xù)地運行并調(diào)節(jié)污水的濃度，有效延長處理設備的壽命，提升處理效果[21]。其有效容積按照日處理水量的6～8h停留時間設計，考慮到醫(yī)院水質(zhì)的變化，污水停留時間選取7個小時，可保證污水水質(zhì)和水量的平穩(wěn)性。設計總尺寸為12.0m×8.0m×4.4m。

圖3 12月份某日醫(yī)院污水實時排放量Fig.3 Real time discharge of hospital sewage on a certain day in December

配套污水泵2臺，一用一備，流量：60m3/h，揚程：15m。

4.3.3 生物接觸氧化池

生物接觸氧化池是在曝氣充氧條件下，利用好氧微生物分解廢水中有機物，徹底降解廢水中有機污染物。接觸氧化池是降解污水中有機物的主要場所，它的效果好壞直接影響了CODCr和BOD5的去除率。該醫(yī)院污水中有機物含量較高，通過該池子中附著在填料上的微生物分解，可以有效去除污水中的有機物和部分難溶的懸浮物。為了保障該污水中高濃度的懸浮物去除，池內(nèi)采用多點分流配水，微孔管式橡膠膜曝氣器曝氣，溶解氧保持在大于2.5mg/L的好氧條件[22]，確保微生物的繁殖和分解有機物效率。根據(jù)生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范HJ2009-2011，生物接觸氧化池污泥負荷應采用0.8～1.5kg BOD5/(m3填料·d)，水力停留時間2～5h，氣水比15～20。綜合醫(yī)院目前CODCr和BOD5偏高的情況，水力停留時間選取上限5h，生物接觸氧化池池容應為250m3，考慮到構(gòu)筑物的整體美觀性，設計尺寸為7.0m×8.0m×4.4m。

為提高微生物的污水處理效率，選取彈性和浮球組合式填料，較大的比表面積，材質(zhì)選用PE材料，使用壽命較長。風機參數(shù)的選取主要取決于處理水量以及相應的水質(zhì)情況，為充足供氧一般選取稍大型號的三葉羅茨風機。管式曝氣器按生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范HJ2009-2011經(jīng)驗選型，一般選取空氣流量：4.8～6m3/m·h，一套曝氣器服務面積約0.5m2。如表4。

表4 生物接觸氧化池設備表Tab.4 Equipment list of biological contact oxidation tank

4.3.4 沉淀池

沉淀池的設計是為了進一步去除生化池出水中的脫落生物膜及其他懸浮物，實現(xiàn)泥水分離，污泥排至污泥池濃縮處理，上清液排入接觸消毒池。污泥沉積在泥斗中，可通過池底的污泥泵定期排入污泥池中，污泥池出水自流進入消毒接觸池[23]。沉淀池設計沉淀時間為1.5～4h，表面水力負荷為1～2m3/m2·h，設計總尺寸為6.5m×8.0m×4.4m。

配套潛水污泥泵2臺，流量：30m3/h，揚程：20m。

4.3.5 消毒池

消毒池主要為了對沉淀池的出水投加消毒劑進行消毒，使糞大腸菌群數(shù)的指標達到環(huán)保局排放標準，滿足醫(yī)院排水的衛(wèi)生標準。與其他處理單元合建，節(jié)省基建成本，池頂覆土，為方便檢查和維修，通常會在池子的邊角處設置檢查孔，定期對其進行維護保養(yǎng)。為了避免短流，池內(nèi)須設置導流墻。在消毒池的出水口設置余氯自動監(jiān)測儀，以便實時增減消毒劑的投加量[24]。消毒池的水力停留時間不小于1h，設計尺寸為2.2m×8.0m×4.4m，導流墻間距900mm。

配套消毒加藥機一臺。

4.3.6 污泥池

污泥池主要是儲存污泥，同時污泥在污泥池內(nèi)進行濃縮，降低含水率。二沉池內(nèi)設置潛水污泥泵，可根據(jù)需要將沉積于池底的污泥吸入水解池回流處理,減少系統(tǒng)污泥量，剩余污泥定期由污泥泵送入污泥濃縮池[25]。污泥池大小按醫(yī)院實際污泥量計算。

配套混凝加藥裝置一臺。

4.3.7 應急池

在污水處理中，遇到設備故障或者設備檢修時，應急池可以暫時儲存污水，提供緩沖時間。另外，污水的排量是波動的，在某一個時段污水量暴增的情況下，應急池也可以作為臨時儲存用途，均衡水量，保證處理效果。傳染病醫(yī)院污水處理應急事故池容積不小于日排水量的100%，非傳染病醫(yī)院污水處理應急事故池容積不小于日排水量的30%[26]。

4.4 處理前后水質(zhì)分析

該醫(yī)院污水處理構(gòu)筑物正常運行后，有效的減少了該醫(yī)院對周圍的環(huán)境負荷，大大降低了糞大腸菌群以及蟲卵的繁殖。對該醫(yī)院排放口水質(zhì)檢測情況如表5。

表5 醫(yī)院污水處理前后水質(zhì)檢測對比表Tab.5 Comparison of water quality before and after sewage treatment

由表5可知，處理后的污水pH值接近7，水質(zhì)較優(yōu)；CODCr和BOD5的去除率都高達75%以上，說明生物接觸氧化法對原排放污水中的有機物含量偏高這一問題有很好的處理效果，而且數(shù)值遠低于醫(yī)療機構(gòu)水污染物排放標準GB18466-2005中規(guī)定的數(shù)值，見表6。SS的去除率為93%，表明該醫(yī)院中的懸浮物經(jīng)過生物接觸氧化池中微生物分解后，濃度大大降低，也提高了泵類設備的使用壽命；糞大腸菌群數(shù)的有效降低是因為消毒工藝的優(yōu)良效果。經(jīng)檢測，該醫(yī)院處理后的水質(zhì)達到環(huán)保局要求，生物接觸氧化法的處理效果也十分顯著。

表6 醫(yī)療機構(gòu)水污染物排放標準(GB18466-2005)Tab.6 Discharge standard of water pollutants for medical institutions (GB18466-2005)

5 綜合環(huán)境優(yōu)化措施

5.1 污水處理措施

經(jīng)過水質(zhì)檢測，該綜合醫(yī)院出現(xiàn)糞大腸菌群數(shù)超標，選取含氯消毒劑進行殺菌消毒，降低這一指標。選取次氯酸鈉消毒劑，工業(yè)級次氯酸鈉消毒劑含量10%，次氯酸鈉中有效氯含量為0.953，實際使用率60%。根據(jù)國家規(guī)范要求參考加氯量為15～25mg/L，按醫(yī)院1 200t日排水量計算，使用消毒劑量約為300kg/d[27]。

5.2 噪音

污水處理池構(gòu)筑物建設在地面以下，污水處理設施中采用的水泵基本上無噪音。采用低噪聲風機，本身帶有消聲器，減震器，且放在地下工作，因此污水處理站的噪聲將符合市區(qū)噪聲標準中的二類標準，白天≤60dB(A)，夜間≤50dB(A)，同時氣、水管中流速取低速，與設備接口加裝軟接頭，可以有效控制噪音的產(chǎn)生[28]。

5.3 污泥

污泥主要是沉淀池及調(diào)節(jié)池中的懸浮物沉淀而來，經(jīng)由污泥泵抽取至污泥池中。由于此時抽取的污泥中含有大量水分，因此在污泥池中設置上清液回流這一步驟。用污泥泵從污泥池中抽取污泥至調(diào)泥罐，加入混凝藥劑后，經(jīng)由板框壓濾機壓濾，干化后外運處理[29]。

5.4 廢氣

廢氣的處理通常采用管道連接到各處理池，并經(jīng)生物除臭裝置統(tǒng)一收集處理，達標后高空排放，高度大于15m。