“新冠”疫情期間污水處理廠運行探討

陳貴生，張 雙,*，楊仁凱，田 潔，張 華

(1.重慶市三峽水務有限責任公司，重慶 400020；2重慶水務集團股份有限公司，重慶 400020；3重慶市排水有限公司白含污水處理廠，重慶 400020)

新冠病毒感染的肺炎疫情暴發(fā)以來，由于新冠病毒具有強烈的傳染性，全球212個國家約260萬人確診感染新冠肺炎，死亡人數(shù)超過18萬人[1]。最新研究表明[2]，在糞便及尿液中可分離出新型冠狀病毒，糞便和尿液存在病毒傳播可能。相關報道也表示[3-5]，水是傳播病毒的重要媒介，感染者排泄物中含有大量的病毒，攜帶病毒的排泄物通過市政管網(wǎng)排入污水處理廠，可在污水中繼續(xù)保持一定時間的感染能力，這增加了運營人員病毒接觸和感染的風險。同時，疫情期間，醫(yī)院、公共場所及家庭采用含氯消毒劑進行消毒，普遍存在過量投加消毒劑現(xiàn)象，導致污水中存在過量余氯，可能會抑制污泥活性，影響污水處理廠生化段的正常運行，增加了出水水質超標風險[5]。因此，本文以某城鎮(zhèn)污水處理廠為例，探討疫情對污水處理廠的影響因素，并提出針對性的解決措施，確保疫情防控期間污水處理廠的安全穩(wěn)定運行。

1 污水處理廠介紹

1.1 基本情況

某城鎮(zhèn)污水處理廠于2012年建成投運，設計處理規(guī)模為1.0×105m3/d，服務總面積為50.36 km2，服務人口為36.5萬人，收集和處理服務范圍內(nèi)的生活污水和部分類似于生活污水的工業(yè)廢水。主要處理工藝為“預處理+AAO+二沉池+液氯消毒”，工藝流程如圖1所示，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。污泥經(jīng)帶式脫水機脫水后外運至水泥窯協(xié)同焚燒處置，尾水排入嘉陵江。為滿足環(huán)保要求，保護當?shù)厮h(huán)境，該廠2017年進行了提標改造，提標改造規(guī)模為5.0×104m3/d，提標改造選擇的深度處理工藝為V型濾池，目前出水水質執(zhí)行一級A排放標準。

圖1 工藝流程Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

1.2 主要構筑物設計參數(shù)

(1)生化池。該污水處理廠生化池分2組，每組2個序列，單序列處理能力為2.5×104m3/d，有效容積為14 218 m3，有效水深為6.0 m。生化池為AAO池型，由厭氧池、缺氧池、好氧池組成，各池均配備一定數(shù)量的推流器，以保持污泥處于懸浮狀態(tài)。厭氧池、缺氧池、好氧池的停留時間分別為1.5、3.0、8.65 h。生物池好氧區(qū)采用底部曝氣模式，配備單級離心鼓風機3臺(2用1備，按1.0×105m3/d規(guī)模配置)，單臺鼓風機風量為200 m3/min，供氣壓力為68 kPa，功率為315 kW。

(2)二沉池。二沉池采用周進周出輻流式設計，設置二沉池2組，每組2座。每座二沉池設計表面負荷為0.92 m3/(m2·h)，停留時間為4.9 h，有效水深為4.0 m，每座二沉池內(nèi)設1臺單管式吸泥機。

(3)V型濾池。V型濾池按5.0×104m3/d規(guī)模設計，設計V型濾池1座，共6組。濾層采用石英砂，濾層厚度為1.4 m，濾料粒徑為1.1～1.3 mm，單組過濾面積為64.8 m2，設計濾速為7.4 m/h。

1.3 運行情況

該污水處理廠建成投運以來，一直存在運行負荷偏低問題，2019年全年日均處理水量為4.38×104m3，運行負荷率為43.8%。為避免低負荷運行造成的能耗高、設備維護維修量大、運行管理難度大等問題。目前的運行模式為1組生化池和二沉池運行，1組閑置，為避免過度曝氣，低負荷運行時采用間歇性曝氣模式。相關研究表明[6]，經(jīng)過初沉池后，雖然污水中懸浮物得到了有效去除，但污水中有機物濃度也有一定程度的降低，現(xiàn)采用超越初沉池的方式運行，避免有機物在初沉池消耗，以保證充足的有機物用于系統(tǒng)脫氮除磷。同時，在好氧區(qū)出口投加PAC輔助化學除磷(有效鋁含量為16%)，PAC投加采用隔膜計量泵計量，進一步提高TP去除率。由2019年水質數(shù)據(jù)可知(表1)，該污水處理廠運行情況良好，出水各項指標均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

表1 進水、出水水質
Tab.1 Water Quality of Influent and Effluent

項 目BODCODCrSSTNNH3-NTP設計進水水質/(mg·L-1)18035025040356設計出水水質/(mg·L-1)1050101550.5實際進水水質/(mg·L-1)134.2238.0161.126.3117.563.29實際出水水質/(mg·L-1)3.518.25.55.730.290.22

2 疫情對污水處理廠影響分析

2.1 水量影響分析

該污水處理廠規(guī)劃服務人口為36.5萬人，目前實際服務范圍內(nèi)人口約18.7萬人。據(jù)統(tǒng)計，2019全年平均運行負荷率為43.8%，運行負荷偏低。圖2為近年該污水處理廠春節(jié)期間(文中提及的春節(jié)期間特指春節(jié)后30 d)實際處理水量。由圖2(a)可知，隨著服務范圍內(nèi)人口入住率的增加，2017年—2019年每年處理水量均有不同程度的增長。其中，2018年較2017年增幅約4.33%，2019年較2018年增幅約5.47%。由于2019年7月該廠新增排水接入口，新增水量約4.0×103m3/d，2020年春節(jié)期間較2019年同期處理水量增幅約18.18%(其中，新增接入口的水量增幅占17.32%)，剔除新增接入水量，2020年春節(jié)期間較同期處理水量增幅約0.86%。受新冠肺炎疫情影響，2020年春節(jié)期間服務范圍內(nèi)的工業(yè)企業(yè)處于停產(chǎn)狀態(tài)，且居民區(qū)餐飲未營業(yè)，收水量減少，增幅明顯下降。

圖2 近年春節(jié)期間實際處理水量Fig.2 Actual Capacity of Water Treatment during the Spring Festival in Recent Years

由圖2(b)可知，雖然近年春節(jié)期間進水水量波動較大，但春節(jié)期間水量變化存在一定的規(guī)律。2017年—2019年春節(jié)期間，春節(jié)1～7 d水量較低，呈上升趨勢，7 d后基本趨于穩(wěn)定。主要原因是春節(jié)期間，服務范圍人口外出流動較大，企業(yè)停產(chǎn)放假，水量減少，節(jié)后復工后水量恢復正常并趨于穩(wěn)定。受疫情影響，2020年春節(jié)期間，大多數(shù)人員居家隔離，且復工復產(chǎn)延遲，因此，2020年春節(jié)期間水量趨于穩(wěn)定。

2.2 水質影響分析

表2為近3年春節(jié)期間該污水處理廠進出水水質統(tǒng)計。由表2可知，2020年進水BOD、COD、SS、TN、TP、NH3-N較往年均有一定程度的降低，其中，進水BOD、COD、SS降幅較大，降幅分別為38.54%、36.47%、37.69%。餐飲廢水有機物含量普遍較高[7]，受疫情影響，服務范圍內(nèi)餐飲行業(yè)暫停營業(yè)，基本無餐飲廢水進入污水處理廠，導致進水BOD、COD偏低；同時，服務范圍內(nèi)的醫(yī)院、公共場所和家庭在疫情期間使用大量的含氯消毒劑，含氯消毒劑進入污水管網(wǎng)，可能在一定程度上對污水中的還原物質進行氧化，造成進水水質濃度偏低。

受低濃度進水影響，進水BOD、CODCr、TN、TP分別為115.6、171.2、31.11、3.69 mg/L。BOD/TN平均為3.7，BOD/TP平均為31.29，生物脫氮除磷效果不佳，在保持原有生產(chǎn)運行模式的情況下，平均出水TN和TP指標分別為11.74、0.33 mg/L，TN和TP的去除率較2019年同期降低了18.62%、5.84%。雖然各項出水指標均滿足一級A排放標準，但出水TN和TP升高增加了出水水質超標的風險。

表2 近年春節(jié)期間進水、出水水質Tab.2 Water Quality of Influent and Effluent during the Spring Festival in Recent Years

圖3 污泥容積指數(shù)對比Fig.3 Comparison of Sludge Volume Index

2.3 活性污泥性狀影響分析

活性污泥容積指數(shù)(SVI)表征活性污泥性狀，表示活性污泥的松散程度。圖3為2019年—2020年春節(jié)前后SVI的對比。由圖3可知，2019年春節(jié)前后SVI變化波動較小，均值為82，活性污泥沉降性和絮凝性較好。2020年春節(jié)前后SVI呈上升趨勢，春節(jié)后期SVI均值為105，SVI的增加，導致污泥沉降性能差，易造成二沉池翻泥，增加了后續(xù)深度處理工藝段負荷。受疫情期間進水低有機物濃度的影響，存在過度曝氣情況，導致污泥沉降性和壓縮性變差，同時，疫情期間低溫也是影響污泥沉降性能的一個重要因素。

2.4 其他影響分析

(1)污泥處置困難。目前，水泥窯協(xié)同焚燒處置是處理城鎮(zhèn)污水處理廠污泥最普遍的方式，疫情期間，受部分水泥生產(chǎn)企業(yè)停產(chǎn)的影響，污泥處置存在較大缺口。該污水處理廠春節(jié)期間正常污泥產(chǎn)泥量約656 t(含水率為80%)， 實際得到有效處理的污泥量為245.12 t，大量污泥在生物系統(tǒng)積累，增加了系統(tǒng)污泥濃度和污泥泥齡，不利于系統(tǒng)的正常運行。

(2)作業(yè)人員感染風險高?！八笔莻鞑ゲ《镜闹匾浇閇3]，同時，瑞士衛(wèi)生部門對污水處理廠腸道病毒監(jiān)測分析結果表明，通過氣溶膠攜帶病毒引起操作人員感染風險的概率較高[8]。城鎮(zhèn)污水處理廠的污水提升泵站、粗細格柵、旋流沉沙池等預處理段和污泥脫水間屬于高風險場所，是最有可能造成病毒等病原體暴露并引發(fā)操作人員感染的潛在風險點，廠內(nèi)運維人員、化驗人員感染風險較高。

3 采取措施

在疫情期間，除了加強源頭水監(jiān)控管理，加強與生態(tài)環(huán)境、衛(wèi)生健康、城市排水等主管部門溝通聯(lián)動外，加強污水處理廠工藝運行參數(shù)控制和操作人員安全防護也至關重要。

3.1 優(yōu)化工藝運行參數(shù)

針對疫情期間該污水處理廠進水濃度降低、微生物脫氮除磷效果差、系統(tǒng)污泥排出困難、活性污泥容積指數(shù)偏高以及出水TN、TP超標風險較大的問題，采取的主要措施如下。

(1)優(yōu)化曝氣模式。由于污水處理廠運行負荷較低，以前采用的曝氣運行模式為間歇曝氣，即曝氣2 h后停止2 h，將好氧區(qū)末端溶解氧控制在1.5～2.5 mg/L。疫情期間，進水有機物濃度降低，過量曝氣影響缺氧區(qū)反硝化效果，導致出水TN偏高，同時，過量曝氣可能造成污泥解絮，影響污泥沉降性能。因此，通過工藝調(diào)控，將原曝氣模式由曝氣2 h停止2 h改為曝氣1 h停止3(4) h，控制好氧區(qū)末端溶解氧在1.0～2.0 mg/L。

(2)優(yōu)化進水比例。該污水處理廠設計時采用的是多點進水模式，疫情期間進水有機物濃度不能保證缺氧區(qū)反硝化細菌需要的碳源。為提高缺氧區(qū)反硝化效果，優(yōu)化了厭氧區(qū)和缺氧區(qū)進水比例，將原來厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的進水比例由3∶2調(diào)整為2∶3，確保在無外加碳源的情況下，充分利用進水有機物滿足缺氧區(qū)脫氮要求。

(3)適當降低生化池污泥濃度。根據(jù)厭氧-缺氧-好氧活性污泥法污水處理技術規(guī)范，食微比控制為0.05～0.15 kg BOD/(kg MLSS·d)[9]。目前，系統(tǒng)平均食微比偏低，為0.027 kg BOD /(kg MLSS·d)，主要原因是受疫情期間污泥外運處置困難的影響，生物系統(tǒng)污泥不能及時排出。通過在現(xiàn)場污泥回流泵房安裝臨時提升泵的方式，將剩余污泥泵送至閑置生化序列進行暫存，確?；钚晕勰酀舛扰c進水有機物濃度相適應。

(4)增加除磷劑用量。剩余污泥的排放可將含磷污泥排出系統(tǒng)，污泥排出受限導致磷在系統(tǒng)聚集，含量升高。增加除磷劑PAC用量可進一步提高出水TP去除率，同時，有利于二沉池活性污泥沉降，降低了二沉池泥位，減輕了后續(xù)深度處理工藝的運行負荷，進一步優(yōu)化了出水水質[10]。

(5)該廠采用液氯作為消毒劑。液氯屬于強氧化劑，消毒效果較好。相關研究表明[11]，病原微生物的滅活效果取決于CT值，CT值計算公式為消毒劑濃度×接觸時間，一般污水處理的消毒CT值控制在450 mg·min/L。由于液氯消毒效果受水中有機氮和氨氮的影響較大，為確保液氯對病原體的滅活效果，具體投加量可根據(jù)出水水質進行適當調(diào)整。

(6)加大進水余氯檢測頻率，防止進水余氯過高影響活性污泥性能。服務范圍內(nèi)普遍存在使用含氯消毒劑，在消毒劑用量不大的情況下，進入管網(wǎng)的消毒劑可能完全被污水中的還原性物質氧化，導致疫情期間進水中暫未檢測出余氯值。

3.2 加強人員安全防護

疫情防控期間，一線操作員工的安全防護至關重要。污水處理廠預處理段和脫泥間屬于高風險場所，在日常巡視和操作過程中，暴露感染風險較高。為降低一線操作人員感染風險，采取的措施如下。

(1)加強現(xiàn)場操作人員安全防護意識培訓，要求在上崗前佩戴好口罩和手套等基本防護用品，盡量做到不與污水、污泥、砂礫、柵渣等直接接觸。針對進水泵房、預處理段、污泥脫水工段操作以及化驗取水采樣，提高防護等級，除口罩和手套外，配備護目鏡和防護服。

(2)作業(yè)完畢后，及時對防護用具進行全面清洗消毒，加強個人衛(wèi)生，勤洗手、勤消毒。

(3)定期對預處理段產(chǎn)生的柵渣進行消毒處理，及時安排運輸車輛對柵渣進行清理轉運。

4 效果分析

對疫情期間工藝運行參數(shù)進行優(yōu)化，2020年2月23日—3月22日該廠各項進水、出水水質如表3所示。由于微生物對有機物去除較徹底，經(jīng)過深度處理后，BOD、COD、SS的去除率已到達極限，與2020年春節(jié)期間相比(表2)，基本無明顯變化。優(yōu)化后的平均出水TN由11.74 mg/L 降低至8.87 mg/L；TP由0.33 mg/L降低至0.2 mg/L，TN、TP去除率較2020年春節(jié)期間分別提高了9.17%、4.85%，遠低于一級A排放標準。由于減少了曝氣量，雖然出水NH3-N有一定的升高，但滿足出水排放標準。

疫情期間，通過工藝調(diào)控增加了液氯和除磷劑PAC用量，與非疫情期間相比，液氯單耗由2.73 mg/L增加至3.49 mg/L，消毒CT值由410 mg·min/L提升至460 mg·min/L，出水平均糞大腸桿菌個數(shù)由171降低至36，適當提升液氯用量增加了病原體的滅活效果，對于阻礙病毒在污水中的傳播具有重要作用。疫情期間，除磷劑PAC投加量與非疫情期間相比，單耗由22.18 mg/L增加至45.99 mg/L，除磷劑增幅較大。增加的除磷劑一方面用于提升二沉池污泥沉降性能；另一方面用于應對脫泥困難導致的系統(tǒng)內(nèi)磷的積累，以確保出水水質穩(wěn)定達標。雖然增加了藥劑投加量，造成運行成本增加，但出水污染物濃度進一步降低，提高了污染物削減量，具有一定的環(huán)境效益。

表3 優(yōu)化工藝后的進出水水質Tab.3 Water Quality of Influent and Effluent after Process Optimization

5 結語及建議

(1)受疫情以及復工復產(chǎn)延后影響，該污水處理廠2020年春節(jié)期間處理水量增幅放緩，進水BOD、COD、SS濃度與2019年同期相比，降幅分別為38.54%、36.47%、37.69%。其中，TN、TP、NH3-N濃度均有不同程度的降低。受進水有機物濃度的影響，TN和TP的去除率較2019年同期降低了18.62%、5.84%。

(2)通過優(yōu)化工藝運行參數(shù)，出水TN、TP分別降低至8.87、0.2 mg/L，去除率較2020年春節(jié)期間分別提高了9.17%、4.85%，其余各項出水水質均優(yōu)于一級A排放標準。

(3)絕大多數(shù)病毒可在下水道傳播，并存在通過氣溶膠在一定空間傳播的可能，污水處理廠一線操作人員存在潛在感染風險。因此，建議疫情期間加強操作人員安全防護，同時，針對高風險場所提高安全防護等級。