新冠疫情初期應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施污水處理站設(shè)計(jì)實(shí)例分析

牛住元，劉諾亞

(中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司，北京 100089)

自2020年2月起，各地紛紛建設(shè)應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情的應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施，其中包括新建的醫(yī)療院區(qū)以及改造的發(fā)熱門診。此類設(shè)施排出的污水可能含有大量的病菌和病毒，且新冠病毒有通過(guò)糞口傳播的風(fēng)險(xiǎn)，常規(guī)的消毒工藝已不能滿足對(duì)病菌“萬(wàn)無(wú)一失”的處理效果。研究表明，新型冠狀病毒的理化特性與SARS病毒類似，對(duì)高溫和紫外線敏感，含氯消毒劑對(duì)其有較好的滅活效果，因此，強(qiáng)化消毒處理可確保病毒的殺滅[1]。此外，若按照傳統(tǒng)的傳染病醫(yī)院選擇生化處理工藝，則污泥馴化、調(diào)試運(yùn)行的周期過(guò)長(zhǎng)，且消毒劑大量使用會(huì)導(dǎo)致污水余氯量偏高，生化處理效果將難以保證。

某應(yīng)急醫(yī)院是在現(xiàn)有院區(qū)地塊上新建的設(shè)施，位于整個(gè)院區(qū)的西南方向。原有院區(qū)建有規(guī)模為2 500 m3/d的污水處理廠，處理工藝為二級(jí)生化處理+常規(guī)消毒工藝。為應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情，做好源頭消毒，切斷病毒傳播途徑，需新建一座污水處理設(shè)施，主要針對(duì)病毒、細(xì)菌及有毒有害物質(zhì)的去除，而去除BOD5、氨氮等指標(biāo)退居其次。因此，該應(yīng)急醫(yī)院的污水處理采用預(yù)消毒+化糞池+二級(jí)消毒+物化處理+三級(jí)消毒組合工藝設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

1.1 設(shè)計(jì)水量分析計(jì)算

應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施與傳統(tǒng)的傳染病醫(yī)院相比功能不完全具備，其用水量應(yīng)根據(jù)醫(yī)療功能確定。考慮到安全性和排水系統(tǒng)的密閉性，排水量不考慮折減系數(shù)，等于設(shè)計(jì)給水量。

1.2 處理水質(zhì)要求

由醫(yī)院提供的污水水質(zhì)(表1)可知，院區(qū)排放的污水中病原細(xì)菌數(shù)、病毒和化學(xué)藥劑量大大超標(biāo)，具有空間污染、急性傳染和潛伏性傳染的特征，因此，新建污水處理站主要針對(duì)病毒等微生物指標(biāo)的去除，保證處理過(guò)程中的生物安全性。其次，污水中SS、CODCr等指標(biāo)較一般綜合醫(yī)院略高，應(yīng)結(jié)合應(yīng)急醫(yī)院特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)墓に囂岣叽祟愔笜?biāo)去除率。

表1 應(yīng)急醫(yī)院污水水質(zhì)Tab.1 Sewage Quality of Emergency Hospital

依據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件要求，整個(gè)院區(qū)污水經(jīng)處理后的出水指標(biāo)要求同時(shí)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[3]規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)、《水污染物排放限值》第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[4]一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)以及《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]，具體指標(biāo)如表2所示。

表2 水質(zhì)排放指標(biāo)Tab.2 Water Quality Discharge Indices

圖1 應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施污水處理工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Sewage Treatment Process of Emergency Medical Facilities

2 污水處理工藝流程及布置

污水處理工藝流程如圖1所示，采用三級(jí)消毒工藝，最大程度保障消毒效果，杜絕病毒擴(kuò)散，同時(shí)以物化處理單元代替二級(jí)生物處理，可使出水SS、CODCr指標(biāo)達(dá)標(biāo)。在超磁處理單元，污水中大部分懸浮有機(jī)物和微生物胞體等在此階段被有效去除。沉降下來(lái)的污泥經(jīng)過(guò)磁種回收設(shè)備后進(jìn)入污泥處理設(shè)備，連同其他工藝單元積蓄的污泥進(jìn)行污泥脫水消毒處理。在平板陶瓷膜超濾單元，難去除的有害物質(zhì)和細(xì)菌進(jìn)一步被截留，最后通過(guò)紫外線消毒后出水進(jìn)入現(xiàn)有院區(qū)污水站，處理達(dá)標(biāo)后排放。

該工藝在保障各處理單元具有足夠水力停留時(shí)間(HRT)的基礎(chǔ)上，采用三級(jí)消毒加物化法，整體流程安全環(huán)保、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，處理效果受環(huán)境條件影響小，可確保傳染性病菌、病毒的去除。

3 主要處理單元設(shè)計(jì)分析

3.1 前處理系統(tǒng)

根據(jù)《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]規(guī)定，傳染病醫(yī)療機(jī)構(gòu)需有預(yù)消毒處理，并設(shè)專用化糞池收集經(jīng)消毒處理后的糞便排泄物等傳染性廢物。

(1)預(yù)消毒池

預(yù)消毒目的是確保污水處理站后續(xù)運(yùn)行安全，提高新型冠狀病毒的滅活效果。根據(jù)最新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，預(yù)消毒的接觸時(shí)間不小于1 h，此工藝設(shè)計(jì)的預(yù)消毒池有效容積為150 m3，分為兩組。該工藝采用次氯酸鈉消毒，其優(yōu)點(diǎn)是作用迅速、對(duì)生物病毒或有機(jī)分子有毒物質(zhì)的消毒效果較明顯、價(jià)格較低且次氯酸鈉產(chǎn)生的有毒害副產(chǎn)物較少、對(duì)后續(xù)工藝的影響小，投加有效氯量為20 mg/L。

(2)化糞池

在材料集裝運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，需要注意的：①應(yīng)當(dāng)充分的考慮集裝箱的尺寸規(guī)格。②提前針對(duì)材料和設(shè)施進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)遵循。③積極的引入裝配式理念，材料尺寸符合集裝箱尺寸。④在材料連接處設(shè)計(jì)插芯連接，保證運(yùn)輸過(guò)程中的可信性以及順利性。

化糞池是一種利用沉淀和厭氧消化作用去除污水中懸浮性有機(jī)物的沉淀池。本設(shè)計(jì)采用化糞池總有效容積為950 m3，共10座，其中100 m3的化糞池8座，75 m3的化糞池2座。該設(shè)計(jì)滿足相關(guān)國(guó)家污水處理設(shè)計(jì)規(guī)范中污水在化糞池中停留時(shí)間不少于36 h的要求?；S池間隔一定時(shí)間清掏一次，其污泥作為危險(xiǎn)廢物運(yùn)走單獨(dú)處理。

3.2 超磁一體化及二級(jí)消毒系統(tǒng)

(1)超磁一體化設(shè)備

超磁分離水體凈化技術(shù)是利用加載沉淀的分離原理，在絮凝反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)在非磁性或弱磁性的污水里添加磁種，使本身無(wú)磁性的污染物質(zhì)帶上磁性，在高梯度超強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中污染物的快速分離去除。此設(shè)備采用的磁感應(yīng)強(qiáng)度為8 000 Gs(0.8 mT)，梯度為1 000 Oe/u，投加的永磁材料為釹鐵硼。在混凝反應(yīng)器中，除了投加常用的混凝劑PAC、PAM，還投加了氨氮去除劑，其主要成分是含氯的強(qiáng)氧化物，保證氨氮去除率。處理完成后超強(qiáng)磁場(chǎng)截留下的污染物進(jìn)入專用磁種回收設(shè)備，將污泥與磁種進(jìn)行分離，磁種可回收利用，而污泥經(jīng)污泥泵送至疊螺機(jī)進(jìn)行脫水處理。此物理技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)生化法有顯著優(yōu)點(diǎn)：出水穩(wěn)定，受水質(zhì)水量變化、加氯量的影響??；處理效率高，流程短，總處理時(shí)間約為5 min，磁盤可瞬間產(chǎn)生大于重力640倍的磁力；運(yùn)行費(fèi)用較低，采用微磁絮技術(shù)[6]，投藥量少，磁種回收利用率高；此工藝為一體化全封閉式設(shè)備，系統(tǒng)集成度高，模塊化組裝，全自動(dòng)化控制，消毒徹底，無(wú)氣溶膠產(chǎn)生。

(2)二級(jí)消毒系統(tǒng)

二級(jí)消毒系統(tǒng)采用三氯異氰尿酸，此類消毒劑的有效氯含量比次氯酸鈉更高，達(dá)到90%，且性能更為穩(wěn)定，反應(yīng)快速，作用時(shí)間短。研究表明，三氯異氰尿酸對(duì)污水中細(xì)菌繁殖體、真菌、病毒等滅活效果好，且能較好控制余氯量[7]。二級(jí)消毒池采用與調(diào)節(jié)提升池規(guī)格尺寸相同的100 m3+50 m3地埋式成品玻璃鋼罐，有效HRT為3 h。

3.3 超濾及三級(jí)消毒系統(tǒng)

(1)平板陶瓷膜超濾凈化系統(tǒng)

采用2套一體化箱體，規(guī)格為8 m×2.5 m×2.5 m，平板膜孔徑為0.1 μm，共1 000 m2膜組，均為全自動(dòng)控制。超濾凈化系統(tǒng)主要依據(jù)“物理篩分”理論[8]，利用物質(zhì)分子在一定膜孔徑內(nèi)的滲透率不同，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，使水和無(wú)機(jī)鹽等小分子物質(zhì)透過(guò)膜，而水中的懸浮物、膠體和微生物等大分子物質(zhì)被截留，從而實(shí)現(xiàn)污染物的有效去除。

(2)三級(jí)消毒系統(tǒng)

為避免病毒擴(kuò)散，保障出水質(zhì)量，超濾設(shè)備出水在排入原院區(qū)污水處理站前再經(jīng)過(guò)紫外消毒殺菌裝置，確保水中殘留的細(xì)菌病毒能被快速滅活。采用過(guò)流式紫外消毒殺菌裝置，超濾和紫外線消毒在一定范圍內(nèi)對(duì)余氯的影響較小，同時(shí)在線監(jiān)測(cè)余氯含量，若不達(dá)標(biāo)，可在紫外消毒出水后加氯，以保證余氯量。

3.4 廢氣處理系統(tǒng)

所有的水處理構(gòu)筑物均接有尾氣收集管，將設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行密閉收集，輸送至尾氣處理間，處理完的尾氣高空排放。采用光氧催化聯(lián)合活性炭吸附工藝處理廢氣，活性炭吸附能力強(qiáng)，具有風(fēng)阻小、維護(hù)方便等特點(diǎn)，而光氧催化技術(shù)能高效分解空氣中的氧分子，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)，達(dá)到除臭及消毒的作用。

3.5 HRT分析

污水處理全流程HRT計(jì)算如表3所示。

表3 污水處理各單元HRTTab.3 HRT of Sewage Treatment Units

由表3可知，污水從預(yù)消毒到三級(jí)消毒的全流程HRT，若根據(jù)每個(gè)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)流量最不利條件計(jì)算，總HRT為50 h；若根據(jù)全天污水量和構(gòu)筑物總?cè)莘e進(jìn)行核算，總HRT可達(dá)60 h，均滿足《新型冠狀病毒感染的肺炎傳染病應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[9]中從預(yù)消毒池至末端消毒出水的總HRT不小于48 h的規(guī)定。較長(zhǎng)的HRT可滿足化糞池的自然沉淀效果，提高消毒效率，減少消毒劑用量，減少消毒副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響，且即使超磁和超濾單元誤操作或失效，新型冠狀病毒在此污水處理系統(tǒng)中的自然死亡率也能保證對(duì)環(huán)境水體的影響降至最低。

4 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施的排水水質(zhì)特點(diǎn)鮮明，處理設(shè)施建設(shè)周期短，時(shí)效性高，須與建筑主體保持一致，同步完工及投入使用。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)實(shí)踐，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

(1)預(yù)消毒+化糞池+二級(jí)消毒是應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施污水處理的核心技術(shù)措施，重點(diǎn)把控病毒、細(xì)菌等生物指標(biāo)的達(dá)標(biāo)，以及未知病毒和病原體的去除。根據(jù)應(yīng)急項(xiàng)目需要快速啟動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，采用了高效環(huán)保、出水水質(zhì)穩(wěn)定的物化工藝組合，可保證SS、CODCr等指標(biāo)處理達(dá)標(biāo)，對(duì)于BOD5、總氮等需生化處理的物質(zhì)，若無(wú)法達(dá)標(biāo)，后續(xù)出水進(jìn)入原院區(qū)污水處理站，可保證達(dá)標(biāo)排放。相對(duì)于原污水處理站，新建污水處理站具有建造快速、運(yùn)行更為穩(wěn)定、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，適于疫情暴發(fā)初期投產(chǎn)使用。

(2)應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施污水處理單元應(yīng)集中布置，獨(dú)立處理區(qū)域，避免污染源分散不易控制。本設(shè)計(jì)中預(yù)消毒池至末端出水的全部處理工藝設(shè)備和構(gòu)筑物集中布置在一個(gè)完整的區(qū)域，并且位于當(dāng)?shù)叵募局鲗?dǎo)風(fēng)向的下方。

(3)應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施污水處理構(gòu)筑物及設(shè)備受工期緊、采購(gòu)限制，選用集成程度高的一體化設(shè)備。當(dāng)采購(gòu)非標(biāo)產(chǎn)品代替消毒池或提升池時(shí)，應(yīng)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于水流狀態(tài)的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行改造，確保水流混合均勻，避免造成短流，形成死水區(qū)。