大型平戰(zhàn)結(jié)合醫(yī)院污水處理站設(shè)計(jì)實(shí)例

王夢(mèng)影， 劉兵， 黃金友， 劉波， 何慶國(guó)， 李鴻斌

（中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司， 武漢 430040）

平戰(zhàn)結(jié)合醫(yī)院指在符合平時(shí)醫(yī)療服務(wù)要求的前提下， 滿足疫時(shí)快速轉(zhuǎn)換、 實(shí)現(xiàn)救治需求的醫(yī)院。為日后更好應(yīng)對(duì)重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件， 平戰(zhàn)結(jié)合醫(yī)院成為未來(lái)醫(yī)院建設(shè)的首選方向［1-2］。 其污水處理站除了滿足平時(shí)的污水處理功能之外， 還應(yīng)在疫時(shí)能夠阻斷傳染病原體經(jīng)水傳播， 對(duì)于防止傳染病大面積擴(kuò)散至關(guān)重要。 《綜合醫(yī)院“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換病區(qū)建筑技術(shù)導(dǎo)則》中明確指出了污水處置的重要性， 醫(yī)院類工程設(shè)計(jì)規(guī)范也已重新修訂， 這給污水處理站的設(shè)計(jì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

本文以武漢某新建大型平戰(zhàn)結(jié)合醫(yī)院為例， 詳細(xì)介紹了污水處理站的設(shè)計(jì)方案及處理工藝， 給出了平疫轉(zhuǎn)換應(yīng)用模式， 以期為同類型工程建設(shè)提供參考。

1 工程概況

該醫(yī)院設(shè)計(jì)床位2 000 張， 平時(shí)作為國(guó)家三甲老年病?？漆t(yī)院及國(guó)際化康養(yǎng)醫(yī)療服務(wù)中心， 疫時(shí)轉(zhuǎn)換為傳染病醫(yī)院。

整個(gè)院區(qū)污水包括生活污水和醫(yī)療廢水。 生活污水來(lái)自限制區(qū)， 主要為行政辦公樓、 倒班宿舍區(qū)域； 醫(yī)療廢水來(lái)自隔離區(qū)， 包括醫(yī)療綜合樓及限制區(qū)以外其他區(qū)域， 水質(zhì)中或含有致病菌、 病毒等有害物質(zhì)。 生活污水和醫(yī)療廢水采取分質(zhì)、 分流處理， 生活污水經(jīng)化糞池后達(dá)標(biāo)排至城市污水處理廠， 醫(yī)療廢水經(jīng)化糞池后進(jìn)入污水處理站， 再經(jīng)二級(jí)處理達(dá)標(biāo)排至城市污水處理廠。

污水處理站采用“預(yù)處理（含消毒）+二級(jí)處理+消毒”工藝， 設(shè)置2 套污水處理設(shè)施， 總處理規(guī)模為2 400 m3／d， 設(shè)計(jì)每天運(yùn)行16 h。 平時(shí)2 套污水處理設(shè)施按周期輪流運(yùn)行， 疫時(shí)2 套污水處理設(shè)施滿負(fù)荷運(yùn)行。

2 設(shè)計(jì)水量、 水質(zhì)

2.1 平時(shí)狀態(tài)下設(shè)計(jì)水量、 水質(zhì)

平時(shí)狀態(tài)下， 生活污水設(shè)計(jì)水量為166.5 m3／d， 排放執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［3］。 醫(yī)療廢水設(shè)計(jì)水量為914.5 m3／d， 排放執(zhí)行GB 18466—2005《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)［4］。 生活污水及醫(yī)療廢水中的NH3-N 執(zhí)行GB／T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［5］。 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

2.2 疫時(shí)狀態(tài)下設(shè)計(jì)水量、 水質(zhì)

疫時(shí)狀態(tài)下， 本項(xiàng)目轉(zhuǎn)換為傳染病醫(yī)院， 生活污水設(shè)計(jì)水量為170.8 m3／d， 進(jìn)出水水質(zhì)及濃度指標(biāo)與平時(shí)狀態(tài)相同（見表1）， 不同的是污水產(chǎn)生量及排放量增多， 排放同樣執(zhí)行GB 8978—1996 三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 醫(yī)療廢水設(shè)計(jì)水量為1 971.6 m3／d， 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及濃度指標(biāo)同表1； 排放執(zhí)行GB 18466—2005 規(guī)定的傳染病、 結(jié)核病醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放限值（日均值）， 其中NH3-N 按照GB／T 31962—2015 中B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 本項(xiàng)目地處長(zhǎng)江流域， 醫(yī)院建設(shè)要求質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高， 綜合考慮經(jīng)濟(jì)、 環(huán)境、 社會(huì)效益和當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件及院方要求， 污水處理站的出水排放控制限值相較于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。疫時(shí)狀態(tài)下， 醫(yī)療廢水除執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)外， 對(duì)腸道致病菌、 腸道病菌、 結(jié)核桿菌及SARS-CoV-2 病毒提出了“不得檢出”的嚴(yán)格要求， 主要出水水質(zhì)指標(biāo)控制限值如表2 所示。

3 污水處理工藝

針對(duì)醫(yī)療廢水具有含病原微生物、 有機(jī)溶劑、消毒劑的特點(diǎn)， 目前常用的處理效果較好的生物處理工藝主要有活性污泥法、 生物接觸氧化法、 膜生物反應(yīng)器等。 活性污泥法水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)， 但停留時(shí)間較長(zhǎng)， 生物脫氮效果差［6］， 且產(chǎn)生污泥量多， 曝氣量大， 不適用于傳染病醫(yī)院［7］。 膜生物反應(yīng)器設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊， SS 和病原體去除率高［8］， 但造價(jià)高，耗能高， 運(yùn)行管理復(fù)雜， 適用于負(fù)荷較小的醫(yī)院改造工程［9］、 應(yīng)急醫(yī)院工程［7-10］， 大型綜合醫(yī)院污水處理工程應(yīng)用該工藝較少。 生物接觸氧化法對(duì)水質(zhì)水量變化適應(yīng)性強(qiáng)， 容積負(fù)荷高， 污泥量少且不受污泥膨脹影響［11］， 適用于具有復(fù)雜醫(yī)藥成分污水的處理［12-14］， 同時(shí)該工藝經(jīng)濟(jì)成本較低， 工藝操作及管理效率較高， 在大型綜合醫(yī)院中應(yīng)用較多， 且效果較好［6，15］。

考慮到本醫(yī)院項(xiàng)目規(guī)模大， 兼具平疫轉(zhuǎn)換功能， 且綠色環(huán)保要求高， 經(jīng)過(guò)綜合比選， 本污水處理站采用生物接觸氧化法， 預(yù)處理部分采用預(yù)消毒-格柵間-調(diào)節(jié)池， 核心生化部分采用Waterbro生物膜工藝， 后續(xù)進(jìn)行沉淀和二次消毒處理， 工藝流程如圖1 所示。 處理方案滿足HJ 2029—2013《醫(yī)院污水處理工程技術(shù)規(guī)范》［16］規(guī)定。

污水經(jīng)預(yù)消毒后進(jìn)入格柵間， 截留較大懸浮物， 脫氯后進(jìn)入調(diào)節(jié)池， 充分混合均勻， 穩(wěn)定進(jìn)入后續(xù)生物膜處理工藝。

Waterbro 生物膜設(shè)備將生化部分和澄清單元一體化。 生化部分內(nèi)設(shè)底部engelbart 曝氣器， 可產(chǎn)生低通量微小氣泡， 有效降解有機(jī)物； 內(nèi)設(shè)的VFG 生物膜載體， 由好氧菌、 厭氧菌等微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)形成生物膜， 可氧化分解COD、NH3-N 及有毒有害物質(zhì)。 澄清單元內(nèi)設(shè)新型VF 填料， 特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠保證固液的高效分離， 保證出水穩(wěn)定。

經(jīng)生物膜工藝處理之后， 出水進(jìn)入沉淀池， 經(jīng)泥水分離后部分污泥回流至接觸氧化池， 剩余污泥進(jìn)入污泥池， 污泥經(jīng)消毒、 脫水后交給具有相關(guān)資質(zhì)的單位外運(yùn)處置。

污水經(jīng)沉淀、 過(guò)濾后， 進(jìn)行二次消毒， 預(yù)消毒和二次消毒均由現(xiàn)場(chǎng)配置的5 kg／h 次氯酸鈉全套在線制備系統(tǒng)提供， 次氯酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%。出水水質(zhì)經(jīng)檢測(cè)達(dá)標(biāo)后排放。

此外， 污水處理站惡臭氣體采用次氯酸鈉噴淋-活性炭吸附工藝處理后通過(guò)高度為15 m 排氣筒排放。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 預(yù)消毒池及脫氯池。 預(yù)消毒池1 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 尺寸為9.6 m×2.3 m×5.5 m， 有效水深為4.8 m， 停留時(shí)間為2 h， 采用次氯酸鈉消毒， 加氯量設(shè)計(jì)取值50 mg／L， 加氯量為5.0 kg／h。 脫氯池1 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 尺寸為4.0 m×2.7 m×6.0 m， 有效水深為5.0 m， 停留時(shí)間為0.5 h， 采用硫代硫酸鈉脫氯； 配置余氯在線測(cè)定儀1 臺(tái)， 余氯報(bào)警器1 臺(tái)， 預(yù)消毒池及脫氯池僅在疫時(shí)啟用。

（2） 調(diào)節(jié)池。 3 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 尺寸分別為8.7 m×7.7 m×6.0 m、 8.7 m×3.4 m×6.0 m、 5.7 m×4.3 m×6.0 m， 總有效容積為600 m3， 有效水深為4.8 m， 連續(xù)運(yùn)行時(shí)停留時(shí)間為6.0 h。 攪拌用壓縮空氣量為4.5 m3／min（含脫氯池）。 配置羅茨風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（1 用1 備）， Q = 5.0 m3／min， P = 49 kPa；污水提升泵4 臺(tái)（2 用2 備）， Q=50 m3／h， H=10 m； 超聲波液位計(jì)2 套； 空氣攪拌器2 套， 曝氣量為2m3／（h·m2）， 穿孔曝氣。

（3） 水解酸化池。 2 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 內(nèi)置固定填料， 單座尺寸為7.7 m×2.7 m×8.0 m， 總有效容積為300 m3， 有效水深為7.5 m。 溫度保證15 ～40 ℃， DO 質(zhì)量濃度保持在0.2 ～0.5 mg／L， 停留時(shí)間為3.0 h， 上升流速為1.0 m／s， 污泥濃度為10 g／L。 配置布水器2 套， Q=50 m3／h； 潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)， N=4 kW。

（4） 接觸氧化池。 4 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 單座尺寸為7.7 m × 3.7 m × 8.0 m， 有效水深為5.2 m，兩級(jí)處理， 停留時(shí)間為2.0 ～6.0 h。 內(nèi)置VFG 生物膜載體填料， 填料有效容積為312 m3， 填料層高度為3.5 m， 比表面積大于240 m2／m3； 曝氣裝置4 套，單套裝置配80 個(gè)低通量微孔曝氣器， 單個(gè)曝氣器直徑為215 mm， 氣泡直徑為1 ～2 mm， 氧氣利用率大于25%， 通氣量為0.5 ～8 m3／h； 氣水比為18 ∶1， 曝氣量為30 m3／min， 于填料下方滿平面均勻曝氣。 設(shè)計(jì)負(fù)荷為1.0 kg［BOD5］／（m3［填料］·d）， 污泥產(chǎn)率為0.4 kg［VSS］／kg［BOD5］， 進(jìn)水BOD5濃度過(guò)高時(shí)， 設(shè)出水回流系統(tǒng)。 硝化液回流泵4 臺(tái)（2用2 備）， Q=100 m3／h， H=7 m， N=2.2 kW； 高效均勻出水裝置4 套， Q=25 m3／h； 羅茨風(fēng)機(jī)3 臺(tái)（2 用1 備）， Q=15.0 m3／min， P=69 kPa。

（5） 沉淀池。 2 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 單座尺寸為7.7 m × 6.7 m × 8.0 m， 有效停留時(shí)間為1.3 h，表面負(fù)荷為1.1 m3／（m2·h）。 設(shè)置出水堰2 套， Q=50 m3／h； 污泥泵16 臺(tái)， Q=30 m3／h， H=10 m， N=1.5 kW。

（6） 多介質(zhì)過(guò)濾器。 6 臺(tái)（4 用2 備）， 單臺(tái)尺寸為φ1.6 m×2.0 m， 濾料為活性炭加石英砂， 活性炭層厚0.4 m， 粒徑為0.8 ～1.5 mm， 石英砂層厚0.8 m， 粒徑為1.0 ～1.4 mm， 濾速為12 m／s。

（7） 消毒池。 2 座， 地下鋼砼結(jié)構(gòu)， 單座尺寸為7.7 m×3.0 m×8.0 m， 設(shè)計(jì)有效容積為250 m3，有效水深為6.0 m。 根據(jù)GB 18466—2005， 非傳染病醫(yī)院污水接觸消毒時(shí)間不小于1.0 h， 傳染病醫(yī)院污水接觸消毒時(shí)間不小于1.5 h， 本工程設(shè)計(jì)接觸消毒時(shí)間為2.5 h。 配置反洗泵4 臺(tái)（2 用2 備），Q=150 m3／h， H=16 m， N=11 kW。

設(shè)計(jì)加氯量在平時(shí)和疫時(shí)不同。 平時(shí)狀態(tài)下，設(shè)計(jì)加氯量為20 mg／L， 加氯量為1.0 kg／h， 經(jīng)余氯在線測(cè)定儀調(diào)節(jié)， 保證接觸池出口總余氯的質(zhì)量濃度為2 ～8 mg／L。 疫時(shí)狀態(tài)下， 設(shè)計(jì)加氯量為25 mg／L， 加氯量為2.5 kg／h， 經(jīng)余氯在線測(cè)定儀調(diào)節(jié)， 保證接觸池出口總余氯的質(zhì)量濃度為6.5 ～10 mg／L。 配置2 臺(tái)2 m3消毒加藥裝置， 包含6 臺(tái)計(jì)量泵及6 臺(tái)電磁流量計(jì)。

5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 本工程承擔(dān)2 000 張床位的大型綜合醫(yī)院的污水處理， 規(guī)模大； 采用Waterbro 生物膜一體化設(shè)備進(jìn)行二級(jí)處理， 現(xiàn)場(chǎng)配備次氯酸鈉消毒劑制取裝置， 區(qū)分平、 疫狀態(tài)運(yùn)行， 經(jīng)濟(jì)性、 可靠性更高。

（2） Waterbro 生物膜工藝優(yōu)勢(shì)明顯。 通過(guò)內(nèi)置生物膜載體填料， 使容積負(fù)荷量高于一般工藝方法， BOD5、 COD、 NH3-N、 有毒有害物質(zhì)等的去除率更高； 低通量微孔曝氣傳質(zhì)效率高， 避免了傳統(tǒng)曝氣方式造成的污泥老化或膨脹問(wèn)題， 且產(chǎn)生污泥量少， 綠色環(huán)保； 新型澄清單元VF 填料， 相較于斜管、 斜板填料， 水力分布更均勻， 固液分離效率更高。 Waterbro 生物膜一體化設(shè)備能耗低、 投資少、 運(yùn)營(yíng)管理簡(jiǎn)便。

（3） 平疫快速、 靈活轉(zhuǎn)換。 平時(shí)狀態(tài)下， 生活污水走向?yàn)椋?進(jìn)水→化糞池→城市污水處理廠； 疫時(shí)狀態(tài)下， 在化糞池處投加次氯酸鈉消毒。 平時(shí)狀態(tài)下， 醫(yī)療廢水走向?yàn)椋?進(jìn)水→化糞池→二級(jí)+消毒（2.5 kg／h）→城市污水處理廠； 疫時(shí)狀態(tài)下，醫(yī)療廢水走向?yàn)椋?進(jìn)水→化糞池（投加次氯酸納消毒）→預(yù)消毒池（次氯酸鈉， 5 kg／h， 2.0 h）→二級(jí)+消毒（次氯酸鈉， 2.5 kg／h）→城市污水處理廠。

6 運(yùn)行效果

疫時(shí)運(yùn)行（取2022 年11 月最高值）及平時(shí)運(yùn)行（取2023 年2 月最高值）出水水質(zhì)如表3 所示， 各項(xiàng)指標(biāo)均處于設(shè)計(jì)限值以內(nèi)， 平時(shí)狀態(tài)COD、BOD5、 SS、 NH3-N 去除率分別為86.3%、 86.7%、88.5%、 60.0%； 疫時(shí)狀態(tài)COD、 BOD5、 SS、 NH3-N 去除率分別為85.2%、 87.5%、 85.0%、 92.7%，且未檢出要求控制的致病菌及SARS-CoV-2， 水處理效果良好。

表3 污水處理站出水水質(zhì)Tab.3 Effluent water quality of sewage treatment station

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程總投資約879 萬(wàn)元， 噸水運(yùn)行費(fèi)用平時(shí)約1.30 元， 疫時(shí)約1.55 元， 包含人工費(fèi)、 藥劑費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)、 污泥處置費(fèi)、 電費(fèi)等。

8 結(jié)語(yǔ)

采用預(yù)處理（含消毒）-Waterbro 生物膜二級(jí)處理-消毒的組合工藝， 處理具有病原微生物、 有機(jī)物、 消毒劑的醫(yī)療廢水， 平時(shí)運(yùn)行COD、 BOD5、NH3-N 出水質(zhì)量濃度分別在34.3、 13.3、 12.0 mg／L以下， 糞大腸菌群數(shù)為100 MPN／L， 總余氯質(zhì)量濃度在3.6 mg／L 以下； 疫時(shí)運(yùn)行COD、 BOD5、 NH3-N出水質(zhì)量濃度分別在37.1、 12.5、 2.2 mg／L 以下，糞大腸菌群數(shù)為100 MPN／L， 總余氯質(zhì)量濃度在7.0 mg／L 以下， 2 種運(yùn)行狀態(tài)的出水水質(zhì)均遠(yuǎn)優(yōu)于GB 18466—2005 及GB／T 31962—2015 標(biāo)準(zhǔn)要求。采用次氯酸鈉消毒后出水中未檢出所要求控制的病菌及SARS-CoV-2。 該工程設(shè)計(jì)綠色環(huán)保， 平疫轉(zhuǎn)換方法經(jīng)濟(jì)可靠。