基于AO消毒工藝的醫(yī)院污水處理技術(shù)分析

摘 要：AO消毒工藝作為處理醫(yī)院污水的常用工藝，可以通過在各工藝單元增設(shè)相關(guān)輔助系統(tǒng)有效提高處理效果。本文通過試驗(yàn)結(jié)合工藝應(yīng)用數(shù)據(jù)，明確了在調(diào)節(jié)池、缺氧和好氧池以及消毒池增設(shè)攪拌器等設(shè)備對污水指標(biāo)的去除效果。結(jié)果表明，不同工藝單元的優(yōu)化措施僅對提高某些指標(biāo)的去除率有效。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，增加輔助攪拌和曝氣系統(tǒng)能保證出水達(dá)標(biāo)。人工是運(yùn)行的最大支出，因此未來應(yīng)用這項工藝可考慮減少人員配置。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院污水；AO；消毒工藝；優(yōu)化措施；人工

中圖分類號：X 799" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 醫(yī)院污水及工藝簡介

1.1 醫(yī)院污水水質(zhì)介紹

醫(yī)院污水具有復(fù)雜的特性，其中含有大量的有機(jī)物質(zhì)、微生物、藥物殘留物和化學(xué)物質(zhì)[1]。直接排放醫(yī)院污水會對周圍環(huán)境和公共衛(wèi)生安全造成嚴(yán)重影響，因此安全處理醫(yī)院污水的重要性不言而喻。某小型醫(yī)院采用AO消毒工藝處理醫(yī)院污水，進(jìn)水水質(zhì)見表1，出水水質(zhì)見表2，設(shè)計水量考慮一定富裕系數(shù)，為10m3/d。

1.2 處理工藝介紹

AO消毒工藝是一種將厭氧氧化和消毒工藝相結(jié)合的污水處理工藝，其在醫(yī)院處理污水方面有很有優(yōu)點(diǎn)。首先，它能高效去除醫(yī)院污水中的有機(jī)物質(zhì)，降低COD和BOD5等指標(biāo)，從而有效減少環(huán)境污染[2]。其次，該工藝能通過消毒階段有效殺滅污水中的病原菌和致病菌，降低傳染病的傳播風(fēng)險，保障人們的健康安全。此外，AO消毒工藝具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，能應(yīng)對進(jìn)水質(zhì)量的變化，保持穩(wěn)定運(yùn)行，適用于醫(yī)院污水處理。最后，該工藝的操作相對簡單，設(shè)備維護(hù)成本低，滿足醫(yī)院污水處理的實(shí)際需求[3]，工藝流程如圖1所示。醫(yī)院污水經(jīng)預(yù)處理去除大物質(zhì)后，首先，進(jìn)入缺氧池，在這個階段，厭氧細(xì)菌通過厭氧呼吸作用將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶解的有機(jī)酸。通過厭氧氧化反應(yīng)，有機(jī)物質(zhì)被降解為較小的有機(jī)酸和氣體[3]。其次，污水流入好氧池，這個階段主要是通過氧化和沉淀作用，進(jìn)一步去除有機(jī)酸和懸浮物[4]。在好氧池中，污水與空氣接觸，氧化反應(yīng)使有機(jī)酸進(jìn)一步分解和降解，同時懸浮物沉淀。處理后的污水進(jìn)入消毒池，通過添加適量的消毒劑，有效殺滅殘留的病原菌和致病菌，最后，出水排放達(dá)標(biāo)[5]。

2 工藝技術(shù)分析

2.1 污水預(yù)處理單元

2.1.1 集水井

集水井作為這項工藝污水收集的關(guān)鍵部分，為考慮醫(yī)院高峰用水產(chǎn)生的污水水量和后續(xù)工藝的處理負(fù)荷，集水井體積一般按水量×停留時間×系數(shù)計算，水力停留通常設(shè)計為1.5d。研究發(fā)現(xiàn)，污水收集單位作為接納污水的第一工藝單元，保證去除污水中大物質(zhì)能有效保證后端工藝的穩(wěn)定。為進(jìn)一步去除污水中大物質(zhì)，保證后續(xù)工藝穩(wěn)定運(yùn)行，集水井可考慮設(shè)置格柵去除污水中的大物質(zhì)。這項工藝設(shè)置粗細(xì)兩道65°傾斜的格柵，利用重力分離的原理，將密度比水小的油、渣分離出來[3]。其中，粗格柵的柵隙為20mm，柵寬為600mm，細(xì)格柵的柵隙為5mm，柵寬為600mm，雜質(zhì)去除率見表3。

2.1.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池在該工藝中起到均質(zhì)和暫存的重要作用，但同時也是臭氣的主要來源。根據(jù)污水流量和水質(zhì)特點(diǎn)，與集水井設(shè)計原理一致，其容積按水量×停留時間×系數(shù)計算。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)池增加一定的攪拌機(jī)制能有效提高其均質(zhì)效果[2]。因此，這項工藝為調(diào)節(jié)池增配了潛污攪拌器和曝氣管。攪拌器能有效地攪動污水，防止污泥沉積和酸化，曝氣管向污水中注入氧氣，提高污水的溶解氧含量，促進(jìn)后端微生物的生長和活動。此外，調(diào)節(jié)池設(shè)置氣味收集罩和排氣管道，將臭氣引導(dǎo)至氣味處理設(shè)施進(jìn)行處理，并在調(diào)節(jié)池中添加了氧化劑或臭氧等物質(zhì)，以降低臭氣的濃度。

增設(shè)攪拌混合系統(tǒng)前后預(yù)處理出水各污染物去除率對比結(jié)果見表4。與未增設(shè)攪拌器和曝氣管相比，增加相應(yīng)設(shè)備后，COD、BOD和SS的去除效果均有所提高，COD和BOD的去除率分別為從18%增至20%，而SS的去除率從15%增至20%。進(jìn)一步進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)，增設(shè)攪拌器和曝氣管能顯著提高SS的去除效果（P＞0.05），而對COD和BOD的去除率無顯著影響。該結(jié)果表明增設(shè)攪拌器和曝氣管能提高對污水中各種污染物的去除效果，主要是提高對SS的去除效果，增設(shè)攪拌混合系統(tǒng)主要在提升均質(zhì)作用，對降低生化性效果有限。

2.2 生化處理單元

2.2.1 缺氧反應(yīng)池

缺氧池的設(shè)計主要由進(jìn)水流量、污泥回流比、硝化液回流比、出水中攜帶的硝態(tài)氮濃度、硝化液回流的硝態(tài)氮濃度、缺氧池出口的硝態(tài)氮濃度以及停留時間確定。缺氧反應(yīng)池通過反硝化作用對污水進(jìn)行水解酸化作用，以降低其生化性去除污水中COD和BOD，其中所進(jìn)行的反應(yīng)較為復(fù)雜，具體可歸為以下幾類。

有機(jī)物降解：有機(jī)物+微生物→產(chǎn)物+微生物生長

以乙醇為例：C2H5OH+微生物→CO2+H2O+微生物生長

硝酸鹽還原：硝酸鹽+有機(jī)物+微生物→氮?dú)?產(chǎn)物+微生物生長

以硝酸鹽為例：NO3- +CH3OH+微生物→N2+CO2+H2O+微生物生長

硫酸鹽還原：硫酸鹽+有機(jī)物+微生物→硫化物+產(chǎn)物+微生物生長

以硫酸鹽為例：SO42- +CH3COOH+微生物→S2- +CO2+H2O+微生物生長

為提高反應(yīng)效果，可以考慮在池內(nèi)增設(shè)組合填料。使用組合填料可以增加反應(yīng)表面積，促進(jìn)微生物的附著和生長，從而提高水解酸化過程的效率，增設(shè)填料前后缺氧池出水各污染物去除率對比結(jié)果見表5。從表5可知，無論是增設(shè)40%和80%填料均能提高污水中COD、BOD、NH3-N和SS的去除率，但增設(shè)80%填料比40%填料效果更好。進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，增設(shè)40%和80%填料比未增設(shè)均能提高COD的去除率（P＞0.05），經(jīng)過兩種處理后提高了3%和8%的COD去除率（P＞0.05），同時增設(shè)80%填料比增設(shè)40%填料使COD的去除率也明顯提高，增設(shè)80%填料比增設(shè)40%填料明顯提高5%的COD去除率（P＞0.05）。與COD一致，增設(shè)填料對BOD的去除效果也呈現(xiàn)上述規(guī)律。增設(shè)40%填料能提高4%的BOD去除率，增設(shè)80%填料能提高9%的BOD去除率，增設(shè)80%填料較40%填料提高5%的BOD去除率（P＞0.05）。僅增設(shè)80%填料能提高NH3-N的去除率（P＞0.05）。與未增設(shè)填料相比，增設(shè)80%填料能提高3%的NH3-N去除率（P＞0.05）。增設(shè)填料雖能在一定程度上增強(qiáng)SS去除率的效果，但整體沒有顯著差異。

2.2.2 好氧反應(yīng)池

好氧池主要通過硝化作用進(jìn)而降低廢水的生化性，并通過氨氧化作用去除水中的氨氮，其具體反應(yīng)式如下。

有機(jī)物降解：有機(jī)物+微生物+O2→CO2+H2O+微生物生長

以葡萄糖為例：C6H12O6+6O2+微生物→6CO2+6H2O+微生物生長

氨氮氧化：NH4+ +2O2+微生物→NO2- +2H+ +H2O+微生物生長

以氨氮為例：NH4++2O2+微生物→NO2- +2H+ +H2O+微生物生長

硝酸鹽氧化：NO2- +0.5O2+微生物→NO3-+微生物生長

以亞硝酸鹽為例：NO2-+0.5O2+微生物→NO3- +微生物生長

好氧反應(yīng)池的容積主要通過日處理水量、水的停留時間和污水進(jìn)口COD平均濃度計算得出。為保證其去除效果，池內(nèi)可以增設(shè)填充率80%的組合填料。同時，可在采用這項工藝的好氧池中用特殊設(shè)計的高效內(nèi)循環(huán)射流曝氣系統(tǒng)，通過高活性的好氧微生物作用，降解大部分有機(jī)物。

增設(shè)填料和內(nèi)循環(huán)射流曝氣系統(tǒng)前后好氧池出水各污染物去除率對比結(jié)果見表6。由表6可知，無論是僅增設(shè)填料和增設(shè)填料，還是曝氣系統(tǒng)均能有效提高污水中COD、BOD、NH3-N和SS的去除率，增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)后，污水指標(biāo)的去除率效果最佳，除SS外均顯著高于其他處理。與未增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)相比，僅增設(shè)填料能提高4%的COD去除率（P＞0.05）。與未增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)相比，增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)能提高11%的COD去除率（P＞0.05），比僅增設(shè)填料提高了7%（P＞0.05）。僅增設(shè)填料對提高BOD去除率的效果并不顯著，與未增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)相比，增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)后，COD的去除率明顯提高9%（P＞0.05）。無論是僅增設(shè)填料和增設(shè)填料，還是曝氣系統(tǒng)均能提高污水NH3-N的去除率（P＞0.05）。與未增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)相比，僅增設(shè)填料能明顯提高6%的NH3-N去除率（P＞0.05），增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)能明顯12%的NH3-N去除率（P＞0.05），與僅增設(shè)填料相比，增設(shè)填料和曝氣系統(tǒng)能明顯提高6%的NH3-N去除率（P＞0.05）。

2.2.3 沉淀池

經(jīng)生化反應(yīng)后去除大量生化性的污水泵送至沉淀池進(jìn)行固液分離。沉淀池主要用于污泥回流，進(jìn)而使缺氧和好氧池中的污泥濃度達(dá)到15g/L，經(jīng)過不斷馴化形成的微生物菌群，對污水中部分較難生物降解的有機(jī)物也能逐步降解，沉淀池出水各污染物去除率見表7。

2.3 消毒單元

消毒單元采用二氧化氯法對沉淀后的上清污水進(jìn)行消毒處理，二氧化氯具有強(qiáng)氧化性和殺菌性能，可以有效地殺滅污水中的細(xì)菌和病毒，以保證排放符合糞大腸菌群指標(biāo)要求。為加強(qiáng)消毒效果，消毒池可以考慮配備潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤埽鲈O(shè)潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤?。消毒池出水各污染物去除率對比結(jié)果見表8。僅增設(shè)潛水?dāng)嚢杵饕约霸鲈O(shè)潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤芫茱@著提高類大腸桿菌的去除率，增設(shè)潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤軐μ岣呶鬯蓄惔竽c桿菌的去除率效果最佳。與未增設(shè)潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤芟啾?，僅增設(shè)潛水?dāng)嚢杵髂茱@著提高6%的類大腸桿菌去除率，增設(shè)潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤艿娜コ侍岣?1%，與僅增設(shè)潛水?dāng)嚢杵飨啾?，增設(shè)潛水?dāng)嚢杵骱痛┛灼貧夤茱@著提高5%的去除率（P＞0.05）。潛水?dāng)嚢杵骺梢云鸬骄鶆虻臄嚢枳饔?，保證二氧化氯與污水充分接觸，從而提高消毒效果。同時，由于二氧化氯不穩(wěn)定，會分解為氯氣和氧氣，增加穿孔曝氣管后，氧氣進(jìn)入，保證分解反應(yīng)向左移，保證其消毒效果。除此之外，穿孔曝氣管還有一定的攪拌混合作用，能促進(jìn)二氧化氯與污水更好的混合。

2.4 污泥處理部分

污泥沉淀池產(chǎn)生的污泥儲存在污泥池，并定期清理外運(yùn)。

3 工藝運(yùn)行分析

為驗(yàn)證這項工藝的設(shè)計、增設(shè)設(shè)備的效果以及應(yīng)用前景，本文對實(shí)際應(yīng)用工藝后的水質(zhì)進(jìn)行了檢測。項目經(jīng)安裝和調(diào)試后于2022年12月正式投入運(yùn)行，運(yùn)行和出水水質(zhì)穩(wěn)定，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)和出水見表9。其中，COD由251mg/L降至68mg/L，去除率為72.9%。BOD由164mg/L降至31mg/L，去除率為82.3%。NH3-N由140mg/L降至15mg/L，去除率為89.3%。SS由48mg/L降至12mg/L，去除率為75%。類大腸桿菌由50000MPN/L降至100MPN/L，去除率為99.9%，出水滿足《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18466－2005）中預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)《和污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/425－2009）要求。

為驗(yàn)證這項工藝的設(shè)計、增設(shè)設(shè)備的效果以及應(yīng)用前景，本文對應(yīng)用這項工藝的成本進(jìn)行了測算。該污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑以及人工費(fèi)用，具體運(yùn)行見表10。電耗主要來自各工藝水池的輸送泵、攪拌器運(yùn)行電耗、除臭系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和加藥設(shè)備的電耗。同時，在前期好氧和缺氧須投加污泥和藥劑且消毒單元須每日投加二氧化氯，兩者結(jié)合產(chǎn)生的平均藥劑費(fèi)為15元/d，最后是負(fù)責(zé)巡檢和定時清掏的運(yùn)行人員。整體運(yùn)行成本約為270元/d，其中以人員支出為運(yùn)行主要支出。為節(jié)省開支，同時這項工藝均為全自動運(yùn)行，無須人為操作且效果穩(wěn)定，因此可以考慮減少專門運(yùn)營人員配置，由醫(yī)院人員兼職也可完成運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，AO消毒工藝能有效滿足小型醫(yī)院的污水處理需求，但其在大型醫(yī)院的污水處理中的應(yīng)用還須進(jìn)一步考慮水量波動、消毒工藝以及除臭工藝等方面。后續(xù)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果和評估結(jié)果，提出工程的優(yōu)化改進(jìn)方案，包括池體結(jié)構(gòu)調(diào)整、曝氣設(shè)備改進(jìn)和優(yōu)化消毒劑投加方式等，進(jìn)一步提高處理效果和降低運(yùn)行成本。

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