“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排入污水處理廠，可在污水中繼續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定運行。

1 污水處理廠介紹

1.1 基本情況

某城鎮污水處理廠于2012年建成投運，設計處理規模為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的生活污水和部分類似于生活污水的工業廢水。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，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。污泥經帶式脫水機脫水后外運至水泥窯協同焚燒處置，尾水排入嘉陵江。為滿足環保要求，保護當地水環境，該廠2017年進行了提標改造，提標改造規模為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

(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，各池均配備一定數量的推流器，以保持污泥處于懸浮狀態。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，每座二沉池內設1臺單管式吸泥機。

(3)V型濾池。V型濾池按5.0×104m3/d規模設計，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脫氮除磷。同時，在好氧區出口投加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年水質數據可知(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

該污水處理廠規劃服務人口為36.5萬人，目前實際服務范圍內人口約18.7萬人。據統計，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期間(文中提及的春節期間特指春節后30 d)實際處理水量。由圖2(a)可知，隨著服務范圍內人口入住率的增加，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年春節期間服務范圍內的工業企業處于停產狀態，且居民區餐飲未營業，收水量減少，增幅明顯下降。

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

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

2.2 水質影響分析

表2為近3年春節期間該污水處理廠進出水水質統計。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，服務范圍內餐飲行業暫停營業，基本無餐飲廢水進入污水處理廠，導致進水BOD、COD偏低；同時，服務范圍內的醫院、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，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(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年春節前后SVI的對比。由圖3可知，2019年春節前后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年春節前后SVI呈上升趨勢，春節后期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，水泥窯協同焚燒處置是處理城鎮污水處理廠污泥最普遍的方式，疫情期間，受部分水泥生產企業停產的影響，污泥處置存在較大缺口。該污水處理廠春節期間正常污泥產泥量約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積累，增加了系統污泥濃度和污泥泥齡，不利于系統的正常運行。

(2)作業人員感染風險高。“水”是傳播病毒的重要媒介[3]，同時，瑞士衛生部門對污水處理廠腸道病毒監測分析結果表明，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操作人員感染的潛在風險點，廠內運維人員、化驗人員感染風險較高。

3 采取措施

在疫情期間，除了加強源頭水監控管理，加強與生態環境、衛生健康、城市排水等主管部門溝通聯動外，加強污水處理廠工藝運行參數控制和操作人員安全防護也至關重要。

3.1 優化工藝運行參數

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、系統污泥排出困難、活性污泥容積指數偏高以及出水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，控制好氧區末端溶解氧在1.0～2.0 mg/L。

(2)優化進水比例。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反硝化細菌需要的碳源。為提高缺氧區反硝化效果，優化了厭氧區和缺氧區進水比例，將原來厭氧區和缺氧區的進水比例由3∶2調整為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脫氮要求。

(3)適當降低生化池污泥濃度。根據厭氧-缺氧-好氧活性污泥法污水處理技術規范，食微比控制為0.05～0.15 kg BOD/(kg MLSS·d)[9]。目前，系統平均食微比偏低，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，生物系統污泥不能及時排出。通過在現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，確保活性污泥濃度與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，污泥排出受限導致磷在系統聚集，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，減輕了后續深度處理工藝的運行負荷，進一步優化了出水水質[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，具體投加量可根據出水水質進行適當調整。

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

(3)定期對預處理段產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進行優化，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，經過深度處理后，BOD、COD、SS的去除率已到達極限，與2020年春節期間相比(表2)，基本無明顯變化。優化后的平均出水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內磷的積累，以確保出水水質穩定達標。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，具有一定的環境效益。

表3 優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延后影響，該污水處理廠2020年春節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)通過優化工藝運行參數，出水TN、TP分別降低至8.87、0.2 mg/L，去除率較2020年春節期間分別提高了9.17%、4.85%，其余各項出水水質均優于一級A排放標準。

(3)絕大多數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。