關(guān)于加強(qiáng)城市凈水廠病毒去除與控制的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

徐海燕

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

病毒對(duì)細(xì)胞的致病作用，主要包括病毒及其衍生物對(duì)細(xì)胞的直接損傷和機(jī)體免疫病理反應(yīng)。病毒是水中一類(lèi)重要的病原微生物，飲用水中常見(jiàn)的四大病毒：腸道病毒、肝炎病毒、輪狀病毒、以新冠肺炎及SARS 為代表的冠狀病毒。這幾類(lèi)病毒在水中存活時(shí)間幾天到上百天不等，如SARS 冠狀病毒在體外自然環(huán)境中存活時(shí)間較長(zhǎng)，室溫24℃下在尿液中可存活10d，在腹瀉患者的痰液和糞便里存活5d 以上，故病毒在飲用水中存活為其致病提供途徑。本文以當(dāng)下水廠工藝及運(yùn)行管理模式進(jìn)行分析，對(duì)比病毒去除率，具體分析如何優(yōu)化水廠工藝及管理方式，達(dá)到更好的病毒去除效果，為今后水廠設(shè)計(jì)及供水企業(yè)在疫情期間更好地控制生物風(fēng)險(xiǎn)確保飲用水安全提供參考和借鑒。

1 現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)病毒要求

我國(guó)現(xiàn)行的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)沒(méi)有明確限定病毒的最高允許濃度，但書(shū)中對(duì)濁度和消毒有嚴(yán)格的規(guī)定和要求，保證了飲用水處理工藝對(duì)病毒的去除和滅活。美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局(USEPA)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)病毒的削減率不低于99.99%。現(xiàn)有水廠常規(guī)處理工藝、臭氧活性炭(O3-BAC)深度處理工藝、超濾工藝以及后續(xù)的消毒工段對(duì)病毒均有去除效果。證飲用水處理每道工藝運(yùn)行正常及足夠的消毒劑濃度和接觸時(shí)間(CT 值)，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)充分的消毒效果。下面討論在工藝上的優(yōu)化對(duì)于病毒去除效果。

2 水廠設(shè)計(jì)工藝上的優(yōu)化措施

2.1 增加深度處理工藝

為了增加飲用水安全性與口感，僅有常規(guī)處理的水廠如果有條件應(yīng)升級(jí)改造增加深度處理，對(duì)即將新建的水廠，深度處理應(yīng)重點(diǎn)考慮。常用的深度處理包括：臭氧-活性炭、超濾納濾等工藝，臭氧對(duì)病毒的滅活效果很好，疫情期間，建議適當(dāng)增加后臭氧投加量，可為病毒的強(qiáng)化去除增加一級(jí)屏障。對(duì)于采用超濾膜工藝替代常規(guī)處理工藝的水廠，由于超濾除濁性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)工藝，有些小孔徑的膜去除病毒的效果會(huì)更好。但當(dāng)膜絲發(fā)生斷裂時(shí)，會(huì)出現(xiàn)病毒的泄漏。因此，在運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)顆粒

物在線監(jiān)測(cè)，以確保膜絲的完好率。為安全起見(jiàn)，超濾水廠也要重視前端的常規(guī)處理去除濁度和后續(xù)的消毒處理。

2.2 全封閉加蓋工藝用于濾池

濾池在運(yùn)行時(shí)候需要反沖洗，反沖洗時(shí)候易形成氣溶膠，如果水中存在病毒，為病毒傳播提供了可能，故濾池設(shè)計(jì)時(shí)可加蓋處理，既可以防凍又防止氣水反沖洗時(shí)形成氣溶膠，有效阻斷病毒傳播。

3 運(yùn)行管理上改進(jìn)

在特殊時(shí)期，各水廠，特別是尚未對(duì)水處理工藝進(jìn)行升級(jí)改造的水廠，應(yīng)全面加強(qiáng)各工藝環(huán)節(jié)的運(yùn)行管理，保障水廠穩(wěn)定運(yùn)行，有效控制出廠水濁度，保證管網(wǎng)余氯[2]，保障水質(zhì)安全。具體技術(shù)措施如下。

3.1 加強(qiáng)常規(guī)處理工藝的運(yùn)行管理，控制濾后水濁度小于0.3NTU

依據(jù)美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局飲用水病毒去除技術(shù)指南，當(dāng)濾后水濁度在0.3～1NTU 時(shí)，病毒去除率一般為90%以上；而當(dāng)濾后水濁度低于0.3NTU 時(shí)，病毒去除率可達(dá)2log，即99%[3]。

因此，在疫情發(fā)生期間，運(yùn)行管理上可以采用以下措施：

(1)適當(dāng)增加藥劑投加量，加強(qiáng)對(duì)過(guò)濾工藝的運(yùn)行管理，采取強(qiáng)化混凝與沉淀運(yùn)行模式，將濾后水濁度降低到0.3NTU 以下，從而病毒去除率達(dá)到99%。

(2)情況允許時(shí)，減小瞬時(shí)處理量，主要是降低沉淀池表面負(fù)荷。如：非24h 運(yùn)行水廠，可暫停間歇時(shí)間，實(shí)行24h 運(yùn)行，將備用凈水設(shè)備或工藝投入運(yùn)行等措施降低瞬時(shí)處理負(fù)荷以提高出水水質(zhì)。

3.2 強(qiáng)化水廠消毒工藝，保障管網(wǎng)水余氯量

消毒是病毒去除的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。病毒的滅活效果主要取決于消毒劑的類(lèi)型以及消毒工藝的CT 值(表1)。在病毒滅活能力方面(基于腸道病毒的數(shù)據(jù))，臭氧最強(qiáng)，自由氯其次，二氧化氯次之，而氯胺很差，紫外線消毒對(duì)病毒的滅活效果與病毒種類(lèi)密切相關(guān)[4]。對(duì)采用氯胺消毒的水廠，應(yīng)先用自由氯在清水池進(jìn)行充分接觸消毒，在出廠前加氨形成氯胺。水廠應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管網(wǎng)及末梢余氯的檢測(cè)，保證管網(wǎng)中的余氯量，有利于保證自來(lái)水的生物安全性。

表1 混凝、沉淀、過(guò)濾等水處理過(guò)程對(duì)病毒的去除效果

表2 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》消毒劑余量和接觸時(shí)間相關(guān)要求及CT值

表3 不同消毒劑病毒滅活的CT值和劑量

3.3 防止膜絲發(fā)生斷裂，保障膜系統(tǒng)運(yùn)行效果

膜處理工藝近年在我國(guó)的應(yīng)用日益廣泛，按過(guò)濾孔徑大小一般可分為微濾(10μm～100nm)、超濾(100～10nm)、納濾(10nm～1μm)和反滲透(＜1nm)。新冠病毒大小約100nm(即約0.1μm)，微濾對(duì)病毒濾除能力相對(duì)較弱，應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)消毒予以補(bǔ)充；超濾、納濾和反滲透工藝除濁、除病毒性能優(yōu)異，出水中病毒去除率保守可達(dá)3log 以上。但當(dāng)膜絲發(fā)生斷裂時(shí)，會(huì)出現(xiàn)病毒的泄漏[5,6]。運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)(如濁度)和運(yùn)行狀況巡查，保證膜設(shè)備正常運(yùn)行，保障膜系統(tǒng)運(yùn)行效果。同時(shí)加強(qiáng)濾后水管網(wǎng)消毒，保障管網(wǎng)持續(xù)消毒能力。

3.4 疫情期間污泥處理考慮

目前我國(guó)對(duì)于污泥中病原體的控制標(biāo)準(zhǔn)約束較為寬松，需加強(qiáng)污泥中病原菌滅活的試驗(yàn)和研究，并制定病原體的指標(biāo)和限值。像新型冠狀病毒是包膜病毒，容易被殺毒劑殺死，因此在污泥預(yù)處理段投加消毒劑是重要且有效的控制病原體的措施。好氧發(fā)酵、厭氧消化、石灰穩(wěn)定、熱干化和射線輻射等處理方式都可以有效減少病原體[7,8]。疫情期間，為了減少暴露風(fēng)險(xiǎn)，污泥的處置方式宜采取封閉性較好的車(chē)輛運(yùn)出水廠，后續(xù)采用焚燒或協(xié)同焚燒的方式處理。

4 結(jié)語(yǔ)

為了應(yīng)對(duì)去除飲用水中糞口傳播病毒，保證飲用水安全，水廠設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)應(yīng)：

(1)充分做好水源地安全防護(hù)，提高重點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)頻率，加強(qiáng)泵站、廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員安全防護(hù)與培訓(xùn)，定期對(duì)場(chǎng)地、設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行消毒等。

(2)水廠設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮深度處理工藝如臭氧-活性炭、超濾納濾等工藝，增加飲用水安全及口感。

(3)設(shè)計(jì)濾池時(shí)應(yīng)考慮全封閉加蓋用于防止氣溶膠。

(4)病毒易在沉淀池污泥和反沖洗水中富集，在疫情發(fā)生期間，可適當(dāng)降低排泥頻次，不宜將沉淀池排泥水和濾池反沖洗水回用到處理工藝系統(tǒng)中。

(5)減少或停止絮凝、沉淀池漂浮物清理，確需清理時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)人員保護(hù)，清理的浮渣應(yīng)加蓋儲(chǔ)存或投加消毒劑消毒后再處理。

(6)因病毒存在通過(guò)提升泵、濾池氣水反沖洗產(chǎn)生的飛沫進(jìn)行傳播的可能，建議水廠相關(guān)人員在運(yùn)維工作中佩戴口罩等防護(hù)用品做好自我安全防護(hù)。因口罩被水浸濕后其防護(hù)性能將大幅下降，工作中若口罩被水浸濕，應(yīng)馬上更換。

(7)考慮疫區(qū)或病例活動(dòng)區(qū)域水源可能存在的病毒暴露風(fēng)險(xiǎn)，建議疫情期間盡量采用在線監(jiān)測(cè)或加強(qiáng)人員保護(hù)后實(shí)施人工監(jiān)測(cè)。