新冠疫情初期應急醫療設施污水處理站設計實例分析

牛住元，劉諾亞

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

自2020年2月起，各地紛紛建設應對新冠肺炎疫情的應急醫療設施，其中包括新建的醫療院區以及改造的發熱門診。此類設施排出的污水可能含有大量的病菌和病毒，且新冠病毒有通過糞口傳播的風險，常規的消毒工藝已不能滿足對病菌“萬無一失”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，對高溫和紫外線敏感，含氯消毒劑對其有較好的滅活效果，因此，強化消毒處理可確保病毒的殺滅[1]。此外，若按照傳統的傳染病醫院選擇生化處理工藝，則污泥馴化、調試運行的周期過長，且消毒劑大量使用會導致污水余氯量偏高，生化處理效果將難以保證。

某應急醫院是在現有院區地塊上新建的設施，位于整個院區的西南方向。原有院區建有規模為2 500 m3/d的污水處理廠，處理工藝為二級生化處理+常規消毒工藝。為應對新冠肺炎疫情，做好源頭消毒，切斷病毒傳播途徑，需新建一座污水處理設施，主要針對病毒、細菌及有毒有害物質的去除，而去除BOD5、氨氮等指標退居其次。因此，該應急醫院的污水處理采用預消毒+化糞池+二級消毒+物化處理+三級消毒組合工藝設計。

1 設計水量及水質

1.1 設計水量分析計算

應急醫療設施與傳統的傳染病醫院相比功能不完全具備，其用水量應根據醫療功能確定。考慮到安全性和排水系統的密閉性，排水量不考慮折減系數，等于設計給水量。

1.2 處理水質要求

由醫院提供的污水水質(表1)可知，院區排放的污水中病原細菌數、病毒和化學藥劑量大大超標，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病毒等微生物指標的去除，保證處理過程中的生物安全性。其次，污水中SS、CODCr等指標較一般綜合醫院略高，應結合應急醫院特點，選擇恰當的工藝提高此類指標去除率。

表1 應急醫院污水水質Tab.1 Sewage Quality of Emergency Hospital

依據環境影響評價文件要求，整個院區污水經處理后的出水指標要求同時達到《污水綜合排放標準》[3]規定的一級排放標準、《水污染物排放限值》第二時段一級標準、《城鎮污水處理廠污染物排放標準》[4]一級A標準以及《醫療機構水污染物排放標準》[5]，具體指標如表2所示。

表2 水質排放指標Tab.2 Water Quality Discharge Indices

圖1 應急醫療設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，采用三級消毒工藝，最大程度保障消毒效果，杜絕病毒擴散，同時以物化處理單元代替二級生物處理，可使出水SS、CODCr指標達標。在超磁處理單元，污水中大部分懸浮有機物和微生物胞體等在此階段被有效去除。沉降下來的污泥經過磁種回收設備后進入污泥處理設備，連同其他工藝單元積蓄的污泥進行污泥脫水消毒處理。在平板陶瓷膜超濾單元，難去除的有害物質和細菌進一步被截留，最后通過紫外線消毒后出水進入現有院區污水站，處理達標后排放。

該工藝在保障各處理單元具有足夠水力停留時間(HRT)的基礎上，采用三級消毒加物化法，整體流程安全環保、運行穩定可靠，處理效果受環境條件影響小，可確保傳染性病菌、病毒的去除。

3 主要處理單元設計分析

3.1 前處理系統

根據《醫療機構水污染物排放標準》[5]規定，傳染病醫療機構需有預消毒處理，并設專用化糞池收集經消毒處理后的糞便排泄物等傳染性廢物。

(1)預消毒池

預消毒目的是確保污水處理站后續運行安全，提高新型冠狀病毒的滅活效果。根據最新發布的標準規定，預消毒的接觸時間不小于1 h，此工藝設計的預消毒池有效容積為150 m3，分為兩組。該工藝采用次氯酸鈉消毒，其優點是作用迅速、對生物病毒或有機分子有毒物質的消毒效果較明顯、價格較低且次氯酸鈉產生的有毒害副產物較少、對后續工藝的影響小，投加有效氯量為20 mg/L。

(2)化糞池

在材料集裝運輸環節中，需要注意的：①應當充分的考慮集裝箱的尺寸規格。②提前針對材料和設施進行深化設計，設計原則應當遵循。③積極的引入裝配式理念，材料尺寸符合集裝箱尺寸。④在材料連接處設計插芯連接，保證運輸過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物的沉淀池。本設計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。該設計滿足相關國家污水處理設計規范中污水在化糞池中停留時間不少于36 h的要求?；S池間隔一定時間清掏一次，其污泥作為危險廢物運走單獨處理。

3.2 超磁一體化及二級消毒系統

(1)超磁一體化設備

超磁分離水體凈化技術是利用加載沉淀的分離原理，在絮凝反應過程中，通過在非磁性或弱磁性的污水里添加磁種，使本身無磁性的污染物質帶上磁性，在高梯度超強磁場作用下，實現對水體中污染物的快速分離去除。此設備采用的磁感應強度為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氧化物，保證氨氮去除率。處理完成后超強磁場截留下的污染物進入專用磁種回收設備，將污泥與磁種進行分離，磁種可回收利用，而污泥經污泥泵送至疊螺機進行脫水處理。此物理技術相對于傳統生化法有顯著優點：出水穩定，受水質水量變化、加氯量的影響??；處理效率高，流程短，總處理時間約為5 min，磁盤可瞬間產生大于重力640倍的磁力；運行費用較低，采用微磁絮技術[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備，系統集成度高，模塊化組裝，全自動化控制，消毒徹底，無氣溶膠產生。

(2)二級消毒系統

二級消毒系統采用三氯異氰尿酸，此類消毒劑的有效氯含量比次氯酸鈉更高，達到90%，且性能更為穩定，反應快速，作用時間短。研究表明，三氯異氰尿酸對污水中細菌繁殖體、真菌、病毒等滅活效果好，且能較好控制余氯量[7]。二級消毒池采用與調節提升池規格尺寸相同的100 m3+50 m3地埋式成品玻璃鋼罐，有效HRT為3 h。

3.3 超濾及三級消毒系統

(1)平板陶瓷膜超濾凈化系統

采用2套一體化箱體，規格為8 m×2.5 m×2.5 m，平板膜孔徑為0.1 μm，共1 000 m2膜組，均為全自動控制。超濾凈化系統主要依據“物理篩分”理論[8]，利用物質分子在一定膜孔徑內的滲透率不同，以膜兩側的壓力差為驅動力，使水和無機鹽等小分子物質透過膜，而水中的懸浮物、膠體和微生物等大分子物質被截留，從而實現污染物的有效去除。

(2)三級消毒系統

為避免病毒擴散，保障出水質量，超濾設備出水在排入原院區污水處理站前再經過紫外消毒殺菌裝置，確保水中殘留的細菌病毒能被快速滅活。采用過流式紫外消毒殺菌裝置，超濾和紫外線消毒在一定范圍內對余氯的影響較小，同時在線監測余氯含量，若不達標，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

所有的水處理構筑物均接有尾氣收集管，將設備運行中產生的尾氣進行密閉收集，輸送至尾氣處理間，處理完的尾氣高空排放。采用光氧催化聯合活性炭吸附工藝處理廢氣，活性炭吸附能力強，具有風阻小、維護方便等特點，而光氧催化技術能高效分解空氣中的氧分子，產生強氧化性物質，達到除臭及消毒的作用。

3.5 HRT分析

污水處理全流程HRT計算如表3所示。

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

由表3可知，污水從預消毒到三級消毒的全流程HRT，若根據每個構筑物的設計流量最不利條件計算，總HRT為50 h；若根據全天污水量和構筑物總容積進行核算，總HRT可達60 h，均滿足《新型冠狀病毒感染的肺炎傳染病應急醫療設施設計標準》[9]中從預消毒池至末端消毒出水的總HRT不小于48 h的規定。較長的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，減少消毒副產物對環境的影響，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中的自然死亡率也能保證對環境水體的影響降至最低。

4 技術經驗總結

應急醫療設施的排水水質特點鮮明，處理設施建設周期短，時效性高，須與建筑主體保持一致，同步完工及投入使用。通過實際項目設計和建設實踐，技術經驗總結如下。

(1)預消毒+化糞池+二級消毒是應急醫療設施污水處理的核心技術措施，重點把控病毒、細菌等生物指標的達標，以及未知病毒和病原體的去除。根據應急項目需要快速啟動運行的特點，采用了高效環保、出水水質穩定的物化工藝組合，可保證SS、CODCr等指標處理達標，對于BOD5、總氮等需生化處理的物質，若無法達標，后續出水進入原院區污水處理站，可保證達標排放。相對于原污水處理站，新建污水處理站具有建造快速、運行更為穩定、管理方便等優點，適于疫情暴發初期投產使用。

(2)應急醫療設施污水處理單元應集中布置，獨立處理區域，避免污染源分散不易控制。本設計中預消毒池至末端出水的全部處理工藝設備和構筑物集中布置在一個完整的區域，并且位于當地夏季主導風向的下方。

(3)應急醫療設施污水處理構筑物及設備受工期緊、采購限制，選用集成程度高的一體化設備。當采購非標產品代替消毒池或提升池時，應對內部結構對于水流狀態的影響進行評價，并進行改造，確保水流混合均勻，避免造成短流，形成死水區。