基于醫院污水處理的生物接觸氧化法綠色工藝應用

廖勇強，肖佑升，孔麗麗

(1. 廣東思綠環保科技股份有限公司， 廣東 廣州 510000 2.中山大學腫瘤防治中心， 廣東 廣州 510000)

1 引言

醫院污水排放由于設施投入不足、處理技術及效率低下致使其周邊環境遭受安全風險，同時醫院排污水中存在大量傳染性有害病原體、病毒物質等，當排污水不經科學處理而隨意排放后，極易降低周邊生態環境質量等級[1，2]。因此，在醫院污水處理過程中，應嚴格遵循國家標準(GB 18466-2005)規定，并經過合理的設計、優化和綠色處理方可排放。

目前，醫院污水處理中常用生物方法(生物接觸氧化法、簡單生化處理、膜生物反應器等)、化學方法(氯消毒法、臭氧消毒法等)和物理方法(紫外消毒等)[3，4]。相比較三者，物理紫外消毒法具備污水殺菌快、操作便捷和費用低等優勢，但其方法對醫院排污水質處理要求高；而化學臭氧、氯消毒法對污水細菌、病原體等病菌消殺效果可靠，操作便捷，但存在消殺過程毒害問題；相較前兩者，生物處理方法更為科學、經濟、安全和環保[5]。首先，該方法具備活性污泥、生物濾池的特點，在污水處理過程中，具備管理便捷、綠色環保且易清除醫院污水病原體、細菌效率高等特征優勢。在此基礎上，本文調查當前醫院污水危險性特征后，選取生物氧化接觸法，并進一步分析綠色工藝流程、機理、反應器特征等指標參數以及應用前景，以實現對醫院污水綠色環保、高效節能的處理。

2 醫院污水處理機理及綠色工藝分析

2.1 醫院污水特征及危險性分析

當前，國內對醫院排污水處理方式單一，造成實際處理過程中污染問題較多，同時污水排放處理中產生NO、SO2等有毒性氣態污染物：N、P等水體污染物、污泥等固態污染物形成二次污染，不僅影響區域生態環境安全，而且對區域居民健康也存在巨大風險隱患[6]。例如：2003年[7]，北京等地爆發“非典”病毒(簡稱SARS)，調查研究發現，區域內糞便等醫療排污水形成了傳染鏈，經醫院排污水輻射造成大規模人群感染SARS病毒。為此，在醫院排污水嚴重安全危機條件下，國內各級政府頒布了醫院排污準則，如《中華人民共和國水污染防治法》(1984年頒布)、《醫院污水排放標準》修訂并納入國家《污水綜合排放標準》GB8978-1996等控制污水排放標準，以進一步實現醫院排污水全面安全治理。

2.2 醫院污水處理技術分析

綜上，面對醫院污水造成的社會重大安全事故，本文經過科學且全面地試驗研究，依據醫院排污水性質、區域規模和流動動態等，經物理方法、化學方法和生物排污方法優勢特征對比分析后，以選取綠色、環保、安全的生物接觸氧化法綜合分析該工藝綠色處理流程、處理程度及處理效益。其研究結果表明，醫院污水生物接觸氧化法凈化處理流程，以預處理、主要綠色環保處理、后處理和二次循環處理等為主；依據處理程度，則以三級漸進式處理為主，其中，一級處理以去除醫院污水中懸浮物和生物需氧量(BOD)為主；二級處理則形成以生物法去除污水有機污染物為主(如COD、氰化物等)[8]；三級處理以去除污水水體富養化物質為主，例如通過生物接觸氧化法漸進式處理污水中有機污染物質；氮、磷、鉀元素氧化元素；氯、氰等毒害物質，最終各級協同，漸進發展實現醫院污水綠色凈化[9]。

2.3 醫院污水接觸氧化法綠色工藝流程

為精準掌握生物接觸氧化法處理醫院污水的原理、變化特征及綠色工藝鏈，本文在處理技術特征上，科學分析了生物接觸氧化法處理流程，結果如圖1所示。由圖1可知，生物接觸氧化法綠色工藝流程主體設備由調節池、水解酸化池、生物接觸氧化池、沉淀池和二次沉淀定量池組成；而系統功能則主要以污水回流、混合回流、沉淀、二次沉淀等為主。當進行污水綠色處理時，醫院污水首先通過格柵，經格柵攔截(過濾)污水中較大物質或懸浮顆粒物質，隨后通過過濾污水調節池保持的水質和水量指標穩定，其次，污水及混合液進入生物接觸氧化池(氧化池內置填料且填料配備生物膜)，其與生物膜接觸反應后將有機物質、毒害物質氧化分解，隨后形成新的生物膜降沉，實現無毒害、高效率的生物消毒[10]，最終，經新生物膜沉淀和二次定量沉淀后，通過消毒池排除凈化水，以此，將廢水轉化為凈化水，實現醫院廢水資源循環利用的同時保證區域生態環境安全。

圖1 生物接觸氧化除污消毒工藝流程示意

3 生物接觸氧化法實驗設計分析

3.1 生物接觸氧化法機理分析

目前，隨著“十四五”生態環境保護政策[11]的出臺和醫院污水處理科學技術的愈發成熟，使具備環保、安全、高效技術特征的生物接觸氧化法使用頻率逐步上升[12]，為此，本文分析生物接觸氧化法機理特性以掌握醫院污水生物處理綠色工藝。在處理過程中，生物氧化以自身生物膜吸附性、氧化性將污水有機物質、大量元素吸附、分解和轉化為新生物膜，及在生物接觸氧化池中，微生物補充水中氧化物，使廢水不斷失去溶解氧，進而消除廢水中的危害性物質，將廢水變為凈化水，如式(1)所示的吸附分解反映過程。同時，在工藝流程中，生物接觸氧化法在消解、沉淀、轉出等處理過程中機理存在以下特征：①生物氧化接觸法在處理過程中由于其微生物附著填料的表面積大，氧化條件充足，使池內單位體積內容積負荷量遠超剩余其余工藝方法；②生物接觸氧化池在工藝流程中由于不受污泥膨脹的影響，因而其工藝具備高效、管理便捷的特性；③生物接觸氧化池內水質水量調節變化適應力強。

(1)

3.2 生物接觸氧化法反應器特征分析

由于醫院污水中存在大量有機或無機污染物質，因而在醫院污水處理中需以化學、物理或生物方法綠色工藝流程處理，相比化學方法和物理方法，生物接觸氧化法在吸附、消解、沉淀等過程受環境變化影響較大，易造成微生物質和量改變，進而綠色工藝處理過程(生物反應速度、吸附、沉淀、F/M值)也隨之持續變化。在此基礎上，為保持生物接觸氧化池內穩定，提高污水去除效率，控制工藝靈活性和強化處理流程水質水量適應性，通過設計推流式水流反應器以保持污水生物處理的能力，其中，反應器設備通過式(2)～式(4)進行管道能力計算分析。

設計采用的污水泵管道經濟流速μ1，則管道截面積Fa：

(2)

管徑d1為：

(3)

管徑d2為；

(4)

式(2)～式(4)中：Qamax表示最大設計流量，單位：L/h，生化反應器到沉淀池管、排孔管、出水排水管等自流；μ1表示自流經濟流速，單位：m/s。

為更進一步分析生物接觸氧化法反應器變化特征，以明確生物氧化法處理污水能力和實際效果，本文通過假設反應器容積，進行反實驗參數、水質、流量變化分析，結果見式(5)所示：當反應器所設計平均處理量為500 L/d時，填料高、氧化槽寬為特征值時；設填料體積負荷：0.48 kgCoD，則接觸氧化池有效容積為：

(5)

式(5)中：Qa表示污水量，單位：m/d；Sa0表示進水濃度，單位：mg/L；Sa1表示出水濃度，單位：mg/L。

通過公式(5)對污水量、進水濃度、出水濃度、氧化池質量、反應器變化特征和容積進行了相關分析，結果表明，反應池質量與污水量、進、出水濃度成反比，則當保持生物接觸氧化池進、出水濃度和質量維持不變時，則可以通過增大污水量以增加氧化池有效容積，進而使生物接觸污水氧化面積增加，以此通過調整反應池參數指標實現醫院污水處理過程中水量容升控制和綠色凈化處理效率。

3.3 污水凈化效率分析

表1 污水凈化效率分析

4 接觸氧化法綠色工藝實際應用分析

由于生物接觸氧化法處理工藝相較傳統污水處理技術其比表面積、氧利用效率、污水凈化效率更出色，同時具備低動力、經濟損耗和需求時間短，因而使該方法應用范圍廣泛，去污效果顯著[14,15]。在此基礎上，本文通過表2 醫院污水排放水質標準指標分析了接觸氧化法綠色工藝的實際應用效果。由表2可知，該水質鎘元素COD指標排污水質為600～900，硫元素COD指標范圍為30～120，兩指標均值遠超國家排放標準規定，而經過處理后發現其結果均滿足指標標準，表明接觸氧化法形成的生物膜能對不同元素COD指標進行吸附、沉淀、消殺等過程，有效凈化了重污染水質，滿足了區域水環境生態保護和和安全的實際應用。

表2 污水排放指標(水質)標準分析

5 結論

本文通過分析醫院污水處理中生物氧化法機理及工藝，反應器及凈化效率特征，實際應用效果和應用范圍，以此得到以下相關結論：

(1)當單位體積內處理負荷量高時，生物接觸氧化法在醫院污水處理中處理效果更優，同時對池內水質水量調節變化適用力強。

(2)由于生物氧化池負荷量高，同時不受污泥膨脹影響，降低了基建經濟成本，使該凈化方法具備管理便捷、易操作等特性。

(3)生物接觸氧化法工藝中不需要污泥回流設備，減少設備投資，降低污水運行成本，且能通過反應器變化特征，掌握醫院污水處理過程中水量容升控制和工作效率等。