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武汉火神山、雷神山新型冠状病毒肺炎专科医院污水处理站设计与运营管理分析
更新时间:2022-04-25 来源:净水技术 作者:曾 磊 何广松 王 艳 陈 聪 王建华 常 超

2020年春节前,新冠肺炎疫情突然在武汉市暴发,每日大量确诊患者让武汉医疗系统不堪重负,病床位数量严重不足[1-2],亟需新建新冠肺炎患者救治医院,缓解医疗系统压力。武汉市政府及相关部门选定武汉市蔡甸区知音湖畔的武汉职工疗养院旁侧预留的空置地块及武汉市江夏区第七届军人运动会运动员村3号停车场,作为收治新冠肺炎病患的火神山、雷神山应急医院的建设用地。火神山医院设计床位1000张,雷神山医院设计床位1600张,医院污水主要来自淋浴间、负压病房楼、ICU、医技部、休息室等场所排放的污水。该污水是一种低浓度污水,水质与一般生活污水类似,除含有有机和无机污染物外,还含有各种药物、消毒剂、解剖遗弃物等,以及大量传染性病菌、病毒和寄生虫,成分较为复杂,该污水必须经处理达标后方可排放[3-4]

根据国家相关法律法规、技术规范,参照同类型医院的污水处理方案[5],结合项目实际条件,2座应急医院污水处理站工艺均采用“预消毒接触池+化粪池+提升泵站(含粉碎格栅)+调节池+MBBR生化池+混凝沉淀池+接触消毒池”处理工艺,污水经消毒处理后泵送至市政管网,排入城市污水处理厂。污水站地基下方均按垃圾填埋场标准铺设防渗膜,雨水收集汇入雨水调蓄池后进行消毒处理,实现不让一滴污水流入环境的目标。2座污水处理站2月20日—4月15号共计56d的运营过程中,整体运营平稳,无重大安全生产事故。现对2座污水处理站的运营管理总体情况、重难点内容等进行总结分享,以期为其他医疗污水运营管理人员提供参考与借鉴。

1 项目概况

1.1 处理水源

医院污水按水质成分的不同,分为生活污水、特种污水和放射性污水3大类。其中,生活污水占比较大;特种污水包括化验室、手术室、药剂室排出的污水,含有重金属消毒剂、有机物质、酸、碱等有毒有害物质;放射性污水是放射性诊断、治疗等过程中排放的含有放射性同位素的污水。

1.2 水量水质

1.2.1 进出水水质

火神山、雷神山医院定位为传染病医院,污水主要为医院污水,参考同类医院污水数据,污水处理站进水水质指标如表1所示。

根据设计要求,火神山、雷神山医院污水经处理后排入市政管网;水质执行《医疗机构水污染物排放标准》(GB18466—2005)中传染病、结核医疗机构污水排放限值,如表1所示。考虑到生化系统调试周期较长(至少需10~15 d),与该项目紧急投入使用时间不匹配,参考小汤山医院的污水设计思路[5]。在医疗污水处理站建成后的系统调试期内,医疗污水通过“预处理消毒+气浮”处理后,出水水质满足《医疗机构水污染物排放标准》(GB 18466—2005)预处理标准(表1中预处理出水水质),即可排入市政管网;系统调试完成进入正式运行后,出水需达到表1中出水水质标准,方可排入市政管网。

1 设计进出水水质

Tab.1 Design Water Quality of Influent and Effluent

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1.2.2 设计水量

参考《医院污水处理工程技术规范》(HJ2029—2013)中水量设计计算方法,根据火神山应急医院设计床位数(N=000床),日均单位病床污水排放量[q=500L/(床·d)],考虑污水日变化系数(Kd=1.6),该医院设计污水量Q=q·N·Kd=800m3/d。按照40m3/h设计,为保证系统的安全稳定运行,再上1组同样规模的40m3/h的污水处理装置,日处理总规模为1920m3/d。

根据雷神山应急医院设计床位数(N=1600床),日均单位病床污水排放量[q=500L/(床·d)],污水日变化系数(Kd=1.6),该医院设计污水量Q=q·N·Kd=1200m3/d。雷神山医院污水经2套排水系统排出,其中,医护生活区污水经新建化粪池预处理系统(包括75m3钢筋混凝土池和配套管网)处理后,利用原有的排水体系排入市政污水管网;隔离区污水经新建污水处理站处理达标后,排入市政污水管网,实现医患污水分离。故雷神山医院污水处理站实际设计处理能力与火神山保持一致,按照2条40m3/h处理线设计,日处理总规模为1920m3/d。

1.3 处理工艺

武汉火神山、雷神山应急医院污水处理工程采用相同的处理工艺,即“预消毒+二级处理+深度处理+消毒处理”工艺,经消毒处理后的污水泵送至市政管网后,排入城市污水处理厂,具体工艺流程如图1所示。

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图1 火神山、雷神山应急医院污水处理工艺流程

Fig.1 Process Flow Chart of Wastewater Sewage Treatment Stations (Huoshenshan and Leishenshan)

1.4 工艺说明

火神山、雷神山医院污水首先进入预接触消毒池,预消毒工艺段位于管网末端、化粪池前。预消毒工艺采用液氯对医院污水进行预消毒,消毒后进入化粪池。

化粪池污水溢流进入污水提升泵站,经泵提升后,送入调节池进行水质和水量调节,向调节池内添加亚硫酸钠,对剩余部分余氯进行中和去除,以避免进入后端生化系统,抑制生化细菌的产生。

调节池出水进入生化处理系统,该系统采用MBBR生化处理工艺。该工艺在相同负荷条件下,具有HRT短、体积小、基建费用少、运行费用低等特点。通过生化系统处理可以去除污水中绝大部分COD、BOD、氨氮、TN及TP等污染物。

生化处理系统出水进入混凝沉淀池进行泥水分离,进一步降低出水SS浓度。

混凝沉淀池出水进入折流消毒池,在此添加消毒剂,确保杀灭剩余病毒及有害物质,保证系统出水安全性。

污泥经浓缩脱水后排入污泥贮存池暂存,后进入污泥脱水机脱水后,外运至危险废弃物处理厂焚烧处置,上清液回流。

对预接触消毒池、调节池、生化池、沉淀池产生的臭气进行集中收集和处理处置,统一收集后的臭气经风机送入尾气处理系统,经活性炭吸附和紫外杀菌消毒后达标排放。

1.5 参数设计

消毒池:火神山、雷神山应急医院污水处理消毒设计分为预消毒和二级消毒。其中,预消毒接触池设计规模为2组40m3/h,各组平均停留时间为3h,最大停留时间可达5h,预消毒设计投加量为40mg/L(以有效氯计);二级消毒设计流量为2组40m3/h,平均停留时间为3h,最大停留时间可达5h,单位加氯量为25mg/L(以有效氯计)。同时,消毒设备设计皆留有一定的富余能力,可根据实际情况灵活调整,充分保障消毒效果。

化粪池:主要功能为对医院污水中的悬浮物进行预沉淀,同时承担部分脱氯作用,降低后续调节池脱氯运行压力,化粪池出水进入提升泵站提升至调节池。化粪池选用有效容积为100m3的加强型玻璃钢化粪池5座。

MBBR生化池:本项目MBBR生化池按规模800 m3/d设计,采用钢制成品生化池,2套系统并联设计,单套处理工艺生化系统停留时间约5.6h,配套生化填料、鼓风机及曝气系统等。DO≥2mg/L;SV30为20~30;pH值为7.2~8.0;温度为15~40 ℃;MLSS为3 000~4 000 mg/L;单组停留时间为6 h。

混凝沉淀池:本项目混凝沉淀池选择集机械混合、絮凝、斜板沉淀于一体的高效沉淀池体,采用钢制成套设备2套(1用1备),单台混凝沉淀池设计流量为60m3/h,配套絮凝剂制备及投加系统1套。单套处理能力为60m3/h;PAC投加量为200~400 mg/L;PAM投加量为0.5~2 mg/L。

污泥脱水间:1座,砖混结构,尺寸为16.8m×4.2m;主要配套设备:叠螺污泥脱水机1台,处理量为12~20kgDs/h,1.17kW;活塞转子污泥泵2台(1用1备),Q=15m3/h,H=0.2MPa,N=1.49kW;PAM制备装置1台,Q=500L/h,N=1.5 kW;PAM加药计量泵2台(1用1备),Q=200L/h,N=0.2kW;PAC制备装置,Q=1000L/h,搅拌机N=1.5kW×2;PAC加药计量泵,Q=100L/h,H=0.2MPa,N=0.55kW。

1.6 主要设备

整个处理系统主要包括预消毒池、MBBR生化池、沉淀池、调节池、絮凝沉淀池、二级消毒池等,与之相配套的设备有潜水提升泵、Y型过滤器、搅拌机、叠螺脱水机、计量泵、加油桶等。

1.7 人员配置

火神山医院医疗污水运营团队人员总计22人,包括7名运营管理负责人,7名水处理操作工,1名电气维修人员,1名设备维修人员,同时设有2名安全防护防疫员,另有4名技术人员进行运营技术支持工作。

雷神山医院医疗污水运营团队人员总计21人,包括5名运营管理负责人,8名水处理操作工作,1名电气维修人员,1名设备维修人员,同时设有2名安全防护防疫员,另有4名技术人员进行运营技术支持工作。

1.8 监测指标及频次

检测指标:pH、COD、氨氮、总余氯,大肠杆菌群、出水量。

总余氯指标每日至少检测2次,COD和氨氮指标每日至少1次(取24h混合水样)。微生物指标在运营初期每日送检1次,运行正常后一周检测1~2次。pH每日监测指标对比2次。出水量每天持续跟踪监测。

采样频率:每4h采样1次,一日至少采样3次。

1.9 系统调试

污水处理站工程建设完成后,整体系统调试主要包括单机调试、设备联动调试和工艺系统调试。单机调试是在设备安装完成后,测试水密性、安全、控制系统、防晒等是否符合相关技术规定。设备联动调试是对系统所有设备、安装系统进行联动测试,验证整个系统在设计负荷时,是否能运行正常,是否达到技术规定要求,为下一步工艺系统调试做好准备。工艺系统调试主要是生化系统的调试运营,调试的主要工作内容包括污泥配种、工艺参数控制及调试运行。

考虑到目前污水水质、菌种来源、气候、项目进度等因素,采用接种法,利用临近市政污水厂好氧污泥(污泥指数为1000~2000mg/L)为种泥进行污泥培养。调试过程中每天以BOD5∶N∶P=100∶5∶1投加白糖、尿素、磷肥等营养底物,间歇进水。先曝气1h,再静置2h,曝气1h,重复操作。7d后,填料表面已全部挂上生物膜,第8d开始连续小水量进水,动态培养,不断调整进水量,控制溶解氧在2~4mg/L。火神山、雷神山医院污水处理站在调试运行的第3周左右,出水水质基本达到设计要求,并进入正式运行。

2 运行效果

2.1 处理水量

火神山医院污水处理设施最大设计水量为1920m3/d,2月20日—4月15日,累计处理水量28242.7m3,日最大处理水量为1467.2m3,日平均处理处理水量为504.3m3/d。雷神山医院污水处理设施最大设计水量为1920m3/d,2月20日—4月13日,累计处理水量28785m3,日最大处理水量为1279m3,日平均处理处理水量为533.1m3/d(图2)。

污水处理设施日处理水量受降雨量影响较大,当日降雨量>20mm时,系进进水水量显著升高。火神山、雷神山医院污水处理设施处理水量在2月27日(1467m3)、3月29日(1081m3)和3月30日(1319m3)达到处理高峰,是因为上述时间段均发生不同程度的降雨。4月9日和4月12日,雷神山医院处理水量为0,是因为患者数量减少,污水量降低,污水在系统中调节运转,无处理污水排出。

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图2 2座医院处理水量变化

Fig.2 Variation of Treated Water Volume in the Two Wastewater Treatment Stations

2.2 出水COD

火神山、雷神山医院污水处理设施出水CODCr设计标准为60mg/L。在整个运营过程中,火神山医院出水CODCr最大值为135mg/L,平均值为36.4mg/L。其中,2月20日、2月21日、3月9日、3月27日、3月31日出水COD超标,其余时间COD均达标。雷神山医院出水CODCr最大值为163mg/L,平均值为45.9mg/L。其中,2月20日—2月27日共计8d的出水COD超标,其余时间出水COD均达标(图3)。

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图3 2座医院出水COD变化

Fig.3 Variation of Effluent COD in the Two Wastewater Treatment Stations

火神山、雷神山医院污水处理设施在运营初期COD均发生不同程度的超标,特别是雷神山医院污水处理设施,分析原因可能是处理站生化系统完成调试后,污泥浓度相对较低,处理效果不稳定。火神山医院污水处理设施在运营期出现了3次出水COD超标现象,分析原因可能是3个时间段受到降雨影响,系统进水量增大,雨水的稀释作用导致进水有机物浓度下降,碳源不足,可生化性降低,导致生化系统有机物的生化性能下降。

2.3 出水总氯

火神山、雷神山医院污水处理设施出水总氯指标设计标准为6.9mg/L。在整个运行过程中,火神山医院污水处理设施出水余氯值最大值为39.18mg/L,最小值为7.26mg/L,平均值为13.00mg/L,出水总余氯达标,无不达标情况发生。雷神山医院污水处理设施出水总余氯最大值为10.3mg/L,最小值为7.2mg/L,平均值为7.9mg/L,出水总余氯达标,无不达标情况发生(图4)。

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图4 2座医院出水总氯变化

Fig.4 Variation of Effluent Total Chlorine in the Two Wastewater Treatment Stations

2.4 出水氨氮

火神山、雷神山医院污水处理设施出水氨氮指标设计标准为15mg/L。在整个运行过程中,火神山医院污水处理设施出水氨氮最高值为1.9mg/L,最小值为0.017mg/L,平均值为0.3mg/L,出水氨氮达标,无不达标情况发生。雷神山医院污水处理设施出水氨氮最大值为5.4mg/L,最小值为0.1mg/L,平均值为2.57mg/L,出水氨氮达标,无不达标情况发生(图5)。

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图5 两山医院出水氨氮变化

Fig.5 Variation of Effluent Ammonia Nitrogen in the Two Wastewater Treatment Stations

2.5 出水大肠杆菌群

火神山、雷神山医院污水处理设施出水氨氮指标设计标准在系统调试阶段<5000MPN/L,正式运行阶段<100MPN/L。在整个运行过程中,火神山、雷神山医院出水大肠杆菌群数一直≤1MPN/L,满足出水设计标准。

2.6 出水污泥

火神山、雷神山医院污水处理站污泥系统整体运行平稳,无重大设备故障及维修记录。污水处理站服务期间,由于MBBR生化工艺产泥量较小,总的产泥量(含水率≤80%)火神山约1.4t,雷神山约1.5t。火神山、雷神山封院之后,污泥由专用的密封负压运输车运至危险废弃物处置厂进行焚烧处置。

3 运营管理重难点

火神山、雷神山应急医院污水处理设施运营期间,运营管理重点、难点及应对措施主要包括以下3个部分。

(1)保证系统出水总余氯指标的稳定达标:为保证系统出水病毒与致病菌指标安全稳定达标,出水总余氯稳定达到设计标准至关重要。实际运营过程中,在预消毒和后接触消毒单元分别按照方案设计投加量进行消毒剂的投加,并及时跟踪监测生化系统进水及总出水中总余氯的浓度变化,保证进水总余氯浓度≤0.2mg/L,减少余氯浓度过高对生化系统微生物群落的毒害作用;保证出水总余氯浓度≥6.9mg/L,实现出水生物安全性稳定达标。然后,根据生化系统总余氯变化,实时调整预消毒单元消毒剂投加量。当总余氯超标时,采用亚硫酸钠中和预消毒产生的余氯,使总余氯浓度控制在0.2mg/L。

(2)保持生化系统处理效果的稳定:在污水处理设施运营管理阶段,系统处于低温环境,微生物细胞内的酶活性下降,物质代谢过程中各生化反应速度减慢,微生物的繁殖速度也随之减慢,不利于污染物的代谢分解。在实际运营过程中,为保证系统中一定的污泥浓度,根据进水水质情况,当进水中碳源不足时,以BOD5∶N∶P=100∶5∶1比例,针对性地投加尿素、二胺、白糖等营养底物,补充微生物营养剂,保障系统微生物的生长繁殖,提高污泥浓度。

(3)保障超量进水时,外排水全部消毒处理:系统调试及运营阶段,在2月15日、2月25日—2月26日、3月29日—3月30日出现强降雨,导致处理站超量进水,水质混浊,对生化系统的调试及正常运营造成巨大冲击,处理效果不稳定,无法实现出水达标。针对此情况,运营团队现场启动超量进水应急预案,腾空调节池,启用应急池,启动调节池超越生化系统程序,同时与雨水泵站联动,启动雨水加氯流程,确保外排水全部消毒处理,防止污水溢流污染现象发生。同时,与政府相关单位开展积极沟通,就超量进水应急阶段,系统出水执行表1预处理标准达成一致意见。

4 小结

本研究通过对火神山、雷神山医院污水处理项目的概况、处理设施的运行效果及运营管理的重点、难点等内容进行梳理。结果显示:火神山、雷神山医院污水处理设施正式运营期间,整体运行平稳,进水量无超设计水量情况发生;出水总余氯、氨氮均达到设计标准,无超标现象发生;出水COD在运营初期由于生化系统不稳定出现COD超标情况,在运营过程中,火神山医院污水处理设施出水COD由于降雨产生的冲击负荷出现COD几次超标情况。总体而言,火神山、雷神山医院医疗污水处理站在实际运行过程中,整体平稳,未出现停产造成污水溢流、处理水量超过设计最大水量、出水主要控制指标严重超标等情况,保障了疫情期间污水的正常处理。

参考文献

[1] DU TOIT A. Outbreak of a novel coronavirus[J]. Nature Reviews Microbiology,2020,18(3):123.

[2] LU H, STRATTON C W, TANG Y W. Outbreak of pneumonia of unknown etiology in Wuhan, China: The mystery and the miracle[J]. Journal of Medical Virology, 2020, 92(4): 401-402.

[3] 高圣华,张晓,张岚,等. 饮用水中病毒的健康危害与控制[J]. 净水技术,2020,39(3):1-8.

[4] 贾瑞空. 在新型冠状病毒疫情背景下排水监测应关注的重点[J]. 净水技术,2020,39(3):13-16.

[5] 黄晓家. SARS定点医院污水处理——小汤山医院二部设计[J]. 中国勘察设计,2003(7): 50-53.

作者简介

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曾磊

男,环境科学专业博士,高级工程师。2011年毕业于湖北大学生命科学学院,获学士学位;2017年毕业于中国科学院水生生物研究所,获博士学位。主要从事水环境生态修复、城镇污水处理等技术研究、运营管理工作。参与国家“十一五”、“十二五”水专项课题等5项。相关研究成果以第一作者发表在Ecological Engineering等英文SCI期刊上共计4篇,发表中文核心期刊文章共计10余篇。授权国家专利总计10余项,其中发明专利4项。


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