大型平戰結合醫院污水處理站設計實例

王夢影， 劉兵， 黃金友， 劉波， 何慶國， 李鴻斌

（中建三局第一建設工程有限責任公司， 武漢 430040）

平戰結合醫院指在符合平時醫療服務要求的前提下， 滿足疫時快速轉換、 實現救治需求的醫院。為日后更好應對重大突發公共衛生事件， 平戰結合醫院成為未來醫院建設的首選方向［1-2］。 其污水處理站除了滿足平時的污水處理功能之外， 還應在疫時能夠阻斷傳染病原體經水傳播， 對于防止傳染病大面積擴散至關重要。 《綜合醫院“平疫結合”可轉換病區建筑技術導則》中明確指出了污水處置的重要性， 醫院類工程設計規范也已重新修訂， 這給污水處理站的設計帶來新的挑戰。

本文以武漢某新建大型平戰結合醫院為例， 詳細介紹了污水處理站的設計方案及處理工藝， 給出了平疫轉換應用模式， 以期為同類型工程建設提供參考。

1 工程概況

該醫院設計床位2 000 張， 平時作為國家三甲老年病?？漆t院及國際化康養醫療服務中心， 疫時轉換為傳染病醫院。

整個院區污水包括生活污水和醫療廢水。 生活污水來自限制區， 主要為行政辦公樓、 倒班宿舍區域； 醫療廢水來自隔離區， 包括醫療綜合樓及限制區以外其他區域， 水質中或含有致病菌、 病毒等有害物質。 生活污水和醫療廢水采取分質、 分流處理， 生活污水經化糞池后達標排至城市污水處理廠， 醫療廢水經化糞池后進入污水處理站， 再經二級處理達標排至城市污水處理廠。

污水處理站采用“預處理（含消毒）+二級處理+消毒”工藝， 設置2 套污水處理設施， 總處理規模為2 400 m3／d， 設計每天運行16 h。 平時2 套污水處理設施按周期輪流運行， 疫時2 套污水處理設施滿負荷運行。

2 設計水量、 水質

2.1 平時狀態下設計水量、 水質

平時狀態下， 生活污水設計水量為166.5 m3／d， 排放執行GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級標準［3］。 醫療廢水設計水量為914.5 m3／d， 排放執行GB 18466—2005《醫療機構水污染物排放標準》預處理標準［4］。 生活污水及醫療廢水中的NH3-N 執行GB／T 31962—2015《污水排入城鎮下水道水質標準》中的B 級標準［5］。 設計進出水水質見表1。

2.2 疫時狀態下設計水量、 水質

疫時狀態下， 本項目轉換為傳染病醫院， 生活污水設計水量為170.8 m3／d， 進出水水質及濃度指標與平時狀態相同（見表1）， 不同的是污水產生量及排放量增多， 排放同樣執行GB 8978—1996 三級標準。 醫療廢水設計水量為1 971.6 m3／d， 設計進水水質及濃度指標同表1； 排放執行GB 18466—2005 規定的傳染病、 結核病醫療機構水污染物排放限值（日均值）， 其中NH3-N 按照GB／T 31962—2015 中B 級標準執行。 本項目地處長江流域， 醫院建設要求質量標準高， 綜合考慮經濟、 環境、 社會效益和當地自然氣候條件及院方要求， 污水處理站的出水排放控制限值相較于執行標準更加嚴格。疫時狀態下， 醫療廢水除執行上述標準外， 對腸道致病菌、 腸道病菌、 結核桿菌及SARS-CoV-2 病毒提出了“不得檢出”的嚴格要求， 主要出水水質指標控制限值如表2 所示。

3 污水處理工藝

針對醫療廢水具有含病原微生物、 有機溶劑、消毒劑的特點， 目前常用的處理效果較好的生物處理工藝主要有活性污泥法、 生物接觸氧化法、 膜生物反應器等。 活性污泥法水質適應性強， 但停留時間較長， 生物脫氮效果差［6］， 且產生污泥量多， 曝氣量大， 不適用于傳染病醫院［7］。 膜生物反應器設備結構緊湊， SS 和病原體去除率高［8］， 但造價高，耗能高， 運行管理復雜， 適用于負荷較小的醫院改造工程［9］、 應急醫院工程［7-10］， 大型綜合醫院污水處理工程應用該工藝較少。 生物接觸氧化法對水質水量變化適應性強， 容積負荷高， 污泥量少且不受污泥膨脹影響［11］， 適用于具有復雜醫藥成分污水的處理［12-14］， 同時該工藝經濟成本較低， 工藝操作及管理效率較高， 在大型綜合醫院中應用較多， 且效果較好［6，15］。

考慮到本醫院項目規模大， 兼具平疫轉換功能， 且綠色環保要求高， 經過綜合比選， 本污水處理站采用生物接觸氧化法， 預處理部分采用預消毒-格柵間-調節池， 核心生化部分采用Waterbro生物膜工藝， 后續進行沉淀和二次消毒處理， 工藝流程如圖1 所示。 處理方案滿足HJ 2029—2013《醫院污水處理工程技術規范》［16］規定。

污水經預消毒后進入格柵間， 截留較大懸浮物， 脫氯后進入調節池， 充分混合均勻， 穩定進入后續生物膜處理工藝。

Waterbro 生物膜設備將生化部分和澄清單元一體化。 生化部分內設底部engelbart 曝氣器， 可產生低通量微小氣泡， 有效降解有機物； 內設的VFG 生物膜載體， 由好氧菌、 厭氧菌等微生物組成的生態系統形成生物膜， 可氧化分解COD、NH3-N 及有毒有害物質。 澄清單元內設新型VF 填料， 特殊的結構設計能夠保證固液的高效分離， 保證出水穩定。

經生物膜工藝處理之后， 出水進入沉淀池， 經泥水分離后部分污泥回流至接觸氧化池， 剩余污泥進入污泥池， 污泥經消毒、 脫水后交給具有相關資質的單位外運處置。

污水經沉淀、 過濾后， 進行二次消毒， 預消毒和二次消毒均由現場配置的5 kg／h 次氯酸鈉全套在線制備系統提供， 次氯酸鈉質量分數為0.8%。出水水質經檢測達標后排放。

此外， 污水處理站惡臭氣體采用次氯酸鈉噴淋-活性炭吸附工藝處理后通過高度為15 m 排氣筒排放。

4 主要構筑物及設計參數

（1） 預消毒池及脫氯池。 預消毒池1 座， 地下鋼砼結構， 尺寸為9.6 m×2.3 m×5.5 m， 有效水深為4.8 m， 停留時間為2 h， 采用次氯酸鈉消毒， 加氯量設計取值50 mg／L， 加氯量為5.0 kg／h。 脫氯池1 座， 地下鋼砼結構， 尺寸為4.0 m×2.7 m×6.0 m， 有效水深為5.0 m， 停留時間為0.5 h， 采用硫代硫酸鈉脫氯； 配置余氯在線測定儀1 臺， 余氯報警器1 臺， 預消毒池及脫氯池僅在疫時啟用。

（2） 調節池。 3 座， 地下鋼砼結構， 尺寸分別為8.7 m×7.7 m×6.0 m、 8.7 m×3.4 m×6.0 m、 5.7 m×4.3 m×6.0 m， 總有效容積為600 m3， 有效水深為4.8 m， 連續運行時停留時間為6.0 h。 攪拌用壓縮空氣量為4.5 m3／min（含脫氯池）。 配置羅茨風機2 臺（1 用1 備）， Q = 5.0 m3／min， P = 49 kPa；污水提升泵4 臺（2 用2 備）， Q=50 m3／h， H=10 m； 超聲波液位計2 套； 空氣攪拌器2 套， 曝氣量為2m3／（h·m2）， 穿孔曝氣。

（3） 水解酸化池。 2 座， 地下鋼砼結構， 內置固定填料， 單座尺寸為7.7 m×2.7 m×8.0 m， 總有效容積為300 m3， 有效水深為7.5 m。 溫度保證15 ～40 ℃， DO 質量濃度保持在0.2 ～0.5 mg／L， 停留時間為3.0 h， 上升流速為1.0 m／s， 污泥濃度為10 g／L。 配置布水器2 套， Q=50 m3／h； 潛水攪拌器2臺， N=4 kW。

（4） 接觸氧化池。 4 座， 地下鋼砼結構， 單座尺寸為7.7 m × 3.7 m × 8.0 m， 有效水深為5.2 m，兩級處理， 停留時間為2.0 ～6.0 h。 內置VFG 生物膜載體填料， 填料有效容積為312 m3， 填料層高度為3.5 m， 比表面積大于240 m2／m3； 曝氣裝置4 套，單套裝置配80 個低通量微孔曝氣器， 單個曝氣器直徑為215 mm， 氣泡直徑為1 ～2 mm， 氧氣利用率大于25%， 通氣量為0.5 ～8 m3／h； 氣水比為18 ∶1， 曝氣量為30 m3／min， 于填料下方滿平面均勻曝氣。 設計負荷為1.0 kg［BOD5］／（m3［填料］·d）， 污泥產率為0.4 kg［VSS］／kg［BOD5］， 進水BOD5濃度過高時， 設出水回流系統。 硝化液回流泵4 臺（2用2 備）， Q=100 m3／h， H=7 m， N=2.2 kW； 高效均勻出水裝置4 套， Q=25 m3／h； 羅茨風機3 臺（2 用1 備）， Q=15.0 m3／min， P=69 kPa。

（5） 沉淀池。 2 座， 地下鋼砼結構， 單座尺寸為7.7 m × 6.7 m × 8.0 m， 有效停留時間為1.3 h，表面負荷為1.1 m3／（m2·h）。 設置出水堰2 套， Q=50 m3／h； 污泥泵16 臺， Q=30 m3／h， H=10 m， N=1.5 kW。

（6） 多介質過濾器。 6 臺（4 用2 備）， 單臺尺寸為φ1.6 m×2.0 m， 濾料為活性炭加石英砂， 活性炭層厚0.4 m， 粒徑為0.8 ～1.5 mm， 石英砂層厚0.8 m， 粒徑為1.0 ～1.4 mm， 濾速為12 m／s。

（7） 消毒池。 2 座， 地下鋼砼結構， 單座尺寸為7.7 m×3.0 m×8.0 m， 設計有效容積為250 m3，有效水深為6.0 m。 根據GB 18466—2005， 非傳染病醫院污水接觸消毒時間不小于1.0 h， 傳染病醫院污水接觸消毒時間不小于1.5 h， 本工程設計接觸消毒時間為2.5 h。 配置反洗泵4 臺（2 用2 備），Q=150 m3／h， H=16 m， N=11 kW。

設計加氯量在平時和疫時不同。 平時狀態下，設計加氯量為20 mg／L， 加氯量為1.0 kg／h， 經余氯在線測定儀調節， 保證接觸池出口總余氯的質量濃度為2 ～8 mg／L。 疫時狀態下， 設計加氯量為25 mg／L， 加氯量為2.5 kg／h， 經余氯在線測定儀調節， 保證接觸池出口總余氯的質量濃度為6.5 ～10 mg／L。 配置2 臺2 m3消毒加藥裝置， 包含6 臺計量泵及6 臺電磁流量計。

5 工程設計特點

（1） 本工程承擔2 000 張床位的大型綜合醫院的污水處理， 規模大； 采用Waterbro 生物膜一體化設備進行二級處理， 現場配備次氯酸鈉消毒劑制取裝置， 區分平、 疫狀態運行， 經濟性、 可靠性更高。

（2） Waterbro 生物膜工藝優勢明顯。 通過內置生物膜載體填料， 使容積負荷量高于一般工藝方法， BOD5、 COD、 NH3-N、 有毒有害物質等的去除率更高； 低通量微孔曝氣傳質效率高， 避免了傳統曝氣方式造成的污泥老化或膨脹問題， 且產生污泥量少， 綠色環保； 新型澄清單元VF 填料， 相較于斜管、 斜板填料， 水力分布更均勻， 固液分離效率更高。 Waterbro 生物膜一體化設備能耗低、 投資少、 運營管理簡便。

（3） 平疫快速、 靈活轉換。 平時狀態下， 生活污水走向為： 進水→化糞池→城市污水處理廠； 疫時狀態下， 在化糞池處投加次氯酸鈉消毒。 平時狀態下， 醫療廢水走向為： 進水→化糞池→二級+消毒（2.5 kg／h）→城市污水處理廠； 疫時狀態下，醫療廢水走向為： 進水→化糞池（投加次氯酸納消毒）→預消毒池（次氯酸鈉， 5 kg／h， 2.0 h）→二級+消毒（次氯酸鈉， 2.5 kg／h）→城市污水處理廠。

6 運行效果

疫時運行（取2022 年11 月最高值）及平時運行（取2023 年2 月最高值）出水水質如表3 所示， 各項指標均處于設計限值以內， 平時狀態COD、BOD5、 SS、 NH3-N 去除率分別為86.3%、 86.7%、88.5%、 60.0%； 疫時狀態COD、 BOD5、 SS、 NH3-N 去除率分別為85.2%、 87.5%、 85.0%、 92.7%，且未檢出要求控制的致病菌及SARS-CoV-2， 水處理效果良好。

表3 污水處理站出水水質Tab.3 Effluent water quality of sewage treatment station

7 經濟效益分析

本工程總投資約879 萬元， 噸水運行費用平時約1.30 元， 疫時約1.55 元， 包含人工費、 藥劑費、設備維護費、 污泥處置費、 電費等。

8 結語

采用預處理（含消毒）-Waterbro 生物膜二級處理-消毒的組合工藝， 處理具有病原微生物、 有機物、 消毒劑的醫療廢水， 平時運行COD、 BOD5、NH3-N 出水質量濃度分別在34.3、 13.3、 12.0 mg／L以下， 糞大腸菌群數為100 MPN／L， 總余氯質量濃度在3.6 mg／L 以下； 疫時運行COD、 BOD5、 NH3-N出水質量濃度分別在37.1、 12.5、 2.2 mg／L 以下，糞大腸菌群數為100 MPN／L， 總余氯質量濃度在7.0 mg／L 以下， 2 種運行狀態的出水水質均遠優于GB 18466—2005 及GB／T 31962—2015 標準要求。采用次氯酸鈉消毒后出水中未檢出所要求控制的病菌及SARS-CoV-2。 該工程設計綠色環保， 平疫轉換方法經濟可靠。