某医院120 t/d污水处理站改造技术经济研究

潘龙文,邬 威,吕再军,张小杭

(1.杭州西湖城市建设投资集团有限公司,浙江 杭州 310013；2.杭州乾景环保工程有限公司,浙江 杭州 310004)

随着社会的迅速发展和人民生活水平的不断提高,工业用水和城市生活用水急剧增加,使我国面临着更为严重的缺水问题；与此同时,大量未经处理的污水直接排入水体引发了严重的水体污染事件[1]。医院废水作为一种特殊的类型,在全社会生活污水中所占比例较小,但医院污水具有水量小、危害大的特点，直接排入城市下水道或环境水体,会严重污染水源,传播疾病,甚至会引起传染病的流行和爆发[2]。

环境检测资料表明：未经过处理的原污水中含菌总量可达1011个/L以上,其中大肠杆菌数量达9.6×107～2.3×108,细菌总数达1.3×106～1.5×106；肠道致病菌检出率达30%～100%,BOD5为30～132 mg / L,CODcr为140～650 mg / L,SS为50～150 mg / L,pH7.00～8.00,主要污染因子是致病病原体。

鉴于此,以杭州城西某医院120 t/d污水处理站改造项目为例,对其产生的废水进行处理工艺的设计、施工过程管理和成本核算,以便为同类医疗废水有效处理提供借鉴。

1 工程概况

该医院共3幢楼,1#楼为疾控中心,2#楼为妇保医院,3#楼为社区卫生服务中心。该改造工程涉及内容有地下室、外立面、市政景观、绿化、供配电、污水处理站等,总造价约1 000余万元,其中污水处理站改造造价约30万元,虽然仅占该医院改造项目总造价约3%,但因涉及解决医院污水处理难题,关系到最终医院改造项目验收和正常运营,在改造项目中也是非常重要的一个环节。

原有污水处理设施位于2楼东北角围墙内,一半在消防道路下,一半在绿化带中,长约17 m,宽约4 m,深约5 m(图1),污水处理设计能力120 t/d,处理设备机位于2#楼一楼室内。根据医院室内外基础设施改造需求,处理设备机房需移到室外现场设置,污水处理池及配套设备需进行升级改造,以满足设计处理能力和最新的环保治理要求。经自检,处理前进水指标如下：COD=295 mg/L,BOD=146 mg/L,SS=96 mg/L,氨氮48 mg/L,粪大肠菌群数1 800 000 MPN/ L,pH=7.23，硫化物=1.18 mg/L,易沉固体=1.94 mg/L；处理后出水检测指标为：COD=38 mg/L,BOD=13.2 mg/L,SS=18 mg/L,氨氮23 mg/L,粪大肠菌群数<20 MPN/ L,余氯2.66 mg/L,pH=6.58,硫化物=0.034 mg/L,易沉固体=0.2 mg/L[3],达到环保纳管排放标准。

表1 污水处理站改造设计方案比选

图1 改造前污水处理池

2 方案比选

改造设计时有两个比选方案：方案Ⅰ为易址新建,改造后的污水处理池建造在1#楼和2#楼之间的北侧围墙内、消防通道下,采用污水处理池成品安装；方案Ⅱ为原址改造,改造后的污水处理池位置保持原池不变,清洗后再更新和优化污水处理池内设备。

经过现场调查与仔细研究讨论,结合专家意见和工期要求,最终确定按设计方案Ⅱ进行改造设计。见表1。

3 方案设计

3.1 出水水质要求标准

经污水处理装置处理后的出水纳管排放,水质应达到《医疗机构水污染物排放标准(GB 18466—2005)》中的排放要求。易沉固体、氨氮和硫化物指标执行《污水排入城市下水道水质标准(GB/T 31962—2015)》中的B标准。具体指标见表2。

表2 设计出水水质要求表

3.2 工艺选择

经现场调查,该医院3幢楼污水处理量的要求分别为:1#楼5 t/d,2#楼60 t/d,3#楼20 t/d,合计85 t/d。设计污水处理量120 t/d,为实际需求的1.4倍,可以满足医院的实际需要。

医院污水中有机类杂质较多,CODcr、BOD5均较高,且BOD5/CODcr值大于0.25,生化性能较好,因此宜采用以生化为主的工艺处理流程。一般采用以下几种生物处理方法:

3.2.1 生物接触氧化法A/O工艺

A/0工艺是以活性污泥作为生物载体,通过风机供氧曝气的作用使污水达到充氧的目的。A池内设机械搅拌,从0池的回流液回流至A池,在A池进行反硝化反应,将大部分硝酸盐氮还原成氮气,并通过搅拌使氮气从废水中溢出,达到去除氨氮的目的；A池出水至0池,0池内设鼓风曝气,去除大部分有机污染物,并将进水中的大部分氨氮转化成硝酸盐氮:可以根据废水的需要,调整0段池中的活性污泥浓度,通过活性污泥中的菌胶团,吸附、氧化并分解废水中的有机物。

3.2.2 常规活性污泥法

常规活性污泥法在大型污水处理中使用广泛,但由于常规性污泥法负荷低,易产生污泥膨胀,不易控制管理,故近年来在小型污水处理站中的使用越来越少。

3.2.3 SBR法

SBR法是近年发展起来的一种较为先进的活性污泥处理法,SBR工艺由曝气池(SBR反应池)、曝气装置,上清液排除装置(滗水器)等组成【4】, 工艺采用连续进水,间歇曝气,停气时污水沉淀撇除上清液,成为一个周期, 周而复始。SBR法不设沉淀池,无污泥回流设备,但SBR法为间歇运行,需设多个处理单元,进水和曝气相互切换,造成控制较为复杂,对滗水器设备制造要求高,国内目前还没有质量较好的滗水设备,进口设备采购麻烦,且价格昂贵,同时今后维修费用也高: SBR 法池内污泥浓度由浓度仪测定以便控制排出多余污泥量,目前国内浓度仪质量不过关,造成污泥排放控制较困难。

综上所述,本工程生物处理拟采用生物接触氧化法。

生物接触氧化法的特点如下: 1)容积负荷高,处理时间短,节约占地面积[2]；2)具有膜法的优点,剩余污泥量少；3)具有活性污泥法的优点,辅以机械设备供氧,生物活性高,泥龄短；4)能分解其他生物处理难分解的物质；5)容易管理,易消除污泥上浮和膨胀等弊端。

3.3 污水处理原理

拟采用格栅粉碎机对悬浮物进行切割绞碎,减少后续处理难度,通过缺氧和生物接触氧化法结合,进一步降低各项指标,并使用现场制备二氧化氯作为消毒剂,提高消毒效果。结合A /O的优点,在流程中添加一段缺氧处理和污泥回流,以便更好地去除氮和磷。该处理方法出水水质好,运行费用低,特别适用于医疗污水的预处理,强化运行管理,实际出水指标远低于间接排放要求,经深度处理出水可达到中水回用标准,满足院区绿化及地面清洗需要。

3.4 工艺流程图

医疗废水处理工艺流程见图2。

图2 医疗废水处理工艺流程

3.5 主要构筑物设计

3.5.1 污水处理池设计

1)综合调节池：由于医院污水水质、水量波动比较大,处理中应设调节池。在连续运行时,其有效容积按日处理水量的30%～40%计算。

2)初级沉淀池：污水沉淀按照平均流量5 t计算,停留时间为5 h。

3)缺氧反应池：污水流入缺氧池,由于生物接触池的存在,所以该过程的主要目的是为了使大分子的有机物水解为容易生物降解的小分子物质并且去除一部分有机物和氮氧化物,以利于后面好氧工段的降解处理。

4)生物接触氧化池：生物接触氧化池净化与生物膜处理法的原理相同,填料的生物膜包括厌氧层和好氧层。

5)二次沉淀池：生物接触氧化池的出水进入沉淀池,使前一工段中脱落的膜得到沉淀,从而去除污水中的悬浮物质,生成的污泥则直接输送到污泥浓缩池中。

6)接触消毒池：在二级沉淀后,污水必须经过消毒。采用ClO2发生器,二氧化氯消毒可以杀灭绿脓杆菌、沙门氏菌、枯黑细胞杆菌、霍乱病菌、大肠杆菌等。

7)污泥浓缩池：医院污水经沉淀后,污泥中含有大量的细菌,需要对其进行处理方可排放。

污水处理池平面图见图3。

图3 污水处理池平面图

3.5.2 设备间及药品间设计

1)提升泵房：采用合建式矩形污水泵房,自灌式工作,水泵2台,液位自控,扬程为10 m,设计流量为10 m3/h。

2)曝气设备：选用鼓风曝气,其关键部件是扩散器,用于将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触面,选用微气泡扩散其中的管式微孔曝气器,具有较高的氧利用率和氧转移率。

3)鼓风机房：选用回转式风机2台,1用1备,每台风机性能参数为：Q=1.67 m3/min,H=44.1 kPa,N=2.2 kW。

4)二氧化氯加氯设备：消毒工艺采用二氧化氯消毒,二氧化氯现场有氯酸钠和盐酸反应制备。加氯设备间内设二氧化氯发生器1台,每台二氧化氯发生器制备能力为150 g/h,功率为0.4 kW。

5)压滤机：设计选用1套XMY5-420压滤机,污泥处理量为3～5 m3/h。

6)药品间：考虑污水处理站验收时需要加药运行,但氯酸钠和盐酸属于特殊药品,需妥善保存在单独房间内,按照易制毒、易制爆物品管理规定设计建造和管理。

污水处理站设备房及药品间平面图见图4。

4 施工过程及检测结果

该污水处理站改造工程作为医院改造项目的重要组成部分,于2018年8月底开始进场施工,11月底全部完成,前后用时约90 d。随后进入工艺调试阶段,施工过程主要工序见表3。

其中在室外地面设备间的材质和地址选择确定时,也进行了多种施工方案的比选。第1种方案：在2#楼正门北侧,周围都是绿化及铺装,南侧还有在建的医院幕墙大门, 材质有木质定制和钢筋混凝土现浇两种形式, 若现浇有半地下式和地面两种。考虑到设备间高度大于2 m,如在此安装,势必影响周围景观及医院正门的视线,故予以排除；第2种方案：设置在2#楼东北楼正北面,原污水处理池南面,这里刚好长宽尺寸符合设备间设计尺寸要求,又能规避医院正门视线阻碍,可直接定制防腐木搭建设备间,一举两得,故实际按此施工方案实施。见图5。

表3 污水处理站改造施工工序及用时一览表

图4 污水处理站设备房及药品间平面图

图5 污水处理间设计方案位置比选图

改造污水处理系统主要设备见表4。

表4 污水处理站改造主要设备一览表

2019年2月,经工艺调试和菌种培养,经委托第三方环保检测机构对该项目出水情况进行检测,该医院出水水质检测结果见表5,经数据比对,出水指标满足设计出水相关要求。

表5 污水处理池改造后出水水质检测结果

该污水处理站改造完成后的景观效果图见图6,实际情况见图7。

5 工程造价

该工艺设计方案总投资主要包括土建工程投资、工艺设备投资、运行投资等[4],其中土建工程投资和工艺设备投资约为21.6万元,每吨水投资为0.18万/ m3；运行成本(电费1.09元/m3,人工费0.16元/ m3,药剂费0.12元/m3)约为1.37元/ m3。

图6 污水处理站改造后的景观效果图

6 结 语

6.1 方案设计及经济效果总结

针对该医院废水量和水质特点,项目设计具有以下特点：1)采用粉碎格栅机,避免后续垃圾处理及敞口带来的致病菌散逸问题；2)采用缺氧 + 好氧生物接触氧化法及相应工艺对废水进行了处理,处理后使出水检测指标为：COD=38 mg/L,BOD=13.2 mg/L,SS=18 mg/L,氨氮23 mg/L,粪大肠菌群数<20 MPN/L，余氯2.66 mg/L,pH=6.58,硫化物=0.034 mg/L,易沉固体=0.2 mg/L,出水指标远低于纳管要求,经简单处理即可达到回用水标准；3) 设置自动运行控制,减少人工误操作,设置内回流,强化氮磷去除效果；4)设计方案每吨水投资为0.18万元/ m3,运行成本约为1.37元/ m3,具有良好的经济可行性(常规工业废水吨水投资约为0.4～0.6万元/m3)；5)经过前期方案设计比选和工艺比选,确定最佳方案和工艺,达到最优化效果。

图7 污水处理站改造后实际图

6.2 项目实施经验

对于该项目施工过程中,需要注意的有以下几点：1)污水处理能力的确定尤为重要,结合原设计图纸和现场实际污水处理量的要求,最后确定还是按照原设计污水处理能力120 t/d考虑；2)污水处理设备间位置的选择：充分考虑最大可能减少对周边景观和绿化的不利影响,最后选择最优的第2方案,有效避免了对建筑环境的破坏性影响；3)另外单独配置了药品储藏间建筑,为方便专门储存两种特殊药品氯酸钠和盐酸所建,今后在类似污水处理站设计中,如还是采用该药品的,需要提前设计药品储藏间；4)污水处理设备房和药品储藏间的刷漆考虑颜色一致,都是栗色,尽量低调不显眼,周边绿化对其还有遮挡隐蔽效果,排放废气的烟囱位置按照实际情况因地制宜妥善设置；5)该项目最后能成功实施,得力于从实际出发,现场充分调查研究,综合造价和可行性,选择了最合理最高效的设计和施工方案。