COVID-19疫情期间污水处理厂的运维与应急设计

王 毅， 李 师， 王 璐

(1.三川德青科技有限公司，湖北 武汉 430075;2.武汉启瑞药业有限公司，湖北 武汉 430223;3.广州机施建设集团有限公司，广东 广州 510725)

2019年12月武汉暴发了新型冠状病毒(COVID-19)感染的肺炎疫情，并逐渐蔓延至全国各地。COVID-19病毒不仅可通过呼吸道飞沫与密切接触传播，还存在气溶胶传播和粪口传播等可能性［1-2］，经过排水管网进入污水厂的污水，极可能发生因病毒暴露而导致操作人员感染和受纳水体污染等风险。疫情期间全国有5500多座城镇污水厂需要维持运行，每天需要处理的城镇污水量为2.04×104t，多达几十万的污水运维人员奋战在一线［3］。然而目前对COVID-19病毒的传播途径和方式的了解仍不全面，对环境中该病毒的存在持久性、迁移转化途径不明确，特别是对其是否会通过排水进入市政管网以及在复杂水体的存活时间等尚不确定，给污水处理厂的运行带来了新的挑战。

生态环境部于2020年2月1日紧急颁布的《关于做好新型冠状病毒感染的肺炎疫情医疗污水和城镇污水监管工作的通知》和《新型冠状病毒污染的医疗污水应急处理技术方案(试行)》，对城镇污水和医疗污水等的监管工作进行了规范，并强调了污水的消毒和污泥的处理与处置，严防COVID-19病毒通过污水和粪便传播。此外，于2020年2月6日起开始实施的《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准》进一步具体规定了应急医疗设施的给水排水设计要求。因此，确保COVID-19疫情期间污水处理厂的正常运营维护，并进行相关的应急设计，是疫情期间重要的防控措施。

1 污水处理厂潜在的病毒源

相关研究［4］和深圳第三人民医院均发现在确诊患者的粪便中可检测出COVID-19核酸(RNA)阳性，参考2003年非典SARS通过排水系统传播［5］，新型冠状病毒极可能具有水介传播的潜在危险。在疫情非常时期，各种复杂物质进入下水道，增大了污水处理厂的处理负荷，加之部分污水厂还会接纳医疗废水，因此污水处理厂可能存在潜在的病毒源。污水处理厂通常都会采取生物处理技术，通过大剂量前端消毒杀死微生物会影响后续生物处理的效果，使水质难以达标排放，因此污水处理厂可能存在潜在病毒源的范围较大。

依据广东市政行业协会发布的《城镇生活污水处理厂和污水收集管网系统疫情防控工作指引(试行)》，污水处理厂需对污水收集管网系统、污水泵站、预处理固体废弃物暂存区、生化处理污水外露面、臭气处理系统和污泥处理系统等区域开展病毒的重点防控。对地埋式污水处理厂而言，其主要构筑物与设施位于地下，主要潜在病毒源包括4个方面:一是进水泵房、格栅间、沉砂池和曝气池等预处理工段的上部空间区域，可能会因污水的搅动或曝气而产生含病毒的气溶胶，此外曝气池中的活性污泥(菌胶团)和生物除臭系统产生的飞沫类似物均可能增大病毒的生存几率;二是泵房、格栅间、沉砂池和沉淀池等，可能产生含病毒的栅渣、沉砂和剩余污泥等;三是尾水中可能因为深度处理的紫外消毒未达效果，或消毒剂投加量不够而仍存在病毒;四是运维人员可能已感染病毒。

2 疫情期间污水处理厂的运维措施

2.1 工艺调整

疫情时期公共场所和家庭开展疫情防控消毒多采用含氯消毒剂，处理医疗废水也采取加氯消毒为主［6］，导致进入污水厂的污水可能含有过量余氯，从而降低或抑制活性污泥的活性，进一步影响污水的生物处理效果。为此，接受医疗污水量较多的小型城镇污水厂应引起高度重视。为了保证污水处理厂在疫情时期正常运转，应根据实际状况及时调整工艺参数:一方面可对污水处理厂各工段增加余氯的监测，并根据余氯调整工艺参数，以提升运行保障等级;另一方面应对污泥的活性进行观测或监测(例如生物相观测，有条件的污水处理厂还可对活性污泥的比耗氧速率SOUR实施测定［7］)，并视余氯对污泥活性的影响状况，依据需求及时调整工艺参数或采取相应对策，例如发现污泥活性下降，则降低剩余活性污泥排放量并避免二沉池污泥流失，适当增大污泥浓度和曝气量，确保污水最终达标排放。此外，由于气浮过程极可能产生大量含病毒的气溶胶，同时气浮浮渣很难完成人工处理和脱水处理，污水厂的预处理应尽量避免采用气浮等工艺，尽可能采取应急方案替代该工艺。

2.2 通风除臭

COVID-19病毒主要通过呼吸道与密切接触传播，同时还存在粪便和污水传播的可能，因此应对污水设施全封闭，全流程加盖密封并施行除臭，并加强对臭气排气口的消毒，而运维人员应尽可能与排放口气流隔绝。具体来说，对预处理、生化处理和污泥工序段尽可能增大除臭风量，提升臭气发生区域的负压值(≤-10 Pa)，以最大限度降低臭气外溢量;对配电房、仪表间及控制间等操作空间应尽量加大通风换气次数，提升其正压值(保持在5～10 Pa);对除臭系统末端应尽可能增强消毒措施，避免排放的尾气携病毒扩散。

2.3 尾水消毒与排放

紫外线和含氯消毒剂均可有效杀灭病毒［1］，因此在增强尾水消毒措施保障时，参照《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)执行，应增大余氯监测频次，并适当提高余氯量以保证消毒效果。对于以紫外消毒作为三级处理的污水处理厂，应尽量新增加氯应急消毒系统;此外，应暂时中止污水厂厂区的中水回用。对消毒单元，应确保维持正常运转，尾水排放应严格依照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)卫生学指标要求执行，无特殊情况应避免过量投入消毒剂。此外，因粪口传播可能性的存在，可参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)和《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)，提高对排放尾水粪大肠菌群数的执行要求。与此同时，不忽视对尾水 COD、SS、BOD5、pH、色度、氨氮、TN和TP等常规指标的检测，应适当提高达标要求并加大检测频率。

2.4 固体废弃物的处理

除应对水体进行特别关注外，污水厂固体废弃物的处理与处置也属于需重点关注的焦点问题之一。污水厂所涉及的具有病毒风险的固体废弃物不仅仅是日常所理解的剩余污泥，格栅栅渣、沉砂池的沉降物和化学污泥等固体废弃物均存在较大的病毒风险。对这些固体废弃物均应增强防范，其存储和运输过程应密闭，并按时对其进行适当的喷洒消毒处理，减少病毒的扩散几率，对固体废弃物的暂存区域也要加强防护措施。此外，污泥脱水间应增强通风与消毒，并确保脱水污泥获得妥善处理，有条件时尽量采取热干化或石灰碱法稳定化等方式对脱水污泥进行进一步处理，使其日产日清。疫情期间疫区处理医疗废水产生的固体废弃物，应考虑作为危险废物进行焚烧或其他特殊处理。

2.5 检测监测工作

原水与污水的检测、监测是污水处理厂的日常必备工作，但疫情期间人工采样检测存在直接接触污水的风险，因而必须加强预防。适当降低原水、污水的人工采样与检测频率，并合理减小预处理工段的现场巡检频次，尽量利用自动采样器、在线检测和视频监控巡检等方式，降低人员暴露的风险。必须进行人工采样和现场巡检时，人员必须采取严格的防护措施，且尽量防止在相对密闭的空间内停留。

2.6 运维人员防护

疫情期间各省市对复工时间均有具体要求，许多公司都开展在家远程网络办公，但对污水厂而言，远程办公无法保证其正常生产运行。目前，COVID-19病毒的传播规律与归趋机制尚未完全明晰，但绝大多数病原体一般均可经由下水道传播，而COVID-19病毒可能还存在着气溶胶传播方式。因此，必须增强污水厂现场运维人员的安全防护。

一方面，污水厂应及时排查各运维人员是否接触存在潜在疫情风险的人员，并要求员工勤量体温，发现异常立即报告;同时，及时开展COVID-19病毒和污水危害的培训教育，提高运维人员的思想意识。另一方面，污水厂各运维人员均应按要求正确佩戴N95口罩、手套等防护用品并及时更换，做好眼、鼻、口、手的防护，作业结束后及时全面清洗(洗手要用消毒液)，作业器械、仪器和笔等使用完毕后也必须进行消毒处理。

此外，室内污水处理设施应增强通风，运维人员应特别注意避开除臭集中排放口，在污水提升泵站、格栅间、沉砂池和曝气池等预处理单元巡视或操作时，提升防护级别，除口罩、手套外还必须新增护目镜和消毒液等。而在密闭的预处理车间实施长时间作业时，最好佩戴呼吸器并穿防护服。

3 污水处理厂的应急设计

无论是非典时期［8］，还是此次疫情防控中建设的火神山和雷神山等医院均会设计应急污水处理站。城镇污水处理厂也应新增一些应急设计，以有效应对疫情。

3.1 通风除臭系统

疫情时期，对除臭设施末端应新增设计应急消毒系统，确保尾气排放不会携病原体而扩散;对密闭车间或操作空间，应新增安装强制排风设备;对格栅、脱水机等极易发生污水飞溅的设备，应设计防护罩。

3.2 消毒设计

许多污水处理厂的工作环境相对较恶劣，运维人员完成工作任务后，需要经过很长一段距离才能进行清洗，这增大了病毒二次传播的危险性，需要在操作空间较密集的区域新增设计自来水清洗池。另外，为最大限度降低运维人员工作结束后，将病毒等传染性微生物携带、扩散至厂外的风险，应进一步新增设计离厂前浴室。在消毒工艺方面，因粪口传播的可能性，疫情时期应对污水中粪大肠菌群数指标进行重点关注，建议参照《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)执行其中最严要求(传染病医院≤100个/L)，且疫情时期火神山、雷神山等医院新设计污水处理站时应特别考虑余量或设置应急处理设施;对于栅渣、沉砂、剩余污泥等固体废弃物，有条件的应对其暂存区新增设计自动喷洒消毒系统。

3.3 检测监测方面

目前污水处理厂对BOD5、粪大肠菌群数等指标的检测仍依靠人工取样实现，因而将来设计应考虑设置安全且有效的自动化取样系统，若条件允许应尽量安装一体化检测装置。此外，还应在远离检测实验室和污水处理工段的区域，为检测人员设置清洁区，以保证其安全休息与饮食等，进入清洁区前要求进行全面消毒。

4 雷神山污水处理站

火神山医院和雷神山医院在此次疫情应对中发挥出极大的作用。医院从肠道门诊、病房、医用设备、手术室、化验室、处置室、洗衣房到宿舍，均可能产生含有COVID-19病毒的污水，这些污水还含有医用化学药剂、细菌、有机物、放射性等复杂污染物，若直接排放则必将对周围环境形成重大隐患，必须对其实施有效处理。

4.1 雷神山污水处理工艺流程

根据公开的图纸可以发现，雷神山医院的污水处理主要设有7道工序，如图1所示。医疗污水先通过预消毒接触池进行消毒预处理，之后进入化粪池进行厌氧发酵，再经调节池进入MBBR(移动床生物膜反应器)池实施生化处理，经高效沉淀池沉淀后在折流消毒池内再次进行消毒，最终尾水按照《医疗机构水污染物排放标准》(GB 18466—2005)的传染病机构排放标准(即其表1中限值)排至市政管网。

图1 雷神山医院污水处理工艺流程

处理工艺采取二级强化消毒和两级生化处理，在COD、BOD5、NH4-N、TN 和 TP等常规污染物去除的基础上，将消毒作为工艺核心，经过前端预消毒杀灭进水中的病毒，以最大程度降低气溶胶污染和粪口污染，但消毒药剂的投加控制和脱氯是关键要点，要求必须保障后续两级生化处理不受影响;折流消毒池实行二次强化消毒，确保病毒不会进入市政管网。此外，处理工艺中所有设备均进行加盖密封，并对产生的臭气进行除臭处理。

除上述医疗废水外，雷神山医院对院区其他废水也采取了相关措施:一是对排水采用雨污分流制，并在院区采用HDPE(高密度聚乙烯)防渗膜，防止雨水下渗至地下水，雨水收集经消毒合格后排入市政污水管网;二是对院区一切空调的冷凝水实行集中收集，并与污水一同集中消毒后排入市政管网;三是医生办公室、护士室、诊室、治疗室、检验科等科室内不得设置地漏。

4.2 雷神山医院污水处理站的特点

4.2.1 污水预处理系统

医疗废水在化粪池后端通常经三级过滤后进入生化系统，但按照工艺流程图，该项目未设立格栅和过滤系统，化粪池后依次直连调节池、MBBR池，未经过滤，污水处理系统的运转会受杂物等影响。此外，预消毒接触池设计于化粪池前端，尽管工艺中会严控消毒药剂的投加与脱氯，但接触池的接触停留时间一般要求＞30 min，长期运行难以保证无过量消毒剂进入后续的生化处理系统，对保障水质达标十分不利。因此，前端消毒更适宜采取紫外线等消毒系统。

4.2.2 污水处理生化系统

该项目采用MBBR工艺，占地与密封要求较高，尽管能够强化生化处理，但对病原体的去除仍显得不够安全。相比而言，MBR(膜生物反应器)工艺系统不但占地小、启动快，还可以利用其物理截留作用实现对细菌、病毒的高效去除(0.1～1 μm)。MBR能够实现初期不排泥，其微生物暴露的危险性更低，且后期可通过在线次氯酸钠浸泡实现膜的清洗，因此安全性更高。虽然MBR也会增加运行成本(增加量＜1元/m3)，但总体而言MBR工艺可能更优于MBBR工艺。

4.2.3 折流消毒系统

折流消毒难以依据水量有效调节停留时间，应考虑添加含氯消毒剂实行接触消毒，并严控接触时间＞30 min。为避免投入过量氯消毒剂并保证水质，可考虑增加紫外线三级消毒。

4.2.4 污水的进一步分类处理

除雨污分流外，疫情时期的医疗废水可考虑实施进一步的分类处理，例如血液分析的含氰医疗废水先通过碱式氯化法实现预处理、含Cr的医疗废水先通过化学沉淀法实现预处理，而含放射性医疗废水应设置衰减池。各类废水在预处理完成后，再进入后续污水处理工艺，对水质的达标更有保障。

5 问题与展望

① COVID-19病毒感染肺炎疫情对污水处理厂的运营与设计提出了新要求，因此后续相关规范的修订，应考虑对污染处理厂增加传染病疫情应急防控要求的必要性。

② 城镇污水处理厂一般均在工艺的中、末端进行消毒，虽然保障了后续生化处理的效果，但是也增大了病毒扩散的风险，应进一步研究在进水端进行应急消毒的可行性，以及其对后续生化处理的影响程度。另一方面，建议有条件的医院在院区建设事故池，疫情发生时医疗废水可实现从源头进行病毒消杀控制，再入污水处理厂。此外，对复杂污水环境中COVID-19病毒的存活时间及其是否会通过污水或污泥传播尚不明确，这对于指导污水处理厂的消毒工作相对更加关键，因此亟需开展此项研究。

③ 此次含新冠病毒的医疗废水经达标处理后最终排入市政管网，因此，必须加强对市政污水消毒设施的运行监控。为研究COVID-19病毒的复杂水体存活时间、可能传播途径并开展相关监测等，应尽快完善与污水中该病毒的监测方法与流程相关的标准与规范建设。

④ 无论是研究COVID-19病毒的复杂水体存活时间、可能传播途径，还是开展相关监测，都需要对复杂水体中COVID-19病毒进行检测，但目前环境和水务行业实验室仅能检测环境与水体中的一些常规微生物指标，缺乏COVID-19病毒的专业检测条件，即使能检测也存在传染风险。因此，必须联合疾控检测部门解决这个问题，此次疫情也反映出环境及水务行业未来应逐步建立不同行业间的应急响应机制。

⑤ 疫情期间可能造成污水处理药剂与防护用品难以购置的问题。为保障污水厂的正常稳定运行和操作人员的安全防护，确保污水厂有效发挥应有的防疫功能，应将污水厂列入防疫物资供应体系，确保污水厂物资与用品的及时供应。