基于医院污水处理的生物接触氧化法绿色工艺应用

2022-08-12廖勇强肖佑升孔丽丽

绿色科技 2022年14期

廖勇强，肖佑升，孔丽丽

(1. 广东思绿环保科技股份有限公司，广东广州 510000 2.中山大学肿瘤防治中心，广东广州 510000)

1 引言

医院污水排放由于设施投入不足、处理技术及效率低下致使其周边环境遭受安全风险，同时医院排污水中存在大量传染性有害病原体、病毒物质等，当排污水不经科学处理而随意排放后，极易降低周边生态环境质量等级[1，2]。因此，在医院污水处理过程中，应严格遵循国家标准(GB 18466-2005)规定，并经过合理的设计、优化和绿色处理方可排放。

目前，医院污水处理中常用生物方法(生物接触氧化法、简单生化处理、膜生物反应器等)、化学方法(氯消毒法、臭氧消毒法等)和物理方法(紫外消毒等)[3，4]。相比较三者，物理紫外消毒法具备污水杀菌快、操作便捷和费用低等优势，但其方法对医院排污水质处理要求高；而化学臭氧、氯消毒法对污水细菌、病原体等病菌消杀效果可靠，操作便捷，但存在消杀过程毒害问题；相较前两者，生物处理方法更为科学、经济、安全和环保[5]。首先，该方法具备活性污泥、生物滤池的特点，在污水处理过程中，具备管理便捷、绿色环保且易清除医院污水病原体、细菌效率高等特征优势。在此基础上，本文调查当前医院污水危险性特征后，选取生物氧化接触法，并进一步分析绿色工艺流程、机理、反应器特征等指标参数以及应用前景，以实现对医院污水绿色环保、高效节能的处理。

2 医院污水处理机理及绿色工艺分析

2.1 医院污水特征及危险性分析

当前，国内对医院排污水处理方式单一，造成实际处理过程中污染问题较多，同时污水排放处理中产生NO、SO2等有毒性气态污染物：N、P等水体污染物、污泥等固态污染物形成二次污染，不仅影响区域生态环境安全，而且对区域居民健康也存在巨大风险隐患[6]。例如：2003年[7]，北京等地爆发“非典”病毒(简称SARS)，调查研究发现，区域内粪便等医疗排污水形成了传染链，经医院排污水辐射造成大规模人群感染SARS病毒。为此，在医院排污水严重安全危机条件下，国内各级政府颁布了医院排污准则，如《中华人民共和国水污染防治法》(1984年颁布)、《医院污水排放标准》修订并纳入国家《污水综合排放标准》GB8978-1996等控制污水排放标准，以进一步实现医院排污水全面安全治理。

2.2 医院污水处理技术分析

综上，面对医院污水造成的社会重大安全事故，本文经过科学且全面地试验研究，依据医院排污水性质、区域规模和流动动态等，经物理方法、化学方法和生物排污方法优势特征对比分析后，以选取绿色、环保、安全的生物接触氧化法综合分析该工艺绿色处理流程、处理程度及处理效益。其研究结果表明，医院污水生物接触氧化法净化处理流程，以预处理、主要绿色环保处理、后处理和二次循环处理等为主；依据处理程度，则以三级渐进式处理为主，其中，一级处理以去除医院污水中悬浮物和生物需氧量(BOD)为主；二级处理则形成以生物法去除污水有机污染物为主(如COD、氰化物等)[8]；三级处理以去除污水水体富养化物质为主，例如通过生物接触氧化法渐进式处理污水中有机污染物质；氮、磷、钾元素氧化元素；氯、氰等毒害物质，最终各级协同，渐进发展实现医院污水绿色净化[9]。

2.3 医院污水接触氧化法绿色工艺流程

为精准掌握生物接触氧化法处理医院污水的原理、变化特征及绿色工艺链，本文在处理技术特征上，科学分析了生物接触氧化法处理流程，结果如图1所示。由图1可知，生物接触氧化法绿色工艺流程主体设备由调节池、水解酸化池、生物接触氧化池、沉淀池和二次沉淀定量池组成；而系统功能则主要以污水回流、混合回流、沉淀、二次沉淀等为主。当进行污水绿色处理时，医院污水首先通过格栅，经格栅拦截(过滤)污水中较大物质或悬浮颗粒物质，随后通过过滤污水调节池保持的水质和水量指标稳定，其次，污水及混合液进入生物接触氧化池(氧化池内置填料且填料配备生物膜)，其与生物膜接触反应后将有机物质、毒害物质氧化分解，随后形成新的生物膜降沉，实现无毒害、高效率的生物消毒[10]，最终，经新生物膜沉淀和二次定量沉淀后，通过消毒池排除净化水，以此，将废水转化为净化水，实现医院废水资源循环利用的同时保证区域生态环境安全。

图1 生物接触氧化除污消毒工艺流程示意

3 生物接触氧化法实验设计分析

3.1 生物接触氧化法机理分析

目前，随着“十四五”生态环境保护政策[11]的出台和医院污水处理科学技术的愈发成熟，使具备环保、安全、高效技术特征的生物接触氧化法使用频率逐步上升[12]，为此，本文分析生物接触氧化法机理特性以掌握医院污水生物处理绿色工艺。在处理过程中，生物氧化以自身生物膜吸附性、氧化性将污水有机物质、大量元素吸附、分解和转化为新生物膜，及在生物接触氧化池中，微生物补充水中氧化物，使废水不断失去溶解氧，进而消除废水中的危害性物质，将废水变为净化水，如式(1)所示的吸附分解反映过程。同时，在工艺流程中，生物接触氧化法在消解、沉淀、转出等处理过程中机理存在以下特征：①生物氧化接触法在处理过程中由于其微生物附着填料的表面积大，氧化条件充足，使池内单位体积内容积负荷量远超剩余其余工艺方法；②生物接触氧化池在工艺流程中由于不受污泥膨胀的影响，因而其工艺具备高效、管理便捷的特性；③生物接触氧化池内水质水量调节变化适应力强。

(1)

3.2 生物接触氧化法反应器特征分析

由于医院污水中存在大量有机或无机污染物质，因而在医院污水处理中需以化学、物理或生物方法绿色工艺流程处理，相比化学方法和物理方法，生物接触氧化法在吸附、消解、沉淀等过程受环境变化影响较大，易造成微生物质和量改变，进而绿色工艺处理过程(生物反应速度、吸附、沉淀、F/M值)也随之持续变化。在此基础上，为保持生物接触氧化池内稳定，提高污水去除效率，控制工艺灵活性和强化处理流程水质水量适应性，通过设计推流式水流反应器以保持污水生物处理的能力，其中，反应器设备通过式(2)～式(4)进行管道能力计算分析。

设计采用的污水泵管道经济流速μ1，则管道截面积Fa：

(2)

管径d1为：

(3)

管径d2为；

(4)

式(2)～式(4)中：Qamax表示最大设计流量，单位：L/h，生化反应器到沉淀池管、排孔管、出水排水管等自流；μ1表示自流经济流速，单位：m/s。

为更进一步分析生物接触氧化法反应器变化特征，以明确生物氧化法处理污水能力和实际效果，本文通过假设反应器容积，进行反实验参数、水质、流量变化分析，结果见式(5)所示：当反应器所设计平均处理量为500 L/d时，填料高、氧化槽宽为特征值时；设填料体积负荷：0.48 kgCoD，则接触氧化池有效容积为：

(5)

式(5)中：Qa表示污水量，单位：m/d；Sa0表示进水浓度，单位：mg/L；Sa1表示出水浓度，单位：mg/L。

通过公式(5)对污水量、进水浓度、出水浓度、氧化池质量、反应器变化特征和容积进行了相关分析，结果表明，反应池质量与污水量、进、出水浓度成反比，则当保持生物接触氧化池进、出水浓度和质量维持不变时，则可以通过增大污水量以增加氧化池有效容积，进而使生物接触污水氧化面积增加，以此通过调整反应池参数指标实现医院污水处理过程中水量容升控制和绿色净化处理效率。

3.3 污水净化效率分析

表1 污水净化效率分析

4 接触氧化法绿色工艺实际应用分析

由于生物接触氧化法处理工艺相较传统污水处理技术其比表面积、氧利用效率、污水净化效率更出色，同时具备低动力、经济损耗和需求时间短，因而使该方法应用范围广泛，去污效果显著[14,15]。在此基础上，本文通过表2 医院污水排放水质标准指标分析了接触氧化法绿色工艺的实际应用效果。由表2可知，该水质镉元素COD指标排污水质为600～900，硫元素COD指标范围为30～120，两指标均值远超国家排放标准规定，而经过处理后发现其结果均满足指标标准，表明接触氧化法形成的生物膜能对不同元素COD指标进行吸附、沉淀、消杀等过程，有效净化了重污染水质，满足了区域水环境生态保护和和安全的实际应用。