大型平战结合医院污水处理站设计实例

王梦影， 刘兵， 黄金友， 刘波， 何庆国， 李鸿斌

（中建三局第一建设工程有限责任公司， 武汉 430040）

平战结合医院指在符合平时医疗服务要求的前提下， 满足疫时快速转换、 实现救治需求的医院。为日后更好应对重大突发公共卫生事件， 平战结合医院成为未来医院建设的首选方向［1-2］。 其污水处理站除了满足平时的污水处理功能之外， 还应在疫时能够阻断传染病原体经水传播， 对于防止传染病大面积扩散至关重要。 《综合医院“平疫结合”可转换病区建筑技术导则》中明确指出了污水处置的重要性， 医院类工程设计规范也已重新修订， 这给污水处理站的设计带来新的挑战。

本文以武汉某新建大型平战结合医院为例， 详细介绍了污水处理站的设计方案及处理工艺， 给出了平疫转换应用模式， 以期为同类型工程建设提供参考。

1 工程概况

该医院设计床位2 000 张， 平时作为国家三甲老年病专科医院及国际化康养医疗服务中心， 疫时转换为传染病医院。

整个院区污水包括生活污水和医疗废水。 生活污水来自限制区， 主要为行政办公楼、 倒班宿舍区域； 医疗废水来自隔离区， 包括医疗综合楼及限制区以外其他区域， 水质中或含有致病菌、 病毒等有害物质。 生活污水和医疗废水采取分质、 分流处理， 生活污水经化粪池后达标排至城市污水处理厂， 医疗废水经化粪池后进入污水处理站， 再经二级处理达标排至城市污水处理厂。

污水处理站采用“预处理（含消毒）+二级处理+消毒”工艺， 设置2 套污水处理设施， 总处理规模为2 400 m3／d， 设计每天运行16 h。 平时2 套污水处理设施按周期轮流运行， 疫时2 套污水处理设施满负荷运行。

2 设计水量、 水质

2.1 平时状态下设计水量、 水质

平时状态下， 生活污水设计水量为166.5 m3／d， 排放执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级标准［3］。 医疗废水设计水量为914.5 m3／d， 排放执行GB 18466—2005《医疗机构水污染物排放标准》预处理标准［4］。 生活污水及医疗废水中的NH3-N 执行GB／T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》中的B 级标准［5］。 设计进出水水质见表1。

2.2 疫时状态下设计水量、 水质

疫时状态下， 本项目转换为传染病医院， 生活污水设计水量为170.8 m3／d， 进出水水质及浓度指标与平时状态相同（见表1）， 不同的是污水产生量及排放量增多， 排放同样执行GB 8978—1996 三级标准。 医疗废水设计水量为1 971.6 m3／d， 设计进水水质及浓度指标同表1； 排放执行GB 18466—2005 规定的传染病、 结核病医疗机构水污染物排放限值（日均值）， 其中NH3-N 按照GB／T 31962—2015 中B 级标准执行。 本项目地处长江流域， 医院建设要求质量标准高， 综合考虑经济、 环境、 社会效益和当地自然气候条件及院方要求， 污水处理站的出水排放控制限值相较于执行标准更加严格。疫时状态下， 医疗废水除执行上述标准外， 对肠道致病菌、 肠道病菌、 结核杆菌及SARS-CoV-2 病毒提出了“不得检出”的严格要求， 主要出水水质指标控制限值如表2 所示。

3 污水处理工艺

针对医疗废水具有含病原微生物、 有机溶剂、消毒剂的特点， 目前常用的处理效果较好的生物处理工艺主要有活性污泥法、 生物接触氧化法、 膜生物反应器等。 活性污泥法水质适应性强， 但停留时间较长， 生物脱氮效果差［6］， 且产生污泥量多， 曝气量大， 不适用于传染病医院［7］。 膜生物反应器设备结构紧凑， SS 和病原体去除率高［8］， 但造价高，耗能高， 运行管理复杂， 适用于负荷较小的医院改造工程［9］、 应急医院工程［7-10］， 大型综合医院污水处理工程应用该工艺较少。 生物接触氧化法对水质水量变化适应性强， 容积负荷高， 污泥量少且不受污泥膨胀影响［11］， 适用于具有复杂医药成分污水的处理［12-14］， 同时该工艺经济成本较低， 工艺操作及管理效率较高， 在大型综合医院中应用较多， 且效果较好［6，15］。

考虑到本医院项目规模大， 兼具平疫转换功能， 且绿色环保要求高， 经过综合比选， 本污水处理站采用生物接触氧化法， 预处理部分采用预消毒-格栅间-调节池， 核心生化部分采用Waterbro生物膜工艺， 后续进行沉淀和二次消毒处理， 工艺流程如图1 所示。 处理方案满足HJ 2029—2013《医院污水处理工程技术规范》［16］规定。

污水经预消毒后进入格栅间， 截留较大悬浮物， 脱氯后进入调节池， 充分混合均匀， 稳定进入后续生物膜处理工艺。

Waterbro 生物膜设备将生化部分和澄清单元一体化。 生化部分内设底部engelbart 曝气器， 可产生低通量微小气泡， 有效降解有机物； 内设的VFG 生物膜载体， 由好氧菌、 厌氧菌等微生物组成的生态系统形成生物膜， 可氧化分解COD、NH3-N 及有毒有害物质。 澄清单元内设新型VF 填料， 特殊的结构设计能够保证固液的高效分离， 保证出水稳定。

经生物膜工艺处理之后， 出水进入沉淀池， 经泥水分离后部分污泥回流至接触氧化池， 剩余污泥进入污泥池， 污泥经消毒、 脱水后交给具有相关资质的单位外运处置。

污水经沉淀、 过滤后， 进行二次消毒， 预消毒和二次消毒均由现场配置的5 kg／h 次氯酸钠全套在线制备系统提供， 次氯酸钠质量分数为0.8%。出水水质经检测达标后排放。

此外， 污水处理站恶臭气体采用次氯酸钠喷淋-活性炭吸附工艺处理后通过高度为15 m 排气筒排放。

4 主要构筑物及设计参数

（1） 预消毒池及脱氯池。 预消毒池1 座， 地下钢砼结构， 尺寸为9.6 m×2.3 m×5.5 m， 有效水深为4.8 m， 停留时间为2 h， 采用次氯酸钠消毒， 加氯量设计取值50 mg／L， 加氯量为5.0 kg／h。 脱氯池1 座， 地下钢砼结构， 尺寸为4.0 m×2.7 m×6.0 m， 有效水深为5.0 m， 停留时间为0.5 h， 采用硫代硫酸钠脱氯； 配置余氯在线测定仪1 台， 余氯报警器1 台， 预消毒池及脱氯池仅在疫时启用。

（2） 调节池。 3 座， 地下钢砼结构， 尺寸分别为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， 总有效容积为600 m3， 有效水深为4.8 m， 连续运行时停留时间为6.0 h。 搅拌用压缩空气量为4.5 m3／min（含脱氯池）。 配置罗茨风机2 台（1 用1 备）， Q = 5.0 m3／min， P = 49 kPa；污水提升泵4 台（2 用2 备）， Q=50 m3／h， H=10 m； 超声波液位计2 套； 空气搅拌器2 套， 曝气量为2m3／（h·m2）， 穿孔曝气。

（3） 水解酸化池。 2 座， 地下钢砼结构， 内置固定填料， 单座尺寸为7.7 m×2.7 m×8.0 m， 总有效容积为300 m3， 有效水深为7.5 m。 温度保证15 ～40 ℃， DO 质量浓度保持在0.2 ～0.5 mg／L， 停留时间为3.0 h， 上升流速为1.0 m／s， 污泥浓度为10 g／L。 配置布水器2 套， Q=50 m3／h； 潜水搅拌器2台， N=4 kW。

（4） 接触氧化池。 4 座， 地下钢砼结构， 单座尺寸为7.7 m × 3.7 m × 8.0 m， 有效水深为5.2 m，两级处理， 停留时间为2.0 ～6.0 h。 内置VFG 生物膜载体填料， 填料有效容积为312 m3， 填料层高度为3.5 m， 比表面积大于240 m2／m3； 曝气装置4 套，单套装置配80 个低通量微孔曝气器， 单个曝气器直径为215 mm， 气泡直径为1 ～2 mm， 氧气利用率大于25%， 通气量为0.5 ～8 m3／h； 气水比为18 ∶1， 曝气量为30 m3／min， 于填料下方满平面均匀曝气。 设计负荷为1.0 kg［BOD5］／（m3［填料］·d）， 污泥产率为0.4 kg［VSS］／kg［BOD5］， 进水BOD5浓度过高时， 设出水回流系统。 硝化液回流泵4 台（2用2 备）， Q=100 m3／h， H=7 m， N=2.2 kW； 高效均匀出水装置4 套， Q=25 m3／h； 罗茨风机3 台（2 用1 备）， Q=15.0 m3／min， P=69 kPa。

（5） 沉淀池。 2 座， 地下钢砼结构， 单座尺寸为7.7 m × 6.7 m × 8.0 m， 有效停留时间为1.3 h，表面负荷为1.1 m3／（m2·h）。 设置出水堰2 套， Q=50 m3／h； 污泥泵16 台， Q=30 m3／h， H=10 m， N=1.5 kW。

（6） 多介质过滤器。 6 台（4 用2 备）， 单台尺寸为φ1.6 m×2.0 m， 滤料为活性炭加石英砂， 活性炭层厚0.4 m， 粒径为0.8 ～1.5 mm， 石英砂层厚0.8 m， 粒径为1.0 ～1.4 mm， 滤速为12 m／s。

（7） 消毒池。 2 座， 地下钢砼结构， 单座尺寸为7.7 m×3.0 m×8.0 m， 设计有效容积为250 m3，有效水深为6.0 m。 根据GB 18466—2005， 非传染病医院污水接触消毒时间不小于1.0 h， 传染病医院污水接触消毒时间不小于1.5 h， 本工程设计接触消毒时间为2.5 h。 配置反洗泵4 台（2 用2 备），Q=150 m3／h， H=16 m， N=11 kW。

设计加氯量在平时和疫时不同。 平时状态下，设计加氯量为20 mg／L， 加氯量为1.0 kg／h， 经余氯在线测定仪调节， 保证接触池出口总余氯的质量浓度为2 ～8 mg／L。 疫时状态下， 设计加氯量为25 mg／L， 加氯量为2.5 kg／h， 经余氯在线测定仪调节， 保证接触池出口总余氯的质量浓度为6.5 ～10 mg／L。 配置2 台2 m3消毒加药装置， 包含6 台计量泵及6 台电磁流量计。

5 工程设计特点

（1） 本工程承担2 000 张床位的大型综合医院的污水处理， 规模大； 采用Waterbro 生物膜一体化设备进行二级处理， 现场配备次氯酸钠消毒剂制取装置， 区分平、 疫状态运行， 经济性、 可靠性更高。

（2） Waterbro 生物膜工艺优势明显。 通过内置生物膜载体填料， 使容积负荷量高于一般工艺方法， BOD5、 COD、 NH3-N、 有毒有害物质等的去除率更高； 低通量微孔曝气传质效率高， 避免了传统曝气方式造成的污泥老化或膨胀问题， 且产生污泥量少， 绿色环保； 新型澄清单元VF 填料， 相较于斜管、 斜板填料， 水力分布更均匀， 固液分离效率更高。 Waterbro 生物膜一体化设备能耗低、 投资少、 运营管理简便。

（3） 平疫快速、 灵活转换。 平时状态下， 生活污水走向为： 进水→化粪池→城市污水处理厂； 疫时状态下， 在化粪池处投加次氯酸钠消毒。 平时状态下， 医疗废水走向为： 进水→化粪池→二级+消毒（2.5 kg／h）→城市污水处理厂； 疫时状态下，医疗废水走向为： 进水→化粪池（投加次氯酸纳消毒）→预消毒池（次氯酸钠， 5 kg／h， 2.0 h）→二级+消毒（次氯酸钠， 2.5 kg／h）→城市污水处理厂。

6 运行效果

疫时运行（取2022 年11 月最高值）及平时运行（取2023 年2 月最高值）出水水质如表3 所示， 各项指标均处于设计限值以内， 平时状态COD、BOD5、 SS、 NH3-N 去除率分别为86.3%、 86.7%、88.5%、 60.0%； 疫时状态COD、 BOD5、 SS、 NH3-N 去除率分别为85.2%、 87.5%、 85.0%、 92.7%，且未检出要求控制的致病菌及SARS-CoV-2， 水处理效果良好。

表3 污水处理站出水水质Tab.3 Effluent water quality of sewage treatment station

7 经济效益分析

本工程总投资约879 万元， 吨水运行费用平时约1.30 元， 疫时约1.55 元， 包含人工费、 药剂费、设备维护费、 污泥处置费、 电费等。

8 结语

采用预处理（含消毒）-Waterbro 生物膜二级处理-消毒的组合工艺， 处理具有病原微生物、 有机物、 消毒剂的医疗废水， 平时运行COD、 BOD5、NH3-N 出水质量浓度分别在34.3、 13.3、 12.0 mg／L以下， 粪大肠菌群数为100 MPN／L， 总余氯质量浓度在3.6 mg／L 以下； 疫时运行COD、 BOD5、 NH3-N出水质量浓度分别在37.1、 12.5、 2.2 mg／L 以下，粪大肠菌群数为100 MPN／L， 总余氯质量浓度在7.0 mg／L 以下， 2 种运行状态的出水水质均远优于GB 18466—2005 及GB／T 31962—2015 标准要求。采用次氯酸钠消毒后出水中未检出所要求控制的病菌及SARS-CoV-2。 该工程设计绿色环保， 平疫转换方法经济可靠。