醫(yī)院生活污水排放量大，若將生活污水處理后再生利用，既可減少對周圍水體的污染，又可為醫(yī)院節(jié)省自來水的使用量，具有很大的經(jīng)濟價值。醫(yī)院生活污水中主要污染物為化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、懸浮顆粒物(SS)、氨氮、病原微生物等，常采用以沉淀+生化法+消毒為主的三級處理工藝。生化法常用的處理工藝有活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化法等，其中活性污泥法容易發(fā)生污泥膨脹和污泥流失，泥齡難于控制，且受水溫等條件限制，分離效果不十分理想、生物膜法有對場地要求嚴(yán)格，負(fù)荷率低，容易產(chǎn)生濾池蠅等缺點、生物接觸氧化法是介于活性污泥法與生物膜法之間的生物處理技術(shù)，在污水處理中穩(wěn)定性相對較好。消毒工藝段通常采用液氯(Cl2)、次氯酸鈉、二氧化氯(ClO2)、紫外線等作為消毒劑，研究表明，0.50mg∕L的Cl2、次氯酸鈉作用5min后殺菌率最高可達75%、0.5mg∕L的ClO2作用5min后即可殺滅99%以上的異養(yǎng)菌，且ClO2不與水體中的有機物作用生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì)，無致癌、致畸、致突變作用、相對于氯消毒，紫外線對孢子、孢囊和病毒等耐受性高的病原微生物處理效果不好，不易做到在整個處理空間內(nèi)輻射均勻，存在有照射陰影區(qū)、設(shè)備造價高和壽命短等缺點。
天津市某?？漆t(yī)院生活污水處理設(shè)施原采用活性污泥法+次氯酸鈉消毒工藝，出水不能達到GB∕T18920—2002«城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)»回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。為提高出水水質(zhì)使其達到回用標(biāo)準(zhǔn)，針對該醫(yī)院水質(zhì)特征，提出采用預(yù)處理+接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒工藝對污水進行處理。筆者在小試試驗確定該工藝最佳參數(shù)的基礎(chǔ)上，按此工藝對該醫(yī)院污水處理設(shè)施進行升級改造，使污水處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定達到GB∕T18920—2002回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，以期為同類污水處理設(shè)施的工藝升級改造提供借鑒。
一、材料與方法
1.1 醫(yī)院生活污水
以天津市某專科醫(yī)院門診、宿舍等生活污水為研究對象，由于該生活污水排入專門的化糞池，因此取化糞池污水用于試驗，其水質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可知，該醫(yī)院生活污水BOD5∕COD為0.44，大于0.30，污水可生化性較好、水質(zhì)指標(biāo)總大腸菌群數(shù)較高，需進行消毒處理。
1.2 污水處理工藝
根據(jù)該醫(yī)院生活污水可生化性較好、生物脫氮效果好的特點，采用預(yù)處理+生物接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒工藝對污水進行處理(圖1)。
1.2.1 預(yù)處理
包括格柵、集水池、調(diào)節(jié)池、一沉池。在集水池進水口設(shè)置格柵，以去除水中大量的懸浮物和漂浮物，保證后續(xù)污水處理設(shè)備的正常運行。由于醫(yī)院生活污水用水量和排入污水中雜質(zhì)的不均勻性，污水流量和濃度在一晝夜內(nèi)有較大變化，為均衡污水水質(zhì)與水量，設(shè)置了調(diào)節(jié)池，該調(diào)節(jié)池分隔為2個部分，分別設(shè)置穿孔管攪拌和曝氣裝置，根據(jù)系統(tǒng)運行情況調(diào)整污泥回流比，以保證系統(tǒng)中有機物、氨氮等去除效果的穩(wěn)定。
1.2.2 生物接觸氧化
生物接觸氧化法可通過控制活性污泥的污泥負(fù)荷(F∕M)，提高有機物去除率和脫氮率，降低污泥產(chǎn)量。采用兩級生物接觸氧化工藝：一級接觸氧化池內(nèi)F∕M高，微生物增值不受污水中營養(yǎng)物濃度制約，處于對數(shù)增殖期，生物膜增長快，保證有機物的去除和脫氮效率、二級接觸氧化池內(nèi)F∕M低，微生物增殖處于減速期或內(nèi)源呼吸期，硝化菌占比較高，硝化反應(yīng)可充分進行，同時有效降低污泥產(chǎn)量。
1.2.3 高效沉淀池
根據(jù)進水水質(zhì)情況，在高效沉淀池加入混凝劑聚合氯化鋁(PAC)、助凝劑聚丙烯酰胺(PAM)，采用多點污泥回流措施，保證氨氮和SS的去除率。高效沉淀池包括混合反應(yīng)區(qū)、絮凝反應(yīng)區(qū)、澄清區(qū)，在混合反應(yīng)區(qū)加入PAC，靠攪拌器的提升混合作用完成泥渣、藥劑、原水的快速凝聚反應(yīng)、在絮凝反應(yīng)區(qū)加入PAM，進行慢速絮凝反應(yīng)，以結(jié)成大的絮凝體。
1.2.4 過濾與消毒
過濾系統(tǒng)有效保證BOD5、SS的去除效果，降低消毒劑的用量，保證出水水質(zhì)、消毒工藝采用ClO2發(fā)生器，該發(fā)生器采用化學(xué)法生成ClO2，對污水和污泥進行消毒，殺菌率超過99%。
1.3 工藝參數(shù)確定
1.3.1 生物接觸氧化工藝參數(shù)
在50L的塑料桶中掛入1組直徑為125mm的彈性立體填料，加入城市污水處理廠二沉池污泥20L進行接種掛膜。掛膜成功后，采用預(yù)處理后的污水作為進水，水質(zhì)指標(biāo)CODCr為197.1~246.4mg∕L，BOD5為98.6~123.2mg∕L，SS濃度為68.8~85.0mg∕L，氨氮濃度為30.2~41.8mg∕L，總大腸菌群數(shù)大于18000個∕L。在控制溫度等其他條件不變時，分別進行氣水比、容積負(fù)荷、pH對BOD5和氨氮去除率的影響單因素試驗。
1.3.1.1 氣水比
為有效降解污水中的有機物，生物接觸氧化池中需提供充足的溶解氧(DO)，以保證有機物的正常氧化，而氣水比直接影響反應(yīng)器中DO濃度。在容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)，進水流量為6.25L∕h，溫度為20~26℃的條件下，設(shè)置氣水比分別為5∶1、10∶1、15∶1、18∶1，研究其對污水中BOD5、氨氮去除的影響。
1.3.1.2 容積負(fù)荷
在污水pH為7.0，氣水比15∶1時，設(shè)置容積負(fù)荷分別為0.15、0.30、0.50、0.80和1.00kg∕(m3/d)，即對應(yīng)的進水流量分別為1.875、3.750、6.250、10.000和12.500L∕h，水力停留時間分別為24.0、12.0、7.2、4.5、3.6h，研究容積負(fù)荷對污水中BOD5、氨氮去除的影響。
1.3.1.3 pH
在容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)，氣水比15∶1時，設(shè)置pH分別為6.0、6.8、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0，研究其對污水中BOD5、氨氮去除的影響。
1.3.2 高效沉淀池工藝參數(shù)
采用六聯(lián)攪拌裝置，在1000mL燒杯中進行混凝試驗，考察單獨投加PAC、聯(lián)合投加PAC與PAM情況下，混凝劑投加量對處理效果的影響。
1.3.2.1 PAC
取接觸氧化池出水(SS濃度為87mg∕L)，分別加入10、12、15、18和20mg∕L的PAC，混合3min，靜置沉降30min后，取上清液測定SS濃度。
1.3.2.2 PAC+PAM
取接觸氧化池出水(SS濃度為87mg∕L)，加入15mg∕L的PAC，快速攪拌3min，混合均勻，然后加入PAM并慢速攪拌8min，沉淀30min，取上清液測定SS濃度。
1.3.3 消毒池工藝參數(shù)
以高效沉淀池的出水為研究對象，在1000mL的燒杯中，分別投加5、10、15和20mg∕L(以有效氯計)的ClO2，接觸時間為1h，檢測進水(高效沉淀池出水)及消毒后出水的總大腸菌群數(shù)，分析消毒前后總大腸菌群數(shù)變化。
1.4 指標(biāo)檢測方法主要水質(zhì)指標(biāo)檢測方法見表2。
二、結(jié)果與討論
2.1 工藝參數(shù)確定
2.1.1 生物接觸氧化工藝參數(shù)
2.1.1.1 氣水比
生物接觸氧化在不同氣水比時BOD5、氨氮的去除率見圖2。由圖2可知，隨著氣水比的增加，BOD5去除率變化幅度不大、而氨氮去除率隨氣水比增加明顯增大。當(dāng)氣水比為5∶1、10∶1時，由于曝氣量不足，使硝化菌生長繁殖可利用氧量不足，成為硝化反應(yīng)的限制因素，造成氨氮去除率不高、當(dāng)氣水比為15∶1、18∶1時，由于可利用氧量充足，滿足硝化菌的需要，氨氮去除率明顯提高。從經(jīng)濟方面考慮，確定最佳氣水比為15∶1。
2.1.1.2 容積負(fù)荷
在不同容積負(fù)荷下生物接觸氧化對BOD5、氨氮去除率見圖3。由圖3可知，容積負(fù)荷由0.15kg∕(m3/d)增至0.8kg∕(m3/d)時，BOD5去除率保持在94.8%左右、容積負(fù)荷超過0.8kg∕(m3/d)時，BOD5去除率快速降低。容積負(fù)荷對氨氮的影響與BOD5差異較大，容積負(fù)荷為0.15kg∕(m3/d)時，氨氮去除率高達99.9%，但隨著容積負(fù)荷的增加，氨氮去除率快速下降。這是因為容積負(fù)荷增加造成水力停留時間減小，使微生物與污水中污染物接觸時間減少，而硝化細(xì)菌世代更新時間較長，留給硝化細(xì)菌降解氨氮的時間不充足，致使氨氮的去除率降低，當(dāng)容積負(fù)荷過高時，使同步硝化受到抑制。在較低容積負(fù)荷時〔<0.5kg∕(m3/d)〕，BOD5、氨氮均有較好的處理效果，在工程應(yīng)用中由于容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)較0.30kg∕(m3/d)節(jié)約了1∕3的池體容積，綜合考慮出水水質(zhì)與工程投資成本，容積負(fù)荷以0.50kg∕(m3/d)為宜。
2.1.1.3 pH
進水pH對氨氮、BOD5去除率的影響見圖4。由圖4可知，進水pH變化對BOD5去除率影響較小，但對氨氮去除率影響較大。當(dāng)進水pH從6.0增至7.0時，氨氮去除率明顯升高、pH為7.0~8.0時，氨氮去除率趨于穩(wěn)定、pH>8.0時，氨氮去除率略有降低。進水pH對氨氮去除率的影響與硝化菌活性相關(guān)，pH>8.0或pH8.0時，NH+4的電離平衡使NH3濃度迅速增加，由于硝化菌對NH3較為敏感，會影響硝化速度、pH
2.1.2 高效沉淀池工藝參數(shù)
2.1.2.1 PAC投加量
不同PAC投加量時污水中SS去除率變化如圖5所示。由圖5可知，SS去除率隨PAC投加量加大而提高、PAC投加量超過15.0mg∕L時，增加PAC投加量，SS去除率呈下降趨勢。確定PAC最佳投加量為15.0mg∕L。
2.1.2.2 聯(lián)合處理時PAM的投加量
PAC+PAM聯(lián)合處理時，PAC投加量穩(wěn)定在15.0mg∕L，不同PAM投加量下污水中SS去除率變化如圖6所示。由圖6可知，隨著PAM投加量的增加，SS去除率明顯增加、PAM投加量超過1.0mg∕L時，SS去除率穩(wěn)定在95%左右。
采用PAC+PAM聯(lián)合處理方式，PAC投加量為15.0mg∕L，PAM投加量為1.0mg∕L時，SS去除率較穩(wěn)定。
2.1.3 消毒池工藝參數(shù)
不同ClO2投加量時總大腸菌群數(shù)如表3所示。由表3可知，ClO2投加量高于12mg∕L時，消毒后出水總大腸菌群數(shù)可被控制在1個∕L以下，總余氯濃度保持在1.5mg∕L。確定ClO2最佳投加量為12mg∕L。
2.1.4 最佳工藝條件
通過小試試驗確定的最佳設(shè)計參數(shù)：容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)，pH為7.5~8.0，氣水比為15∶1，投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為15.0、1.0mg∕L)，同時采用12mg∕L的ClO2對出水進行消毒。
2.2 工程應(yīng)用及效果
在天津市某?？漆t(yī)院的生活污水處理設(shè)施升級改造中，采用預(yù)處理+生物接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒工藝進行設(shè)計，生活污水設(shè)計水量為2000m3∕d。于2014年8月完成工藝升級，9月進行運行調(diào)試，10月穩(wěn)定運行，此時該工程最佳運行工況：容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)，pH為7.8左右，氣水比為17.5∶1.0，聯(lián)合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為21.0、0.8mg∕L)，ClO2投加量為12mg∕L。于2014年11月對進水、出水水質(zhì)進行監(jiān)測，結(jié)果見表4。由表4可知，出水主要指標(biāo)均達到GB∕T18920—2002回用水沖廁水質(zhì)要求。
三、結(jié)論
(1)針對醫(yī)院生活污水特點，采用“預(yù)處理+接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒”工藝進行處理，小試試驗確定其最佳工藝條件：容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)，pH控制在7.5~8.0，氣水比為15∶1，聯(lián)合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為15.0、1.0mg∕L)，ClO2投加量為12mg∕L。
(2)采用“預(yù)處理+接觸氧化+高效沉淀+過濾消毒”工藝，對天津市某?？漆t(yī)院生活污水進行升級改造，工程規(guī)模為2000m3∕d，穩(wěn)定運行時工程最佳運行工況：容積負(fù)荷為0.50kg∕(m3/d)，pH控制在7.8左右，氣水比為17.5∶1.0，投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為21.0、0.8mg∕L)，采用ClO2發(fā)生器產(chǎn)生的ClO2進行消毒(投加量為12mg∕L，接觸時間為1h)。處理后出水達到GB∕T18920—2002回用水沖廁水質(zhì)要求。（ >
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