武漢火神山、雷神山新型冠狀病毒肺炎專科醫院污水處理站設計與運營管理

曾 磊，何廣松，王 艷，陳 聰，王建華，常 超

(中建三局綠色產業投資有限公司水務環保事業部，湖北武漢 430014)

2020年春節前，新冠肺炎疫情突然在武漢市暴發，每日大量確診患者讓武漢醫療系統不堪重負，病床位數量嚴重不足[1-2]，亟需新建新冠肺炎患者救治醫院，緩解醫療系統壓力。武漢市政府及相關部門選定武漢市蔡甸區知音湖畔的武漢職工療養院旁側預留的空置地塊及武漢市江夏區第七屆軍人運動會運動員村3號停車場，作為收治新冠肺炎病患的火神山、雷神山應急醫院的建設用地。火神山醫院設計床位1 000張，雷神山醫院設計床位1 600張，醫院污水主要來自淋浴間、負壓病房樓、ICU、醫技部、休息室等場所排放的污水。該污水是一種低濃度污水，水質與一般生活污水類似，除含有有機和無機污染物外，還含有各種藥物、消毒劑、解剖遺棄物等，以及大量傳染性病菌、病毒和寄生蟲，成分較為復雜，該污水必須經處理達標后方可排放[3-4]。

根據國家相關法律法規、技術規范，參照同類型醫院的污水處理方案[5]，結合項目實際條件，2座應急醫院污水處理站工藝均采用“預消毒接觸池+化糞池+提升泵站(含粉碎格柵)+調節池+MBBR生化池+混凝沉淀池+接觸消毒池”處理工藝，污水經消毒處理后泵送至市政管網，排入城市污水處理廠。污水站地基下方均按垃圾填埋場標準鋪設防滲膜，雨水收集匯入雨水調蓄池后進行消毒處理，實現不讓一滴污水流入環境的目標。2座污水處理站2月20日—4月15號共計56 d的運營過程中，整體運營平穩，無重大安全生產事故。現對2座污水處理站的運營管理總體情況、重難點內容等進行總結分享，以期為其他醫療污水運營管理人員提供參考與借鑒。

1 項目概況

1.1 處理水源

醫院污水按水質成分的不同，分為生活污水、特種污水和放射性污水3大類。其中，生活污水占比較大；特種污水包括化驗室、手術室、藥劑室排出的污水，含有重金屬消毒劑、有機物質、酸、堿等有毒有害物質；放射性污水是放射性診斷、治療等過程中排放的含有放射性同位素的污水。

1.2 水量水質

1.2.1 進出水水質

火神山、雷神山醫院定位為傳染病醫院，污水主要為醫院污水，參考同類醫院污水數據，污水處理站進水水質指標如表1所示。

根據設計要求，火神山、雷神山醫院污水經處理后排入市政管網；水質執行《醫療機構水污染物排放標準》(GB 18466—2005)中傳染病、結核醫療機構污水排放限值，如表1所示。考慮到生化系統調試周期較長(至少需10～15 d)，與該項目緊急投入使用時間不匹配，參考小湯山醫院的污水設計思路[5]。在醫療污水處理站建成后的系統調試期內，醫療污水通過“預處理消毒+氣浮”處理后，出水水質滿足《醫療機構水污染物排放標準》(GB 18466—2005)預處理標準(表1中預處理出水水質)，即可排入市政管網；系統調試完成進入正式運行后，出水需達到表1中出水水質標準，方可排入市政管網。

表1 設計進出水水質Tab.1 Design Water Quality of Influent and Effluent

1.2.2 設計水量

參考《醫院污水處理工程技術規范》(HJ 2029—2013)中水量設計計算方法，根據火神山應急醫院設計床位數(N=1 000床)，日均單位病床污水排放量[q=500 L/(床·d)]，考慮污水日變化系數(Kd=1.6)，該醫院設計污水量Q=q·N·Kd=800 m3/d。按照40 m3/h設計，為保證系統的安全穩定運行，再上1組同樣規模的40 m3/h的污水處理裝置，日處理總規模為1 920 m3/d。

根據雷神山應急醫院設計床位數(N=1 600床)，日均單位病床污水排放量[q=500 L/(床·d)]，污水日變化系數(Kd=1.6)，該醫院設計污水量Q=q·N·Kd=1 200 m3/d。雷神山醫院污水經2套排水系統排出，其中，醫護生活區污水經新建化糞池預處理系統(包括75 m3鋼筋混凝土池和配套管網)處理后，利用原有的排水體系排入市政污水管網；隔離區污水經新建污水處理站處理達標后，排入市政污水管網，實現醫患污水分離。故雷神山醫院污水處理站實際設計處理能力與火神山保持一致，按照2條40 m3/h處理線設計，日處理總規模為1 920 m3/d。

1.3 處理工藝

武漢火神山、雷神山應急醫院污水處理工程采用相同的處理工藝，即“預消毒+二級處理+深度處理+消毒處理”工藝，經消毒處理后的污水泵送至市政管網后，排入城市污水處理廠，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 火神山、雷神山應急醫院污水處理工藝流程Fig.1 Process Flow Chart of Wastewater Sewage Treatment Stations (Huoshenshan and Leishenshan)

1.4 工藝說明

火神山、雷神山醫院污水首先進入預接觸消毒池，預消毒工藝段位于管網末端、化糞池前。預消毒工藝采用液氯對醫院污水進行預消毒，消毒后進入化糞池。

化糞池污水溢流進入污水提升泵站，經泵提升后，送入調節池進行水質和水量調節，向調節池內添加亞硫酸鈉，對剩余部分余氯進行中和去除，以避免進入后端生化系統，抑制生化細菌的產生。

調節池出水進入生化處理系統，該系統采用MBBR生化處理工藝。該工藝在相同負荷條件下，具有HRT短、體積小、基建費用少、運行費用低等特點。通過生化系統處理可以去除污水中絕大部分COD、BOD、氨氮、TN及TP等污染物。

生化處理系統出水進入混凝沉淀池進行泥水分離，進一步降低出水SS濃度。

混凝沉淀池出水進入折流消毒池，在此添加消毒劑，確保殺滅剩余病毒及有害物質，保證系統出水安全性。

污泥經濃縮脫水后排入污泥貯存池暫存，后進入污泥脫水機脫水后，外運至危險廢棄物處理廠焚燒處置，上清液回流。

對預接觸消毒池、調節池、生化池、沉淀池產生的臭氣進行集中收集和處理處置，統一收集后的臭氣經風機送入尾氣處理系統，經活性炭吸附和紫外殺菌消毒后達標排放。

1.5 參數設計

消毒池：火神山、雷神山應急醫院污水處理消毒設計分為預消毒和二級消毒。其中，預消毒接觸池設計規模為2組40 m3/h，各組平均停留時間為3 h，最大停留時間可達5 h，預消毒設計投加量為40 mg/L(以有效氯計)；二級消毒設計流量為2組40 m3/h，平均停留時間為3 h，最大停留時間可達5 h，單位加氯量為25 mg/L(以有效氯計)。同時，消毒設備設計皆留有一定的富余能力，可根據實際情況靈活調整，充分保障消毒效果。

化糞池：主要功能為對醫院污水中的懸浮物進行預沉淀，同時承擔部分脫氯作用，降低后續調節池脫氯運行壓力，化糞池出水進入提升泵站提升至調節池。化糞池選用有效容積為100 m3的加強型玻璃鋼化糞池5座。

MBBR生化池：本項目MBBR生化池按規模800 m3/d設計，采用鋼制成品生化池，2套系統并聯設計，單套處理工藝生化系統停留時間約5.6 h，配套生化填料、鼓風機及曝氣系統等。DO≥2 mg/L；SV30為20～30；pH值為7.2～8.0；溫度為15～40 ℃；MLSS為3 000～4 000 mg/L；單組停留時間為6 h。

混凝沉淀池：本項目混凝沉淀池選擇集機械混合、絮凝、斜板沉淀于一體的高效沉淀池體，采用鋼制成套設備2套(1用1備)，單臺混凝沉淀池設計流量為60 m3/h，配套絮凝劑制備及投加系統1套。單套處理能力為60 m3/h；PAC投加量為200～400 mg/L；PAM投加量為0.5～2 mg/L。

污泥脫水間：1座，磚混結構，尺寸為16.8 m×4.2 m；主要配套設備：疊螺污泥脫水機1臺，處理量為12～20 kg Ds/h，1.17 kW；活塞轉子污泥泵2臺(1用1備)，Q=15 m3/h，H=0.2 MPa，N=1.49 kW；PAM制備裝置1臺，Q=500 L/h，N=1.5 kW；PAM加藥計量泵2臺(1用1備)，Q=200 L/h，N=0.2 kW；PAC制備裝置，Q=1 000 L/h，攪拌機N=1.5 kW×2；PAC加藥計量泵，Q=100 L/h，H=0.2 MPa，N=0.55 kW。

1.6 主要設備

整個處理系統主要包括預消毒池、MBBR生化池、沉淀池、調節池、絮凝沉淀池、二級消毒池等，與之相配套的設備有潛水提升泵、Y型過濾器、攪拌機、疊螺脫水機、計量泵、加油桶等。

1.7 人員配置

火神山醫院醫療污水運營團隊人員總計22人，包括7名運營管理負責人，7名水處理操作工，1名電氣維修人員，1名設備維修人員，同時設有2名安全防護防疫員，另有4名技術人員進行運營技術支持工作。

雷神山醫院醫療污水運營團隊人員總計21人，包括5名運營管理負責人，8名水處理操作工作，1名電氣維修人員，1名設備維修人員，同時設有2名安全防護防疫員，另有4名技術人員進行運營技術支持工作。

1.8 監測指標及頻次

檢測指標：pH、COD、氨氮、總余氯，大腸桿菌群、出水量。

總余氯指標每日至少檢測2次，COD和氨氮指標每日至少1次(取24 h混合水樣)。微生物指標在運營初期每日送檢1次，運行正常后一周檢測1～2次。pH每日監測指標對比2次。出水量每天持續跟蹤監測。

采樣頻率：每4 h采樣1次，一日至少采樣3次。

1.9 系統調試

污水處理站工程建設完成后，整體系統調試主要包括單機調試、設備聯動調試和工藝系統調試。單機調試是在設備安裝完成后，測試水密性、安全、控制系統、防曬等是否符合相關技術規定。設備聯動調試是對系統所有設備、安裝系統進行聯動測試，驗證整個系統在設計負荷時，是否能運行正常，是否達到技術規定要求，為下一步工藝系統調試做好準備。工藝系統調試主要是生化系統的調試運營，調試的主要工作內容包括污泥配種、工藝參數控制及調試運行。

考慮到目前污水水質、菌種來源、氣候、項目進度等因素，采用接種法，利用臨近市政污水廠好氧污泥(污泥指數為1 000～2 000 mg/L)為種泥進行污泥培養。調試過程中每天以BOD5∶N∶P=100∶5∶1投加白糖、尿素、磷肥等營養底物，間歇進水。先曝氣1 h，再靜置2 h，曝氣1 h，重復操作。7 d后，填料表面已全部掛上生物膜，第8 d開始連續小水量進水，動態培養，不斷調整進水量，控制溶解氧在2～4 mg/L。火神山、雷神山醫院污水處理站在調試運行的第3周左右，出水水質基本達到設計要求，并進入正式運行。

2 運行效果

2.1 處理水量

火神山醫院污水處理設施最大設計水量為1 920 m3/d，2月20日—4月15日，累計處理水量28 242.7 m3，日最大處理水量為1 467.2 m3，日平均處理處理水量為504.3 m3/d。雷神山醫院污水處理設施最大設計水量為1 920 m3/d，2月20日—4月13日，累計處理水量28 785 m3，日最大處理水量為1 279 m3，日平均處理處理水量為533.1 m3/d(圖2)。

污水處理設施日處理水量受降雨量影響較大，當日降雨量>20 mm時，系進進水水量顯著升高。火神山、雷神山醫院污水處理設施處理水量在2月27日(1 467 m3)、3月29日(1 081 m3)和3月30日(1 319 m3)達到處理高峰，是因為上述時間段均發生不同程度的降雨。4月9日和4月12日，雷神山醫院處理水量為0，是因為患者數量減少，污水量降低，污水在系統中調節運轉，無處理污水排出。

圖2 2座醫院處理水量變化Fig.2 Variation of Treated Water Volume in the Two Wastewater Treatment Stations

2.2 出水COD

火神山、雷神山醫院污水處理設施出水CODCr設計標準為60 mg/L。在整個運營過程中，火神山醫院出水CODCr最大值為135 mg/L，平均值為36.4 mg/L。其中，2月20日、2月21日、3月9日、3月27日、3月31日出水COD超標，其余時間COD均達標。雷神山醫院出水CODCr最大值為163 mg/L，平均值為45.9 mg/L。其中，2月20日—2月27日共計8 d的出水COD超標，其余時間出水COD均達標(圖3)。

圖3 2座醫院出水COD變化Fig.3 Variation of Effluent COD in the Two Wastewater Treatment Stations

火神山、雷神山醫院污水處理設施在運營初期COD均發生不同程度的超標，特別是雷神山醫院污水處理設施，分析原因可能是處理站生化系統完成調試后，污泥濃度相對較低，處理效果不穩定。火神山醫院污水處理設施在運營期出現了3次出水COD超標現象，分析原因可能是3個時間段受到降雨影響，系統進水量增大，雨水的稀釋作用導致進水有機物濃度下降，碳源不足，可生化性降低，導致生化系統有機物的生化性能下降。

2.3 出水總氯

火神山、雷神山醫院污水處理設施出水總氯指標設計標準為6.9 mg/L。在整個運行過程中，火神山醫院污水處理設施出水余氯值最大值為39.18 mg/L，最小值為7.26 mg/L，平均值為13.00 mg/L，出水總余氯達標，無不達標情況發生。雷神山醫院污水處理設施出水總余氯最大值為10.3 mg/L，最小值為7.2 mg/L，平均值為7.9 mg/L，出水總余氯達標，無不達標情況發生(圖4)。

圖4 2座醫院出水總氯變化Fig.4 Variation of Effluent Total Chlorine in the Two Wastewater Treatment Stations

2.4 出水氨氮

火神山、雷神山醫院污水處理設施出水氨氮指標設計標準為15 mg/L。在整個運行過程中，火神山醫院污水處理設施出水氨氮最高值為 1.9 mg/L，最小值為0.017 mg/L，平均值為0.3 mg/L，出水氨氮達標，無不達標情況發生。雷神山醫院污水處理設施出水氨氮最大值為5.4 mg/L，最小值為0.1 mg/L，平均值為2.57 mg/L，出水氨氮達標，無不達標情況發生(圖5)。

圖5 兩山醫院出水氨氮變化Fig.5 Variation of Effluent Ammonia Nitrogen in the Two Wastewater Treatment Stations

2.5 出水大腸桿菌群

火神山、雷神山醫院污水處理設施出水氨氮指標設計標準在系統調試階段<5 000 MPN/L，正式運行階段<100 MPN/L。在整個運行過程中，火神山、雷神山醫院出水大腸桿菌群數一直≤1 MPN/L，滿足出水設計標準。

2.6 出水污泥

火神山、雷神山醫院污水處理站污泥系統整體運行平穩，無重大設備故障及維修記錄。污水處理站服務期間，由于MBBR生化工藝產泥量較小，總的產泥量(含水率≤80%)火神山約1.4 t，雷神山約1.5 t。火神山、雷神山封院之后，污泥由專用的密封負壓運輸車運至危險廢棄物處置廠進行焚燒處置。

3 運營管理重難點

火神山、雷神山應急醫院污水處理設施運營期間，運營管理重點、難點及應對措施主要包括以下3個部分。

(1)保證系統出水總余氯指標的穩定達標：為保證系統出水病毒與致病菌指標安全穩定達標，出水總余氯穩定達到設計標準至關重要。實際運營過程中，在預消毒和后接觸消毒單元分別按照方案設計投加量進行消毒劑的投加，并及時跟蹤監測生化系統進水及總出水中總余氯的濃度變化，保證進水總余氯濃度≤0.2 mg/L，減少余氯濃度過高對生化系統微生物群落的毒害作用；保證出水總余氯濃度≥6.9 mg/L，實現出水生物安全性穩定達標。然后，根據生化系統總余氯變化，實時調整預消毒單元消毒劑投加量。當總余氯超標時，采用亞硫酸鈉中和預消毒產生的余氯，使總余氯濃度控制在0.2 mg/L。

(2)保持生化系統處理效果的穩定：在污水處理設施運營管理階段，系統處于低溫環境，微生物細胞內的酶活性下降，物質代謝過程中各生化反應速度減慢，微生物的繁殖速度也隨之減慢，不利于污染物的代謝分解。在實際運營過程中，為保證系統中一定的污泥濃度，根據進水水質情況，當進水中碳源不足時，以BOD5∶N∶P=100∶5∶1比例，針對性地投加尿素、二胺、白糖等營養底物，補充微生物營養劑，保障系統微生物的生長繁殖，提高污泥濃度。

(3)保障超量進水時，外排水全部消毒處理：系統調試及運營階段，在2月15日、2月25日—2月26日、3月29日—3月30日出現強降雨，導致處理站超量進水，水質混濁，對生化系統的調試及正常運營造成巨大沖擊，處理效果不穩定，無法實現出水達標。針對此情況，運營團隊現場啟動超量進水應急預案，騰空調節池，啟用應急池，啟動調節池超越生化系統程序，同時與雨水泵站聯動，啟動雨水加氯流程，確保外排水全部消毒處理，防止污水溢流污染現象發生。同時，與政府相關單位開展積極溝通，就超量進水應急階段，系統出水執行表1預處理標準達成一致意見。

4 小結

本研究通過對火神山、雷神山醫院污水處理項目的概況、處理設施的運行效果及運營管理的重點、難點等內容進行梳理。結果顯示：火神山、雷神山醫院污水處理設施正式運營期間，整體運行平穩，進水量無超設計水量情況發生；出水總余氯、氨氮均達到設計標準，無超標現象發生；出水COD在運營初期由于生化系統不穩定出現COD超標情況，在運營過程中，火神山醫院污水處理設施出水COD由于降雨產生的沖擊負荷出現COD幾次超標情況。總體而言，火神山、雷神山醫院醫療污水處理站在實際運行過程中，整體平穩，未出現停產造成污水溢流、處理水量超過設計最大水量、出水主要控制指標嚴重超標等情況，保障了疫情期間污水的正常處理。