基于AO消毒工藝的醫院污水處理技術分析

摘 要：AO消毒工藝作為處理醫院污水的常用工藝，可以通過在各工藝單元增設相關輔助系統有效提高處理效果。本文通過試驗結合工藝應用數據，明確了在調節池、缺氧和好氧池以及消毒池增設攪拌器等設備對污水指標的去除效果。結果表明，不同工藝單元的優化措施僅對提高某些指標的去除率有效。實際運行數據表明，增加輔助攪拌和曝氣系統能保證出水達標。人工是運行的最大支出，因此未來應用這項工藝可考慮減少人員配置。

關鍵詞：醫院污水；AO；消毒工藝；優化措施；人工

中圖分類號：X 799" " " 文獻標志碼：A

1 醫院污水及工藝簡介

1.1 醫院污水水質介紹

醫院污水具有復雜的特性，其中含有大量的有機物質、微生物、藥物殘留物和化學物質[1]。直接排放醫院污水會對周圍環境和公共衛生安全造成嚴重影響，因此安全處理醫院污水的重要性不言而喻。某小型醫院采用AO消毒工藝處理醫院污水，進水水質見表1，出水水質見表2，設計水量考慮一定富裕系數，為10m3/d。

1.2 處理工藝介紹

AO消毒工藝是一種將厭氧氧化和消毒工藝相結合的污水處理工藝，其在醫院處理污水方面有很有優點。首先，它能高效去除醫院污水中的有機物質，降低COD和BOD5等指標，從而有效減少環境污染[2]。其次，該工藝能通過消毒階段有效殺滅污水中的病原菌和致病菌，降低傳染病的傳播風險，保障人們的健康安全。此外，AO消毒工藝具有較強的適應能力，能應對進水質量的變化，保持穩定運行，適用于醫院污水處理。最后，該工藝的操作相對簡單，設備維護成本低，滿足醫院污水處理的實際需求[3]，工藝流程如圖1所示。醫院污水經預處理去除大物質后，首先，進入缺氧池，在這個階段，厭氧細菌通過厭氧呼吸作用將有機物質轉化為可溶解的有機酸。通過厭氧氧化反應，有機物質被降解為較小的有機酸和氣體[3]。其次，污水流入好氧池，這個階段主要是通過氧化和沉淀作用，進一步去除有機酸和懸浮物[4]。在好氧池中，污水與空氣接觸，氧化反應使有機酸進一步分解和降解，同時懸浮物沉淀。處理后的污水進入消毒池，通過添加適量的消毒劑，有效殺滅殘留的病原菌和致病菌，最后，出水排放達標[5]。

2 工藝技術分析

2.1 污水預處理單元

2.1.1 集水井

集水井作為這項工藝污水收集的關鍵部分，為考慮醫院高峰用水產生的污水水量和后續工藝的處理負荷，集水井體積一般按水量×停留時間×系數計算，水力停留通常設計為1.5d。研究發現，污水收集單位作為接納污水的第一工藝單元，保證去除污水中大物質能有效保證后端工藝的穩定。為進一步去除污水中大物質，保證后續工藝穩定運行，集水井可考慮設置格柵去除污水中的大物質。這項工藝設置粗細兩道65°傾斜的格柵，利用重力分離的原理，將密度比水小的油、渣分離出來[3]。其中，粗格柵的柵隙為20mm，柵寬為600mm，細格柵的柵隙為5mm，柵寬為600mm，雜質去除率見表3。

2.1.2 調節池

調節池在該工藝中起到均質和暫存的重要作用，但同時也是臭氣的主要來源。根據污水流量和水質特點，與集水井設計原理一致，其容積按水量×停留時間×系數計算。研究發現，調節池增加一定的攪拌機制能有效提高其均質效果[2]。因此，這項工藝為調節池增配了潛污攪拌器和曝氣管。攪拌器能有效地攪動污水，防止污泥沉積和酸化，曝氣管向污水中注入氧氣，提高污水的溶解氧含量，促進后端微生物的生長和活動。此外，調節池設置氣味收集罩和排氣管道，將臭氣引導至氣味處理設施進行處理，并在調節池中添加了氧化劑或臭氧等物質，以降低臭氣的濃度。

增設攪拌混合系統前后預處理出水各污染物去除率對比結果見表4。與未增設攪拌器和曝氣管相比，增加相應設備后，COD、BOD和SS的去除效果均有所提高，COD和BOD的去除率分別為從18%增至20%，而SS的去除率從15%增至20%。進一步進行方差分析發現，增設攪拌器和曝氣管能顯著提高SS的去除效果（P＞0.05），而對COD和BOD的去除率無顯著影響。該結果表明增設攪拌器和曝氣管能提高對污水中各種污染物的去除效果，主要是提高對SS的去除效果，增設攪拌混合系統主要在提升均質作用，對降低生化性效果有限。

2.2 生化處理單元

2.2.1 缺氧反應池

缺氧池的設計主要由進水流量、污泥回流比、硝化液回流比、出水中攜帶的硝態氮濃度、硝化液回流的硝態氮濃度、缺氧池出口的硝態氮濃度以及停留時間確定。缺氧反應池通過反硝化作用對污水進行水解酸化作用，以降低其生化性去除污水中COD和BOD，其中所進行的反應較為復雜，具體可歸為以下幾類。

有機物降解：有機物+微生物→產物+微生物生長

以乙醇為例：C2H5OH+微生物→CO2+H2O+微生物生長

硝酸鹽還原：硝酸鹽+有機物+微生物→氮氣+產物+微生物生長

以硝酸鹽為例：NO3- +CH3OH+微生物→N2+CO2+H2O+微生物生長

硫酸鹽還原：硫酸鹽+有機物+微生物→硫化物+產物+微生物生長

以硫酸鹽為例：SO42- +CH3COOH+微生物→S2- +CO2+H2O+微生物生長

為提高反應效果，可以考慮在池內增設組合填料。使用組合填料可以增加反應表面積，促進微生物的附著和生長，從而提高水解酸化過程的效率，增設填料前后缺氧池出水各污染物去除率對比結果見表5。從表5可知，無論是增設40%和80%填料均能提高污水中COD、BOD、NH3-N和SS的去除率，但增設80%填料比40%填料效果更好。進一步進行數據分析發現，增設40%和80%填料比未增設均能提高COD的去除率（P＞0.05），經過兩種處理后提高了3%和8%的COD去除率（P＞0.05），同時增設80%填料比增設40%填料使COD的去除率也明顯提高，增設80%填料比增設40%填料明顯提高5%的COD去除率（P＞0.05）。與COD一致，增設填料對BOD的去除效果也呈現上述規律。增設40%填料能提高4%的BOD去除率，增設80%填料能提高9%的BOD去除率，增設80%填料較40%填料提高5%的BOD去除率（P＞0.05）。僅增設80%填料能提高NH3-N的去除率（P＞0.05）。與未增設填料相比，增設80%填料能提高3%的NH3-N去除率（P＞0.05）。增設填料雖能在一定程度上增強SS去除率的效果，但整體沒有顯著差異。

2.2.2 好氧反應池

好氧池主要通過硝化作用進而降低廢水的生化性，并通過氨氧化作用去除水中的氨氮，其具體反應式如下。

有機物降解：有機物+微生物+O2→CO2+H2O+微生物生長

以葡萄糖為例：C6H12O6+6O2+微生物→6CO2+6H2O+微生物生長

氨氮氧化：NH4+ +2O2+微生物→NO2- +2H+ +H2O+微生物生長

以氨氮為例：NH4++2O2+微生物→NO2- +2H+ +H2O+微生物生長

硝酸鹽氧化：NO2- +0.5O2+微生物→NO3-+微生物生長

以亞硝酸鹽為例：NO2-+0.5O2+微生物→NO3- +微生物生長

好氧反應池的容積主要通過日處理水量、水的停留時間和污水進口COD平均濃度計算得出。為保證其去除效果，池內可以增設填充率80%的組合填料。同時，可在采用這項工藝的好氧池中用特殊設計的高效內循環射流曝氣系統，通過高活性的好氧微生物作用，降解大部分有機物。

增設填料和內循環射流曝氣系統前后好氧池出水各污染物去除率對比結果見表6。由表6可知，無論是僅增設填料和增設填料，還是曝氣系統均能有效提高污水中COD、BOD、NH3-N和SS的去除率，增設填料和曝氣系統后，污水指標的去除率效果最佳，除SS外均顯著高于其他處理。與未增設填料和曝氣系統相比，僅增設填料能提高4%的COD去除率（P＞0.05）。與未增設填料和曝氣系統相比，增設填料和曝氣系統能提高11%的COD去除率（P＞0.05），比僅增設填料提高了7%（P＞0.05）。僅增設填料對提高BOD去除率的效果并不顯著，與未增設填料和曝氣系統相比，增設填料和曝氣系統后，COD的去除率明顯提高9%（P＞0.05）。無論是僅增設填料和增設填料，還是曝氣系統均能提高污水NH3-N的去除率（P＞0.05）。與未增設填料和曝氣系統相比，僅增設填料能明顯提高6%的NH3-N去除率（P＞0.05），增設填料和曝氣系統能明顯12%的NH3-N去除率（P＞0.05），與僅增設填料相比，增設填料和曝氣系統能明顯提高6%的NH3-N去除率（P＞0.05）。

2.2.3 沉淀池

經生化反應后去除大量生化性的污水泵送至沉淀池進行固液分離。沉淀池主要用于污泥回流，進而使缺氧和好氧池中的污泥濃度達到15g/L，經過不斷馴化形成的微生物菌群，對污水中部分較難生物降解的有機物也能逐步降解，沉淀池出水各污染物去除率見表7。

2.3 消毒單元

消毒單元采用二氧化氯法對沉淀后的上清污水進行消毒處理，二氧化氯具有強氧化性和殺菌性能，可以有效地殺滅污水中的細菌和病毒，以保證排放符合糞大腸菌群指標要求。為加強消毒效果，消毒池可以考慮配備潛水攪拌器和穿孔曝氣管，增設潛水攪拌器和穿孔曝氣管。消毒池出水各污染物去除率對比結果見表8。僅增設潛水攪拌器以及增設潛水攪拌器和穿孔曝氣管均能顯著提高類大腸桿菌的去除率，增設潛水攪拌器和穿孔曝氣管對提高污水中類大腸桿菌的去除率效果最佳。與未增設潛水攪拌器和穿孔曝氣管相比，僅增設潛水攪拌器能顯著提高6%的類大腸桿菌去除率，增設潛水攪拌器和穿孔曝氣管的去除率提高11%，與僅增設潛水攪拌器相比，增設潛水攪拌器和穿孔曝氣管顯著提高5%的去除率（P＞0.05）。潛水攪拌器可以起到均勻的攪拌作用，保證二氧化氯與污水充分接觸，從而提高消毒效果。同時，由于二氧化氯不穩定，會分解為氯氣和氧氣，增加穿孔曝氣管后，氧氣進入，保證分解反應向左移，保證其消毒效果。除此之外，穿孔曝氣管還有一定的攪拌混合作用，能促進二氧化氯與污水更好的混合。

2.4 污泥處理部分

污泥沉淀池產生的污泥儲存在污泥池，并定期清理外運。

3 工藝運行分析

為驗證這項工藝的設計、增設設備的效果以及應用前景，本文對實際應用工藝后的水質進行了檢測。項目經安裝和調試后于2022年12月正式投入運行，運行和出水水質穩定，實際進水水質和出水見表9。其中，COD由251mg/L降至68mg/L，去除率為72.9%。BOD由164mg/L降至31mg/L，去除率為82.3%。NH3-N由140mg/L降至15mg/L，去除率為89.3%。SS由48mg/L降至12mg/L，去除率為75%。類大腸桿菌由50000MPN/L降至100MPN/L，去除率為99.9%，出水滿足《醫療機構水污染物排放標準》（GB 18466－2005）中預處理標準《和污水排入城鎮下水道水質標準》（DB 31/425－2009）要求。

為驗證這項工藝的設計、增設設備的效果以及應用前景，本文對應用這項工藝的成本進行了測算。該污水處理系統的運行費用主要包括電費、藥劑以及人工費用，具體運行見表10。電耗主要來自各工藝水池的輸送泵、攪拌器運行電耗、除臭系統風機和加藥設備的電耗。同時，在前期好氧和缺氧須投加污泥和藥劑且消毒單元須每日投加二氧化氯，兩者結合產生的平均藥劑費為15元/d，最后是負責巡檢和定時清掏的運行人員。整體運行成本約為270元/d，其中以人員支出為運行主要支出。為節省開支，同時這項工藝均為全自動運行，無須人為操作且效果穩定，因此可以考慮減少專門運營人員配置，由醫院人員兼職也可完成運行。

4 結語

綜上所述，AO消毒工藝能有效滿足小型醫院的污水處理需求，但其在大型醫院的污水處理中的應用還須進一步考慮水量波動、消毒工藝以及除臭工藝等方面。后續可以根據實際運行效果和評估結果，提出工程的優化改進方案，包括池體結構調整、曝氣設備改進和優化消毒劑投加方式等，進一步提高處理效果和降低運行成本。

參考文獻

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