（环境工程专业论文）膜生物反应器（mbr）处理医院污水加氯消毒的研究.pdf

中文摘要 医院污水含有的大量细菌、病毒和其他有毒有害物质，危害性很大，因此在 排入城市下水道或者自然水体前应先进行消毒处理。目前，我国最常见的医院污 水处理方法为一级处理后加氯消毒排放或者不经处理直接加氯消毒排放。随着各 种突发公共卫生事件的爆发，公众对医院污水处理的关注越来越多，医院污水的 处理标准和要求必将大幅度提高。改变传统处理方式是医院污水处理的大势所 趋。采用膜生物反应器( m b r ) 处理医院污水，不仅克服了传统方法自动化程 度低，密闭性差和卫生防护条件不够等缺点，而且由于出水水质优异，可提高消 毒效率、减小消毒后出水对环境的危害。 试验水样采白天津市第一中心医院m b r 的进水和出水，采用次氯酸钠为消 毒剂，并以原污水作比较，研究其消毒效果、消毒后消毒副产物生成量以及水质 急性毒性，验证m b r 处理医院污水的优越性。 试验结果表明：m b r 出水投加1 0 2 0 m g l 次氯酸钠( 以有效氯计) 、接 触1 5 m i n 就可基本杀灭水中的细菌，而对原污水进行消毒，保持1 0 h 接触时间， 次氯酸钠投加浓度达到5 0 0 m g l 也无法达到m b r 出水的消毒效果；m b r 出水 和原污水消毒后三氯甲烷浓度分别为5 1 4 g l ( 投氯量2 0 m g l 、接触时间 2 0 m i n ) 和1 9 7 0 腭皿( 投氯量2 0 0 m g l 、接触时间1 o h ) ；采用大型蚤测定消毒 后水质急性毒性，m b r 出水和原污水的2 4 h 半效应浓度2 4 h - e c s o 分别为1 1 4 9 0 , 4 ( 投氯量1 0 m g l 、接触时间2 0 m i n ) 和2 5 5 ( 投氯量1 5 0 m e , l 、接触时间1 o h ) 。 传统方法处理后的医院污水消毒效果较差，生成较多副产物，消毒后水质毒 性大，采用m b r 处理则能大大提高消毒效果，减小消毒后排水对环境的危害。 建议对现行的医疗机构污水排放要求( g b l 8 4 6 6 - - - 2 0 0 1 ) 作一些调整，以适 应不断提高的环境要求。 关键词：医院污水，消毒，膜生物反应器，消毒副产物，水质急性毒性 a b s t r a c t h o s p i t a lw a s t e w a t e r , c o n t a i n j l l gag r e a tn u m b e ro fb a c t e r i a , v i r u s e sa n do t h e r d e l e t e r i o u sc o m p o n e n t s s h o u l db et r e a t e dp r o p e r l yb e f o r ed i s c h a r g e dt o a q u a t i c e n v i r o n m e n t n o w a d a y s ，t h em o s tc o m m o n l yu s e dm e t h o df o rh o s p i t a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n ti sd i d e c cc h l o r i n a t i o no rp r i i n a r yt r e a t m e n tf o l l o w e db yc h l o r i n a t i o n a ss e v e r a lw a t e r - b o r nd i s e a s e sw a l eb r o k eo u ：lm o l ea n dm o r ea t t e n t i o n sh a v e b e e n p m do bt h et r e a t m e n to f b o s p i t a lw a s t e w a t e r t h ee f f l u e n td i s c h a r g es t a n d a r da n d r e q u i r e m e n t so f h o s p i t a lw a s t e w a t c rw i l lb eu p g r a d e d t r a d i t i o n a lh o s p i t a lw a s t e w a t e rt r e a ：眦e n tm e t h o dh a ss e v e r a ld i s a d v a n t a g e s ， s u c ha sl o wl e v e lo fa u t o m a t i z a t i o n , p o l l u t i o nf r o ma e r a t i o no f f - g a sa n dp o o rs a f e t y h o w e v e r , t h ea b o v ed e f e c t sc a l lb eo v e r c o l n eb yu s i n gm e m b r a n eb i o r e a c t o rf m b r ) m o r e o v e r , t h ed i s i n f e c t i o ne f f i c i e n c yi se n h a n c e da n dt h eh a r mt ot h ee n v i r o n m ，e n t c a l l s e db yd i s i n f e c t e de f f l u e mi sr e d u c 斌b e c a u s eo ft h ei m p r o v e dq u a l i t yo ft h e e f f l u e n t i no r d e rt o v e r i f yt h ea d v a n t a g e st h a tm b rh a si nh o s p i t a lw a s t e w a t e r d i s i n f e c t i o n , t e s t i n gs a m p l e s ，t h er a ww a s t e w a t e ra n dt h em b r e f f l u e n tf r o mn a n j i n f i r s tc e n t r a lh o s p i t a l , w g t es t u d i e da f t e rd i s i n f e c t i o nb yu s i n gs o d i u mh y p o c h l o r i t e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt 0 翻c o u n to fb a c t e r i ai nt h ed i s i n f e c t e d m b re f f l u e n tw a sn o td e t e c t a b l ew h e nt h ec o n t a c tt i m ew a sc o n t r o l l e dt o1 5r a i na n d t h ed o s a g eo fs o d i u mh y p o c h i o m e ( e a l c d a t e da sa v a i l a b l ec h l o r i n e ) w a s1 o 2 0 m g l a sf o rt h er a wh o s p i t a lw 删e r , t h es a l n ed i s i n f e c t i o ne f f e c tc o u l d n tb e a t t a i n e de v e nt h ed o s a g eo fs o d i u mh y p o c h l o d t ea n dc o n t a c tt i m ew e r ei n c r e a s e dt o 5 0 0n 塔咒a n d1 0kn l ec o n t e n to ft r i c h o r o m e t h a n ei nt h em b re f f l u e n ta n dt h e l a wh o s p i t a lw a s t e w a t e ra f t e rd i s i n f e c t i o n , w e r e5 1 4 腿，l ( 2 0m g l ，2 0r a i n ) a n d 1 9 7 0 陷l ( 2 0 0m g i l ，1 0h ) r e s p e c t i v e l y t h ea c u t et o x i c i t yt e s t 嘶md a p h n i a m a g n as h o w e dt h a tt h em e d i a ne f f e c tc o n c e n t r a t i o no f t h em b r e f f l u e n ta n dt h el a w h o s p i t a lw 笛谚粕l e ra f t e rd i s i n f e c t i o n , w e r e1 1 4 9 ( 1 0m g ，l ，2 0m i n ) a n d2 5 5 ( 1 5 0m e , n - , 1 0h ) r e s p e c t i v e l y t h ed e , c r e a s i n gd o s a g eo fd i s i n f e c t a n t , l e s sd i s i n f e c t i o nb y - p r o d u c t s ( d b p s ) f o r m a t i o na n dl o w e ra c u t et o x i c i t yw e r ea c h i e v e d 鹊f o rd i s i n f e c t i o no f m b re f f l u e n t c u r r e n t l y , m b ri sap r e f e r a b l et r e a t m e n tm e t h o df o rh o s p i t a lw a s t e w a t e r s o m e d e t a i l si nt h e r e q u i r e m e n t sf o r m e d i c a lo r g a n i z a t i o n s e w a g ed i s c h a r g e ( g b l 8 4 6 6 - - 2 0 0 1js h o u l db ea d j u s t e dt om e e tt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to f t r e a t m e n tt e c h n o l o g ya n dr e q u i r e m e n t so nt h ee n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：h o s p i t a lw a s t 明旧t 盯，d i s i n f e c t i o n ，m e m b r a n eb i o r e a c t o r 呷i u ， d i s i n f e c t i o nb y - p r o d u c t s ( d b p s ) ，o c u t ot o x i c i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得：叁叠盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王辩理 签字日期：2 0 年，月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：王科理 导师签名： 刁负车 签字日期：2 年1 月多日 签字日期：d 一6 年，月孑日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 医院或其它医疗机构是担负着医疗、教学、科研和预防四大任务的单位，是 病人活动生活比较集中的场所。治病救人、救死扶伤是医院的宗旨，而防治环境 污染，杜绝交叉感染加强污水治理和消毒更是医院义不容辞的责任。 我国的各级、各类医院遍布全国各地。根据卫生部2 0 0 4 年统计年报数据【i 】， 全国仅县及县以上医院就有1 8 3 9 6 家，床位数为3 2 5 1 万张，按县级医院污水排 放量系数估算，其污水排放总量约1 6 0 万矗，d 。而全国乡、镇卫生院及社区医 疗诊所数目众多、分布广泛，污水排放量也相当惊人。医院污水的无害化处理不 容忽视。 2 0 0 3 年爆发的“s a r s ”不仅暴露了我国医疗应急体制的严重问题，也让所 有人认识到了医院基础设施的严重滞后现象。“s a r s ”过后，政府和公众越来越 重视医院污水的处理【2 ”。 1 1 医院污水的来源及危害 1 1 1 医院污水来源及主要污染物 我国对医院按性质划分为：综合医院、中医医院、中西医结合医院、民族医 院、康复医院、疗养院和专科医院等。专科医院又分为传染病医院( 包括结核病 医院) 、心血管病医院、肿瘤医院、口腔医院、妇产医院和精神病医院等。按照 区域医疗网络分工，医院可分为一级医院( 乡、镇卫生院) 、二级医院( 县、地 级医院) 和三级医院( 省、市级医院) 。按医院的规模划分，一般是根据医院床 位数的多少来划分，综合医院建设按床位数量划分为1 0 0 床n s 0 0 床各个级别。 医院的各个部门科室排出的污水在成分和水量上都有较大区别，这些污水 主要来自：诊疗室、化验室、洗衣房、x 光照相洗印、动物房、同位素治疗诊断、 手术室等排水；医院行政管理和医务人员排放的生活污水，食堂、宿舍排水等。 医院污水在主要成分上与生活污水既有相同点也有不同点，具体如表卜1 所示嘲。 医院污水的主要污染物包括病原性微生物和有毒有害的化学物质：病原性微 生物主要包括细菌( 大肠杆菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌、霍乱孤菌、结合分枝杆菌) 、 病毒( r f f 炎病毒、脊髓灰质炎病毒、柯撒奇病毒、埃克病毒、腺病毒、人类轮状 病毒等) 和蠕虫卵( 蛔虫卵、钩虫卵、蛲虫卵、血吸虫卵等) ；有毒有害的化学 天津大学硕士学位论文第一章绪论 表1 1 医院污水与生活污水水质比较 指标医院污水 生活污水 大肠菌群数( m p n l ) 1 0 5 1 0 。1 0 5 l o 。 c o d ( m g l ) 2 3 3 1 82 2 7 2 3 8 b o dc r a g l )1 0 1 9 18 8 1 1 7 s s ( m g l ) 1 7 1 9 01 7 0 2 4 0 p h 值 7 o 8 07 6 7 6 4 物质主要包括医院各部门使用的药物、消毒剂、悬浮固体、以及放射性污染物。 1 1 2 医院污水处理的必要性和处理原则 医院污水的处理涉及方方面面，认识到医院污水处理的必要性和迫切性，并 较为全面地掌握医院污水处理的原则和医院污水的排放与处理要求是有针对性 地合理选择医院污水处理流程的前提。结合当前形势和相关资料，医院污水处理 的必要性和迫切性总结如下： 医院污水含有的大量细菌、病毒和其他有毒有害物质，危害性很大，如果不 经无害化处理，直接排放进入城市下水道或者自然水体，会造成水体污染，引发 各种水致传染病的爆发流行，严重危害人们的身体健康。1 9 8 7 年上海发生甲肝 流行，2 9 万多人发病，主要是食用了被粪便污染的水里生长的毛蚶所致。 除了病原性微生物，医院污水中还有来自诊疗、化验、研究室等各种不同类 别的污物，如重金属、消毒剂、有机溶剂以及酸、碱等，有些重金属和难生物降 解的有机污染物是致癌、致畸或致突变物质，这些物质排入环境后可以通过食物 链富集浓缩，进入人体，而危害人体健康，从而对环境产生长远影响。医院在使 用放射性同位素诊疗、治疗和研究中，还产生放射性污水、污物，也必须通过处 理，达到规定的排放标准才可以排放。 鉴于医院污水成分的特殊性，其处理原则可以简述如下【7 】： 全过程控制原则 对医院污水的产生、分类收集、处理、排放的全过程进行控制，将医院污水 处理与医院建设、规划及设计特别是建筑给排水设计有机结合，并将医院污水处 理纳入医院的卫生安全管理体制中，确保特殊有害物质不被直接排入污水管道， 加强相关人员的培训和管理水平，保证处理设施正常有效运行。 减量化原则 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 严格医院内部卫生安全管理体系，在污水和污物发生源处进行严格控制和分 离，医院内生活污水与病区污水分别收集，即源头控制、清污分流，严禁将医院 的污水和污物随意排入下水道。 分类指导原则 根据医院性质、规模、污水排放去向和地区差异等因素进行综合考虑，因地、 因需而异，但应确保控制效果和符合国家及地方规定。另外，应随形势的发展、 技术的提高和环保卫生事业的需求，不断对设施进行改造提高或采用新技术、新 工艺。 达标与风险控制相结合原则 所有被病毒、病菌污染的医院污水都必须实旋消毒，处理后水质必须符合有 关国家标准才能排放。全面考虑综合性医院和传染病医院污水达标排放的基本要 求，同时加强风险控制意识，从工艺技术、工程建设和监督管理等方面提高应对 突发性事件的能力。 生态安全原则 处理排放达标的同时，兼顾生态系统安全和潜在的健康风险，将医院污水病 原体生物污染与疾病控制、环境污染与风险控制和生态环境保护相结合，减少对 生态环境和人体健康的影响，促进健康、安全和良好的生态环境建设，保证可持 续发展。 1 2 我国医院污水处理现状及存在问题 1 2 1 我国医院污水处理标准与规范 1 9 8 3 年，国家经委、卫生部发布了医院污水排放标准( g b j 4 8 1 9 8 3 ) ( 试 行) 。 1 9 9 6 年国家环保总局和国家质监总局发布，1 9 9 8 年实施的污水综合排放 标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 将医院污水排放标准纳入了该标准，并代替了医院污 水排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 8 8 ) 。 国家质监总局2 0 0 1 年发布的医疗机构污水排放要求( g b l 8 4 6 6 - 2 0 0 1 ) ， 从2 0 0 2 年3 月1 日起实施之日起，代替g b j 4 8 1 9 8 3 ，同时代替污水综合排放 标准中表2 与序号2 5 和2 6 以及表4 中序号5 4 和5 5 中的标准值。 1 2 2 我国医院污水处理现状 根据卫生部2 0 0 4 年统计年报数据，全国共有县及县以上医院1 8 3 9 6 家，床位 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 数为3 2 5 1 万张。其中1 5 0 床以下医院最多，占医院总数的6 8 ( 5 0 床以下医院占 总数的3 0 0 6 ，5 0 9 9 床医院占2 0 ，1 0 0 1 4 9 床医院占1 8 ) ，8 0 0 床以上仅占1 。 按现状医院污水排放量系数估计，其污水排放总量约为1 6 0 万矗d ( 5 8 4 1 l m 3 a ) ， 占我国2 0 0 4 年污水排放总量( 3 3 7 6 , 1 乙n 3 a ) 的1 7 3 【1 1 。国家环保总局2 0 0 3 年对 全国2 8 个省( 区、市) 5 0 床以上医院的污水处理现状进行调查，全国5 0 床以上的 医院共计8 5 1 5 家，床位总数为1 3 3 3 1 0 9 张，有污水处理设施的医院4 9 3 5 家，占总 数的5 8 ；医院污水排放总量为8 2 3 4 万m 3 d ，实际处理量为6 7 9 5 万m 3 ，d ，处理率 为8 2 ，按现行排放标准达标排放量5 8 1 5 万m 3 d ，达标率为7 0 6 。不同地区医 院污水处理设施的拥有率存在较大差异，北京、江苏等地的拥有率较高，在9 0 以上，而内蒙、陕西和西藏等地的拥有率较低，在1 0 3 0 之间例。 由以上数据可知，医院污水排放的绝对量与相对量均较高，为环境污染的一 个重要方面。目前我国已建设有相当数量的医院污水处理设施，对医院污水的污 染控制起到了积极的作用，但同时也存在着较多的问题。 1 2 3 医院污水处理存在的问题 ( 1 ) 医院污水成分复杂，水量大，增加处理难度 医用废弃物的收集、分类和消毒较难严格执行，造成医用化学药剂等难降解 化学物质进入医院排水系统。同时，由于医院内行政办公区、生活区等生活污水 与病区污水一同排出，造成医院污水处理量大。 ( 2 ) 医院污水处理设施拥有率、处理级别低，管理不善 我国医院污水处理设施拥有率低，已建医院污水处理设施处理级别普遍较 低。污水中残存的大量的有机物、氨氮和悬浮固体均要消耗消毒剂，其浓度随原 水波动会导致加药量不足或过量的现象。且现有规范对传染病医院( 包括带传染 病房的综合医院) 污水的处理与一般普通医院同等对待，提出的控制方法要求不 高，风险控制意识不强。谷康定【9 】等对武汉5 0 家医院进行调查后发现，仅约5 0 受调查的医院污水处理出水水质符合国家排放标准，约1 4 医院的污水处理在运 行和管理上还存在不少问题，设备老化或经常停用，微生物学指标等未达国家规 定的排放标准，存在传播疾病的隐患。 ( 3 ) 未全面考虑生态环境安全 现行医院污水的消毒主要采用含氯消毒剂，在消毒过程中氯消毒剂易与污水 中的有机物发生反应生成具有致突变性的有机氯化物。医院污水消毒前后的 a i d e s 试验和c h o 染色体畸变实验结果表明，消毒后的阳性反应明显增加，畸变 率显著增高h 0 】；对4 家医院污水消毒前后的卤代烃测试结果表明，污水中的三氯 甲烷平均增j i l 0 倍，四氯化碳平均增加1 3 倍，总卤代烃平均增加1 1 倍，平均值 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 达n 7 4 m g l1 1 1 。且消毒剂过量投加现象较多，过高余氯量严重危害生态环境和 人体健康。目前我国对医院污水排放的控制主要依据生物学指标，尚缺乏生态毒 性控制的理念。 ( 4 ) 对污水处理过程中“安全性”考虑不足 医院污水水质特殊，处理过程中产生的废气和污泥中含有大量病原微生物， 会成为新的污染源。目前我国多数医院污水处理设施自动化程度低，密闭性和卫 生防护条件不够，在系统运行过程中，管理人员直接接触污水和污泥，易造成感 染。 1 3 医院污水处理技术 医院污水处理的目的是通过采用各种水处理技术和设备去除水中的物理 的、化学的和生物学的各种污染物，使水质得到净化，达到国家或地方的排放标 准，保护水资源环境和人体健康。医院污水一般排放量比较少，属小型污水处理 设施。常用的处理方法按其作用原理可分为物理法、化学法和生物法。按其处理 程度可分为一级处理、二级处理和三级处理等。按处理工艺可分为预处理、主要 处理、后续处理等主要处理工艺过程。 医院污水处理的总流程是：传染病房和传染科的污水应单独进行消毒处理， 普通病房和一般生活污水可经化粪池处理，洗相室废液应回收银和处理回收显 影、定影废液，厨房食堂应设置隔油池，口腔科排水应处理含汞废水，使用过的 和废药剂等应进行回收处置，放射性废水应经过衰变池处理。经过以上处理后的 各种污水再进入综合污水系统，经综合污水处理系统处理完毕，达标排放。 1 1 3 医院污水处理工艺 1 3 1 1 一级处理工艺 常规一级处理的目的主要是去除污水中的漂浮物和悬浮物( s s ) ，为后续处 理创造条件。其主要设备和构筑物是：格栅、沉砂池、沉淀池等。格栅可去除污 水中较大的颗粒物质和漂浮固体物质。沉砂池可以去除0 2m m 以上的沙粒，沉 淀池可去除污水中大部分悬浮物。一般通过一级处理可去除6 0 悬浮物和 2 0 b o d 。 医院污水一级处理和氯化消毒的典型工艺流程是：来自病区和其他含菌污水 通过排水管道汇集到污水处理站，对于粪便污水应先通过化粪池沉淀消化处理， 然后进入污水处理站。处理站设有格栅、调节池、计量池、提升泵和接触池。消 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 毒剂通过与水泵联动或与虹吸水混合后，进入接触池，在接触池内污水和消毒剂 经过一定时间的接触后达到水质净化和消毒要求之后排放。化粪池或沉淀池产生 的沉淀污泥按规定进行定期消除和消毒处理【6 州l ，典型工艺流程可简单表示如图 1 1 所示： 污水d 亟凸砸丑矩圃，型悃日排放 图i - i 医院污水典型处理t 艺 目前我国中小型医院大多采用这种一级处理后投加消毒剂的工艺，甚至不处 理直接投加消毒剂【1 2 】。 1 1 3 2 二级处理工艺 二级处理主要是指生物处理。生物处理可以去除污水中溶解的和呈胶体状的 有机污染物。其b o d 的去除率在9 0 以上，出水的b o d 可降至3 0m g l 以下， 同时还可以去除c o d 、酚、氰等有机污染物。常规的二级生物处理技术如活性 污泥法不能去除水中的氮和磷。因此，国内外开发了生物脱氮除磷的改进二级处 理技术或称三级技术。它与二级处理往往结合使用，有时是对常规生物处理设施 进行改造，使之具有脱氮除磷的功能。采用的技术有a o 法、a 2 o 法、s b r 法、 a b 法、氧化沟和生物膜法等，以下为几种最常见的处理方法【l ”。 ( 1 ) 传统活性污泥法 ， 常规医院污水二级处理设施在处理过程中一般采用生物氧化法，亦称活性污 泥法。它是各种污水处理最为常用的传统处理方法。利用鼓风曝气、机械曝气等， 使污水中大量的丝状菌和真菌等微生物繁殖，这些微生物具有吸附和氧化污水中 有害物质的能力，从而降低污水的c o d 和b o d ，达到净化的效果。也有些污水 处理采用厌氧和好氧并用的方法，即在厌氧过程中，厌氧微生物繁殖、消化和吸 附水中有害物质。传统活性污泥法的缺点是会产生大量的活性污泥，且要进行污 泥处理，加长了处理流程，增加了工程费用，生物池一般占地较大，曝气过程中 对空气产生二次污染，工程投资比较大，管理专业化程度高，管理费及运行费高。 ( 2 ) s b r 法 s b r 法即序批式活性污泥法或间歇式活性污泥法，是将厌氧消化、好氧分解 和沉淀等处理设施置于同一反应池中，利用控制各阶段运行时间程序，来达到预 期效果。s b r 法的技术特点在于污泥性能好，耐冲击负荷，出水水质好且稳定， 污泥产率低，溶解氧的利用率高：经济方面虽基建费和一次性投资费用高，但易 天津大学硕士学位论文第一章绪论 于管理，运行费用低，且占地面积小，对于医院较为适宜；缺点为曝气装置易被 堵塞，影响曝气效果，需经常维修。因此，s b r 法与混凝沉淀法相结合，将能发 挥更好的作用。 ( 3 ) c a s s ( 循环活性污泥法) c a s s 是s b r 的一种改进型，比s b r 法多了一个生化区，是按充水一曝气、 充水一泥水分离、上清液滗除、充水一闲置等阶段组成一个运行周期。不同的运 行阶段及时间可根据所处理的污水水质进行调整。运行周期循环往复，反应中污 水的有效容积是一个变值。此法连续进水，主反应区分为缺氧区和好氧区。反应 器中的序批运行方式为：厌氧缺氧一好氧缺氧一厌氧。c a s s 法的特点是生 物降解、污泥沉淀、排水在同一池中完成。处理医院污水用c a s s 法效果好，易 实旌。 图1 - 2 几种常见处理工艺技术经济指标 工艺种类传统曝气 a bs b rc a s s b o d 5 9 0 9 5 9 0 9 58 0 9 0 4 0 9 0 去除率 总氮3 05 0 7 08 0 9 05 0 7 5 ( ) 总磷1 03 0 4 58 01 0 基建费 1 0 08 0 8 59 59 0 与传统法 能耗1 0 07 5 8 01 0 07 5 9 0 相比( ) 占地1 0 01 0 08 06 5 8 0 稳定性 一般稳定稳定 稳定 运行情况管理 一般较复杂简便简便 负荷波动不适应适应适应适应 适用范围 大型污水浓度高、生活污水中小型污水，且需脱氮除磷 ( 4 ) a b 法 a b 工艺的主要工作原理是充分利用微生物种群的特性，为其创造适宜的环 境，使不同的生物群得到良好的繁殖、生长，通过生物化学作用净化污水。在工 艺上分a 、b 两段处理系统，其中a 段由a 段曝气池与沉淀池构成，b 段由b 段曝气池与二沉池构成。两段分别设污泥回流系统，a 段负荷高，b 段负荷低， 污水进入a 段后进入b 段，两段串联运行。对医院污水处理，其流程中还需增 加化粪池预处理和消毒后处理。 该工艺的特点主要有：较强的抗冲击负荷能力，基建投资少、运行费用低、 天津大学硕士学位论文第一章绪论 能源消耗省，污泥沉降性能好，工艺设计灵活等。 除了以上工艺，医院污水处理工艺还有水解酸化、生物滤池、氧化沟等，还 包括上述各种工艺的组合工艺。 由于医院污水水质特殊，以上介绍的常规好氧生物处理系统无封闭措施，曝 气供氧过程产生的气泡扩散形成了大量的气溶胶分子，这些气溶胶大分子表面附 着了一些病原微生物，向空气中扩散传播，容易在曝气过程中造成对空气的二次 污染，这就为传染性疫病的传播打开了另一条通道。对于类似“s a i l s ”这种急 性高治病性呼吸道传染病来说，这是绝不可取的。该方法受到技术工艺的制约， 主要是活性污泥微生物种类和数量少，系统内生物化学反应过程不完全，一些病 原微生物易随出水排放、扩散。这使得常规污水处理工艺对医院污水中的主要有 机、无机污染物以及病原微生物的处理效率不高。 1 3 2 医院污水消毒剂和消毒工艺 医院污水处理过程中，采用物理或化学的方法杀灭水中的病原菌、病毒和其 他有害微生物，使水中微生物数量满足人类健康的要求的过程，称为消毒。医院 污水消毒是医院污水处理的一个重要环节。 目前消毒方法很多，从分类上讲，可分为物理方法和化学方法两种，物理法 有加热消毒、冷冻、辐射、紫外线消毒、超声波等，化学方法有氯消毒，臭氧消 毒等。目前国内通常使用化学法。化学法处理医院污水常用的消毒剂种类很多， 分为氯化类消毒剂和氧化类消毒剂。 氯化类消毒剂主要有液氯、次氯酸钠，漂白粉、漂粉精，其中应用较为普遍 的为液氯和次氯酸钠。这类消毒剂因价格低廉、使用方便而被大量使用，不足之 处就是不能有效杀死病毒且容易产生d b p s 。 氯化类消毒剂的消毒机理基本相同：消毒剂溶于水，形成次氯酸钠，次氯酸 钠分子是中性的，它能很快扩散到带负电荷的细菌表面，透过细胞膜进入细胞。 其中的氯原子能氧化破坏细菌细胞中的酶，由于酶是细胞内促进新陈代谢的一种 催化剂，酶的破坏导致细胞死亡，达到杀菌消毒的目的。 常用消毒剂主要有以下几种： ( 1 ) 液氯 氯气是一种有刺激性气味的黄色有毒气体，不能就地制取，必须有专用贮存 设备和加氯设备。液氯以它消毒能力强、价格便宜广泛应用于自来水和医院污水 消毒。液氯的投加设备结构复杂，易被腐蚀，危险性较大，因而在城市或人口 过于集中的区域被限制使用。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 2 ) 次氯酸钠溶液 次氯酸钠是最原始的消毒处理方法之一。一般为淡黄色溶液，有类似氯气的 刺激性气味，在光照加热条件下易分解，不宜长期储存。次氯酸钠不但可以用桶 装或槽车运输给用户，还可以使用发生装置电解氯化钠溶液制得1 2 0 l 。该方法原料 来源方便、运输和管理方便，设备投资和运行费用低，安全可靠，应用较为广泛。 但次氯酸钠消毒能力弱，处理过程中带来废渣，正逐步被其它产品替代。 ( 3 ) 漂白粉 该法有较好消毒效果【2 1 1 ，且设备简易、操作简单、技术要求低，但操作过程 中会产生刺激性气体，消毒液浓度不易控制，易引起下水道堵塞等问题，因此常 在偏远小规模医院应急使用。 氧化类消毒剂主要有二氧化氯、过氧乙酸和臭氧等。这类消毒剂与氯化类消 毒剂相比，较大的优势是不但能杀灭细菌还能杀灭病毒，不易形成d b p s 。 ( 4 ) 二氧化氯 二氧化氯常温常压下为青草气味的气体，溶于水形成黄绿色溶液。二氧化氯 具有活泼自由基，具有很强的氧化作用。它能迅速氧化、破坏病毒衣壳上的蛋白 质，抑制病毒的特异性吸附，阻止其对宿主细胞的感染。它还有很强的氧化分解 能力，与细菌及其他微生物蛋白质中的部分氨基酸发生氧化还原反应，使氨基酸 链断裂，进而控制微生物蛋白质合成，最终导致细菌死亡，它能有效杀灭细菌和 病毒，在低浓度下不会对动植物机体产生损伤。二氧化氯消毒效果明显，且能和 氯化类消毒剂一样在水中有剩余，延长消毒效果。因此，它已成为最受欢迎的消 毒剂之一，但二氧化氯也有毒、易爆炸，安全性小等缺点。目前，二氧化氯被越 来越多医院首选为消毒方法 2 2 “2 4 。 ( 5 ) 臭氧 臭氧可直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞壁和核糖核酸，分解蛋白质、 脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏。还 可以渗透胞膜组织，侵入细胞膜内，作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞 发生通透性畸变，导致细胞的溶解死亡，它还能造成死亡菌体的遗传基因、寄生 菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热源等溶解变形灭亡。臭氧几乎对所有 的细菌繁殖体、芽孢、真菌、病毒、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霍乱孤菌、结 核杆菌和蠕虫卵都有很强的杀灭能力。 臭氧杀菌能力强、作用快，其杀菌速度比余氯快6 0 0 3 0 0 0 倍，且受制约因 素影响较小，可除去水中的色、嗅、味，增加溶氧、改善水质。臭氧的制备无需 辅助材料，不存在原料运输储存问题。但是设备投资运行成本高，占地面积大。 此外，臭氧在水中溶解度低，如果尾气处理不当会污染空气，臭氧还无法储备， 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 只能就地生产就地使用。目前，国内对臭氧消毒污水研究不多，在实际处理中较 少被使用1 2 5 咖。 常用的物理消毒方法主要是紫外线消毒。 紫外线是波长在2 0 0 n m 以上的光，根据不同的波长还可细分为u v a ( 3 1 5 4 0 0 r i m ) ，u v b ( 2 8 0 3 1 5 n m ) ，u v c ( 2 0 0 2 8 0 n m ) 。与化学消毒杀菌不同，它 是通过由紫外光子辐射导致的光化学反应来进行。当紫外线照射微生物时，可使 核酸突变、阻碍其复制、转录、封锁其蛋白质的合成，产生的自由基可引起光电 离，从而导致细胞的死亡。d n a 和r n a 在波长2 5 7 砌处达到最大吸收，在该 波长下灭菌率也最高。因此，目前生产的紫外灯的中心辐射波长是2 5 3 7n m ，该 波长在顶级紫外灯中占紫外能量的9 0 以上、总能量的3 0 以上。紫外线消毒 灯管类型可分成低压、中压，高压三种，常用的是低压灯和中压灯。 1 9 1 0 年法国的c e r n o v d e o w 和h e n v i 首次将紫外线用于饮用水消毒。1 9 7 0 年， 美国环境保护署( e 队) 完成了第一个污水紫外线消毒的示范工程。此后，在美 国、加拿大等北美国家，应用紫外线消毒法处理污水开始普及，北美地区现有的 污水紫外线消毒装置已达3 0 0 多座。其灭菌范围广、效果好、运行成本低、使 用简便、无二次污染的优点得到广泛的认同。在我国，紫外线消毒只在小型的水 处理和灭菌要求较高的医院污水处理中有所应用，因为紫外线消毒对水体的透光 性和水流状态要求较高、易出现光活化现象、无持续消毒能力、灯管结垢等问题， 影响了紫外线消毒的普及网。因此，一般在紫外线消毒后再投加少量氯消毒剂， 以确保紫外线消毒后的持续消毒能力。 图1 3 主要消毒几种消毒方法的比较 消毒剂消毒效果总投资运行费安全性占地面积操作维修d b p s 液氯 较好中 较低差大难多 次氯酸钠一般低低好大易多 二氧化氯优较高较高较好较大较难较多 臭氧优高较高较好较小难较少 紫外线优中较低好较小易无 除紫外线和氯消毒剂的结合使用，也有其他多种消毒剂联合使用的工艺，因 为这样能产生协同效应，有效增强消毒效果。如二氧化氯与氯气联合使用、臭氧 与氯胺1 3 0 q l l 等。 虽然传统氯消毒简便经济，但随着人们对氯消毒副产物的逐渐认识，二氧化 氯、紫外线和臭氧技术逐步取代传统的氯化消毒将是必然的趋势。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 试验目的和内容 1 1 4 试验背景和意义 目前，我国医院污水处理基本都是经过简单的生物氧化处理或者一级处理， 投加氯消毒剂后排放，有的甚至不作处理直接消毒排放。这种处理方式虽然成本 低廉，却牺牲了消毒效率，增大了消毒剂投加量，而后续过程又没有消氯步骤， 导致d b p s 的大量产生，消毒后污水含有高浓度余氯，具有很强的生态毒性，严 重威胁水生生态系统。 2 0 0 3 年，突如其来的“s 蛆峪”让整个中国猝不及防，为了加强医院污水的 消毒效果，国家环保总局发布了( s a p s 病毒污染的污水应急处理技术方案【3 3 1 ， 规定医院污水消毒的投氯量增大到5 0m g l ，甚至可以超过8 0m g l 。如此高的 投氯量，消毒后水中肯定会有较多的副产物和较大的毒性产生。 为了增强消毒效果、减小消毒后水体的危险性，可以选择对医院污水进行更 好的处理方法来强化消毒效果、减少消毒剂用量。m b r 就是其中种很好的水 处理方法。 目前我国相关标准中，只有对消毒后余氯的下限规定，没有设置上限，这将 导致了盲目投加消毒剂。对于一些经过二级处理的医院污水，在规定的余氯下限 以内，细菌学指标就已达标，投加过多的消毒剂既浪费又不安全。 1 1 5 试验目的 目前m b r 在处理医院污水领域应用还很少。本试验通过对天津市第一中心 医院膜生物反应器的出水和原水进行次氯酸钠法消毒，考察m b r 处理医院污水 在安全性方面的优势。 考察医院污水在m b r 处理后出水的适宜消毒剂投加量和接触时间。 分析出水和原水消毒前后主要d b p 譬一卤代烃的生成量。 研究消毒后水质的急性毒性。 1 1 6 试验内容 试验主要由三部分组成，第一部分主要分析医院m b r 进出水的消毒效果， 确定各自的投氯浓度和接触时间；第二部分测定在不同投氯浓度和接触时间下两 种水样消毒前后卤代烃的生成量；第三部分测定消毒后污水的水质急性毒性。 具体内容如下： 监测与实验相关的m b r 进出水各项水质指标，包括c o d 。、浊度、s s 、 天津大学硕士学位论文第一章绪论 氨氮等等。 固定投氯浓度和接触时间中的其中一项，测定另一项对消毒效果的影响。 气相色谱法测定不同投氯浓度和接触时间下两种水样消毒前后卤代烃的 生成量。 用大型蚤测定消毒前后各自水质急性毒性。 通过实验结果，分析m b r 处理后医院污水在消毒效果、安全性方面的优 势，并对现行相关标准提出修改建议。 天津大学硕士学位论文第二章一中心m b r 工艺流程及出水水质 第二章一中心m b r 工艺流程及出水水质 2 1m b r 在医院污水处理中的应用 m b r 是一项新兴的水处理技术，由于具有出水水质优异，操作运行简单， 污泥产率低，占地面积小等特点在污水处理领域已得到广泛的应用，其范围和规 模都在不断扩大和增加。然而，膜污染和目前较高昂的投资是影响m b r 进一步 推广应用的主要因素。随着材料科学技术的发展，膜材料和膜组件的费用会逐步 降低，m b r 的广泛应用是可以预见的。 d a v i s 等嗍对不同规模的m b r 和传统活性污泥污水处理厂进行的经济分析 和比较表明：大型污水处理厂采用常规工艺更便宜，中小规模的污水处理厂采用 m b r 更便宜。考虑到污水排放标准的日益严格和膜组件的费用下降、医院污水 处理规模小、对出水有特殊要求等因素，采用m b r 处理医院污水是非常合理、 有前景的。 在我国，t j 2 0 0 1 年丁杭军等 3 5 1 率先对医院污水的m b r 处理做研究后，有诸 多这方面的研究 3 6 - 3 8 1 。在非典肆虐的2 0 0 3 年，天津市第一中心医院成为中国第 一家采用m b r 处理污水的医院。 以下简要介绍该工程的工艺和出水水质。 2 2 工艺流程及出水水质 该工程采用淹没式m b r z 艺，设计处理水量为5 0 0m 3 d 3 9 1 ，图2 1 为工艺流 程图。该工艺除具有出水水质好、剩余污泥产量低，工程占地面积小、构筑物少 等优点外，为了确保m b r 的安全运行，尤其是操作管理人员的安全，采用了负 压运行、尾气处理装置和最新的远程监控技术，实现了无二次大气污染，无人值 守与故障快速反应。 该工程1 刍2 0 0 3 年月以来，一直保持稳定运行。从2 0 0 4 年1 0 月至2 0 0 5 年9 月试验 期间其进出水相关水质指标值如表2 - 1 ，表2 - 2 所示。 天津大学硕士学位论文第二章一中心m b r 工艺流程及出水水质 图2 1 天津市第一中心医院m b r 工艺流程图 表2 1 试验期间m b r 出水各项相关水质指标值 指标数据个数最大值最小值平均值均方差 c o d , ，c r a g l ) 2 14 9 0 81 9 1 22 8 9 18 5 3 氨氮c r a g l ) 1 61 8 00 1 30 8 50 3 7 浊度( n t u )1 30 5 30 0 7 0 2 9 0 1 2 p h 值 1 08 1 77 1 l7 5 70 3 2 表2 - 2 试验期间原污水各项相关水质指标值 指标 数据个数 最大值 最小值 平均值