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王洪臣疫情防控期间医疗污水和城镇污水处理

发布时间:2023/4/15 19:40:50   
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北极星水处理网讯:新型冠状病毒(-nCoV)是呼吸道病毒,下水道不是其主要传播途径,但呼吸道病毒又存在随痰、粪便以及尿液等人体排泄物进入下水道的可能,且可以在污水中继续保持一定时间的感染能力,因此,污水处理行业应采取应对措施,阻断病毒在下水道的传播。笔者认为,阻断病毒传播的总体思路应是“源头严控、末端严防、中间不扰动”。源头严控是指强化定点医疗机构、医院、临时集中隔离场所以及研究机构医疗污水的消毒处理,把病原体杀灭在源头;末端严防是指下游城镇污水处理设施应确保稳定运行,将上游“漏网”病毒杀灭在处理设施;中间不扰动是指不扰动污水收集系统。

1强化医疗污水消毒处理,把病源控制在源头

按照《医疗机构水污染物排放标准》(GB-),传染病医疗机构污水排放标准的卫生学指标是粪大肠菌群数小于MPN/L,肠道致病菌、肠道病毒均不得检出。呼吸道病毒是包膜病毒,肠道病毒是非包膜病毒,最近研究表明,包膜病毒比非包膜更易在污水中衰亡,因此,当前对呼吸道病毒的防控应可以继续执行现有标准。关于医疗污水处理站的具体设计、建设及管理,《医院污水处理技术指南》(环发〔〕号)、《医院污水处理工程技术规范》(HJ-)和《新型冠状病毒污染的医疗污水应急处理技术方案(试行)》已有详细规定。基于“把病源控制在源头”的思路,以下就消毒方式、药剂种类以及消毒药剂的实际投加量提出补充性建议。

1.1应优化选择确定消毒方式和药剂种类

目前常用的消毒方式有氯化、臭氧化和紫外三类。紫外适合较大规模的处理设施,在医疗污水处理中较少采用。臭氧只能设备化,建设及运行较为复杂,但臭氧氧化能力强,消毒效果好,受温度、pH值以及其它水质指标的影响小,要求的接触时间短,在条件允许的情况下可作为首选。氯化包括液氯、次氯酸盐(次氯酸钠或次氯酸钙)和二氧化氯,三种方式各有利弊。液氯也属于强氧化剂,消毒效果好,但受水中凯氏氮(氨和有机氮)的影响非常大。当水中氨氮浓度较高时,需超量投加,越过折点积累游离氯,才能保证消毒效果。次氯酸盐消毒效果液氯相近,也受凯氏氮影响,综合成本较高,但由于储存及投加方便,实际采用最广泛。二氧化氯氧化能力低于于液氯,成本高于次氯酸盐,但不与氨氮反应,没有消毒副产物。综上分析,在疫情防控期间,在设备采购、现场条件、运行操作以及费用预算等客观条件允许的前提下,以消毒效果最佳为首要目标,建议按以下顺序确定消毒方式:

臭氧消毒>二氧化氯消毒>液氯消毒>次氯酸盐消毒

如以时间进度和操作方便为首要目标,则只能按以下顺序确定消毒方式:

次氯酸盐消毒>液氯消毒>二氧化氯消毒>臭氧消毒

实际中,除部分大型医疗机构采用臭氧和二氧化氯消毒,绝大部分定点医疗机构、医院、临时集中隔离场所都采用次氯酸盐。

1.2应以效果为目标确定不同情境下消毒药剂的实际投加量

对病原微生物灭活效果取决于消毒CT值(mg·min/L),按下式计算:

CT=接触池末端的消毒剂浓度×接触时间

不同病原微生物要求不同的CT值。在给水处理中,水中杂质少、浊度低,病毒比鞭毛虫、孢子虫和病菌更容易被灭活,杀灭病毒不是瓶颈。污水中杂质多,病毒常附着在颗粒上或包埋其中,比病菌更难灭活。污水消毒的CT值一般按杀灭病菌(以粪大肠菌群为指标)设计,如果杀灭病毒则需要更高的消毒标准。美国加州为确保后续污水再生及利用安全,对污水处理厂二级出水按杀灭病毒目标确定CT值。当采用液氯、次氯酸钠、次氯酸钙(漂白粉)或二氧化氯为消毒剂时,加州按CT值mg·min/L设计,肠道病毒灭活率可达到99.99%(4log),是目前世界上最高的污水消毒设计运行标准;当采用臭氧为消毒剂时,按CT值1mg·min/L设计运行。

《新型冠状病毒污染的医疗污水应急处理技术方案(试行)》(以下简称《应急方案》)要求:当采用液氯、次氯酸钠、次氯酸钙(漂白粉)或二氧化氯为消毒剂时,如消毒接触池的接触时间≥1.5小时,余氯量大应于6.5mg/L(以游离氯计);如消毒接触池的接触时间为1小时,余氯量大于10mg/L(以游离氯计)。如果余氯以接触池末端浓度计算,《应急方案》要求的CT值分别为mg·min/L和mg·min/L,均大于加州的mg·min/L,是最严格的设计运行CT值,能确保肠道病毒灭火率大于99.99%(4log)。《应急方案》提出几种消毒剂投加量参考值是50mg/L,二氧化氯和臭氧消毒效果受水质影响很小,二氧化氯的CT值大于加州的mg·min/L,臭氧的CT值远大于加州的1mg·min/L,因而可保证病毒杀灭效果。当采用液氯、次氯酸钠或次氯酸钙(漂白粉)为消毒剂时,由于这些药剂受水质影响很大,建议具体投加量视不同情境结合水质具体计算确定。

液氯、次氯酸钠或次氯酸钙(漂白粉)作为消毒剂加入污水后,由于污水中存在大量凯氏氮,随着投药量的增加,反应顺序如图(1)所示。在第Ⅰ阶段,消毒剂首先氧化污水中硫化氢等还原性较强的物质;随着投药量的加大,进入第Ⅱ阶段,消毒剂与氨氮形成氯胺,与有机氮形成有机氯胺,与少量有机物形成有机氯化物;投药量继续加大,进入第Ⅲ阶段,消毒剂与第二阶段生成的氯胺反应,降低氯氨量;直到进入第Ⅳ阶段,游离余氯才开始积累,才开始杀灭病原体。

投药量不足时,在第Ⅱ和Ⅲ阶段形成或剩余的是氯胺。氯胺虽然也有消毒作用,但属于缓慢消毒,通常要求几小时以上的接触时间,在接触时间仅为1.5个小时的接触池内难以发挥出明显的消毒效果。氯胺常用于供水管网的持续性抑菌。因此,要实现污水游离氯消毒,需要按凯氏氮浓度计算越过折点的投药量。当采用液氯、次氯酸钠或次氯酸钙(漂白粉)做消毒剂时,投药量应按下式计算:

消毒剂投加量=K1×氨氮浓度+K2×有机氮浓

K1为氨氮被氯化的氯氮质量比,在氨的折点氯化过程中,氯氮质量比约为10,其中包含了氧化硫化氢等其它易被氧化物质所需的氯量;K2为有机氮被氯化的氯氮质量比,在有机氮的氯化过程中,氯氮质量比约为16。

当医院污水采用生物二级生物处理,对出水消毒时应按照实际出水氨氮浓度计算投加量,假设出水氨氮为8mg/L,忽略有机氮,接触时间为1小时,此时要保持10mg/L游离余氯,获得99.99%(4log)的病毒杀灭效果,实际药剂投加量应为90mg/L。对医院污水采用一级强化处理,由于没有硝化效果,出水氨氮浓度很高,投药量巨大,此时建议改用臭氧或二氧化氯进行消毒。有研究表明,对一级或一级强化处理的污水进行消毒,加药量在几十毫克升的量级时,杀菌效果明显,但基本不能杀灭病毒。香港昂船洲是世界最大的一级强化污水处理厂,采用次氯酸钠消毒,在20mg/L投加量时,对粪大肠菌群只有2log的灭菌效果。

综上,为使医疗污水消毒达到对肠道病毒99.99%(4log)的灭活率,把病源控制在源头,建议实际操作中通过检测或估算污水中氨氮浓度和有机氮浓度确定加药量。对一级强化处理的污水进行消毒时,建议尽量采用臭氧或二氧化氯消毒。

2确保城镇污水处理及污泥处理处置设施正常运行,防控结合

2.1城镇污水处理厂正常稳定运行是最重要的防控

城镇污水处理厂包括预处理、一级处理、二级生物处理,随着近年的提标改造,几乎所有大中型处理厂都建设了混凝过滤等深度处理设施,部分处理厂还采用了膜过滤技术。这些处理单元在去除污染物的同时也在去除、抑制或杀灭病原微生物,发挥着关键的防控作用。表(1)综合了文献报道的各主要处理单元对肠道病毒的去除、抑制或灭活效果,只要污水处理厂正常运行,全流程可至少获得2log(99%)以上的去除、抑制或灭活效果,为通过末端消毒彻底阻断病毒传播提供基础。

目前,全行业污水处理厂出水氨氮已普遍很低,经混凝、砂滤或膜滤之后,浊度大大降低,消毒单元的CT值可按给水处理标准确定。表(2)是采用不同药剂获得对肠道病毒4log(99.99%)灭活率的CT值,表(3)是接触时间为30分钟时,接触池末端在不同温度下需要保持的药剂浓度。实际上,表(2)和表(3)都是行业目前实际常规运行工况,只要保持稳定运行,消毒单元即可获得4log(99.99%)灭活效果,加上前段各单元对肠道病毒的去除、抑制或灭活,全流程可超过6log(99.%)灭活率。城镇原污水中目前检出肠道病毒最高copies/L,现有设施可彻底阻断肠道病毒在污水系统的传播。呼吸道病毒是包膜病毒,肠道病毒是非包膜病毒,最近研究表明,包膜病毒比非包膜更易在污水中衰亡。综上,现有城镇污水处理厂只要保持正常稳定运行,即可彻底阻断肠道病毒和呼吸道病毒。因此,笔者一再强调,城镇污水处理厂在疫情期间应确保稳定运行,一般不需要采取其他强化处理措施,稳定运行就是最重要的防控。这也说明这几年高标准建设的污水处理设施在疫情防控中可发挥重要作用。少数小型城镇污水处理厂建设标准较低,还没有设置深度处理设施,可视情适当增加投药量,增强消毒效果,但要

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