医院生活污水排放量大，若将生活污水处理后再生利用，既可减少对周围水体的污染，又可为医院节省自来水的使用量，具有很大的经济价值。医院生活污水中主要污染物为化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、悬浮颗粒物(SS)、氨氮、病原微生物等，常采用以沉淀+生化法+消毒为主的三级处理工艺。生化法常用的处理工艺有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法等，其中活性污泥法容易发生污泥膨胀和污泥流失，泥龄难于控制，且受水温等条件限制，分离效果不十分理想、生物膜法有对场地要求严格，负荷率低，容易产生滤池蝇等缺点、生物接触氧化法是介于活性污泥法与生物膜法之间的生物处理技术，在污水处理中稳定性相对较好。消毒工艺段通常采用液氯(Cl2)、次氯酸钠、二氧化氯(ClO2)、紫外线等作为消毒剂，研究表明，0.50mg∕L的Cl2、次氯酸钠作用5min后杀菌率最高可达75%、0.5mg∕L的ClO2作用5min后即可杀灭99%以上的异养菌，且ClO2不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，无致癌、致畸、致突变作用、相对于氯消毒，紫外线对孢子、孢囊和病毒等耐受性高的病原微生物处理效果不好，不易做到在整个处理空间内辐射均匀，存在有照射阴影区、设备造价高和寿命短等缺点。
天津市某专科医院生活污水处理设施原采用活性污泥法+次氯酸钠消毒工艺，出水不能达到GB∕T18920—2002«城市污水再生利用城市杂用水水质»回用水质标准。为提高出水水质使其达到回用标准，针对该医院水质特征，提出采用预处理+接触氧化+高效沉淀+过滤消毒工艺对污水进行处理。笔者在小试试验确定该工艺最佳参数的基础上，按此工艺对该医院污水处理设施进行升级改造，使污水处理后出水水质稳定达到GB∕T18920—2002回用水水质标准，以期为同类污水处理设施的工艺升级改造提供借鉴。
一、材料与方法
1.1 医院生活污水
以天津市某专科医院门诊、宿舍等生活污水为研究对象，由于该生活污水排入专门的化粪池，因此取化粪池污水用于试验，其水质指标见表1。由表1可知，该医院生活污水BOD5∕COD为0.44，大于0.30，污水可生化性较好、水质指标总大肠菌群数较高，需进行消毒处理。
1.2 污水处理工艺
根据该医院生活污水可生化性较好、生物脱氮效果好的特点，采用预处理+生物接触氧化+高效沉淀+过滤消毒工艺对污水进行处理(图1)。
1.2.1 预处理
包括格栅、集水池、调节池、一沉池。在集水池进水口设置格栅，以去除水中大量的悬浮物和漂浮物，保证后续污水处理设备的正常运行。由于医院生活污水用水量和排入污水中杂质的不均匀性，污水流量和浓度在一昼夜内有较大变化，为均衡污水水质与水量，设置了调节池，该调节池分隔为2个部分，分别设置穿孔管搅拌和曝气装置，根据系统运行情况调整污泥回流比，以保证系统中有机物、氨氮等去除效果的稳定。
1.2.2 生物接触氧化
生物接触氧化法可通过控制活性污泥的污泥负荷(F∕M)，提高有机物去除率和脱氮率，降低污泥产量。采用两级生物接触氧化工艺：一级接触氧化池内F∕M高，微生物增值不受污水中营养物浓度制约，处于对数增殖期，生物膜增长快，保证有机物的去除和脱氮效率、二级接触氧化池内F∕M低，微生物增殖处于减速期或内源呼吸期，硝化菌占比较高，硝化反应可充分进行，同时有效降低污泥产量。
1.2.3 高效沉淀池
根据进水水质情况，在高效沉淀池加入混凝剂聚合氯化铝(PAC)、助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)，采用多点污泥回流措施，保证氨氮和SS的去除率。高效沉淀池包括混合反应区、絮凝反应区、澄清区，在混合反应区加入PAC，靠搅拌器的提升混合作用完成泥渣、药剂、原水的快速凝聚反应、在絮凝反应区加入PAM，进行慢速絮凝反应，以结成大的絮凝体。
1.2.4 过滤与消毒
过滤系统有效保证BOD5、SS的去除效果，降低消毒剂的用量，保证出水水质、消毒工艺采用ClO2发生器，该发生器采用化学法生成ClO2，对污水和污泥进行消毒，杀菌率超过99%。
1.3 工艺参数确定
1.3.1 生物接触氧化工艺参数
在50L的塑料桶中挂入1组直径为125mm的弹性立体填料，加入城市污水处理厂二沉池污泥20L进行接种挂膜。挂膜成功后，采用预处理后的污水作为进水，水质指标CODCr为197.1~246.4mg∕L，BOD5为98.6~123.2mg∕L，SS浓度为68.8~85.0mg∕L，氨氮浓度为30.2~41.8mg∕L，总大肠菌群数大于18000个∕L。在控制温度等其他条件不变时，分别进行气水比、容积负荷、pH对BOD5和氨氮去除率的影响单因素试验。
1.3.1.1 气水比
为有效降解污水中的有机物，生物接触氧化池中需提供充足的溶解氧(DO)，以保证有机物的正常氧化，而气水比直接影响反应器中DO浓度。在容积负荷为0.50kg∕(m3/d)，进水流量为6.25L∕h，温度为20~26℃的条件下，设置气水比分别为5∶1、10∶1、15∶1、18∶1，研究其对污水中BOD5、氨氮去除的影响。
1.3.1.2 容积负荷
在污水pH为7.0，气水比15∶1时，设置容积负荷分别为0.15、0.30、0.50、0.80和1.00kg∕(m3/d)，即对应的进水流量分别为1.875、3.750、6.250、10.000和12.500L∕h，水力停留时间分别为24.0、12.0、7.2、4.5、3.6h，研究容积负荷对污水中BOD5、氨氮去除的影响。
1.3.1.3 pH
在容积负荷为0.50kg∕(m3/d)，气水比15∶1时，设置pH分别为6.0、6.8、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0，研究其对污水中BOD5、氨氮去除的影响。
1.3.2 高效沉淀池工艺参数
采用六联搅拌装置，在1000mL烧杯中进行混凝试验，考察单独投加PAC、联合投加PAC与PAM情况下，混凝剂投加量对处理效果的影响。
1.3.2.1 PAC
取接触氧化池出水(SS浓度为87mg∕L)，分别加入10、12、15、18和20mg∕L的PAC，混合3min，静置沉降30min后，取上清液测定SS浓度。
1.3.2.2 PAC+PAM
取接触氧化池出水(SS浓度为87mg∕L)，加入15mg∕L的PAC，快速搅拌3min，混合均匀，然后加入PAM并慢速搅拌8min，沉淀30min，取上清液测定SS浓度。
1.3.3 消毒池工艺参数
以高效沉淀池的出水为研究对象，在1000mL的烧杯中，分别投加5、10、15和20mg∕L(以有效氯计)的ClO2，接触时间为1h，检测进水(高效沉淀池出水)及消毒后出水的总大肠菌群数，分析消毒前后总大肠菌群数变化。
1.4 指标检测方法主要水质指标检测方法见表2。
二、结果与讨论
2.1 工艺参数确定
2.1.1 生物接触氧化工艺参数
2.1.1.1 气水比
生物接触氧化在不同气水比时BOD5、氨氮的去除率见图2。由图2可知，随着气水比的增加，BOD5去除率变化幅度不大、而氨氮去除率随气水比增加明显增大。当气水比为5∶1、10∶1时，由于曝气量不足，使硝化菌生长繁殖可利用氧量不足，成为硝化反应的限制因素，造成氨氮去除率不高、当气水比为15∶1、18∶1时，由于可利用氧量充足，满足硝化菌的需要，氨氮去除率明显提高。从经济方面考虑，确定最佳气水比为15∶1。
2.1.1.2 容积负荷
在不同容积负荷下生物接触氧化对BOD5、氨氮去除率见图3。由图3可知，容积负荷由0.15kg∕(m3/d)增至0.8kg∕(m3/d)时，BOD5去除率保持在94.8%左右、容积负荷超过0.8kg∕(m3/d)时，BOD5去除率快速降低。容积负荷对氨氮的影响与BOD5差异较大，容积负荷为0.15kg∕(m3/d)时，氨氮去除率高达99.9%，但随着容积负荷的增加，氨氮去除率快速下降。这是因为容积负荷增加造成水力停留时间减小，使微生物与污水中污染物接触时间减少，而硝化细菌世代更新时间较长，留给硝化细菌降解氨氮的时间不充足，致使氨氮的去除率降低，当容积负荷过高时，使同步硝化受到抑制。在较低容积负荷时〔<0.5kg∕(m3/d)〕，BOD5、氨氮均有较好的处理效果，在工程应用中由于容积负荷为0.50kg∕(m3/d)较0.30kg∕(m3/d)节约了1∕3的池体容积，综合考虑出水水质与工程投资成本，容积负荷以0.50kg∕(m3/d)为宜。
2.1.1.3 pH
进水pH对氨氮、BOD5去除率的影响见图4。由图4可知，进水pH变化对BOD5去除率影响较小，但对氨氮去除率影响较大。当进水pH从6.0增至7.0时，氨氮去除率明显升高、pH为7.0~8.0时，氨氮去除率趋于稳定、pH>8.0时，氨氮去除率略有降低。进水pH对氨氮去除率的影响与硝化菌活性相关，pH>8.0或pH8.0时，NH+4的电离平衡使NH3浓度迅速增加，由于硝化菌对NH3较为敏感，会影响硝化速度、pH
2.1.2 高效沉淀池工艺参数
2.1.2.1 PAC投加量
不同PAC投加量时污水中SS去除率变化如图5所示。由图5可知，SS去除率随PAC投加量加大而提高、PAC投加量超过15.0mg∕L时，增加PAC投加量，SS去除率呈下降趋势。确定PAC最佳投加量为15.0mg∕L。
2.1.2.2 联合处理时PAM的投加量
PAC+PAM联合处理时，PAC投加量稳定在15.0mg∕L，不同PAM投加量下污水中SS去除率变化如图6所示。由图6可知，随着PAM投加量的增加，SS去除率明显增加、PAM投加量超过1.0mg∕L时，SS去除率稳定在95%左右。
采用PAC+PAM联合处理方式，PAC投加量为15.0mg∕L，PAM投加量为1.0mg∕L时，SS去除率较稳定。
2.1.3 消毒池工艺参数
不同ClO2投加量时总大肠菌群数如表3所示。由表3可知，ClO2投加量高于12mg∕L时，消毒后出水总大肠菌群数可被控制在1个∕L以下，总余氯浓度保持在1.5mg∕L。确定ClO2最佳投加量为12mg∕L。
2.1.4 最佳工艺条件
通过小试试验确定的最佳设计参数：容积负荷为0.50kg∕(m3/d)，pH为7.5~8.0，气水比为15∶1，投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分别为15.0、1.0mg∕L)，同时采用12mg∕L的ClO2对出水进行消毒。
2.2 工程应用及效果
在天津市某专科医院的生活污水处理设施升级改造中，采用预处理+生物接触氧化+高效沉淀+过滤消毒工艺进行设计，生活污水设计水量为2000m3∕d。于2014年8月完成工艺升级，9月进行运行调试，10月稳定运行，此时该工程最佳运行工况：容积负荷为0.50kg∕(m3/d)，pH为7.8左右，气水比为17.5∶1.0，联合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分别为21.0、0.8mg∕L)，ClO2投加量为12mg∕L。于2014年11月对进水、出水水质进行监测，结果见表4。由表4可知，出水主要指标均达到GB∕T18920—2002回用水冲厕水质要求。
三、结论
(1)针对医院生活污水特点，采用“预处理+接触氧化+高效沉淀+过滤消毒”工艺进行处理，小试试验确定其最佳工艺条件：容积负荷为0.50kg∕(m3/d)，pH控制在7.5~8.0，气水比为15∶1，联合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分别为15.0、1.0mg∕L)，ClO2投加量为12mg∕L。
(2)采用“预处理+接触氧化+高效沉淀+过滤消毒”工艺，对天津市某专科医院生活污水进行升级改造，工程规模为2000m3∕d，稳定运行时工程最佳运行工况：容积负荷为0.50kg∕(m3/d)，pH控制在7.8左右，气水比为17.5∶1.0，投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分别为21.0、0.8mg∕L)，采用ClO2发生器产生的ClO2进行消毒(投加量为12mg∕L，接触时间为1h)。处理后出水达到GB∕T18920—2002回用水冲厕水质要求。（来源：核工业北京化工冶金研究院；中国皮革制鞋研究院有限公司）
