生物接触氧化法在医院污水中的应用.docx
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生物接触氧化法在医院污水中的应用
生物接触氧化法在医院污水中的应用
医院是病人治疗、生活的地方,其门诊部、住院部以及洗衣房、食堂、厕所等都要排出大量的污水,污水中含有多种细菌、病毒、寄生虫卵和一些有毒、有害物质。
针对小型医院而言,其废水具有水量较小,有机物浓度相较于其他类型污水而言较底,但又含有的大量病菌的特点。
所以,如何选择一种经济有效的工艺处理小型医院废水有一定的困难。
目前,常用的技术在生化处理方面有氧化沟、AB、水解酸化、ABF、CASS、接触氧化法,在消毒处理方面有次氯酸钠、液氯、臭氧、二氧化氯消毒处理技术。
本文选用生物接触氧化法+接触消毒组合处理工艺在某小型医院进行应用。
对如何实行经济有效的处理小型医院废水进行了探讨：
（1）如何选用一合理有效的污水处理工艺
（2）如何降低污水中有机物浓度和杀灭医院污水含有的大量病菌（3）采用接触氧化+接触消毒法对医院污水的处理效果究竟如何,从工程实践中总结经验教训。
1医院污水的水质水量特点
石棉县人民医院是一所综合性医院,现有病床163张（按200张床位设计）,每天排放废水量为200m3,废水排放一般集中在早上7点到10点。
废水中含有一些特殊的污染物,如药物、消毒剂、诊断用剂、洗涤剂,以及大量病原性微生物、寄生虫卵及各种病毒,如蛔虫卵、肝炎病毒、结核菌和痢疾菌等。
此外,同位素诊疗室废水中还含镭226、磷、金198、碘131等放射性物质。
与工业废水和生活污水相比,医院污水具有水量小,污染力强的特点[1]。
通过多次取样监测调查,废水水质如表1所示。
表1 废水水质
项目 单位 水质
pH值 5～10
CODcr mg/L 150～350
BOD5 mg/L 80～150
SS mg/L 150～250
NH3-N mg/L 10～50
粪大肠菌群 个/L >20000
细菌总数 个/L 2.0×107
2废水处理工艺
2.1废水处理工艺
工艺流程如图1所示。
图1 工艺流程图
2.2主要构筑物及工艺参数
化粪池：
化粪池设在各主要建筑物排出污水干管上,按国家医院污水处理设计规范,污水在化粪池中的停留时间不小于36小时,污水中的粪便、虫卵等悬浮杂质、以及污泥池回流的浓缩污泥被化粪池截流下来并进行厌氧分解,污水达到初步处理[2]。
格栅池：
医院污水中含有大量较大颗粒的悬浮物和漂流物,格栅的作用就是截留并去除上述污物,对水泵及后续处理单元起保护作用。
水力停留时间0.15h,最大小时流量16.5m3,有效容积16.5m3/h×0.15h=2.5m3,总容积为3m3,具体尺寸为2000mm×1000mm×1500mm,有效高度1300mm,钢筋混凝土结构。
调节沉淀池：
污水经格栅拦截大颗料杂物后自流入调节沉淀池,排出的污泥进入污泥浓缩池进行沉淀浓缩,污水自流入调节池调节水质水量[3]。
水力停留时间4.5h,最大小时流量16.5m3,有效容积16.5m3/h×4.5h=74.25m3。
总容积为80m3,具体尺寸为6000mm×3900mm×3500mm,有效高度3200mm,钢筋混凝土结构。
生物接触氧化池：
调节池出水通过自流或用提升泵使污水进入生物接触氧化池进行生化处理。
根据污水的性质,设计停留时间为3小时以上。
填料选用悬浮填料,此种填料挂膜容易,不会堵塞和结球,耐冲击,完全适应医院污水较大的冲击负荷。
水力停留时间6h,最大小时流量16.5m3,有效容积16.5m3/h×6h=99m3。
总容积为110m3,具体尺寸为8000mm×3900mm×3500mm,有效高度3300mm,钢筋混凝土结构[4]。
充氧采用射流曝气机,噪音小,安装简单,充氧效率高。
二沉池：
污水经生化处理后,流入二沉池,进行泥水分离。
水力停留时间3.5h,最大小时流量16.5m3,有效容积16.5m3/h×3.5h=60m3。
总容积为70m3,具体尺寸为5000mm×3900mm×3500mm,有效高度3300mm,钢筋混凝土结构。
定量池：
污水进入定量池后,在此进行水量调节,为进行后续处理（消毒杀菌处理）做好前期准备工作。
容积为50m3,具体尺寸为3900mm×3900mm×3500mm,钢筋混凝土结构。
接触消毒池：
污水在此池中投加二氧化氯进行消毒处理,从而杀灭病原菌和病毒,水力停留时间6.5h,最大小时流量16.5m3,有效容积16.5m3/h×6.5h=110m3。
总容积为120m3,具体尺寸为9000mm×3900mm×3500mm,有效高度3300mm,钢筋混凝土结构[5]。
污泥池：
调节沉淀池和二沉池的污泥由电动阀定期控制,通过自重压力排入污泥池,并在污泥池内浓缩[6]。
由于处理站产生的污泥量较少,每半年清掏一次即可。
容积为110m3,具体尺寸为3000mm×2000mm×4500mm,钢筋混凝土结构。
3重要处理单元阐述
3.1生物接触接触氧化池
3.1.1主要设计参数
在设计中,主要考虑了pH值,水温,BOD负荷,设计流量,接触停留时间,供气量。
由于生物接触氧化池对pH值的适应性比较强,因此,设计中不对pH进行调整。
一般情况下,温度高,处理效果较好,但过高会抑制微生物生长,因此,为保证处理的正常运行,将进水水温控制在10～35℃。
设计每小时流量200m3/24h=8.25m3/h,时变化系数2.0,最大小时流量8.25m3/h×2=16.5m3/h。
医院污水可生化性较好,有机负荷保持在8～12kgBOD/（m3.d）。
接触停留时间同处理效果有很大关系,在设计中停留时间维持在5～7小时,保证处理效果。
池中水气比维持在1：
（3～5）,保证足够的溶解氧[7]。
3.1.2处理池结构
生物接触氧化池由池体、填料、布水布气装置组成,池体为钢混结构,填料挂在池的四周,采用射流曝气[8]。
详见示意图,如图2所示：
图2 处理池结构图
3.1.3处理过程
将调节沉淀池的水用提升泵打进接触氧化池,池内挂满生物填料,在射流曝气机供气条件下,吸附在填料上的好氧微生物通过新陈代谢作用分解和消化有机污染物,填料选用优质的生物弹性组合填料,具有良好的布水布气性能。
采用的射流曝气机使水体搅动与充氧同时进行,气泡细密,氧转移效率高。
污水在其中停留6小时后,95%以上的有机物被去除,处理后的水进入二沉池[9]。
3.1.4处理效果
出水各项指标均优于国家标准,对CODcr去除率可高达84%,BOD5去除率95%,出水水质稳定。
3.2接触消毒池处理工程
污水从二沉池中源源不断地流入定量池内,逐步上升到特定的液面高度,在水的压力作用下产生虹吸。
虹吸产生时,虹吸主机内形成负压并产生漩流,通过产生的负压将消毒剂定比定量的投入污水中充分混合,此时污水经虹吸主机吸入接触消毒池,在池内污水与消毒剂充分接触,不会出现短流和死角,很好的杀死病原菌和病毒。
在接触消毒池中,杀灭了几乎所有的病菌。
4污水处理设施运行结果和效益分析
经过一个多月时间的试运行,对医院废水处理设施的运行效果进行了验收监测。
4.1监测因子
根据医院性质及国家标准,确定对废水处理系统的监测因子为：
pH、SS、CODcr、BOD5、NH3-N、总余氯和粪大肠菌群数。
4.2监测结果,如表2
表2 废水处理设施监测结果
项目
进水平均值
出水平均值
去除率（％）
《污水综合排放标准》
pH
CODcr（㎎∕L）
BOD5（㎎∕L）
SS（㎎∕L）
NH3-N
总余氯
总大肠菌群（个/L）
7
251
101
178
31.2
>20000
7.25
38.2
4.8
22.2
9.38
<0.1
<20
84.8
95.2
96.2
69.9
99.9
6-9
100
20
70
15
<0.5
<500
4.3分析与对照
表2结果显示,医院废水处理设施运行效果良好,其CODcr去除率可高达84.8%,SS去除率96.2%,NH3-N去除率69.9%,BOD5去除率95.2%,总大肠菌群去除率99.9%以上。
对比《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准要求,该设施处理后出水水质的监测值符合标准。
监测结果表明,各项指标均达到国家一级标准,优于设计标准值。
4.4效益分析
4.4.1工程投资
工程总投资为32.7万元,其中土建费用为21万元,设备、设计及调试等其他费用为11.7万元。
4.4.2处理成本
处理成本包括电费、药剂费,
（1）电费:
系统总装机容量7.95kw,运行功率为4.65kw,电费按0.5元/度计,每t水耗电费为0.46元/m3。
（2）药品费:
工程所用的二氧化氯是用二氧化氯发生器制取（以氯酸钠和盐酸为原料）药剂费0.10元/m3,则总处理费为0.56元/m3。
4.4.3效益分析
污水处理设施的建成并投入使用,不仅大幅减少了污染物的排放量,而且减少了自来水的使用量,其处理出水完全满足回用要求,如用于草坪浇灌、洗车、冲厕等。
污水处理站直接运营支出费用约为2016元/月,其正常运行后,如水价为2元/m3,可处理污水若全部回用（120m3/d）,则可节约水费7200元/月,节支相抵还盈余5000元/月,即使仅回用处理水量的30%,其节约的水费开支也可补充运营成本,此外,污水处理达标后还可免除环保部分的超标排污费,综上所述,该污水处理站的建设和运行不仅具有良好的环境社会效益,还有一定的经济效益。
5结论与建议
经过一个多月的调试,及几个月来的运行,提出以下结论与建议：
⑴石棉县人民医院每日平均污水量120t,全年43500t,污水首要污染物为粪大肠菌群,每天即有数十亿个以上,各污染物年产生量分别为COD11t,SS7.5t,BOD54.5t。
经生化处理后产生的污泥量每年3t。
⑵污水处理设施现日处理污水量120t,能满足主体工程的需要。
污水经生化、消毒处理后,各相指标均达到设计要求,并达到国家污水综合排放标准。
证明工艺合理有效,成熟可靠。
⑶生化处理后的含菌污泥,必须切实落实好灭菌措施和利用途径,杜绝二次污染。
⑷为便于调节装置的性能和安装检修的方便,可改将生物接触氧化池中的填料用料筐组装,带筐放入池中,当需要调整检修时,可逐筐轮换取出,池子可无需停止工作。
⑸可增加射流泵台数,扩大曝气覆盖面积;也可考虑将射流泵换为鼓风机。
生物流化床的类型及特点
应用生物流化床处理废水日益得到国内外研究者的高度重视，这是由于该法具有如下特点[1]：
带出体系的微生物较少；基质负荷较高时，污泥循环再生的生物量最小，不会因为生物量的累积而引起体系阻塞；生物量的浓度较高并可以调节；液一固接触面积较大；BOD容积负荷高；占地面积小。
用于处理废水的生物流化床，按其生物膜特性等因素可分为好氧生物流化床和厌氧生物流化床两大类，随着对流化床的不断研究与开发，当前已出现了许多新类型的流化床，本文总结了国内生物流化床的研究成果，以期对工程技术人员有所帮助。
1好氧生物流化床
1.1好氧生物流化床的结构组成
好氧生物流化床是以微粒状填料如砂、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作为微生物载体，以一定流速将空气或纯氧通人床内，使载体处于流化状态，通过载体表面上不断生长的生物膜吸附、氧化并分解废水中的有机物，从而达到对废水中污染物的去除[2]。
好氧生物流化床按床内气、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床体结构。
脱膜方式等的差别可分为两相生物流化床和三相生物流化床。
1.1.1两相生物流化床
两相生物流化床工艺流程见图1。
其特点是充氧过程与流化过程分开并完全依靠水流使载体流化。
在流化床外设充氧设备和脱膜设备，在流化床内只有液、固两相。
原废水先经充氧设备，可利用空气或纯氧为氧源使废水中溶解氧达饱和状态[3]。
1.1.2三相生物流化床
该反应器内气、液、固三相共存，污水充氧和载体流化同时进行，废水有机物在载体生物膜的作用下进行生物降解，空气的搅动使生物膜及时脱落，故不需脱膜装置。
但有小部分载体可能从床中带出，需回流载体。
三相生物流化床的技术关键之一，是防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率，为此可采用减压释放或射流曝气方式进行充氧或充气。
近期，国内环保设备企业开发较多的是内循环式生物流化床，其工艺流程如图2所示。
该流化床由反应区、脱气区和沉淀区组成，反应区由内筒和外筒两个同心圆柱组成，曝气装置在内筒底部，反应区内填充生物载体。
混合液在内筒向上流、外筒向下流构成循环。
1.2好氧生物流化床适用范围
适用于各种可生化降解的有机废水处理，主要用于去除中、低浓度的有机碳化合物，以及好氧硝化去除NH3－N，对各类生活污水及工业废水均有良好的处理效果。
1.3应用好氧生物流化床处理废水的效果
好氧生物流化床已用于多种工业废水及城市污水的处理，并且取得了良好的效果。
好氧生物流化床处理不同废水的操作情况及结果见表1。
表1好氧生物流化床处理不同废水的操作情况及处理效果[4-13]
废水类别
进水
停留时间/h
有机负荷（以CODcr计）/（kg.m-3.d-1）
分析项目
去除率/%
CODcr去除率/%
备注
ρ（CODcr）/（g.L-1）
ρ（BOD5）/（g.L-1）
生活污水
0.15-1.0
0.67
10.4
NH3-N
60
89
小试
甲醇废水
6.20
4.87
68
2.08
甲醇
99.6
94.6
接菌种186
含氰废水
0.4-0.5
4
CN
80.9-99.5
＞60
小试
染料生产废水（含Cu）
0.15-0.22
0.07-0.1
20-24
3-4
Cu
75
92-93
小试
染料废水（碱性绿）
1.44
0.7-4
色度
94
72
射流曝气
啤酒废水
4.3
2.3
80
小试
化工有机废水
1.3-2.5
3.5-5.6
6.3-7.2
NH3-N
45.2-64
＞68.4
小试
P
62.9-71.7
石化废水
0.5-0.8
1.5
15
NH3-N
40
75-80
小试
油
75
P
86
炼油厂含硫污水
1.2-1.9
3.5-6.9
＞80
小试
人工合成废水
2.0
硫化物
＞86
98
（NH4Cl,NaHCO3）
酚
92
好氧硝化
酵母生产废水
1.96
20
8.2
NH3-N
90
82
2厌氧生物流化床
与好氧生物流化床相比，该法不仅在降解高浓度有机物方面显出独特优点，而且具有良好的脱氮效果。
2.1厌氧生物流化床的结构组成
厌氧生物流化床可视为特殊的气体进口速度为零的三相流化床。
这是因为厌氧反应过程分为水解酸化、产酸和产甲烷3个阶段，床内虽无需通氧或空气，但产甲烷菌产生的气体与床内液、固两相混和即成三相流化状态。
厌氧生物流化床工艺如图3所示[14]。
为维持较高的上流速度，需采用较大的回流比。
厌氧生物流化床内微生物种群的分布趋于均一化，在床中央区域生物膜的产酸活性和产甲烷活性都很高[15]，从而使其有效负荷大大提高。
2.2厌氧生物流化床的适用范围
厌氧生物流化床既适于高浓度的有机废水，又适于中、低浓度的有机废水处理，它的有机容积负荷（以BOD5计）可达2－10kg／（m3.d），由于所需氮磷营养较少，尤适于处理氮磷缺乏的工业废水。
处理的工业废水包括含酚废水、α—萘磺酸废水、鱼类加工废水、炼油污水、乳糖废水、屠宰场废水、煤气化废水等，处理的城市污水包括家庭废水、粪便废水、市政污水。
厨房废水等。
2.3应用厌氧生物流化床法处理废水的效果
厌氧生物流化床处理废水的研究与应用实例迄今为止已比较广泛，而且已发挥了显著优势。
表二中列举了一些研究及应用结果。
表2厌氧流化床试验及应用结果举例[4,16-23]
废水类别
进水
停留时间/h
有机负荷（以CODcr计）/（kg.m-3.d-1）
温度℃
去除率/%
备注
ρ（CODcr）/（g.L-1）
ρ（BOD5）/（g.L-1）
CODcr
BOD5
大豆蛋白生产
3.7-4.7
2.3-2.5
10-12
7.6-11.0
30-35
91
96
中试
有机酸生产
8.8
7.0
5
42
30
99
99
中试
含酚废水
2.8-3.7
2.1-3.0
15
4.5-5.9
30
99
99
中试
软饮料生产
（1）
0.98
0.83
30
90
中试
软饮料生产
（2）
6.0
3.9
8-14
35
＞80
小试
化工废水（含乙醇）
12.0
8-20
35
＞80
小试
食品加工
7.0-10.0
8-24
35
＞80
小试
污泥热处理分离液
10-30
5.0-15
8-20
35
＞80
小试
啤酒酵母加工废水
5.6
5.17
9.8
30-35
93.5
98.5
实践应用，预酸化
造纸黑液
5.5
10.19
12.9
75
小试，预酸析
干酷生产废水
34
13.4-37.6
35
93-97
小试
城市废水
0.18
0.08
2.4
7.7
15
75
82
小试，低温处理
制药废水
9.4-12.5
9.6
32.06
40
80
小试
硫酸盐草浆废水
2-5
5-6.5
3-9
43.2
28-32
50-70
小试，加BaCl2除硫
印染废水（含活性艳红，弱酸性深蓝）
0.8-0.9
2.5-3
25-40
44-49
小试，采用固定化
人工合成废水（含乙酸、丙酸、铬酸）
1.0
6-12
4.0
35
96
脱色菌
小试
3其它新型流化床
为使生物流化床发展成为高效、低耗、连续处理大量废水的新型反应器，国内外又研究开发了一些新型生物流化床反应器。
3.1磁场生物流化床
磁场生物流化床反应器装置比较复杂，需在床体外加磁场，并且固定化细胞的载体内需含一定的磁介质，床层内存在3种状态；散流床、链流床、磁聚床。
施加磁场带来两个方面优点：
①固相粒子可在更大的流速下才能从磁场生物流化床冲出；②单位反应器体积所降解的污染物量明显提高[24]。
将厌氧磁场生物流化床用于处理人工模拟印染废水，以紫色非硫光和细菌为脱色菌，并做成固定化细胞，在床体内加入磁粉，在温度为25－40℃下对活性艳红X－3B及弱酸性深蓝GR废水进行处理，也取得了良好效果（脱色率大于90％，CODcr去除率50％左右）。
试验结果表明，使床体在磁场作用下能缩短启动时间，而且处理效率有较大提高。
3.2复合式生物流化床
将不同类型的生物流化床组合或将生物流化床与其它生化处理反应器组合，便形成复合生物流化床。
这样可以兼顾不同反应器的特点，提高处理效果，这种组合已经成为生物流化床的一个新发展方向。
3.2.1厌氧一好氧复合式生物流化床
此种生物流化床是由英国水研究中心开发的，用作有机物的去除、氨氮的硝化和脱氮，均收到良好的效果。
其流程如图4所示。
该法的特点是第1段厌氧床内的兼性菌利用硝酸盐中的氧作为氧源，使废水中部分有机碳化合物氧化，因而不需要补充碳源，同时也减少了第2段好氧床的有机负荷，降低能耗。
最终使排水中硝酸盐的质量浓度降至5－10mg／L。
3.2.2固定床-流化床生物反应器
北京化工研究院开发了一种全混型和置换叠加的复合式生物流化床，在一个床中实现了流化床和固定床的串联操作，既有利防止流态化生物相及生物载体的溢出，又具有良好的循环特性。
反应器结构如图5所示。
研究结果表明，用其处理淀粉废水，停留时间小于4h，最大CODcr负荷为4.2kg／（m3.d），具有处理能力大、效率高的优点。
3.2.3好氧流化床-接触氧化床复合反应器
此种反应器属一体化设备，以一上部带有活动式过滤安全网的内循环流化床为主体，流化床上部出水通过自充氧系统，进人侵没式接触氧化床，进一步反应后出水，该反应器除具有优良的自充氧特性外，兼有流化床处理效率高和接触氧化滤床出水性能好的特点，又因气水比低、能耗小和适应性好等，故有良好的应用前景。
反应器结构如图6所示[25]。
3.3厌氧甲烷发酵流化床膜反应器
该反应器是把流化床反应器和膜分离技术结合起来，采用固定化技术固定微生物，通过膜分离得到高质量的出水，其原理如图7所示。
它具有生物介质分布均匀、传质速度快的特点，同时又能打破化学平衡的限制，提高底物浓度，将出水质量好和反应效率高有效的结合起来，省去后处理装置，特别适用于高效率菌种且受底物浓度限制大的情况。
其缺点是操作费用高、质优价廉的膜材料难以获得[26]。
3.4三重环流生物流化床
该流化床由华南理工大学设计[27]，将内循环管（气升管）分为3段，使三相流体按一定分布进行三层次的循环流动，其设计目的为强化传质，提高混合，降低启动压力。
其结构及循环示意如图8所示。
经流体力学实验研究表明，该反应器的气相含率较单重环流反应器在相同实验条件下高10％－15％，气流量增大，缩短了循环时间，使液体循环速度加快。
用该流化床处理废水，在有毒有机物高负荷条件下运行良好，平均容积负荷（以CODcr计）为7.16kg／（m3.d）山时，CODcr平均去除率可达79.5％，芳烃类化合物去除率为91.9％，对酚类去除率达94.8％。
4结语
生物流化床法处理废水的优越性已从各种研究及应用实例中充分表现出来，它的确是一种前景广阔值得深入研究的高效节能的废水处理方法。
面对各种类型的生物流化床，笔者认为，在研究与应用中应注意以下问题：
①了解不同生物流化床的优缺点：
生物流化床的设计意图不同，所处理废水的侧重点也不同，只有针对性的选用适宜的反应器，才能达到良好的处理效果。
②加强高效优良菌种的筛选：
既包括广普高效菌种的筛选，又要重视专一菌种的选择，发挥其特殊降解功能，利用遗传工程获得优良菌种。
③生物流化床新设备的开发应注意的事项：
优化设计，降低成本，并加强工业化连续处理废水的自动化成分。
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