后疫情时代医院污水处理技术发展对策_秦泽.pdf

后疫情时代医院污水处理技术发展对策秦泽1*，沈平2，朱卓睿1，尹潋涵1（1.重庆大学环境与生态学院，重庆400716；2.北京大学第三医院北方院区，北京100081）摘要：医院污水处理系统是防止传染性病毒通过污水进行二次传播的关键。为了进一步提高我国医疗机构对于医疗污水处理中病毒的控制水平，总结了医疗污水处理工艺，重点分析污水处理过程中病毒的传播方式以及处理方法。从液、气、固三相的角度分析造成病毒传播风险的原因，并基于控制原理提出对新冠病毒的控制方法。其次，针对污水处理效果、运行管理体制和病毒控制三个方面剖析我国医疗机构污水处理的主要问题，针对性地提出关于医院污水处理系统提升和发展的对策。关键词：医院污水；新冠病毒；消毒；气溶胶；运行管理中图分类号：X799.5文献标志码：A文章编号：2096-2347（2023）02-0008-09收稿日期：2023-05-13作者简介：秦泽，硕士研究生，主要从事水处理技术研究。E-mail:引用格式：秦泽，沈平，朱卓睿，等.后疫情时代医院污水处理技术发展对策J.三峡生态环境监测，2023，8（2）：8-16.Citation format:QIN Z,SHEN P,ZHU Z R,et al.Development countermeasures of hospital sewage treatment technology in post-epidemic eraJ.Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges，2023，8（2）：8-16.Development Countermeasures of Hospital Sewage Treatment Technology inPost-epidemic EraQIN Ze1*,SHEN Ping2,ZHU Zhuorui1,YIN Lianhan1(1.College of Environment and Ecology,Chongqing University,Chongqing 400716,China;2.Northern Hospital,Peking UniversityThird Hospital,Beijing 100081,China)Abstract:Hospital sewage treatment system is the key to prevent the secondary transmission of infectious viruses through sewage.In order to further improve the control level of viruses,the medical sewage treatment technology was summarized,and the transmission mode and treatment method of viruses were analyzed in the sewage treatment.The causes of virus transmission risk were analyzed from the perspectives of liquid,gas and solid phase,and the control method of novel coronavirus was proposed based on thecontrol principle.Then,from three aspects of sewage treatment effect,operation management system and virus control,this study analyzed the main problems of the current sewage treatment,and put forward the countermeasures to improve and develop hospitalsewage treatment system.Key words:hospital sewage;the novel coronavirus;disinfection;aerosol;operation management2023年1月7日，国务院联防联控机制综合组发布新型冠状病毒感染防控方案（第十版）1，明确指出要重点关注城市污水中新型冠状病毒（简称“新冠病毒”）的监测工作。医院作为病毒感染者较为集中的区域，产生的医疗废水在处理的过程中存在病毒二次传播的风险。因此，做好医院污水处理中病毒的精准控制具有重要意义。医院污水是指由医院各个诊室和部门产生的，含有各类病原菌、病毒和放射性物质等的污水 2。新冠病毒的环境抵抗力研究表明，新冠病毒可能通过粪便等途径进入污水中 3，并且在污水中能够监测出病毒活性。现阶段，我国医院的污水处理DOI：10.19478/ki.2096-2347.2023.02.02研究综述三峡生态环境监测Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges2023年6月Jun.2023第8卷第2期Vol.8No.2第8卷第2期9体系还不够完善，对医院废水和在水处理过程中可能产生的气溶胶 4、污泥等中的新冠病毒的控制问题亟待解决。目前的研究集中在医院废水处理技术，如紫外线照射、混凝过滤、生物杀菌剂等 5，但针对医院废水处理过程中灭活新冠病毒的消毒技术研究和应用较少 6-7。本文介绍了现有的医院废水的处理工艺与消毒措施，分析了水环境中新冠病毒的存在情况，重点讨论了现有消毒剂和消毒技术的使用情况，以及对于医院污水处理过程中病毒的精准控制方法。最后，文章在分析我国医疗污水处理问题的基础上提出针对医疗污水处理过程中新冠病毒的有效可行的控制策略，为后疫情时代建立更加规范化的医院污水处理消毒体系提供依据。1医院废水的处理医院废水常为含低浓度、难降解有机物（各种药物）和放射性污染物的废水，伴随有大肠杆菌超标、微生物成分复杂以及含有病毒等特点。为了控制医院废水中传染性病毒产生二次传播的风险，医院废水的处理工艺可以参考传染性医院废水处理规范，关键工艺一般采用“预消毒+二级处理（+深度处理）+消毒处理”，如图1所示。表1总结了部分医院废水处理工艺，其中二级处理包括生物流化床、生物接触氧化、膜生物反应器（membrane bioreator，MBR）、移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor，MBBR）、厌氧-好氧法（anaerobic-oxic method，AO）、厌氧-缺氧-好氧法（anaerobic-anoxic-oxic method，A2O）等。目前我国医院存在废水收集较困难、综合性医院和传染病医院患者交叉等问题 8，因此，有必要在医院建设单独的污水处理工作站，实现医院废水的达标排放。医院污废水中，生活污水和医院废水宜分开处理，待污废水达到 医疗机构水污染物排放标准（GB 184662005）中的排放标准后才可排至相应城市污水管网 9。图1医院废水处理工艺Fig.1Treatment process of hospital wastewater表1部分医院废水处理工艺Table 1Some hospital wastewater treatment technologies医院名称成都中医药大学附属医院 10 怀化市某医院 11 广西壮族自治区北流市某医院 12 某综合型三级甲等医院 13 北京某三甲医院 14 温州医科大学附属第二医院 15 西安某校医院 16 处理工艺预处理+厌氧池+生物流化床+次氯酸钠消毒预处理+厌氧酸化+生物接触氧化+次氯酸钠消毒预处理+调节池+A/O-MBR+次氯酸钠消毒预处理+水解酸化过滤二氧化氯消毒预处理+好氧池+MBR池+紫外线消毒预处理+MBBR+混凝沉淀+次氯酸钠消毒预处理+絮凝沉淀池+A/A/O-MBR+次氯酸钠消毒出水CODCr/（mgL-1）46.340.030.524.310.033.615.01.1生化处理生化处理法作为污废水处理的常用方法，在医疗废水的处理中也得到了广泛的应用。我国医疗废水处理常用的生物处理工艺具体原理是通过微生物氧化医疗废水中污染物，使得污染物降解为水和二氧化碳从而实现污染物减量。生物处理具有病毒传播风险的科室或病房产生的污水传染病毒预处理生化处理深度处理消毒市政污水管网其他科室或无病毒传播风险的生活污水预处理秦泽，等：后疫情时代医院污水处理技术发展对策三峡生态环境监测http:/ 9 以苏州某二甲医院为例，分析了生物接触氧化法处理医疗废水的效果和经济效益。该医院将生活污水和医疗废水分开处理，生活污水由于满足排放标准直接排入市政管网，而医疗废水的日设计量为600 m3，以生物接触氧化单元为主反应单元，采用二氧化氯的消毒策略。最终出水水质达到 医疗机构水污染物排放标准（GB 184662005）要求，处理成本为1.26元/t。但生物处理方法也存在一定问题。首先是生物法对废水的可生化性有要求，特别是医疗废水中难降解有机物含量较多，生化单元微生物世代时间相对较长，需要增加废水停留时间以满足降解要求，增加反应器容积，从而影响整个设备建设的经济性；此外系统启动时间长，启动后不能间歇操作，适用于大型系统的二级处理等出水较为稳定的系统。1.2高级氧化处理高级氧化处理基于活性自由基，通过其强氧化性与有机物进行充分的氧化反应。活性自由基一般先氧化大分子难降解有机物，使其降解为小分子有机物。因此，对于BOD/COD值较低的生化处理系统，高级氧化工艺可以作为升级改造的手段，作为预处理单元来提高医疗废水的可生化性。此外，对于含难降解有机物较多的医疗废水，若对水质要求较高，还可直接将高级氧化作为主反应单元，直接将水中污染物进行降解及矿化 17。常用的活性自由基有OH、O3-、H以及SO43-等，对应常用的芬顿及类芬顿、光催化、超声以及基于亚硫酸盐和硫酸盐的高级氧化方法。此外，高级氧化工艺还可以对病毒等进行一定范围的降解，便于后续的消毒处理。总的来说，在现行医疗废水的处理中，高级氧化作为主反应单元用于实践的相比生物处理少 18，其对处理设备的要求较高、成本较高，且需要有专业的指导，一般宜推荐医院和相关水处理机构联合使用该方法。1.3医院废水消毒处理医院废水消毒的常用技术主要包括臭氧、紫外线照射、液氯、二氧化氯和次氯酸钠消毒等，不同技术的优缺点分析如表2所示。医院废水处理中消毒模块包括预处理模块和后端消毒模块。对于具有病毒传播风险的废水更要重视预处理消毒的工作。预处理消毒的目的在于灭活废水中的病毒和有害细菌。雷神山医院废水预处理采用加氯消毒技术，采用退流式方式进行处理，水力停留时间不少于2小时。消毒技术的选用应综合考虑污水量、安全条件、投资运行成本、运行管理水平等因素，对于工艺技术的选用要有一定的超前性。表2几种常见医院废水消毒技术比较Table 2Comparison of several common disinfection techniques of hospital wastewater消毒技术液氯紫外线臭氧二氧化氯次氯酸钠优点低能耗，应用成熟，消毒效果较好投资和运行成本低，没有消毒副产物有强烈的氧化能力，不产生有机氯化物效率较高，受水质影响较小，不产生有机氯化物毒性低，设备简单，运行稳定，易于控制，操作和制备成本低缺点消毒效果受水质影响大，存储风险高，产生的消毒副产物多能耗大，穿透能力较差，无持续消毒效果操作成本高，运行管理有一定危险性需要就地生产，运输和存储不便能耗高、腐蚀性强、污染大液氯在灭活废水中病原微生物的同时，会与医院废水中残留的各类药物发生反应生成三卤甲烷（trihalomethanes，THMs）等消毒副产物 19，部分消毒副产物已在排放水中检出。二氧化氯被认为是一种高效消毒剂，即使在酸性条件下也具有很高的氧化能力 20。陈立奇 21 等研究发现，二氧化氯的投加量为810 mg/L、接触时间为3060 min时有较好的消毒效果，且产生的消毒副产物的量也能达到标准。氯存在不便于储存和运输的缺点，但也具有操作成本和制备成本较低的优势。与其第8卷第2期11他含氯消毒剂相比，次氯酸钠的使用毒性相对较低，设备简单，操作更稳定，易于控制，操作和制备成本更低，使得这种消毒方法在小型医院更可行 22。目前部分新建综合性医院开始采用臭氧消毒设备进行废水消毒。但是臭氧在水中易分解，持续消毒能力弱，过量使用臭氧容易造成异味和二次污染。此外，其与溴和碘化物发生化学反应产生的副产物对人体健康有害 23。紫外线消毒的投资和运营成本低，而且不会产生消毒副产物。但紫外线的消毒效果受浊度影响较大，没有持续消毒能力，还有职业健康风险，适合在污水浊度较低、废水水量较小的医院使用 24。2废水处理过程中的病毒传播控制2.1医疗废水中的病毒控制在优化疫情防控政策之后，各个类型医院都有可能出现医院废水受到新冠病毒污染的情况，应根据实际情况选择合适的消毒和监测管理方法。新冠病毒与SARS病毒的7个基因片段的同源性高于90%，具有很多相似之处，因此，SARS流行期间的医院消毒技术可以作为如今对医院废水新冠病毒灭活的参照。SARS在20 的医院废水、粪便和尿液中分别可存活2天、3天和17天 25。同时在20 时，所有SARS病毒在剩余游离氯大于0.5 mg/L或剩余二氧化氯大于2.19 mg/L 的情况下，30 min内均可实现灭活。Chen等 26 比较了不同技术的消毒效果，发现氯化消毒和紫外线照射的消毒效果最好，其次是二氧化氯，但臭氧消毒效果并不理想。SARS病毒的消毒情况可以为新冠病毒的灭活提供依据。在疫情防控初期，武汉的火神山医院被用于专门收治新冠病毒感染的患者，其医院废水处理流程大致为首先采用推流式接触消毒池进行初次消毒，停留时间不短于2 h，投加有效氯40 mg/L，这一步骤可以在前期杀灭废水中的大部分细菌和病毒。预消毒后的医疗废水进入化粪池，化粪池上部污水经提升泵站进入MBBR行生化处理。经MBBR处理后，废水进入折流消毒池二次消毒，该消毒过程停留时间不短于2 h，投加有效氯25 mg/L，达到排放标准后进入市政管网。其他收治新冠患者的医院也采用紫外线照射和加热的方式进行废水消毒，副产物较少，消毒效果理想。近年来，医院废水消毒处理技术取得了一定进步，例如辐射消毒技术、反聚合消毒技术、等离子体消毒技术、热气化消毒技术等。还有以物理和化学法为基础的复合消毒技术，包括超声紫外联合消毒技术、超声臭氧联合消毒技术等，具有一定的推广价值。由于投资成本较高、技术尚不成熟等原因，这些技术尚未实现大规模应用，但未来在推广应用方面存在可能。医院在选择消毒技术时，应考虑当地环境和实际情况，采用更安全、高效、经济的消毒方法。2.2产生气溶胶的病毒控制Gormley等 27 在对废水系统中病原体传播的研究基础上，认为在某些情况下，废水系统也会使新冠病毒通过空气传播。在污水处理的过程中，在曝气、污泥脱水等机械运转等过程中容易使水中的微生物逸散到空气中，从而形成微生物气溶胶。由于医院废水的特殊性，其在处理过程中可能会产生较多有害的微生物气溶胶。因此，医院废水处理站需要进行密闭、负压处理，产生的废气应集中收集并有效处理。徐慧等 28 人分析了污水处理过程中微生物气溶胶浓度、粒径和细菌种类组成的差异，研究发现医院污水处理厂的生物气溶胶浓度约为市政污水处理厂的1.4倍，存在较高的疫情传播风险。对于污水处理站的废气一般采用除臭装置和后续消毒处理，将污水处理过程中产生的废气收集，并进行统一消毒处理。目前，废气消毒的主要工艺有臭氧法、过氧乙酸法、含氯消毒剂法、紫外法、过氧化氢法和芬顿工艺等。在废气的消毒选择上，由于废气的性质和气溶胶的特点，液氯、过氧化氢和芬顿工艺等适用于液相的消毒方法就不适用。紫外消毒不产生任何二次污染物，并且具有高效率、广谱性、低成本、长寿命等优点，是一种适合于医院废气消毒的方法。经过消毒后的废气，排放口应设置在室外，远离医用空气系统的进气口，排出的气体不应受其他因素影响而转移至人员生活的区域。秦泽，等：后疫情时代医院污水处理技术发展对策三峡生态环境监测http:/ 184662005）要求栅渣、化粪池和污水处理站的污泥属危险废物，应按危险废物进行处理。医院废水处理过程中产生的污泥和栅渣等固体废弃物中存在病毒二次传播的风险，并且与一般感染性医疗废物相比，具有含水率高、臭味重等特点，需要对其进行消毒处理。目前我国对于污泥的处理方式主要包括好氧发酵、厌氧消化、石灰稳定、热干化、射线辐射等 29。张韵洁等 30 评价了碱性消毒剂耦合低温热处理对医疗污泥的消毒效果，医疗污泥CaO消毒的最适投加量为5%，并且经碱性处理后脱水效果有所改善。新冠病毒属于包膜病毒，这意味着它们是最容易被消毒剂杀死的病毒之一。作为源头控制，在含水量高且仍处于液态的污泥贮池中添加消毒剂和搅拌是杀灭污泥中新冠病毒的重要而有效的措施。考虑到病原体的传播，污泥处理处置应降低接触风险，并尽量采用离心脱水机等密闭运输和处理设施。3我国医疗废水处理问题分析随着关于进一步优化落实新冠肺炎疫情防控措施的通知的公布，我国对于疫情防控的管理更加科学和精准。为了实现医疗废水处理过程中新冠病毒的有效控制，各个地区的医院污水处理站将面临重大挑战。现阶段，我国医疗废水处理体系存在不足，需要进一步改进和完善，具体分析如下。3.1医疗废水处理效果有待提升据调研，我国各地区医院污水处理水平差距较大，且大多采用一级强化处理和消毒的处理工艺，处理效果不稳定。魏红霞等 31 对新乡市20172020 年的医疗机构污水开展了监测工作，主要包括总余氯量、粪大肠杆菌和沙门菌等。医院污水的综合合格率仅为43%。医疗废水成分较为复杂，污染物以病原体为主，数量随水量和季节波动较为明显，处理难度较大。同时，医院污水量的年变化系数、日变化系数较大，水质水量波动较为明显，传统的污水处理工艺在运行方面较为困难 10。未达到有效降解的有机物在消毒阶段会导致消毒效率降低，生成有害的有机氯化物 32，对环境造成严重的污染。因此，污水处理效果不达标的医院污水处理站需要逐步开展升级改造工作。3.2废水处理运行管理机制有待完善医院对于污废水的运行管理存在不足。首先，医院不同区域的污废水的性质不同，若不进行合理的分类会造成污水处理站的水量增大。污水处理站缺乏专业的运行维护人员 33，并且运维人员仅凭经验对设备进行操作，疏于对设备的维护工作。运维人员难以准确控制消毒剂的投加量，难以保障污水处理的出水余氯量、粪大肠杆菌含量在标准范围内，存在较大的风险。为了解决专业人员不足的问题，部分医院采用外包运营的方案。但是外包运营会因低价竞标外包等原因造成医疗污水未达标排放的现象发生 34。导致该结果的主要原因是医院对于企业的运营监管不负责、不严格，未能形成完善的运行管理体制。3.3传染性病毒控制效果有待改善新冠病毒等传染性病毒在医院污水处理过程中存在二次扩散的风险。部分医疗机构对于污水处理过程中传染性病毒的控制水平有待提高，对水处理过程中产生的黏着病毒的气溶胶、污泥的处理和处置程度较低 35。同时对水处理站运行维护人员造成较高的感染风险。在无法保证预处理消毒到位、处理装置完全密闭、尾气全部收集消毒的情况下，二级生物处理会产生大量富含病原微生物的气溶胶尾气，可能造成病毒颗粒向大气中扩散。在消毒过程中，存在消毒剂投加不合理的问题 36，造成出水余氯浓度波动以及投药成本的增加，难以保障传染性病毒得到有效控制。4医疗废水处理发展对策4.1确定医疗废水处理最优工艺医疗机构应根据国家标准文件对目前的污水处理过程存在的问题进行系统评估，并分析工艺存在的问题以确定改扩建方案。医院污水处理站的改造和扩建应考虑到面积的限制问题，应采用占地面积较小、施工难度较小的改扩建方案 14。第8卷第2期13在工艺选择上针对医院水质情况选择生化处理或其他工艺，合理搭配预处理方法，并对不同科室的废水水质进行准确量化，确保生物安全性、化学安全性、环境安全性以及人体健康安全性。医院污水的消毒工艺选择应综合考虑污水量、安全条件、消毒剂的供应，还应避免对环境产生二次污染，结合医院实际情况，采用更加安全、高效、经济的方法。4.2实现固、液、气三相综合处理医院废水处理过程中应充分关注液相废水、气相气溶胶和固相污泥等物质的处理，根据其来源和性质，进行分区化收集与针对性处理。优化医院不同类型废水的分类工作，进行分区精准排水 37。将不需要进行处理的生活污水部分排入城市排水管网，具有病毒传染性风险的废水进行集中处理，可以有效降低医院污水处理站的处理负荷。其次，针对具有病毒传染风险的废水，以及在处理过程中可能产生的包含病毒的气溶胶、污泥等，需要进行集中收集和强化消毒处理。并且需要加强对污水的检测工作，防止传染性病毒通过医院污水造成二次传播。4.3建立智慧运行管理体系医院污水处理的运行管理应重点关注基础设施维护工作、水质定时监测工作和污水处理人员的作业防护工作等 38。医院也需要提升污水处理工作人员的技术能力，强化环保意识。医院可以根据实际情况引入污水处理的信息化管理系统 39，在工艺、设备、人员、能耗等方面组织智慧化管理。系统可以实现污水处理出水水质实时监测，并通过智能投药实现出水余氯、大肠杆菌等的有效预警 14。在保证出水安全的同时，能够有效降低工艺运行的成本，减少浪费。4.4完善病毒防控应急预案近年来，新冠病毒对医院的污水处理消毒体系的韧性造成了较大的冲击。为了有效应对未来的疫情反复或者其他的公共安全卫生事件，有效提升医院污水处理能力，确保其在防止传染性病毒疫情二次扩散方面起到关键性的作用，各个医疗机构应建立健全相关应急预案，确保在紧急情况下出水质量达标、处理无害化。5结语后疫情时代，做好医疗废水处理过程中对新冠病毒的有效控制，能够减少病毒的二次传播。本文重点分析和总结了医院污水处理站对医疗废水中、污泥中以及在废水处理过程中产生的包含病原微生物的气溶胶中传染性病毒的控制方法。在剖析我国医疗废水处理体系中存在的不足的基础上，本文提出了发展对策。在后续医疗废水处理的发展中，应着重抓牢医疗废水的特点，特别是在新冠病毒疫情期间积累的经验上不断完善和发展处理和消毒工艺，使其不断朝着环境健康和人体健康两方面发展。未来应进一步推进针对医院废水处理相关规范文件和技术指南的完善，针对传染性病毒的特点采取高效的处理技术。同时在工艺设计和运行管理两方面严格执行相关标准，在无害化、稳定化和环境与人体健康化的理念下不断提高医疗废水的处理水平。参考文献1 国务院联防联控机制综合组.关于印发新型冠状病毒感染防控方案（第十版）的通知EB/OL.2023-01-07.http:/ JOINT PREVENTION AND CONTROL MECHANISMOF THE STATE COUNCIL.A circular on the issuance ofthe 10th edition of the Novel Coronavirus Infection Prevention and Control PlanEB/OL.2023-01-07.http:/ Chinese）2 范峻雨，丁昭霞，赵志伟，等.医院废水消毒技术研究进展J.当代化工，2018，47（9）：1932-1935，1941.FAN J Y,DING Z X,ZHAO Z W,et al.Research progressin the disinfection technology of hospital wastewaterJ.Contemporary Chemical 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