“新冠”疫情期间污水处理厂运行探讨

陈贵生，张 双,*，杨仁凯，田 洁，张 华

(1.重庆市三峡水务有限责任公司，重庆 400020；2重庆水务集团股份有限公司，重庆 400020；3重庆市排水有限公司白含污水处理厂，重庆 400020)

新冠病毒感染的肺炎疫情暴发以来，由于新冠病毒具有强烈的传染性，全球212个国家约260万人确诊感染新冠肺炎，死亡人数超过18万人[1]。最新研究表明[2]，在粪便及尿液中可分离出新型冠状病毒，粪便和尿液存在病毒传播可能。相关报道也表示[3-5]，水是传播病毒的重要媒介，感染者排泄物中含有大量的病毒，携带病毒的排泄物通过市政管网排入污水处理厂，可在污水中继续保持一定时间的感染能力，这增加了运营人员病毒接触和感染的风险。同时，疫情期间，医院、公共场所及家庭采用含氯消毒剂进行消毒，普遍存在过量投加消毒剂现象，导致污水中存在过量余氯，可能会抑制污泥活性，影响污水处理厂生化段的正常运行，增加了出水水质超标风险[5]。因此，本文以某城镇污水处理厂为例，探讨疫情对污水处理厂的影响因素，并提出针对性的解决措施，确保疫情防控期间污水处理厂的安全稳定运行。

1 污水处理厂介绍

1.1 基本情况

某城镇污水处理厂于2012年建成投运，设计处理规模为1.0×105m3/d，服务总面积为50.36 km2，服务人口为36.5万人，收集和处理服务范围内的生活污水和部分类似于生活污水的工业废水。主要处理工艺为“预处理+AAO+二沉池+液氯消毒”，工艺流程如图1所示，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。污泥经带式脱水机脱水后外运至水泥窑协同焚烧处置，尾水排入嘉陵江。为满足环保要求，保护当地水环境，该厂2017年进行了提标改造，提标改造规模为5.0×104m3/d，提标改造选择的深度处理工艺为V型滤池，目前出水水质执行一级A排放标准。

图1 工艺流程Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

1.2 主要构筑物设计参数

(1)生化池。该污水处理厂生化池分2组，每组2个序列，单序列处理能力为2.5×104m3/d，有效容积为14 218 m3，有效水深为6.0 m。生化池为AAO池型，由厌氧池、缺氧池、好氧池组成，各池均配备一定数量的推流器，以保持污泥处于悬浮状态。厌氧池、缺氧池、好氧池的停留时间分别为1.5、3.0、8.65 h。生物池好氧区采用底部曝气模式，配备单级离心鼓风机3台(2用1备，按1.0×105m3/d规模配置)，单台鼓风机风量为200 m3/min，供气压力为68 kPa，功率为315 kW。

(2)二沉池。二沉池采用周进周出辐流式设计，设置二沉池2组，每组2座。每座二沉池设计表面负荷为0.92 m3/(m2·h)，停留时间为4.9 h，有效水深为4.0 m，每座二沉池内设1台单管式吸泥机。

(3)V型滤池。V型滤池按5.0×104m3/d规模设计，设计V型滤池1座，共6组。滤层采用石英砂，滤层厚度为1.4 m，滤料粒径为1.1～1.3 mm，单组过滤面积为64.8 m2，设计滤速为7.4 m/h。

1.3 运行情况

该污水处理厂建成投运以来，一直存在运行负荷偏低问题，2019年全年日均处理水量为4.38×104m3，运行负荷率为43.8%。为避免低负荷运行造成的能耗高、设备维护维修量大、运行管理难度大等问题。目前的运行模式为1组生化池和二沉池运行，1组闲置，为避免过度曝气，低负荷运行时采用间歇性曝气模式。相关研究表明[6]，经过初沉池后，虽然污水中悬浮物得到了有效去除，但污水中有机物浓度也有一定程度的降低，现采用超越初沉池的方式运行，避免有机物在初沉池消耗，以保证充足的有机物用于系统脱氮除磷。同时，在好氧区出口投加PAC辅助化学除磷(有效铝含量为16%)，PAC投加采用隔膜计量泵计量，进一步提高TP去除率。由2019年水质数据可知(表1)，该污水处理厂运行情况良好，出水各项指标均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

表1 进水、出水水质
Tab.1 Water Quality of Influent and Effluent

项 目BODCODCrSSTNNH3-NTP设计进水水质/(mg·L-1)18035025040356设计出水水质/(mg·L-1)1050101550.5实际进水水质/(mg·L-1)134.2238.0161.126.3117.563.29实际出水水质/(mg·L-1)3.518.25.55.730.290.22

2 疫情对污水处理厂影响分析

2.1 水量影响分析

该污水处理厂规划服务人口为36.5万人，目前实际服务范围内人口约18.7万人。据统计，2019全年平均运行负荷率为43.8%，运行负荷偏低。图2为近年该污水处理厂春节期间(文中提及的春节期间特指春节后30 d)实际处理水量。由图2(a)可知，随着服务范围内人口入住率的增加，2017年—2019年每年处理水量均有不同程度的增长。其中，2018年较2017年增幅约4.33%，2019年较2018年增幅约5.47%。由于2019年7月该厂新增排水接入口，新增水量约4.0×103m3/d，2020年春节期间较2019年同期处理水量增幅约18.18%(其中，新增接入口的水量增幅占17.32%)，剔除新增接入水量，2020年春节期间较同期处理水量增幅约0.86%。受新冠肺炎疫情影响，2020年春节期间服务范围内的工业企业处于停产状态，且居民区餐饮未营业，收水量减少，增幅明显下降。

图2 近年春节期间实际处理水量Fig.2 Actual Capacity of Water Treatment during the Spring Festival in Recent Years

由图2(b)可知，虽然近年春节期间进水水量波动较大，但春节期间水量变化存在一定的规律。2017年—2019年春节期间，春节1～7 d水量较低，呈上升趋势，7 d后基本趋于稳定。主要原因是春节期间，服务范围人口外出流动较大，企业停产放假，水量减少，节后复工后水量恢复正常并趋于稳定。受疫情影响，2020年春节期间，大多数人员居家隔离，且复工复产延迟，因此，2020年春节期间水量趋于稳定。

2.2 水质影响分析

表2为近3年春节期间该污水处理厂进出水水质统计。由表2可知，2020年进水BOD、COD、SS、TN、TP、NH3-N较往年均有一定程度的降低，其中，进水BOD、COD、SS降幅较大，降幅分别为38.54%、36.47%、37.69%。餐饮废水有机物含量普遍较高[7]，受疫情影响，服务范围内餐饮行业暂停营业，基本无餐饮废水进入污水处理厂，导致进水BOD、COD偏低；同时，服务范围内的医院、公共场所和家庭在疫情期间使用大量的含氯消毒剂，含氯消毒剂进入污水管网，可能在一定程度上对污水中的还原物质进行氧化，造成进水水质浓度偏低。

受低浓度进水影响，进水BOD、CODCr、TN、TP分别为115.6、171.2、31.11、3.69 mg/L。BOD/TN平均为3.7，BOD/TP平均为31.29，生物脱氮除磷效果不佳，在保持原有生产运行模式的情况下，平均出水TN和TP指标分别为11.74、0.33 mg/L，TN和TP的去除率较2019年同期降低了18.62%、5.84%。虽然各项出水指标均满足一级A排放标准，但出水TN和TP升高增加了出水水质超标的风险。

表2 近年春节期间进水、出水水质Tab.2 Water Quality of Influent and Effluent during the Spring Festival in Recent Years

图3 污泥容积指数对比Fig.3 Comparison of Sludge Volume Index

2.3 活性污泥性状影响分析

活性污泥容积指数(SVI)表征活性污泥性状，表示活性污泥的松散程度。图3为2019年—2020年春节前后SVI的对比。由图3可知，2019年春节前后SVI变化波动较小，均值为82，活性污泥沉降性和絮凝性较好。2020年春节前后SVI呈上升趋势，春节后期SVI均值为105，SVI的增加，导致污泥沉降性能差，易造成二沉池翻泥，增加了后续深度处理工艺段负荷。受疫情期间进水低有机物浓度的影响，存在过度曝气情况，导致污泥沉降性和压缩性变差，同时，疫情期间低温也是影响污泥沉降性能的一个重要因素。

2.4 其他影响分析

(1)污泥处置困难。目前，水泥窑协同焚烧处置是处理城镇污水处理厂污泥最普遍的方式，疫情期间，受部分水泥生产企业停产的影响，污泥处置存在较大缺口。该污水处理厂春节期间正常污泥产泥量约656 t(含水率为80%)， 实际得到有效处理的污泥量为245.12 t，大量污泥在生物系统积累，增加了系统污泥浓度和污泥泥龄，不利于系统的正常运行。

(2)作业人员感染风险高。“水”是传播病毒的重要媒介[3]，同时，瑞士卫生部门对污水处理厂肠道病毒监测分析结果表明，通过气溶胶携带病毒引起操作人员感染风险的概率较高[8]。城镇污水处理厂的污水提升泵站、粗细格栅、旋流沉沙池等预处理段和污泥脱水间属于高风险场所，是最有可能造成病毒等病原体暴露并引发操作人员感染的潜在风险点，厂内运维人员、化验人员感染风险较高。

3 采取措施

在疫情期间，除了加强源头水监控管理，加强与生态环境、卫生健康、城市排水等主管部门沟通联动外，加强污水处理厂工艺运行参数控制和操作人员安全防护也至关重要。

3.1 优化工艺运行参数

针对疫情期间该污水处理厂进水浓度降低、微生物脱氮除磷效果差、系统污泥排出困难、活性污泥容积指数偏高以及出水TN、TP超标风险较大的问题，采取的主要措施如下。

(1)优化曝气模式。由于污水处理厂运行负荷较低，以前采用的曝气运行模式为间歇曝气，即曝气2 h后停止2 h，将好氧区末端溶解氧控制在1.5～2.5 mg/L。疫情期间，进水有机物浓度降低，过量曝气影响缺氧区反硝化效果，导致出水TN偏高，同时，过量曝气可能造成污泥解絮，影响污泥沉降性能。因此，通过工艺调控，将原曝气模式由曝气2 h停止2 h改为曝气1 h停止3(4) h，控制好氧区末端溶解氧在1.0～2.0 mg/L。

(2)优化进水比例。该污水处理厂设计时采用的是多点进水模式，疫情期间进水有机物浓度不能保证缺氧区反硝化细菌需要的碳源。为提高缺氧区反硝化效果，优化了厌氧区和缺氧区进水比例，将原来厌氧区和缺氧区的进水比例由3∶2调整为2∶3，确保在无外加碳源的情况下，充分利用进水有机物满足缺氧区脱氮要求。

(3)适当降低生化池污泥浓度。根据厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理技术规范，食微比控制为0.05～0.15 kg BOD/(kg MLSS·d)[9]。目前，系统平均食微比偏低，为0.027 kg BOD /(kg MLSS·d)，主要原因是受疫情期间污泥外运处置困难的影响，生物系统污泥不能及时排出。通过在现场污泥回流泵房安装临时提升泵的方式，将剩余污泥泵送至闲置生化序列进行暂存，确保活性污泥浓度与进水有机物浓度相适应。

(4)增加除磷剂用量。剩余污泥的排放可将含磷污泥排出系统，污泥排出受限导致磷在系统聚集，含量升高。增加除磷剂PAC用量可进一步提高出水TP去除率，同时，有利于二沉池活性污泥沉降，降低了二沉池泥位，减轻了后续深度处理工艺的运行负荷，进一步优化了出水水质[10]。

(5)该厂采用液氯作为消毒剂。液氯属于强氧化剂，消毒效果较好。相关研究表明[11]，病原微生物的灭活效果取决于CT值，CT值计算公式为消毒剂浓度×接触时间，一般污水处理的消毒CT值控制在450 mg·min/L。由于液氯消毒效果受水中有机氮和氨氮的影响较大，为确保液氯对病原体的灭活效果，具体投加量可根据出水水质进行适当调整。

(6)加大进水余氯检测频率，防止进水余氯过高影响活性污泥性能。服务范围内普遍存在使用含氯消毒剂，在消毒剂用量不大的情况下，进入管网的消毒剂可能完全被污水中的还原性物质氧化，导致疫情期间进水中暂未检测出余氯值。

3.2 加强人员安全防护

疫情防控期间，一线操作员工的安全防护至关重要。污水处理厂预处理段和脱泥间属于高风险场所，在日常巡视和操作过程中，暴露感染风险较高。为降低一线操作人员感染风险，采取的措施如下。

(1)加强现场操作人员安全防护意识培训，要求在上岗前佩戴好口罩和手套等基本防护用品，尽量做到不与污水、污泥、砂砾、栅渣等直接接触。针对进水泵房、预处理段、污泥脱水工段操作以及化验取水采样，提高防护等级，除口罩和手套外，配备护目镜和防护服。

(2)作业完毕后，及时对防护用具进行全面清洗消毒，加强个人卫生，勤洗手、勤消毒。

(3)定期对预处理段产生的栅渣进行消毒处理，及时安排运输车辆对栅渣进行清理转运。

4 效果分析

对疫情期间工艺运行参数进行优化，2020年2月23日—3月22日该厂各项进水、出水水质如表3所示。由于微生物对有机物去除较彻底，经过深度处理后，BOD、COD、SS的去除率已到达极限，与2020年春节期间相比(表2)，基本无明显变化。优化后的平均出水TN由11.74 mg/L 降低至8.87 mg/L；TP由0.33 mg/L降低至0.2 mg/L，TN、TP去除率较2020年春节期间分别提高了9.17%、4.85%，远低于一级A排放标准。由于减少了曝气量，虽然出水NH3-N有一定的升高，但满足出水排放标准。

疫情期间，通过工艺调控增加了液氯和除磷剂PAC用量，与非疫情期间相比，液氯单耗由2.73 mg/L增加至3.49 mg/L，消毒CT值由410 mg·min/L提升至460 mg·min/L，出水平均粪大肠杆菌个数由171降低至36，适当提升液氯用量增加了病原体的灭活效果，对于阻碍病毒在污水中的传播具有重要作用。疫情期间，除磷剂PAC投加量与非疫情期间相比，单耗由22.18 mg/L增加至45.99 mg/L，除磷剂增幅较大。增加的除磷剂一方面用于提升二沉池污泥沉降性能；另一方面用于应对脱泥困难导致的系统内磷的积累，以确保出水水质稳定达标。虽然增加了药剂投加量，造成运行成本增加，但出水污染物浓度进一步降低，提高了污染物削减量，具有一定的环境效益。

表3 优化工艺后的进出水水质Tab.3 Water Quality of Influent and Effluent after Process Optimization

5 结语及建议

(1)受疫情以及复工复产延后影响，该污水处理厂2020年春节期间处理水量增幅放缓，进水BOD、COD、SS浓度与2019年同期相比，降幅分别为38.54%、36.47%、37.69%。其中，TN、TP、NH3-N浓度均有不同程度的降低。受进水有机物浓度的影响，TN和TP的去除率较2019年同期降低了18.62%、5.84%。

(2)通过优化工艺运行参数，出水TN、TP分别降低至8.87、0.2 mg/L，去除率较2020年春节期间分别提高了9.17%、4.85%，其余各项出水水质均优于一级A排放标准。

(3)绝大多数病毒可在下水道传播，并存在通过气溶胶在一定空间传播的可能，污水处理厂一线操作人员存在潜在感染风险。因此，建议疫情期间加强操作人员安全防护，同时，针对高风险场所提高安全防护等级。