北排案例：再生水廠協（xié）同消毒的實戰經驗！
2019年底，我國發生了新型（xíng）冠狀病毒（COVID-19）感染的肺炎疫情。2020年3月11日，世界衛生組織宣布COVID-19已構成（chéng）全球性大（dà）流行。國內外相關專家相繼在新冠肺炎確診患者的糞便中檢測出COVID-19病毒核酸，尿液中分離出（chū）新型冠狀病（bìng）毒。新冠肺炎診療方案（試行第七版）明確指出由於在（zài）糞便及尿中可分離到新型冠狀病毒，應注意糞便及尿對環境汙染造成氣溶膠或接觸傳播。生態環境部（bù）於（yú）2020年2月1日印發《關於做好新（xīn）型冠狀病毒感染的肺炎疫情（qíng）醫療汙水和城鎮汙水監管工作的通知》，要求進一步加強醫療汙水和城鎮汙水監管工作（zuò），防止新型冠狀病（bìng）毒通過汙水傳播擴散。現代城市排水係統是在應對致病（bìng）微生物導致的傳染性疾病的（de）基礎上建立起來的，作為保障（zhàng）社會正常（cháng）運轉的基礎性公共服務，也是病原微生物源頭控製的重要環節。盡管不同類型的（de）致病微生物對汙水處理工藝的耐受性有所差（chà）異，通（tōng）過處理工藝的選擇優化，城市排水係統完全可以保障人類健（jiàn）康安全。
為提升汙（wū）水（shuǐ）再生處理能力，保障汙水再生利用的安全，2013年起，北京市連續啟動實施汙水治理和再生水（shuǐ）利用（yòng）三年行動計劃。截至2015年底，北京中心城區11座再生水（shuǐ）廠（chǎng）完（wán）成升級改造，均采（cǎi）用協同消毒工藝。針對此（cǐ）次疫情，從管網運維、汙水（shuǐ）再生處理尤其是預處理段、再（zài）生水（shuǐ）供水及汙泥處理處置等（děng）各個（gè）風險點均（jun1）采取了相應的人員防護與運行保障措施。本文重點（diǎn）介紹了疫情期（qī）間城鎮再生水廠協同消毒工藝的生產（chǎn）運行情況及其對病原微生物的控製效果。
1 北京城鎮再生水（shuǐ）廠消（xiāo）毒工藝
1.1 城鎮再生水廠常用消毒技術
城鎮汙水常用消毒方式（shì）有氯化物、紫（zǐ）外和臭氧等。次氯酸鈉主要依靠其水解產（chǎn）生的（de）中性次氯酸分子發揮消毒作用，因其經濟性與消毒持續（xù）性，為目前廣泛應用（yòng）的消毒方式，然而次氯酸鈉（nà）消毒會（huì）生成“三（sān）致（zhì）特性”的鹵代消毒副產物，出水餘氯過高還會影響水環境生態安全。紫外消毒主要由病原微生（shēng）物的（de）遺傳物質吸收紫外線能量後引（yǐn）發的光化學反（fǎn）應所導致（zhì），以250nm-275nm附近（jìn）紫外波段最為有效。紫外係統集成化程（chéng）度高（gāo）、節省占地，消毒快速，可（kě）在數秒內滅活病原微生物，且不會引入副產物，但無（wú）持續性。臭氧具（jù）有高效去（qù）除有機汙染物，改善色度、嗅味（wèi）感官指標等多重效（xiào）果，隨著（zhe）其劑量的增加對病原微生物也具有很好的殺（shā）滅作用，但由於（yú）建設與運維成本較高限製了臭氧的應（yīng）用。
1.2 北京城市（shì）汙水再生處理係（xì）統協同消毒工藝
北京已（yǐ）建成（chéng）了423萬m³/日的全（quán）球最大規模（mó）再生水係統，再生水廠出水水質全部達到北京市（shì）地方標準（DB11/890-2012）要求。為了進一步保障再生水安全，北京城市排水集團與清華（huá）大學共同承擔了國家水專項“北京城市再（zài）生水水質提高（gāo）關（guān）鍵技術研究與集成示範”，研究構建了“城市集中（zhōng）式再生（shēng）水係統水質（zhì）安全（quán）協同保障集成技術體（tǐ）係”。其中再生水消（xiāo）毒研究結果表明，臭氧氧化對有機物的轉化作用可（kě）提升20-30%紫外線透（tòu）射率，且可有效降低次氯酸鈉投加量。通過臭氧、紫外與次氯酸鈉優化組合，能夠充分發揮各單元（yuán）技術特點與優勢，實現病原微生物控製目標（biāo）的同時，降低次氯酸鈉消毒帶來的副作用。根（gēn）據不同消毒技術（shù）特點，結合實際應用需求，提出了協同消毒技術，進一步強化再生（shēng）水生物安全係統保障程（chéng）度。目前，北京中（zhōng）心城區的11座再生水廠均采用由臭氧、紫（zǐ）外、次氯酸（suān）鈉兩種或三種消毒方式組合的協同消毒工藝，如表1所示。協同（tóng）消毒技術不僅（jǐn）能夠實現病原微生物的高效控製，且針對不同水質、水量的變化提供靈活性調控策略，實現消毒工藝穩（wěn）定、高效、經濟運行。
2 指示微生物（wù）與新冠病毒滅（miè）活效果相關性分析
2.1 消毒指示微生物及控製要（yào）求
城市汙水中病原微生物主要包括病毒、細菌、原生動物以及蠕蟲寄（jì）生蟲類等。種類（lèi）繁多，但含量較低（dī），分析檢測流程較（jiào）為複雜，通常監測與（yǔ）病（bìng）原微（wēi）生物（wù）密切相關的指示微生物來（lái）說明水體病原微生物（wù）汙染情況。目前應用最廣（guǎng）泛（fàn）的指示微（wēi）生物為總（zǒng）大腸菌群與糞大腸菌群。
國（guó）家環境保護總局在《GB18918-2002 城鎮汙（wū）水處理廠汙染物排放標準》中將指示微生物糞大腸菌群列（liè）為（wéi）基本控製（zhì）項目，其在一級A標準中的最高允許排放濃度為不超過1000 個/L。北京（jīng）市（shì）目前主（zhǔ）要采（cǎi）用2012年頒（bān）布的地方標（biāo）準《DB11/890-2012 城鎮汙水處理廠水汙染物排放標（biāo）準》，其中現（xiàn）階段執行的（de）B標準要求糞大腸菌群數最高（gāo）允許（xǔ）排放濃度不超過1000 MPN/L。針對常規再生水回用方式，普通接觸暴露場景下，該限值（zhí）能夠保障再（zài）生（shēng）水（shuǐ）利用的（de）安全性。
2.2 糞大腸菌群指示新冠病毒滅活效果可行性
此次引發新型冠狀病毒肺炎疫情的病毒經（jīng）鑒定屬於包膜病毒，與SARS冠（guàn）狀病毒（SARS-CoV）同屬冠狀病毒家族β屬，具有（yǒu）超過82％的同源性。根據Patricia等對病毒（dú）在水體中存活率的研究可知，冠狀病毒的滅活速度比脊髓灰質炎病毒快，在水環境中的傳播幾率低於腸道病（bìng）毒。王新為等在對大腸杆菌和噬菌體f2的消毒研究發現（xiàn），大腸杆菌（jun1）和噬菌體f2的滅活劑量需達到遊離餘氯0.50mg/L和（hé）0.82mg/L以上（shàng），高於SARS冠狀（zhuàng）病毒被完全（quán）殺滅（miè）所需的（de）0.40mg/L遊離（lí）餘氯。
由於冠狀病毒比大腸杆菌更易於被滅活，對消毒劑的抵抗力（lì）低於目前常見的脊髓（suǐ）灰質炎病（bìng）毒、大腸杆（gǎn）菌以及噬菌體f2等指示微生物。因此，可以基本判定（dìng）目前再（zài）生水廠消毒工（gōng）藝控製糞大腸菌群或（huò）總大腸菌群達標，即可用於參（cān）考指示對新冠病毒的（de）有效滅活。
3 疫（yì）情期間北京再生水廠係（xì）統運行調控（kòng）
汙水再生處理係（xì）統各工藝環節對病原微生物的控製均發揮著（zhe）相應的作用（yòng）。Schmitz等對（duì）比了活性汙泥法等常（cháng）規（guī）生化處（chù）理工藝與多級AO工藝（Bardenpho 技術）對汙水中（zhōng）不同類型（xíng）病毒（dú）的去除效果，結（jié）果表明單純二級處理對（duì）病毒的去除能力可達到3.6 log10拷貝（bèi）數/L。Wigginton等也發現二級處理對病毒的去除能力在1-4 log10拷貝數/L。新冠肺炎疫情期間，北京中心城區11座再生水廠積極開展廠網、廠間、廠與用戶間的聯調聯動，各廠在做好（hǎo）預處理、生物處理、深度處理等前序工藝單元運行保障的基礎（chǔ）上，強化末端協同（tóng）消毒工藝的優化（huà）運行。
3.1 二級處理單元的低水量（liàng）運行調控
疫情發生時間與春節假期重疊，人（rén）員密集離京後推遲返京造成水廠長時期低水量運行，如圖1所示，北京中心城區各（gè）再生水（shuǐ）廠（chǎng）春節假期至今的日均處理水量（1月25日-3月15日（rì））較冬（dōng）季平日處理（lǐ）水量（liàng）（1月（yuè）01日至1月10日）的平均降幅（fú）為15.9%-39.5%。為應（yīng）對疫情（qíng）期間進水持續低水量，各（gè）廠通過（guò）降低初沉池投運比例，精準曝氣、精準碳源投加及精（jīng）準排泥係統的優化調控保障了二級處理單元運行效果。針對反硝化生物（wù）濾池，則采取了適（shì）當減少運行濾池數量，濾池（chí）編組（zǔ）交替運行的方式，將濾池濾速控製（zhì）在8~10 m/h正常（cháng）範圍，同時對（duì）碳源投加量進行動（dòng）態（tài）調整。如（rú）表2所示為疫情期（qī）間高碑店再生水廠進、出水主要水質指標。
3.2 過濾單元運行（háng）情況
水中的懸（xuán）浮顆粒物影響（xiǎng）水中病原微生物含量，不同處理工（gōng）藝出水懸浮物濃度與糞大腸菌（jun1）群（qún）數（shù）如表3所示。同時懸（xuán）浮顆粒（lì）物還能夠對消毒效果產生直接影響。通過協同消毒工藝前端砂濾、膜過濾等（děng）處理單元的設置，提高水中懸浮顆粒物的截留效果。可有效提升臭氧、紫外與次氯酸鈉對直接暴露在水中的病原微生物的滅活效率，過濾工藝在對致（zhì）濁顆粒物去除的同時伴隨著部分（fèn）病原微生物的截留（liú）。
疫情期間，北京城區各再生水廠以出水濁（zhuó）度調（diào）控砂濾與膜過濾等處理單元的清（qīng）洗頻率，嚴格控製其出水懸浮物濃度<5 mg/L。如表3所示，再生水處理工藝出水SS均低於5 mg/l，砂濾出水濁度0.53~1.64 NTU，微濾/超濾出水濁（zhuó）度0.35~0.82 NTU。低懸浮物濃度保障了後端協同消（xiāo）毒工藝對病原（yuán）微生物的滅活效果。
3.3 協同消毒工藝運行策略
作為協同消毒技術體係的首個工藝單（dān）元，臭氧在氧化有機物汙染物的同時，可以部（bù）分滅活病原微生物，實現與下遊紫外、次氯酸（suān）鈉（nà）的協同消毒作（zuò）用。臭氧氧化能夠顯著降低色度與UV254（圖2a）。2 mg/L的臭氧預氧化能夠將（jiāng）出（chū）水色度控製（zhì）在10°以下，且紫外光透射率提升30%。在此基礎上，2 mg/L的臭氧（yǎng）預氧化則可將糞大腸菌群數降至3 CFU/L，且所需次氯酸鈉投加量較單獨次氯酸鈉消毒可降低近50%（圖2b）。
（b）臭氧預氧化對次氯酸鈉消毒的影響
“臭（chòu）氧（yǎng）-氯”兩（liǎng）協同消毒工藝中（zhōng），次氯酸鈉為（wéi）主消毒單元，根據Water Val、Rachmadi等研究結果，維持一定（dìng）的CT值是保障病原微生物的滅活效率的關（guān）鍵因子，如圖3所（suǒ）示，根據水量變化，調整次氯酸（suān）鈉投加量，次氯酸鈉CT值在8.4 mg·min/L-13.2 mg·min/L之間變化，糞（fèn）大腸菌群滅（miè）活率達（dá）到99.99%，出水糞大（dà）腸菌群<2 CFU/L(圖4a)。
“臭氧-紫外-氯”三（sān）協同消毒（dú）工藝中，紫外為（wéi）主消毒（dú）單元，根（gēn）據臭氧運行情況，調整臭（chòu）氧投加劑量維（wéi）持1-3 mg/L。在紫外消毒單元中，景觀用再生（shēng）水紫外劑量為（wéi）25-40 mJ/cm²，城市雜用再生水紫外劑量為（wéi）70-80 mJ/cm²，而紫外後端投加次氯酸鈉的主要目的是維持適（shì）當的餘氯保（bǎo）持消毒的持續性。針對不（bú）同協同消毒組合工藝，其運行參數見表4。
3.4 協同消毒工藝水質監測與出水水質分析
疫情期間，各再生水廠強化（huà）出水水質監測工作。由於遊離氯與總氯不穩定，為了更準確的實時掌握出水餘氯情況，各再生水廠（chǎng）均采（cǎi）用現場快速測定（dìng）分析出水餘（yú）氯，每天上午、下午各測1次；總大腸菌群（qún）數與糞大腸菌群數每天測1次。為（wéi）保證係統運行（háng）穩定性對各消毒（dú）單元（yuán）進、出水起銜接作用的（de）關（guān）鍵水質指標進行補充監測。對臭氧（yǎng）單（dān）元（yuán）進、出水色度與UV254進行快速測定，並將水質監測與協同消毒工（gōng）藝運行調控相結合，以保（bǎo）障協同消毒工藝體係對病原微生物的控製效果。
如圖4（a）所示，無論（lùn）是（shì）“臭氧-次氯酸鈉”兩協同消毒（dú）工藝，還是“臭氧-紫外-次氯酸鈉”三（sān）協同消毒工藝（yì）均能夠保證各再生水廠出（chū）水糞大腸（cháng）菌群數低於2 CFU/L。
2018年北京市再生水利用（yòng）量為10.8億m³，超過80%用（yòng）於（yú）補充河、湖等（děng）景觀水體。為避免再生水餘氯過高可能對受納水體水生生物（wù）造成的損傷，疫情期（qī）間各廠在確保再生水衛生學指標（biāo）達標的同（tóng）時，均加大了（le）再生水餘（yú）氯監（jiān）測頻次，將廠（chǎng）區清水池餘氯日常（cháng）監測與河、湖（hú）補水口餘氯監測相結合，並強（qiáng）化開展河岸巡查工作，確保（bǎo）以再生水為補給水源的水環（huán）境的生態安全性。圖4（b）為采用“臭氧-氯”兩協同消毒工藝再生水廠退水中總氯與遊離餘氯變（biàn）化情況，由圖中可以看出，疫情期間再生水廠出水（shuǐ）遊離餘氯基本維持在0.05-0.1 mg/L之間，在衛生學達標基礎上充分保障了後（hòu）續受納水（shuǐ）環境的生態安全。
4 結論與建（jiàn）議
1）根據（jù）已有研究結果（guǒ），新冠病毒在水環境中（zhōng）的存活能力及對消毒劑耐受力均弱於糞大腸菌群，可采用糞大腸菌群滅活（huó）率參考指示水廠消毒工藝對新冠病毒（dú）的滅活效果。
2）二級處理及深度處理單元的穩定運行是保障係統安全的關鍵環節，砂濾與膜過濾出（chū）水SS穩定低於5 mg/L，有效保障了（le）後續消毒單元（yuán）的消毒效果。
3）“O3-NaClO”協同消毒（dú）工藝，臭氧劑量維持3-5 mg/L，NaClO劑量根據水量與接觸（chù）池（清水池）容積維持CT值（zhí）不低於8 mg·min/L可以較穩（wěn）定的實現糞大腸菌群<2 CFU/L的消（xiāo）毒效果，同時節省NaClO投加（jiā）量。“O3-UV-NaClO”協（xié）同（tóng）消毒工藝，臭氧1-3 mg/L的投加量能夠提升30%紫外透射率（lǜ），在紫外消毒單元設計劑量下（景觀用水30 mJ/cm²，城市雜用水80 mJ/cm²），紫（zǐ）外出水能夠實現糞大（dà）腸（cháng）菌群<2 CFU/L；後續根（gēn）據再生水用途及管網輸配要求進行適當補氯，保障出水餘氯達到相應標準。
4）協同消毒工藝通過不同消毒技（jì）術的合理組合與運行優化，可以實現99.99%的糞大腸菌群滅活率，出水糞大腸（cháng）菌（jun1）群<2 CFU/L，且出水（shuǐ）餘氯（lǜ）濃度穩定（dìng），保障再生水與受納水體生態安全。
本文為轉摘。
