北排案例：再生水廠協同消毒的實（shí）戰經驗！

2019年底，我（wǒ）國發生了（le）新型冠狀病毒（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（gòu）成全球性大流行。國內外相關專家相繼在（zài）新冠肺（fèi）炎確診患者的糞便中檢測（cè）出COVID-19病毒核（hé）酸，尿液中分離出（chū）新型冠狀病毒。新冠肺炎診療方案（試（shì）行第七版）明確指出由（yóu）於在糞便及尿（niào）中可（kě）分離到新型冠狀病毒，應注（zhù）意糞便及尿對環境（jìng）汙染造成氣溶膠或接觸傳播。生態環境部於2020年2月1日印（yìn）發《關於做好新型冠狀病毒感（gǎn）染的肺炎疫情醫療汙水和城鎮汙水監管工作的通知》，要求進一（yī）步加強醫療（liáo）汙水和城鎮汙水監管工作，防止新型冠狀病毒通過汙水傳播擴散。現代城市排水係統（tǒng）是在應對（duì）致病微生物導致的傳（chuán）染（rǎn）性疾病的基礎上建立起來的，作為保障社會正常運轉的基礎性公共服務，也是病原微生物源頭控（kòng）製（zhì）的重要（yào）環（huán）節。盡（jìn）管不同類型的致病微生物對汙水處理（lǐ）工藝的耐受性有所差異（yì），通過處理工藝的選擇優化，城市排水係統完全可以保障人（rén）類健康安全。

為提升汙水（shuǐ）再生處理能力，保障（zhàng）汙水（shuǐ）再生利用的安全，2013年起，北京市連續啟（qǐ）動實施汙水治理和再生水利用三年行動計劃。截至2015年底，北京中心城（chéng）區11座再生水廠完成升級改造，均采用協同消毒工（gōng）藝。針對此次疫情，從（cóng）管網運維（wéi）、汙水再生處理尤其是（shì）預處理段（duàn）、再生水（shuǐ）供水及（jí）汙泥處理處置等各個風險點均采取了相應的人員防護與運行保障措施。本文重點（diǎn）介（jiè）紹了（le）疫情期間城鎮再生水廠協同（tóng）消毒工藝的生（shēng）產（chǎn）運行情況及其對病原（yuán）微生物的控製效果。

1 北京城鎮再（zài）生水廠（chǎng）消毒工藝

1.1 城鎮再生水廠常用消（xiāo）毒（dú）技術

城鎮汙水常用消毒方式有氯化物、紫外（wài）和臭氧等。次氯酸鈉主要依靠其水解產生的中性次氯酸分子發揮消毒作用，因其經濟（jì）性與消毒持續性，為目前廣泛應用的消毒方式，然（rán）而次氯酸（suān）鈉消毒會生成“三致特性”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物的（de）遺傳物質吸收紫外線能量後引發的光化學反應（yīng）所導致，以250nm-275nm附近紫外波段最為有效。紫外係統集成化程度高、節省占地，消毒快速，可在數秒內滅活病原微生物，且不會引（yǐn）入副產（chǎn）物，但（dàn）無持續（xù）性。臭氧具有高效去除有機汙染物，改善色（sè）度、嗅味感官指標等多重效果，隨著其（qí）劑量的增加對病原（yuán）微生物也具有很好的殺滅作用，但由於建設與運維成本較高限（xiàn）製了臭氧的（de）應用。

1.2 北京城市汙水（shuǐ）再生處理係統協同消毒工藝（yì）

北京已建成了423萬m³/日的全球最大規模再生水係統，再生水（shuǐ）廠出（chū）水水質全部達到北京市地方標準（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大學共同承擔了國家水專項“北京城市再生水水質提高關鍵技術研究（jiū）與集成示範”，研究構建了“城（chéng）市集中式再生水係統水質（zhì）安全協同保障集成技術體（tǐ）係”。其中再生水消毒研究結（jié）果表明，臭氧氧化對有機（jī）物的轉化作用可提升20-30%紫外線透（tòu）射率，且（qiě）可有（yǒu）效降（jiàng）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技術（shù）特點與（yǔ）優勢，實現病原微生物控製目標的同時，降低次（cì）氯酸鈉（nà）消毒帶來的副作用。根據不同消毒技術特點，結合實際應用需（xū）求（qiú），提出了協同消（xiāo）毒技術，進一步強化再生水生（shēng）物安全係統（tǒng）保障程度。目前，北京中心（xīn）城區的11座再生（shēng）水廠均采用由臭氧、紫外（wài）、次氯酸鈉兩種或三種（zhǒng）消毒方（fāng）式組合的協同消毒工藝，如表1所示。協同消毒技術（shù）不僅能夠實現病（bìng）原微生物的（de）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（luè），實現消（xiāo）毒工藝穩（wěn）定、高效（xiào）、經濟運（yùn）行。

2 指示微（wēi）生物與新冠病毒滅活效果相關（guān）性分析

2.1 消毒（dú）指示微生物及（jí）控製要求（qiú）

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生蟲類等。種（zhǒng）類（lèi）繁多，但（dàn）含量（liàng）較低，分（fèn）析檢測流程較為複雜，通（tōng）常監測與病原微生物密切相（xiàng）關（guān）的指示微生物來說明水體病原微生物汙染情況。目前應用最廣泛的指示（shì）微生物為總大腸（cháng）菌群與糞大腸菌（jun1）群（qún）。

國家環（huán）境保護總局在《GB18918-2002 城鎮汙水處理廠汙染物排放標（biāo）準》中將指示微生物糞大腸菌群列為基本控（kòng）製項目，其在一級A標準中的最高（gāo）允許排放濃度為不超過1000 個/L。北京市目前主（zhǔ）要采用2012年頒布的地方（fāng）標準《DB11/890-2012 城鎮汙水處（chù）理廠水汙染物排放標準》，其中（zhōng）現階段執行的B標（biāo）準要求糞大腸菌群數最高允許排放濃度不超過1000 MPN/L。針（zhēn）對常規再（zài）生水回用方式，普（pǔ）通接觸暴露場景下，該限值能夠保障再生水利用的安全性。

2.2 糞大腸菌群指（zhǐ）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鑒定屬於包膜病（bìng）毒，與SARS冠狀病毒（SARS-CoV）同屬冠狀病毒家族β屬，具有超過82％的同源性（xìng）。根據Patricia等（děng）對病毒在水體中存活率的研究可知，冠狀病毒的滅活速度（dù）比脊髓灰質炎（yán）病毒快，在水環境（jìng）中的傳（chuán）播幾率低於腸道病毒。王（wáng）新為等在對大腸杆菌（jun1）和噬菌體f2的消毒研究發現，大腸杆菌和噬（shì）菌（jun1）體f2的滅活劑量需達（dá）到遊離餘氯0.50mg/L和（hé）0.82mg/L以上，高於SARS冠狀病毒被完（wán）全殺滅所需的0.40mg/L遊離餘氯。

由於冠狀（zhuàng）病毒比大腸杆菌更易（yì）於被滅活，對消毒劑的抵抗力低於目前常見的脊髓灰質炎病毒、大腸杆菌以及噬菌體（tǐ）f2等指示微生物。因此，可以基本判定目前再生水廠消毒工藝控製糞大腸菌群或總大（dà）腸菌群達標，即可用於參考指示對新冠病毒的（de）有效滅活。

3 疫情（qíng）期間北京再生水廠係統運行調控

汙（wū）水再生處理係統各工藝環節對病原（yuán）微生物的控製均發揮著（zhe）相應的作用。Schmitz等對比了活性汙泥法等常規生化處理工藝與多級AO工藝（yì）（Bardenpho 技術）對汙水中不同類型病（bìng）毒的去除效果（guǒ），結果表明單純二級處理對病毒（dú）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（kǎo）貝數/L。新冠肺炎疫情期（qī）間，北京（jīng）中心城區11座再生水廠（chǎng）積極開展廠網、廠間、廠與用戶間的聯調聯動，各廠在做（zuò）好預處理、生物（wù）處理、深度處理等（děng）前序工藝單元運行保障的（de）基礎上，強化末端協同消毒工藝的優化運行。

3.1 二級處理單元的低水量運行調控

疫情發生時間與春節假期（qī）重疊，人員密集離京（jīng）後推遲返京造成水廠長時期低水量運行，如圖1所示，北京（jīng）中心城區各再生水廠春節假期至今的日均處理水量（1月25日-3月15日）較冬季平日處理水量（liàng）（1月（yuè）01日至1月10日）的平均降（jiàng）幅為15.9%-39.5%。為應對疫情期間進水持續低水量，各（gè）廠通（tōng）過降低初沉池投運比例，精準曝氣、精準碳（tàn）源投加及精準排泥係（xì）統的優化調控保障了二（èr）級處理單元（yuán）運行效果。針對反硝（xiāo）化生物濾池，則（zé）采取了適當減少運行濾池數量，濾池（chí）編組交替運行（háng）的方式，將濾池濾速（sù）控製在8~10 m/h正常範圍，同時對碳源投加量進行（háng）動態調整。如表2所示為疫情期（qī）間高碑店再生（shēng）水廠進、出水主要水質指標。

3.2 過濾單元運行情況

水中的懸浮顆（kē）粒物影響（xiǎng）水中病原微生物含量，不同處理工藝出水懸（xuán）浮物濃度與糞大腸菌群數如表3所示。同時懸浮顆（kē）粒（lì）物（wù）還能夠對消毒效果（guǒ）產生直接影響。通過協同消（xiāo）毒工藝前端砂濾、膜過濾等處理單（dān）元的設置（zhì），提高水中懸浮顆粒物的（de）截留效果。可有效（xiào）提升臭氧、紫外與次氯（lǜ）酸鈉對直接暴露在水中的病原微生物的滅活效率（lǜ），過濾工藝在對致濁顆粒物去除的同時伴隨著部分（fèn）病（bìng）原微生物的截留。

疫情（qíng）期間，北京城區各再生水廠以（yǐ）出（chū）水濁度調控砂濾與（yǔ）膜過濾等處理單元的清洗頻率，嚴格（gé）控製其出水懸浮物濃度<5 mg/L。如表3所示，再生水處（chù）理工藝出水SS均低於5 mg/l，砂濾出水濁（zhuó）度0.53~1.64 NTU，微濾/超濾出水（shuǐ）濁度0.35~0.82 NTU。低懸浮物濃度保障了後端協同消毒工藝對病原微生物的滅活效果。

3.3 協同消毒工藝運行策略

作為（wéi）協同消毒（dú）技術體係的首個工藝單元，臭氧在氧化有（yǒu）機物汙染物的同時，可以部分滅活病（bìng）原（yuán）微生物，實現與下遊紫外、次氯酸鈉的協同消毒作用。臭氧氧化能夠顯著（zhe）降低色度與UV254（圖2a）。2 mg/L的（de）臭氧預氧化能夠將出（chū）水色度控製在10°以下，且紫外光透射率提升30%。在此基礎上（shàng），2 mg/L的臭氧預氧化則可將糞大腸菌群數降（jiàng）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（yǎng）預（yù）氧化對次氯酸鈉消毒（dú）的影響

“臭氧-氯”兩協同消毒工藝中，次氯酸鈉為主消毒單元，根據Water Val、Rachmadi等研究結（jié）果，維持一定的CT值是（shì）保障病原（yuán）微生物的滅活效率的關鍵因子，如圖3所示，根據水量變化，調整次氯酸鈉投加（jiā）量，次氯酸鈉CT值在8.4 mg·min/L-13.2 mg·min/L之間變化，糞大腸菌群滅活率達到99.99%，出水糞大（dà）腸菌群（qún）<2 CFU/L(圖4a)。

“臭氧-紫外-氯”三協同消毒工藝中，紫（zǐ）外為主消毒單元，根據臭（chòu）氧運行情況，調整臭氧投（tóu）加劑量維持1-3 mg/L。在紫外消毒單元中，景觀用再（zài）生水紫外劑量為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（hòu）端（duān）投加次氯酸（suān）鈉的主要目的是維持適當的餘氯保（bǎo）持消毒的持續性。針（zhēn）對不同協同消毒組合工藝，其運（yùn）行參數見表4。

3.4 協同消毒（dú）工藝水質監測與出水水質分析

疫情期間（jiān），各（gè）再生水廠強化出水水質監測工作。由於遊（yóu）離氯（lǜ）與總氯不穩定，為了更準確的（de）實時掌（zhǎng）握出水餘氯情況，各再生水廠均采用現（xiàn）場快速（sù）測定分析出水餘氯，每天上午、下（xià）午各測1次；總大腸菌（jun1）群數與糞大腸菌群（qún）數每天測1次。為保證（zhèng）係統運行穩（wěn）定性對各消毒單元進、出水（shuǐ）起銜接作（zuò）用的關鍵（jiàn）水質指標進（jìn）行補充監測。對臭（chòu）氧單元進（jìn）、出水色度與UV254進行快速測（cè）定，並將水質監測與協同消毒工藝運行調控相結合，以保障協同消毒工藝體係對病原微生物（wù）的控製效果。

如圖4（a）所示，無論是“臭氧-次氯酸鈉”兩協同（tóng）消（xiāo）毒工藝，還是（shì）“臭氧-紫（zǐ）外-次氯酸鈉”三協同消毒工（gōng）藝（yì）均（jun1）能夠保證各再生水廠出水糞大腸菌群數低於2 CFU/L。

2018年北京市再生（shēng）水利用（yòng）量為10.8億m³，超過80%用於補充河、湖等景觀水體。為避（bì）免（miǎn）再生水（shuǐ）餘氯過高可能對受納水體水（shuǐ）生生物造成的損傷，疫情期間各廠在確（què）保再生水衛生學指標達標的同時，均加大了再（zài）生水餘（yú）氯監測頻次，將廠區（qū）清水池餘氯日常監測與河、湖補水口餘氯（lǜ）監測相結合，並強化開（kāi）展河岸巡查工作（zuò），確保以再生水為（wéi）補給水源（yuán）的水環境（jìng）的（de）生態安全性。圖4（b）為采用（yòng）“臭（chòu）氧-氯”兩協同消毒工（gōng）藝再生（shēng）水廠退水中總氯與遊（yóu）離餘氯變化情況，由圖中可（kě）以看出，疫情期間再（zài）生水廠出水（shuǐ）遊離餘（yú）氯（lǜ）基（jī）本維持在（zài）0.05-0.1 mg/L之間（jiān），在衛生學達標基礎（chǔ）上充分保障了後續受（shòu）納水環境的生態安全。

4 結（jié）論與建議

1）根據已有研究結果，新冠病毒在水環境中的存活能力及對消毒（dú）劑耐受（shòu）力均（jun1）弱於糞大腸菌群，可采用糞大腸菌群滅活率參考指示水廠消（xiāo）毒工藝對新冠病毒的滅活效果。

2）二級處理及（jí）深度處理單元的穩定運行是保障係統安全（quán）的關鍵環節，砂濾與膜過濾（lǜ）出（chū）水SS穩定低於5 mg/L，有效保障了後續消毒單元的消毒（dú）效果。

3）“O3-NaClO”協同消毒工藝（yì），臭氧劑量維持3-5 mg/L，NaClO劑量（liàng）根（gēn）據水量與接觸池（清水池）容（róng）積維（wéi）持CT值不低（dī）於（yú）8 mg·min/L可（kě）以較穩定的實（shí）現糞大（dà）腸菌（jun1）群<2 CFU/L的消毒效果，同時節省NaClO投加量。“O3-UV-NaClO”協同消毒工藝，臭氧1-3 mg/L的投加量能夠提升30%紫外透射率，在紫外消毒（dú）單元（yuán）設計（jì）劑量下（景觀用水30 mJ/cm²，城市雜用水80 mJ/cm²），紫外出水能夠實現糞大腸菌（jun1）群<2 CFU/L；後續根據再生水（shuǐ）用途及管（guǎn）網輸配（pèi）要求進行適當補氯，保障出（chū）水餘氯達到相應標準。

4）協同消毒（dú）工藝通過不同消（xiāo）毒技術的合（hé）理組合與運行（háng）優化，可以實現99.99%的糞大腸（cháng）菌群滅活率，出水糞大腸菌群（qún）<2 CFU/L，且（qiě）出（chū）水餘氯濃度穩定，保障再（zài）生水與受納水體生態安全（quán）。

本文為轉（zhuǎn）摘。