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                            村镇污水疫情期强化病菌灭活及消毒应急方案

                            村镇污水疫情期强化病菌灭活及消毒应急方案

                            发布日期:2020-03-13 作者:水工业市场杂志 点击:

                            2019年12月以来,我国发生了由新型冠状病毒引起的传染病疫情,新冠病毒的播途径及感染风险也因此备受关注。有研究显示,新冠病毒有可能通过粪便途径传播,或者通过含有病毒的粪便形成的气溶胶传播。在此情况下,国家住房和城乡建设部发布了关于《新冠肺炎疫情期间加强城镇污水处理和水环境风险防范的若干建议》,对城镇污水处理系统安全运行提出注意事项与对策措施,但针对小型村镇污水项目无应对措施。为保障村镇水环境安全,北控水务集团充分发挥社会责任,积极研究并与日前发布了《村镇污水疫情期强化病菌灭活及消毒应急方案》。

                            《村镇污水疫情期强化病菌灭活及消毒应急方案》

                            编写人:王发珍、孙宛、刘宇心;审核人:张宝林;审定人:杭世珺。

                            一、方案背景

                            2019年12月由新型冠状病毒引起的传染病疫情席卷我国,并传播至世界各地,因此,传染性病毒的传播途径及感染风险备受关注。2020年2月1日,深圳市第三人民医院肝病研究所,在新冠病毒感染的肺炎确诊患者粪便中检测出2019-nCoV核酸(新冠病毒)阳性。2020年2月14日,中国给水排水公众号发布消息,“钟南山团队在患者粪便中检出新冠活病毒,专家提示需注意下水道通畅!”。因此,新冠病毒可通过粪便途径传播,或者通过含有病毒的粪便形成的气溶胶传播的可能。

                            市政污水系统直接接纳并处理居民日常生活及部分企事业单位的生活污水,因此,存在新型冠状病毒通过市政污水系统传播的可能。在此情况下,国家住房和城乡建设部发布关于《新冠肺炎疫情期间加强城镇污水处理和水环境风险防范的若干建议》,对城镇污水处理系统安全运行提出注意事项与对策措施,但针对小型村镇污水项目无应对措施。

                            为保障村镇水环境安全,北控水务集团充分发挥社会责任感,经认真研究后,提出村镇污水疫情期强化病菌灭活及消毒应急方案,同时,可为部分疫区村镇捐赠消毒设施及药剂,为保障疫区村镇水环境安全尽绵薄之力。

                            二、村镇污水消毒现状

                            截至2019年9月17日,全国34个省、自治区、直辖市及特别行政区中,有24个发布了《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》或同等效力的地方标准或其征求意见稿,其中9个省、自治区、直辖市的标准已经正式发布。

                            通过对这24个已发布的标准进行分析可以发现,pH、SS、COD、NH3-N、TN、TP、动植物油(大部分标准中的动植物油指标是在有农家乐污水接入时才生效)这7项指标是绝大多数标准中提出的指标,而对于防疫重要的粪大肠菌群值这个指标,只有河北、江苏、浙江、山东、海南、甘肃这6个省给予了明确规定,其他地区未做要求。因此,我国目前已实施的村镇污水处理厂站,多数未另行考虑消毒措施。

                            虽然在污水生物处理过程中,目前普遍采用的较长泥龄的活性污泥本身具有多个数量级(log数)的病原体消除(灭活)效果,能够满足病毒等病原微生物的灭活程度控制要求;但对于部分疫情村镇,新型冠状病毒仍有可能存在从感染者排放的污水到管网、再到污水处理厂站、最终回到水环境的潜在传输与暴露路径。

                            因此,村镇污水疫情期间强化病菌灭活及消毒尤为重要。

                            三、常用消毒方式

                            目前,村镇污水厂常用的消毒方式主要有物理消毒和化学消毒两大类,根据官方报道,其中紫外线和含氯消毒剂均可以有效灭活新型冠状病毒。

                            (一)物理消毒方法——紫外线消毒

                            紫外线消毒是一种物理性的消毒方法,紫外线消毒并不是杀死微生物,而是去掉其繁殖能力进行灭活。紫外线消毒的原理是用紫外光摧毁微生物的遗传物质核酸(DNA 或 RNA),使其不能分裂复制。紫外线是一种波长范围为 136-400nm 的不可见光线,其中 260nm 附近已被证实是杀菌效率最高的,目前生产的紫外灯的最大功率输出在 253.7nm 波长。

                            紫外线杀菌范围广而迅速,处理时间短,在一定的辐射强度下一般病原微生物仅需十几秒即可杀灭,能杀灭一些氯消毒法无法灭活的病菌,还能在一定程度上控制一些较高等的水生生物如藻类和红虫等;过度处理一般不会产生水质问题;一体化的设备构造简单,容易安装,小巧轻便,水头损失很小,占地少。

                            但是紫外线没有持续消毒能力,并且可能存在微生物的光复活问题;不易做到在整个处理空间内辐射均匀,有照射的阴影区,且处理效果受水中悬浮物影响大。

                            (二)化学消毒方法

                            1.液氯消毒

                            向水中加入液氯时发生化学反应生成次氯酸,次氯酸是一种强氧化剂,能损害细胞膜,使蛋白质、RNA和DNA等物质释出,并影响多种酶系统(主要是磷酸葡萄糖脱氢酶的巯基被氧化破坏),从而使细菌死亡。氯对病毒的作用,在于对其核酸的致死性损害。

                            2.二氧化氯消毒

                            二氧化氯在常温常压下是一种黄绿色气体,具有与氯相似的刺激性气体,极不稳定,气态和液态均易爆炸,故必须以水溶液形态现场制取,即时使用。二氧化氯易溶于水,在水中以溶解气体存在,不发生水解反应。二氧化氯既是消毒剂,又是强氧化剂,可以杀灭一切微生物,包括细菌繁殖体,细菌芽孢,真菌,分枝杆菌和病毒等,并且这些细菌不会产生抗药性。对细胞壁有较强的吸附和穿透能力,放出原子氧将细胞内的含巯基的酶氧化起到杀菌作用。二氧化氯最大的优点是不会与水中有机物作用生成三卤甲烷。二氧化氯用于水消毒,在其浓度为0.5-1mg/L时,1分钟内能将水中99%的细菌杀灭,灭菌效果为氯气的10倍,次氯酸钠的2倍,抑制病毒的能力也比氯高3倍,比臭氧高1.9倍。但是因其投资及使用成本较高,常用于自来水厂消毒,污水厂应用相对较少。

                            3.次氯酸钠消毒

                            次氯酸钠属于高效的含氯消毒剂。含氯消毒剂的杀菌作用包括次氯酸的作用、新生氧作用和氯化作用。次氯酸的氧化作用是含氯消毒剂的最主要的杀菌机理,次氯酸钠在溶液中生成次氯酸离子,通过水解反应生成次氯酸,具有与其他氯的衍生物相同的氧化和消毒作用。次氯酸钠所含的有效氯容易受日光、温度的影响而分解,一般采用次氯酸钠发生器现场制取;当水厂所在区域周边具有稳定可靠的次氯酸钠溶液供应商时,也可以采用投加次氯酸钠溶液并定期补充的消毒方式。

                            4.氯片消毒

                            氯片为白色粉末或颗粒,有氯刺激味、微溶于水,易溶于丙酮。其主要化学成分为三氯异氰尿酸和二氯异氰尿酸,一般二氯异氰尿酸可快速溶解,而三氯异氰尿酸有缓释作用。氯片有许多不同规格的片剂,如:1g片、2g片、5g片、10g片、20g片、50g片、100g片、200g片、500g片等。不同规格的氯片的有效氯含量不同,在50-90%不等。

                            氯片的消毒杀菌效果显著,溶于水后以次氯酸分子的形式存在,可以使病原微生物的蛋白质氯化变性致死,杀菌效果相当于漂白水的80-100倍,可以快速杀灭各种细菌、病毒、真菌等。另外氯片的药效稳定,持续时间长,在同样有效氯浓度的条件下,水溶液的稳定性和有效时间是漂白水的4-5倍,氯片在水解时存在生成次氯酸的平衡过程,可以持续进行次氯酸释放。

                            5.臭氧消毒

                            臭氧具有很强的氧化能力,能氧化大部分有机物。臭氧灭菌过程属物理、化学和生物反应,能够除藻杀菌,对病毒、芽孢等生命力较强的微生物也能起到很好的灭活作用。

                            由于臭氧消毒受投资及成本的影响,在村镇污水厂站中的应用相对较少,在此方案中,针对臭氧消毒不做过多介绍。

                            四、新型冠状病毒的灭活简介

                            根据相关文献介绍,此次新型冠状病毒属于有包膜病毒,即其外部包有由蛋白质和脂肪组成的外层,且近年来引起严重流行性传染病爆发的SARS冠状病毒、MERS冠状病毒、埃博拉病毒、禽流感病毒等均属于有包膜病毒。

                            新冠病毒与SARS同属冠状病毒,根据已有对SARS在体外环境中的存活规律以及氯和二氧化氯灭活SARS的研究,可对新冠病毒在污水收集处理中的防控做参考。根据王新为等人对SARS的研究成果可知,SARS在污水中对消毒剂的抵抗力比大肠杆菌及f2噬菌体都低,在相同加氯量或余氯量情况下,氯制剂对SARS的灭活效果优于二氧化氯。当污水中游离余氯量保持在0.5mg/L(氯制剂)或2.19mg/L(二氧化氯)以上时可以保证完全灭活污水中的SARS冠状病毒,但对大肠杆菌和f2噬菌体则不能完全灭活。由此可以得出,一方面,SARS冠状病毒在体外环境中存活时间和温度有关,对氯和二氧化氯敏感。另一方面,可以用大肠杆菌作为灭活SARS冠状病毒的指示微生物。

                            由于新型冠状病毒属于有包膜病毒,在污水系统中的存活能力低于无包膜的肠道病毒,且更易于消毒灭活。因此,城镇污水处理常用的氯消毒就可以起到很好的效果。对于消毒标准的控制要求,根据国家住房和城乡建设部发布关于《新冠肺炎疫情期间加强城镇污水处理和水环境风险防范的若干建议》,我国现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中规定的一级A标准(粪大肠菌群数量小于1000个/L)和一级B标准(粪大肠菌群数量小于10000个/L)能够满足病毒等病原微生物的灭活程度控制要求,按此标准处理达标的污水排入接纳水体,不会增加水体环境中的病毒暴露风险。

                            基于此,对现状我国村镇污水疫情期间强化病菌灭活及消毒应急方案如下。

                            五、村镇污水疫情期强化病菌灭活及消毒应急方案

                            目前,各地对村镇污水出水标准的要求不一,尤其针对粪大肠菌群数的排放标准。大部分地区并未对村镇污水中粪大肠菌群数进行要求,因此村镇污水处理厂站并未设计消毒单元。此次新型冠状病毒疫情期间,为了保障村镇居民的人身安全,针对不同情况的村镇污水处理厂站,提出疫情期消毒应急方案,供各地村镇污水处理厂站参考。

                            (一)村镇污水疫情期消毒应急方案

                            1.已有氯消毒设施的处理厂站

                            对于已有氯消毒设施的处理厂站,在疫情期间,保证肠道病毒灭活率大于99.99%(4log),建议适当增大氯消毒药剂的投加量。

                            (1)采用二氧化氯消毒的厂站

                            当处理厂站采用二氧化氯消毒时,由于二氧化氯消毒效果受水质影响较小,因此投加二氧化氯的厂站需保证处理系统的正常运行,建议有效氯投加量为8-10mg/L。

                            (2)采用其他氯消毒的厂站

                            当处理厂站采用次氯酸钠、次氯酸钙或氯片消毒时,消毒药剂受水质影响较大,消毒药剂的投加量需结合实际出水情况而定。参考《新型冠状病毒污染的医院污水应急处理技术方案(试行)》,此类氯消毒药剂的投加量为8-10倍的氨氮浓度及16倍的有机氮浓度,建议接触时间为60-90min。

                            2.已有紫外消毒设施的处理厂站

                            对于已有紫外消毒方式的厂站,紫外剂量不小于16mj/cm2,同时,需补充氯消毒,保证15℃水温条件下的余氯量不低于0.5mg/L,实际水温较低时,余氯的量要适当增加,实际水温较高时,余氯的量可适当减少。疫情期间建议补氯的投加量按2-4mg/L计算,投加点建议设在紫外消毒渠后。可选用方便快捷的氯消毒药剂,例如成品次氯酸钠、氯片等。

                            3.无消毒设施的处理厂站

                            对于无消毒设施的处理厂站,应及时加装消毒设施,考虑到疫情蔓延的紧迫性,可考虑方便快捷的氯消毒的方式,如采用一体化次氯酸钠消毒设备、一体化二氧化氯发生器或直接投加缓释氯片。

                            当直接投加缓释氯片时,可采用无动力氯片投加器,投加点建议设在出水检测井内,接触时间确保至少15min以上的接触时间(含出水管至受纳水体的流经时间);如出水口流至受纳水体的流经时间不足15min,需增设接触消毒设施或适当增大消毒药剂投加量,但要控制接触后水中余氯量,保证15℃水温条件下的余氯量不低于0.5mg/L,实际水温较低时,余氯的量要适当增加,实际水温较高时,余氯的量可适当减少。

                            (二)消毒药剂简易投加装置的设计

                            疫情期间,受疫情管控的影响,氯消毒设备及药剂的采购受限,因此,在本方案中,给出几种不同消毒药剂的简易投加装置示意,各地区可根据当地氯消毒药剂的种类,选择适合的药剂及投加方式。

                            1.成品次氯酸钠简易投加装置

                            (1)成品次氯酸钠投加装置示意图

                            成品次氯酸钠投加装置示意图如5-1所示。

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                            图5-1 成品次氯酸钠投加装置示意图

                            (2)成品次氯酸钠装置配置方案

                            各地村镇可根据各自项目情况,进行投加装置的配置。不同规模的村镇污水处理站的配方方案,详见表5-1、表5-2。在使用简易投加装置时,需根据表5-1、表5-2的参考投加量手动调节加药龙头的开启大小。投加点建议设在紫外消毒渠后或出水检查井内。

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                            2.氯片简易投加装置

                            (1)氯片简易投加装置示意图

                            氯片简易投加装置示意图如5-2、5-3所示。图中简易投加装置均按照氯片200g/片规格设计。

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                            图5-2 组装式氯片简易投加装置

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                            图5-3 套筒式氯片简易投加装置

                            (2)氯片简易投机装置配置方案

                            各地村镇可根据各自项目情况,进行投加装置的配置。不同规模的村镇污水处理站的配置方案,详见表5-3、表5-4。投加点建议设在紫外消毒渠后或出水检查井内。

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                            3.未做处理的化粪池、旱厕等

                            而对于现状尚未做污水处理的村庄,使用旱厕的农户,建议参考《疫情防控环卫工作指南》定期对厕所进行消毒,用有效氯为1000mg/L~2000mg/L的含氯消毒剂溶液对旱厕及公厕全面喷洒消毒二次,喷药量为50-300mg/m2,使用水厕含化粪池的,建议在化粪池末端应急投加缓释氯片消毒,折算有效氯投加量约在40-60mg/L。(以常用1m3的化粪池为例,需投加2-4片20g/片的氯片,建议分2-3次投加。)

                            (三)消毒应急方案费用估算

                            在本应急方案中,所采用消毒药剂投加装置为自主设计,根据投加装置设备加工费用进行初步测算,仅供参考,具体投资情况如表5-5、表5-6及表5-7所示。

                            1.成品次氯酸钠投加装置

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                            2.氯片简易投加装置

                            (1)组装式氯片投加装置(小加药量适用)

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                            (2)套筒式氯片投加装置(大小加药量均适用)

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                            六、疫情期后村镇污水消毒建议

                            待此次疫情结束后,针对已有消毒设施的村镇污水处理厂站,恢复正常消毒剂量及消毒方式。针对无消毒设施的村镇污水处理厂站,建议保留疫情期间增设的简易投加装置,但需将消毒药剂投加量调整为常规投加浓度,一般一级B出水有效氯投加量为4-6mg/L,一级A出水有效氯投加量为6-8mg/L。

                            七、注意事项

                            (一)人工投加消毒剂时需重视防护

                            由于污水中的悬浮固体颗粒可作为病毒的载体,为其提供适于生存的环境,因此病毒在污染水体中的生存能力得到增强。在污水处理过程中,许多未密封的处理设施表面会产生水汽,形成气凝胶,而气凝胶也可能成为病原微生物包括病毒、细菌的寄生场所。因此,一线运行人员在人工投加消毒剂时,应提高防范意识,全程须佩带口罩、防水手套、护目镜和安全帽等防护用品,有条件的穿戴防护面罩、防护服。操作完成后,还应及时清洗和消毒。

                            (二)消毒剂投加量不宜过量

                            消毒剂的投加满足需求即可,如过量投加会对水体产生影响,不利于水生态的正常运转。

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