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如圖1所示，制藥廠生產的藥物主要包括人用和獸用藥物，通過人和動物的代謝后進入環境水體，帶來一系列的潛在生態環境風險。其中，人用藥物很大一部分是通過醫院污水的形式進入環境水體，具體途徑包括：1）醫院污水進入市政管網后通過滲漏直接進入環境水體;2）污水處理廠（WWTPs）傳統的生物處理技術很難完全分解污水中的某些藥物類污染物，尤其是痕量級別的活性藥物，導致其隨污水處理廠出水進入環境水體。有研究表明醫院污水對全社會藥物等新興污染物的貢獻高達15%～38%。

圖1：藥物類污染源的來源和去向

近年來，新興污染物在中國的關注程度日益增加，各水系、流域中新興污染物檢出的報道層出不窮。***新調查研究顯示，長三角地區約40%孕婦尿液中檢出抗生素，近80%兒童尿液中檢出獸用抗生素，部分檢出抗生素已在臨床中禁用，有可能嚴重損害人體免疫力。國家環境分析測試中心對北京4家醫院污水中不同種類和濃度的抗生素藥物殘留進行了測試，建立了針對我國較為常見、消耗量較大的12種磺胺、4種喹諾酮、3種四環素以及羅紅霉素和甲氧芐氨嘧啶等21種抗生素的分析方法。這21種抗生素在醫院尾水中均有檢出，質量濃度分別為5.9～11.9 μg/L，明顯高于中國河水和海水中的濃度水平。

醫院污水水質受其規模大小、醫院類型、住院部、門診部等影響，不同醫院的污水水質指標可能存在較大差異。醫院污水綜合水質類似生活污水，但成分比生活污水更復雜（通常含有重金屬、有機溶劑、消毒劑、放射性同位素等）。因醫院人均排水量較大，其生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）指標一般低于城市生活污水，糞大腸菌含量與生活污水相近。傳染病醫院污水中的病原性微生物比綜合性醫院種類更多，數量更高。

醫院污水不僅僅帶來藥物類污染物的環境風險，同時也是病原微生物主要風險來源，尤其是在疫情爆發的特殊時期，傳染病醫療的病原微生物通過污水途徑傳染（即糞口傳播）帶來的危害會遠超正常時期。一般情況下，醫院污水按組成可分為4類：1）傳染病菌污水。醫療廢水中的病原微生物主要有：病原性細菌、腸道病毒、蠕蟲卵和原蟲4類;2）一般帶病菌污水。主要是醫療器械的洗滌污水及腸道病菌污水;3）放射性廢水。該類廢水含有因醫用途徑而產生的放射性元素;4）普通生活污水，含醫院廚房、職工廁所和盥洗廢水等，此類廢水中包含的特殊污染物有藥物、消毒劑、診斷用劑、洗滌劑、納米顆粒及放射性物質等。將未經處理的污水澆灌于生食蔬菜上，會引起傷寒、霍亂、蛔蟲病、阿米巴痢疾、細菌性痢疾。

此外，醫院污水中常被忽視的污染物是用于X射線觀察的碘制造影劑。如圖2所示，醫院污水中的主要成分是造影劑，包括碘普羅胺、碘美普爾和碘必樂等，其濃度達到了醫院污水出水污染物的98.677%，其余成分主要為藥物類污染物，占比較大的包括止痛/消炎藥物、抗生素和酶抑制劑等。

圖2：醫院污水中污染物種類及比例

碘化物造影劑具有很強極性，在水溶液中穩定性強，是污水中可吸附有機鹵素（AOX）的主要來源，AOX在天然水體中很難被降解。有研究表明，去除水中的碘化物造影劑主要有生物降解法和***氧化技術法，處理污水中的痕量碘化物造影依然還有很大的研究空間。在污水處理過程中，碘化物造影劑易與消毒劑產生副產物，如碘代三鹵甲烷（iodo-THM）和碘酸消毒副產物（iodo-DBPs），這兩類副產物對哺乳動物具有很高的遺傳毒性和細胞毒性。其中，醫院用量***多的碘普羅胺和碘美普爾等造影劑通過***氧化技術處理后亦難得到有效降解，其降解中間產物極其復雜。鈷活化過一硫酸鹽（Co/PMS）系統對碘美普爾的降解主要通過脫碘、脫氫反應、酰胺水解、氨基氧化、羥基取代、烷基芳香族酰胺轉化為芳香族氨基甲酰、脫水、氧化伯醇生成羧酸鹽等8個途徑。由此可見，在醫院治療活動中使用量較大的造影劑是醫院污水中的主要成分，而且造影劑結構非常穩定，屬于難降解有機污染物，在一般的醫院污水處理系統中基本無法去除。因此，亟需開發***的選擇性吸附或降解技術對醫院污水中含量***高的造影劑類污染物進行有效處理。

發達國家對醫院污水的深度處理技術和工藝已有廣泛研究。如圖3所示，Kovalova等對瑞士Baden鎮醫院（346個床位，水量為240 m3/d）進行水質分析和連續一年的中試處理研究。從該醫院污水中定性定量分析到56種藥物、10種代謝產物和2種防腐劑，其中，抗生素環丙沙星濃度高達32 μg/L（比市政污水中的濃度高約70倍），X射線造影劑的濃度高達約2 600 μg/L（比市政污水中的濃度高數百倍），造影劑含量達到污水中污染物總量的約80%。中試研究采用膜生物反應器（MBR）工藝（平板膜、污泥濃度2 g/L，泥齡30～50 d，DO為1～5 mg/L），經過連續一年的運行和研究，發現污水中僅有16種藥物的去除率達到80%，并且總藥物和代謝產物的去除率僅為22%。即傳統的生物法對醫院污水的藥物類污染物降解能力非常有限，研究發現MBR出水中95%的污染物為碘化物造影劑。在此基礎上對比研究了O3、O3/H2O2、PAC、UV/TiO2等技術對MBR出水的深度處理效果。增加后續臭氧化深度處理，醫院污水中藥物和代謝物的去除能夠達到90%以上，但其對造影劑的深度處理效率仍然較差（去除效率僅能達到約60%）。因此，迫切需要開發經濟***的醫院污水深度處理技術，如以強氧化性自由基攻擊為核心的***氧化技術（類芬頓技術、催化臭氧技術等）。

圖3：瑞士Baden鎮醫院污水處理工藝及概況

在PILLS項目的背景下，2011年7月建成的德國瑪麗安醫院污水處理廠（醫院有1 200名職工，每年病人約7.5萬人，污水量約200 m3/d）是歐洲***個重點關注醫院污水中微污染物去除的污水處理廠。采用了“膜生物反應器+催化臭氧+粉末活性炭吸附”（MBR+O3+PAC）的組合處理工藝，其中，催化臭氧和粉末活性炭是作為物理化學深度處理單元，重點深度去除污水中的藥物類污染物。該工程項目的實施，對于去除醫院污水中的藥物類污染物具有重要意義和推廣價值。

雖然，歐洲在醫院污水中藥物類污染物深度處理方面做了大量工作，但并未重點關注醫院污水中病原微生物的有效消殺處理。尤其遇到重大疫情特殊時期，殺滅醫院污水中的病原微生物是首要任務，防止病原微生物通過污水途徑傳染（即糞口傳播）能夠有效地控制疫情的發展速度。因此，開發醫院污水中典型藥物和病原微生物同步消毒降解深度處理技術是未來研究的一個重要方向。

長期以來，醫院污水處理一直是中國水污染防治工作的薄弱環節，處理水平整體較低。但中國也在醫院污水處理方面逐步進行了新的嘗試，如針對傳染病通過污水傳播已經建立了三級防護體系：1）病房內病人的排泄物進行消毒處理后，再與其他廢物一起，進入醫院危險廢物處理體系;2）在各級醫院，特別是傳染病醫院均建立了醫院污水處理系統;3）醫院污水由城市下水道進入城市污水處理廠，城市污水處理廠根據標準均設置了不同類型的消毒設施。根據《醫院污水處理工程技術規范》（HJ 2029—2013）的設計要求，醫院污水處理設施根據傳染病醫院和非傳染病醫院污水性質的不同可分為兩類工藝流程。一般常規的工藝流程包括格柵、調節池、水解池、生化反應處理池、二沉池和消毒池等。但隨著目前對出水水質要求的不斷提高，特別是針對醫院污水中藥物殘留、耐藥病原微生物等的同步去除需求，后端的深度處理工藝顯得尤為重要。開發具備同步降解藥物類污染物和殺滅病原微生物的深度處理技術和裝備能夠滿足出水水質要求不斷提高的需求，特別是以***氧化為基礎的深度處理技術，是未來醫院污水處理科研工作研究的重點方向。

醫院污水處理系統中***重要的工藝是消毒池。在處理醫院污水中比較常用的消毒技術主要包括氯制劑消毒、臭氧消毒和紫外消毒3種，3種方式各有利弊。目前，在廢水消毒領域應用得***多的消毒方式仍然是氯制劑消毒，主要采用的氯制劑為液氯、二氧化氯和次氯酸鈉3種。以消毒效果***佳為目標，可以按以下順序確定消毒方式：臭氧消毒>二氧化氯消毒>液氯消毒>次氯酸鹽消毒。如以時間進度和操作方便為目標，則可以按以下順序確定消毒方式：次氯酸鈉消毒>液氯消毒>二氧化氯消毒>臭氧消毒。但近年來由于消毒耐受菌的出現，以及上述消毒工藝對原蟲類致病微生物殺滅效果欠佳，逐漸開發出了一系列組合式消毒工藝用于醫院污水的消毒。目前，研究較多的主要包括超聲紫外聯合消毒技術、超聲臭氧聯合消毒技術和紫外過硫酸鹽聯合消毒技術。其中，由于紫外過硫酸鹽聯合消毒技術能夠產生具有強氧化性的羥基自由基和硫酸根自由基，在殺滅病原微生物方面有著良好的發展前途。當過硫酸鹽與紫外連用時，可以對致病菌孢子實現***滅活。此外，異相催化劑的使用也能提高過硫酸鹽同步殺菌和去除污染物的能力。

液氯能夠有效殺菌，但是殺滅病毒效果較差具有持續消毒作用，工藝簡單，技術成熟，操作簡單產生三致氯化物，處理水有氯味，處理出水有氯味，氯氣腐蝕性強遠離人口聚居區的規模較大的醫院污水處理系統次氯酸鈉能夠有效殺菌，但是殺滅病毒效果較差無毒，運行管理無危險性 產生三致氯化物，使出水pH升高規模小于300床的經濟欠發達地區醫院污水處理系統二氧化氯較Cl2殺菌效果好不產生有機氯化物，投加方便，不受pH影響運行管理有一定的危險性，只能就地產生和使用，操作管理要求高適用于各種規模醫院污水的消毒處理，管理水平要求較高臭氧殺菌和殺滅病毒的效果都很好有強氧化能力，接觸時間短，不產生有機氯化物，不受pH影響運行管理有一定的危險性，操作復雜，電能消耗大，基建投資大，運行成本高傳染病醫院污水優先采用臭氧消毒，處理出水再生回用或排入水體對水體和環境造成不良影響時應***臭氧消毒紫外線效果好，但對但對懸浮物濃度要求無有害殘余物質，操作簡單，運行管理和維修費用低電耗大，對處理水的水質要求較高，無后續殺菌作用特殊條件下可采用紫外消毒方式過硫酸鹽氧化性強，殺菌和殺滅病毒效果較好投加方式靈活，用量少，無殘余，可結合紫外或催化劑提高消毒效果成本高，使出水pH降低大型醫院或對余氯要求較高的醫院污水處理系統此外，不同的消毒方式對醫院污水中的細菌與病毒產生的效果也有所差別。液氯、二氧化氯、漂白粉、次氯酸鈉等消毒劑較為常用，也有少數醫院污水采用臭氧、紫外線等消毒方式。二氧化氯與病原體接觸時，會先吸附在細胞壁上，再透過細胞壁，通過氧化還原反應使得胞內氨基酸分解而被破壞，使蛋白質變性，從而達到滅菌的目的。臭氧可以通過吸附在細菌璧表面，擴散到胞內，再通過氧化胞內物質的方式達到殺菌的效果，因臭氧的氧化性僅次于氟氣和羥基自由基，其消毒效果優于二氧化氯，對生命力較強的病原體（如病毒）有更好的滅活作用。革蘭氏陽性菌較革蘭氏陰性菌具有更厚而致密細胞壁，因此，當化學消毒劑通過細胞壁擴散作用滅菌時，革蘭氏陽性菌具有更強的抵抗性，需要更大的劑量或者更長的時間。紫外線消毒與化學消毒的原理不同，主要是通過紫外光子產生的輻射達到殺菌效果。細菌的核酸物質對紫外波段有特別強的吸收，紫外光可以直接裂解細菌核酸，從而使細菌失活。

武漢火神山和雷神山醫院作為疫情特殊時期專門收治確診新冠病毒肺炎患者的定點醫院，其廢水處理設施和技術也具有更高要求，以充分保證出水水質達標和新冠病毒的殺滅。火神山和雷神山醫院的污水處理工藝較為相似。以雷神山為例，雷神山醫院污水來源復雜，含有活性藥物、化學藥劑（如造影劑等）、新冠病毒、細菌及常規有機污染物等。院區污水經專用管網收集后，需經過預消毒池、化糞池、提升泵站、調節池、移動床生物膜工藝消毒（MBBR）池、***混凝沉淀池和折流消毒池7道嚴格的處理工序。其核心工序為折流消毒池，消毒工藝中除加大投藥量外，還將停留時間從《醫療機構水污染物排放標準》（GB 18466—2005）中規定的1.5 h提升到4.5～5 h，確保新冠病毒的***滅活。再者，預消毒和折流消毒的兩級強化消毒措施，也能保障新冠病毒和其他致病微生物的***殺滅。此外，MBBR池不同于傳統的MBR工藝，該反應池通過向生化反應器中投加一定量的懸浮載體，可有效增加池中微生物（好氧、兼性好氧和厭氧菌）的生物量和種群豐度，從而提高反應器的處理效率，實現多種有機物和活性藥物的有效去除。此外，火神山醫院病區污水處理構筑物按兩組并聯設計。每組處理規模為40 m3/h，兩組并聯設計處理水量為80 m3/h，***高日污水處理量為1 920 m3/d[37]。武漢火神山和雷神山醫院污水處理按照傳染病醫院的相關標準，要求出水達到《醫療機構水污染物排放標準》（GB 18466—2005）中傳染病醫院的相關規定，腸道致病菌、腸道病毒、結核桿菌等病原體不得檢出，才能排入市政管網，污水處理過程中產生的污泥經濃縮脫水后由危廢處理公司集中處理。