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如圖1所示，制藥廠生產(chǎn)的藥物主要包括人用和獸用藥物，通過(guò)人和動(dòng)物的代謝后進(jìn)入環(huán)境水體，帶來(lái)一系列的潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。其中，人用藥物很大一部分是通過(guò)醫(yī)院污水的形式進(jìn)入環(huán)境水體，具體途徑包括：1）醫(yī)院污水進(jìn)入市政管網(wǎng)后通過(guò)滲漏直接進(jìn)入環(huán)境水體;2）污水處理廠（WWTPs）傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)很難完全分解污水中的某些藥物類(lèi)污染物，尤其是痕量級(jí)別的活性藥物，導(dǎo)致其隨污水處理廠出水進(jìn)入環(huán)境水體。有研究表明醫(yī)院污水對(duì)全社會(huì)藥物等新興污染物的貢獻(xiàn)高達(dá)15%～38%。

圖1：藥物類(lèi)污染源的來(lái)源和去向

近年來(lái)，新興污染物在中國(guó)的關(guān)注程度日益增加，各水系、流域中新興污染物檢出的報(bào)道層出不窮。***新調(diào)查研究顯示，長(zhǎng)三角地區(qū)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?chē)?yán)重?fù)p害人體免疫力。國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心對(duì)北京4家醫(yī)院污水中不同種類(lèi)和濃度的抗生素藥物殘留進(jìn)行了測(cè)試，建立了針對(duì)我國(guó)較為常見(jiàn)、消耗量較大的12種磺胺、4種喹諾酮、3種四環(huán)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(yī)院尾水中均有檢出，質(zhì)量濃度分別為5.9～11.9 μg/L，明顯高于中國(guó)河水和海水中的濃度水平。

醫(yī)院污水水質(zhì)受其規(guī)模大小、醫(yī)院類(lèi)型、住院部、門(mén)診部等影響，不同醫(yī)院的污水水質(zhì)指標(biāo)可能存在較大差異。醫(yī)院污水綜合水質(zhì)類(lèi)似生活污水，但成分比生活污水更復(fù)雜（通常含有重金屬、有機(jī)溶劑、消毒劑、放射性同位素等）。因醫(yī)院人均排水量較大，其生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）指標(biāo)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(yī)院污水中的病原性微生物比綜合性醫(yī)院種類(lèi)更多，數(shù)量更高。

醫(yī)院污水不僅僅帶來(lái)藥物類(lèi)污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也是病原微生物主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，尤其是在疫情爆發(fā)的特殊時(shí)期，傳染病醫(yī)療的病原微生物通過(guò)污水途徑傳染（即糞口傳播）帶來(lái)的危害會(huì)遠(yuǎn)超正常時(shí)期。一般情況下，醫(yī)院污水按組成可分為4類(lèi)：1）傳染病菌污水。醫(yī)療廢水中的病原微生物主要有：病原性細(xì)菌、腸道病毒、蠕蟲(chóng)卵和原蟲(chóng)4類(lèi);2）一般帶病菌污水。主要是醫(yī)療器械的洗滌污水及腸道病菌污水;3）放射性廢水。該類(lèi)廢水含有因醫(yī)用途徑而產(chǎn)生的放射性元素;4）普通生活污水，含醫(yī)院廚房、職工廁所和盥洗廢水等，此類(lèi)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(zhì)等。將未經(jīng)處理的污水澆灌于生食蔬菜上，會(huì)引起傷寒、霍亂、蛔蟲(chóng)病、阿米巴痢疾、細(xì)菌性痢疾。

此外，醫(yī)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(yī)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(lè)等，其濃度達(dá)到了醫(yī)院污水出水污染物的98.677%，其余成分主要為藥物類(lèi)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(yī)院污水中污染物種類(lèi)及比例

碘化物造影劑具有很強(qiáng)極性，在水溶液中穩(wěn)定性強(qiáng)，是污水中可吸附有機(jī)鹵素（AOX）的主要來(lái)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(shù)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(guò)程中，碘化物造影劑易與消毒劑產(chǎn)生副產(chǎn)物，如碘代三鹵甲烷（iodo-THM）和碘酸消毒副產(chǎn)物（iodo-DBPs），這兩類(lèi)副產(chǎn)物對(duì)哺乳動(dòng)物具有很高的遺傳毒性和細(xì)胞毒性。其中，醫(yī)院用量***多的碘普羅胺和碘美普爾等造影劑通過(guò)***氧化技術(shù)處理后亦難得到有效降解，其降解中間產(chǎn)物極其復(fù)雜。鈷活化過(guò)一硫酸鹽（Co/PMS）系統(tǒng)對(duì)碘美普爾的降解主要通過(guò)脫碘、脫氫反應(yīng)、酰胺水解、氨基氧化、羥基取代、烷基芳香族酰胺轉(zhuǎn)化為芳香族氨基甲酰、脫水、氧化伯醇生成羧酸鹽等8個(gè)途徑。由此可見(jiàn)，在醫(yī)院治療活動(dòng)中使用量較大的造影劑是醫(yī)院污水中的主要成分，而且造影劑結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，屬于難降解有機(jī)污染物，在一般的醫(yī)院污水處理系統(tǒng)中基本無(wú)法去除。因此，亟需開(kāi)發(fā)***的選擇性吸附或降解技術(shù)對(duì)醫(yī)院污水中含量***高的造影劑類(lèi)污染物進(jìn)行有效處理。

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)醫(yī)院污水的深度處理技術(shù)和工藝已有廣泛研究。如圖3所示，Kovalova等對(duì)瑞士Baden鎮(zhèn)醫(yī)院（346個(gè)床位，水量為240 m3/d）進(jìn)行水質(zhì)分析和連續(xù)一年的中試處理研究。從該醫(yī)院污水中定性定量分析到56種藥物、10種代謝產(chǎn)物和2種防腐劑，其中，抗生素環(huán)丙沙星濃度高達(dá)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(dá)約2 600 μg/L（比市政污水中的濃度高數(shù)百倍），造影劑含量達(dá)到污水中污染物總量的約80%。中試研究采用膜生物反應(yīng)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(jīng)過(guò)連續(xù)一年的運(yùn)行和研究，發(fā)現(xiàn)污水中僅有16種藥物的去除率達(dá)到80%，并且總藥物和代謝產(chǎn)物的去除率僅為22%。即傳統(tǒng)的生物法對(duì)醫(yī)院污水的藥物類(lèi)污染物降解能力非常有限，研究發(fā)現(xiàn)MBR出水中95%的污染物為碘化物造影劑。在此基礎(chǔ)上對(duì)比研究了O3、O3/H2O2、PAC、UV/TiO2等技術(shù)對(duì)MBR出水的深度處理效果。增加后續(xù)臭氧化深度處理，醫(yī)院污水中藥物和代謝物的去除能夠達(dá)到90%以上，但其對(duì)造影劑的深度處理效率仍然較差（去除效率僅能達(dá)到約60%）。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)***的醫(yī)院污水深度處理技術(shù)，如以強(qiáng)氧化性自由基攻擊為核心的***氧化技術(shù)（類(lèi)芬頓技術(shù)、催化臭氧技術(shù)等）。

圖3：瑞士Baden鎮(zhèn)醫(yī)院污水處理工藝及概況

在PILLS項(xiàng)目的背景下，2011年7月建成的德國(guó)瑪麗安醫(yī)院污水處理廠（醫(yī)院有1 200名職工，每年病人約7.5萬(wàn)人，污水量約200 m3/d）是歐洲***個(gè)重點(diǎn)關(guān)注醫(yī)院污水中微污染物去除的污水處理廠。采用了“膜生物反應(yīng)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(xué)深度處理單元，重點(diǎn)深度去除污水中的藥物類(lèi)污染物。該工程項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)于去除醫(yī)院污水中的藥物類(lèi)污染物具有重要意義和推廣價(jià)值。

雖然，歐洲在醫(yī)院污水中藥物類(lèi)污染物深度處理方面做了大量工作，但并未重點(diǎn)關(guān)注醫(yī)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(shí)期，殺滅醫(yī)院污水中的病原微生物是首要任務(wù)，防止病原微生物通過(guò)污水途徑傳染（即糞口傳播）能夠有效地控制疫情的發(fā)展速度。因此，開(kāi)發(fā)醫(yī)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(shù)是未來(lái)研究的一個(gè)重要方向。

長(zhǎng)期以來(lái)，醫(yī)院污水處理一直是中國(guó)水污染防治工作的薄弱環(huán)節(jié)，處理水平整體較低。但中國(guó)也在醫(yī)院污水處理方面逐步進(jìn)行了新的嘗試，如針對(duì)傳染病通過(guò)污水傳播已經(jīng)建立了三級(jí)防護(hù)體系：1）病房?jī)?nèi)病人的排泄物進(jìn)行消毒處理后，再與其他廢物一起，進(jìn)入醫(yī)院危險(xiǎn)廢物處理體系;2）在各級(jí)醫(yī)院，特別是傳染病醫(yī)院均建立了醫(yī)院污水處理系統(tǒng);3）醫(yī)院污水由城市下水道進(jìn)入城市污水處理廠，城市污水處理廠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)均設(shè)置了不同類(lèi)型的消毒設(shè)施。根據(jù)《醫(yī)院污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2029—2013）的設(shè)計(jì)要求，醫(yī)院污水處理設(shè)施根據(jù)傳染病醫(yī)院和非傳染病醫(yī)院污水性質(zhì)的不同可分為兩類(lèi)工藝流程。一般常規(guī)的工藝流程包括格柵、調(diào)節(jié)池、水解池、生化反應(yīng)處理池、二沉池和消毒池等。但隨著目前對(duì)出水水質(zhì)要求的不斷提高，特別是針對(duì)醫(yī)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(kāi)發(fā)具備同步降解藥物類(lèi)污染物和殺滅病原微生物的深度處理技術(shù)和裝備能夠滿足出水水質(zhì)要求不斷提高的需求，特別是以***氧化為基礎(chǔ)的深度處理技術(shù)，是未來(lái)醫(yī)院污水處理科研工作研究的重點(diǎn)方向。

醫(yī)院污水處理系統(tǒng)中***重要的工藝是消毒池。在處理醫(yī)院污水中比較常用的消毒技術(shù)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(lǐng)域應(yīng)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(biāo)，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(shí)間進(jìn)度和操作方便為目標(biāo)，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(lái)由于消毒耐受菌的出現(xiàn)，以及上述消毒工藝對(duì)原蟲(chóng)類(lèi)致病微生物殺滅效果欠佳，逐漸開(kāi)發(fā)出了一系列組合式消毒工藝用于醫(yī)院污水的消毒。目前，研究較多的主要包括超聲紫外聯(lián)合消毒技術(shù)、超聲臭氧聯(lián)合消毒技術(shù)和紫外過(guò)硫酸鹽聯(lián)合消毒技術(shù)。其中，由于紫外過(guò)硫酸鹽聯(lián)合消毒技術(shù)能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)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(fā)展前途。當(dāng)過(guò)硫酸鹽與紫外連用時(shí)，可以對(duì)致病菌孢子實(shí)現(xiàn)***滅活。此外，異相催化劑的使用也能提高過(guò)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(xù)消毒作用，工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單產(chǎn)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(qiáng)遠(yuǎn)離人口聚居區(qū)的規(guī)模較大的醫(yī)院污水處理系統(tǒng)次氯酸鈉能夠有效殺菌，但是殺滅病毒效果較差無(wú)毒，運(yùn)行管理無(wú)危險(xiǎn)性 產(chǎn)生三致氯化物，使出水pH升高規(guī)模小于300床的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)醫(yī)院污水處理系統(tǒng)二氧化氯較Cl2殺菌效果好不產(chǎn)生有機(jī)氯化物，投加方便，不受pH影響運(yùn)行管理有一定的危險(xiǎn)性，只能就地產(chǎn)生和使用，操作管理要求高適用于各種規(guī)模醫(yī)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(qiáng)氧化能力，接觸時(shí)間短，不產(chǎn)生有機(jī)氯化物，不受pH影響運(yùn)行管理有一定的危險(xiǎn)性，操作復(fù)雜，電能消耗大，基建投資大，運(yùn)行成本高傳染病醫(yī)院污水優(yōu)先采用臭氧消毒，處理出水再生回用或排入水體對(duì)水體和環(huán)境造成不良影響時(shí)應(yīng)***臭氧消毒紫外線效果好，但對(duì)但對(duì)懸浮物濃度要求無(wú)有害殘余物質(zhì)，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理和維修費(fèi)用低電耗大，對(duì)處理水的水質(zhì)要求較高，無(wú)后續(xù)殺菌作用特殊條件下可采用紫外消毒方式過(guò)硫酸鹽氧化性強(qiáng)，殺菌和殺滅病毒效果較好投加方式靈活，用量少，無(wú)殘余，可結(jié)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(yī)院或?qū)τ嗦纫筝^高的醫(yī)院污水處理系統(tǒng)此外，不同的消毒方式對(duì)醫(yī)院污水中的細(xì)菌與病毒產(chǎn)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(shù)醫(yī)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(shí)，會(huì)先吸附在細(xì)胞壁上，再透過(guò)細(xì)胞壁，通過(guò)氧化還原反應(yīng)使得胞內(nèi)氨基酸分解而被破壞，使蛋白質(zhì)變性，從而達(dá)到滅菌的目的。臭氧可以通過(guò)吸附在細(xì)菌璧表面，擴(kuò)散到胞內(nèi)，再通過(guò)氧化胞內(nèi)物質(zhì)的方式達(dá)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(yōu)于二氧化氯，對(duì)生命力較強(qiáng)的病原體（如病毒）有更好的滅活作用。革蘭氏陽(yáng)性菌較革蘭氏陰性菌具有更厚而致密細(xì)胞壁，因此，當(dāng)化學(xué)消毒劑通過(guò)細(xì)胞壁擴(kuò)散作用滅菌時(shí)，革蘭氏陽(yáng)性菌具有更強(qiáng)的抵抗性，需要更大的劑量或者更長(zhǎng)的時(shí)間。紫外線消毒與化學(xué)消毒的原理不同，主要是通過(guò)紫外光子產(chǎn)生的輻射達(dá)到殺菌效果。細(xì)菌的核酸物質(zhì)對(duì)紫外波段有特別強(qiáng)的吸收，紫外光可以直接裂解細(xì)菌核酸，從而使細(xì)菌失活。

武漢火神山和雷神山醫(yī)院作為疫情特殊時(shí)期專(zhuān)門(mén)收治確診新冠病毒肺炎患者的定點(diǎn)醫(yī)院，其廢水處理設(shè)施和技術(shù)也具有更高要求，以充分保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)和新冠病毒的殺滅。火神山和雷神山醫(yī)院的污水處理工藝較為相似。以雷神山為例，雷神山醫(yī)院污水來(lái)源復(fù)雜，含有活性藥物、化學(xué)藥劑（如造影劑等）、新冠病毒、細(xì)菌及常規(guī)有機(jī)污染物等。院區(qū)污水經(jīng)專(zhuān)用管網(wǎng)收集后，需經(jīng)過(guò)預(yù)消毒池、化糞池、提升泵站、調(diào)節(jié)池、移動(dòng)床生物膜工藝消毒（MBBR）池、***混凝沉淀池和折流消毒池7道嚴(yán)格的處理工序。其核心工序?yàn)檎哿飨境?，消毒工藝中除加大投藥量外，還將停留時(shí)間從《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18466—2005）中規(guī)定的1.5 h提升到4.5～5 h，確保新冠病毒的***滅活。再者，預(yù)消毒和折流消毒的兩級(jí)強(qiáng)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(tǒng)的MBR工藝，該反應(yīng)池通過(guò)向生化反應(yīng)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(yīng)器的處理效率，實(shí)現(xiàn)多種有機(jī)物和活性藥物的有效去除。此外，火神山醫(yī)院病區(qū)污水處理構(gòu)筑物按兩組并聯(lián)設(shè)計(jì)。每組處理規(guī)模為40 m3/h，兩組并聯(lián)設(shè)計(jì)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(yī)院污水處理按照傳染病醫(yī)院的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求出水達(dá)到《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18466—2005）中傳染病醫(yī)院的相關(guān)規(guī)定，腸道致病菌、腸道病毒、結(jié)核桿菌等病原體不得檢出，才能排入市政管網(wǎng)，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥經(jīng)濃縮脫水后由危廢處理公司集中處理。