青藏高原地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)進(jìn)展

杜本志

(四川省天晟源環(huán)保股份有限公司，四川 成都 610037)

1 引言

目前，我國(guó)農(nóng)村生活污水處理多采用生物接觸氧化、A2O、凈化槽穩(wěn)定塘、人工濕地、膜生物反應(yīng)器等較成熟的技術(shù)，但單純采用此類傳統(tǒng)污水處理技術(shù)對(duì)于青藏高原地區(qū)的農(nóng)村生活污水處理存在著出水不穩(wěn)定、設(shè)備故障較多等問題；此外，由于對(duì)青藏高原農(nóng)村地區(qū)生活污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)研究較為薄弱，高海拔地區(qū)惡劣的氣候條件也為傳統(tǒng)的污水處理工藝的推廣應(yīng)用帶來了技術(shù)上的挑戰(zhàn)。本文列舉了國(guó)內(nèi)外農(nóng)村污水處理技術(shù)和常見的幾種用于高寒地區(qū)的組合工藝，分析了其中存在的主要問題，提出了相應(yīng)的建議。

2 國(guó)內(nèi)外農(nóng)村污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 土壤毛管滲濾系統(tǒng)

土壤毛管滲濾系統(tǒng)也稱為尼米槽系統(tǒng)[1]，是日木人NiMi在21世紀(jì)80年代開發(fā)的。該系統(tǒng)首先將污水引入滲濾溝中，然后污水在流動(dòng)狀態(tài)下其中的污染物經(jīng)化學(xué)作用、物理作用、微生物的降解和植物吸收利用得到凈化。日本、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、以色列等國(guó)家非常重視該系統(tǒng)的研究，經(jīng)過多年研究，該系統(tǒng)的許多問題目前己經(jīng)得到了解決，系列化和定型化己經(jīng)在凈化方法、工藝流程和構(gòu)筑物方面得到實(shí)現(xiàn)。美國(guó)采用土壤毛管滲濾系統(tǒng)處理生活污水的住戶占全美的23%。芬蘭、丹麥、瑞典和挪威等國(guó)家，利用該技術(shù)來處理農(nóng)村生活污水的用戶約有150萬戶；法國(guó)、以色列、德國(guó)等國(guó)家目前也在大力推廣該處理技術(shù)，并將土壤毛管滲濾技術(shù)應(yīng)用到部分市政污水的深度處理。土壤毛管滲濾技術(shù)對(duì)污水中的有機(jī)物、氨氮、總磷、懸浮物和大腸桿菌均有較好的去除率均，并且具有維護(hù)簡(jiǎn)便、基建費(fèi)用少、不會(huì)散發(fā)出臭味(系統(tǒng)埋于地下) 、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在冬季能夠保證較穩(wěn)定的運(yùn)行，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，十分適合在農(nóng)村推廣。

2.2 澳大利亞“FILTER”污水處理再利用系統(tǒng)

“FILTER”污水處理再利用系統(tǒng)[2～4]本質(zhì)上是將土地處理系統(tǒng)和污水灌溉技術(shù)相結(jié)合，目的是將生活污水進(jìn)行作物灌溉，通過該系統(tǒng)處理后的污水，再經(jīng)過地下布置的暗管匯集和排出，能有效實(shí)現(xiàn)污水減量和污染物去除的雙重目標(biāo)。“FILTER”污水處理再利用系統(tǒng)對(duì)生活污水具有較好的處理效果好，其中，對(duì)化學(xué)耗氧量(CODcr)、總氮(TN)、總磷(TP)、生物耗氧量(BOD5)的去除率分別達(dá)到75%～86%、，82%～86% 、97%～99%93%，該系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用較低，適合建在以種植牧草為主或可輪作休耕、土地資源豐富的地區(qū)。

2.3 法國(guó)和智利的蚯蚓生態(tài)濾池

法國(guó)和智利的蚯蚓生態(tài)濾池是利用蚯蚓的生命活動(dòng)提高土壤的通氣性并促進(jìn)污水站的有機(jī)物分解，法國(guó)和智利的相關(guān)科研人員通過對(duì)蚯蚓的研究，開發(fā)出了蚯蚓生態(tài)濾池系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由一級(jí)沉淀池、二級(jí)沉淀池、曝氣室、污泥回流系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)等組成，本系統(tǒng)不需要建設(shè)污泥處理裝置，從而大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)處理生活污水的工藝流程，但本系統(tǒng)的處理效果對(duì)蚯蚓的依賴較大，當(dāng)溫度過低或者過高時(shí)蚯蚓會(huì)進(jìn)行冬眠或者夏眠都會(huì)影響本系統(tǒng)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)的年處理效果受到影響。

2.4 穩(wěn)定塘處理技術(shù)

我國(guó)在漢朝時(shí)就已經(jīng)開始應(yīng)用氧化塘技術(shù)處理生活污水，但之后的發(fā)展較緩慢，直到20世紀(jì)50年代我國(guó)才開始重視氧化塘處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷完善；此后，我國(guó)有關(guān)專家、學(xué)者和工程技術(shù)人員充分吸取國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際，研究和發(fā)展了具有我國(guó)特色的農(nóng)村生活污水生物處理技術(shù)[5]。

2004年7月李旭東等[6]采用高效藻類塘系統(tǒng)處理太湖地區(qū)農(nóng)村生活污水，結(jié)果表明氨氮(NH3-N)平均去除率為93%，COD的去除率高于70%，總磷(TP)的去除率在50%左右。

2.5 人工濕地處理技術(shù)

我國(guó)首例人工濕地污水處理工程在1987年由天津市環(huán)保所建成，該濕地占地6 hm2，處理規(guī)模為1400 m3/d；我國(guó)首例自由表面流人工濕地于1990年在北京昌平建成。1990年建成的深圳的白坭坑人工濕地工程具有較好的處理效果，COD、BOD、SS的去除率分別達(dá)到80.47%、90%、93%；2003年10月建成的云南澄江縣馬料河濕地工程CODcr、總氮、總磷、BOD5的平均去除率分別為55%、60%、50%、50%，在經(jīng)過20多年的研究和推廣后，人工濕地處理系統(tǒng)在我國(guó)已得到了較廣泛應(yīng)用，涉及到工業(yè)廢水處理、河道湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制、生活污水處理、面源污水、農(nóng)業(yè)點(diǎn)源處理等多個(gè)方面[7]。

3 高原地區(qū)生活污水處理工藝研究

3.1 地下滲濾系統(tǒng)

為解決高寒地區(qū)農(nóng)村生活污水處理存在的問題，張金旭等[8]采用土地滲濾系統(tǒng)對(duì)高寒地區(qū)農(nóng)牧民定居點(diǎn)的污水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明采用鵝卵石、礫石、土壤和煤渣作為地下滲濾系統(tǒng)的濾料，該系統(tǒng)對(duì)高寒地區(qū)農(nóng)村生活污水中的污染物具有較好的去除效果，同時(shí)該系統(tǒng)具有運(yùn)行成本低、出水水質(zhì)穩(wěn)定、受季節(jié)影響小等優(yōu)點(diǎn)，適合污水分散地區(qū)特別像青藏高原這樣的高寒農(nóng)牧區(qū)。

3.2 生物接觸氧化槽

為研究高寒地區(qū)生活污水處理，李穎[9]采用生物接觸氧化槽對(duì)高寒地區(qū)的生活污水處理進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)采用北京桑德環(huán)保公司的專利產(chǎn)品桑德球作為填料，結(jié)果表明該處理工藝具有管理方便、操作簡(jiǎn)單和處理效果較好等優(yōu)點(diǎn)，CODcr去除率可達(dá)87%，處理后出水達(dá)標(biāo)排放。

3.3 高原濕地

楊紅梅等[10]采用高原濕地不同植物配置模式處理生活污水進(jìn)行了研究，結(jié)果表明采用茭草+金魚藻+金魚藻群落配置的組合凈化污水效果最好，其中COD、總氮、氨氮和總磷凈化效率分別為75.0%、97.3%、90.0%和84.2%。

3.4 生物接觸氧化/溫室結(jié)構(gòu)潛流人工濕地

3.5 混凝沉淀膜過濾加催化電氧化

侯世全等[12]采用混凝沉淀膜過濾加催化電氧化的工藝流程對(duì)青藏鐵路沱沱河站的生活污水處理進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以滿足在高原地區(qū)缺氧、高寒、惡劣的自然條件下使用的要求。

4 存在的主要問題

目前青藏高原農(nóng)村地區(qū)未做到雨污分流，導(dǎo)致污水的水質(zhì)、水量變化較大，對(duì)污水處理系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷較大，易導(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)。

青藏高原地區(qū)多為山區(qū)，地形條件較惡劣，存在晝夜溫差大、冬季氣溫較低、氣壓低、空氣相對(duì)稀薄、含氧量少、微生物活性弱等特點(diǎn)。相關(guān)研究表明，當(dāng)污水的水溫低于10 ℃時(shí)，污泥的活性大大降低，處理效果較差；當(dāng)水溫低于4 ℃時(shí)，傳統(tǒng)的生活污水處理則幾乎無處理效果；此外，青藏高原農(nóng)村生活污水存在小規(guī)模、低濃度、高海拔、低水溫、水質(zhì)波動(dòng)大的特點(diǎn)，生活污水濃度低影響生物脫氮除磷效率、高海拔影響氧轉(zhuǎn)移效率、低水溫影響生物反應(yīng)速率和反硝化作用，從而高原農(nóng)村污水處理效果不理想。

同時(shí)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析目前適合在青藏高原等寒冷地區(qū)運(yùn)行的生活污水處理技術(shù)有：化糞池、地下滲濾、人工濕地、曝氣生物濾池、凈化槽、膜-生物反應(yīng)器(MBR)、接觸氧化、序批式活性污泥法(SBR)、 氧化溝等工藝。然而，高原地區(qū)農(nóng)村生活污水采用傳統(tǒng)的化糞池及沼氣凈化系統(tǒng)難以達(dá)到農(nóng)村生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)；而套用城市污水生化處理技術(shù)，如上流式厭氧污泥床(UASB)、序批式生物反應(yīng)器(SBR)、地埋式接觸氧化池、膜生物反應(yīng)器等又存在運(yùn)行費(fèi)用高、投資大能耗高、管理難度大等問題，這些傳統(tǒng)工藝同樣不適合農(nóng)村特別像青藏高原這些高寒區(qū)；此外，目前研究較多的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)人工濕地以及土地滲濾系統(tǒng)也存在著有機(jī)負(fù)荷較低、占地面積大、處理效果受季節(jié)影響較大、容易堵塞和日常維護(hù)難等缺點(diǎn)。

5 建議

(1)對(duì)農(nóng)村地區(qū)生活污水做好雨污分流措施，以使后端的污水處理設(shè)施能不受到過大的負(fù)荷沖擊。

(2)青藏高原大部分地區(qū)在-5～0 ℃之間，因此，應(yīng)做好污水處理設(shè)施的保溫、防凍措施，其中常采用地埋式、保溫材料(發(fā)泡保溫板)、陽光棚的集成保溫措施確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(3)對(duì)污水處理設(shè)施進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)，充分利用水的重力自流，整個(gè)污水處理系統(tǒng)盡量做到無動(dòng)力運(yùn)行。

(4)可充分利用青藏高原較好的風(fēng)能、太陽能，可起到一定的節(jié)能作用。