高原農(nóng)村生活污水處理技術(shù)進展

周述明，唐濤濤，葉三霞，劉 敏

(1.西藏電建成勘院工程有限公司，西藏 拉薩 851414；2.四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

1 引言

作為我國西部最大的高原地區(qū)，青藏高原約占全國面積的25%，總?cè)丝诩s800萬人，不足全國的1%[1]。其中，農(nóng)牧業(yè)人口占地區(qū)總?cè)丝跀?shù)的80%以上[1]。近年來，隨著地區(qū)人口的增加，污水排放量呈上升趨勢，加劇了當(dāng)?shù)厮h(huán)境的污染[2]。目前，該地區(qū)大多數(shù)農(nóng)村生活污水并未進行任何處理，直接排入水體中[3]。這不僅會破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且還威脅當(dāng)?shù)厝嗣竦慕】礫4,5]。當(dāng)前，青藏高原地區(qū)農(nóng)村生活污水處理工藝主要以傳統(tǒng)工藝為主，如：厭氧-好氧(A/O)[6]、厭氧-缺氧-好氧(A2/O)[7]、循環(huán)活性污泥法(CASS)[8]和序批式活性污泥法(SBR)[9]。但由于高原地區(qū)具有強紫外線、低溫及低氧等自然特性，因此采用傳統(tǒng)工藝處理污水很難達到排放標(biāo)準(zhǔn)[10]。更為重要的是，采用上述傳統(tǒng)工藝也極大地增加了污水處理成本[11]。因此，研發(fā)一種經(jīng)濟高效的處理技術(shù)對保護高原地區(qū)的生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。

本文針對高原地區(qū)污水處理存在的問題，闡述了目前可用于高原地區(qū)農(nóng)村生活污水的處理技術(shù)；并結(jié)合現(xiàn)有污水處理技術(shù)及當(dāng)?shù)厍闆r提出了建議。以期為高原地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的發(fā)展提供參考。

2 高原地區(qū)污水處理面臨的主要問題

據(jù)統(tǒng)計，高原地區(qū)的氣溫長期低于10 ℃[12]。此外，高原地區(qū)空氣中的含氧量也處于較低水平；僅為低海拔地區(qū)的60%～80%[12]。因此，低溫和低氧是高原地區(qū)污水處理面臨的兩大問題。與低氧相比，低溫更容易導(dǎo)致出水水質(zhì)無法達標(biāo)。

2.1 低溫

低溫除了影響脫氮微生物的活性外，還會引起污泥的膨脹。以往的研究發(fā)現(xiàn)，低溫有利于污泥中絲狀菌(如：Haliscomenobacter和Trichococcus)的生長[10,22]。但也有研究認(rèn)為，低溫會通過降低微生物的活性引起污泥膨脹。這是因為微生物的活性降低會導(dǎo)致大量吸附的有機物不能被微生物及時代謝，使得它們在胞外積累形成大量高粘性的多糖物質(zhì)。由于附著物的大量增加，污泥很難沉淀壓縮，最終出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象[23]。此外，低溫環(huán)境也極大地增加了設(shè)備的損耗；進而增加了污水處理成本。

2.2 低氧

作為高原地區(qū)污水處理廠面臨的另一問題，低氧也容易引起污泥的膨脹[24]。高春娣等[25]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體中溶解氧(DO)從2 mg/L降到0.5 mg/L 時會出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。這是因為低DO能促進污泥中絲狀菌的生長繁殖[26]。顯然，低溫和低氧同時存在時會進一步加劇污泥的膨脹，從而影響高原地區(qū)污水處理廠的穩(wěn)定運行[27]。此外，低氧環(huán)境也會加劇設(shè)備的磨損情況。同時，在高原地區(qū)運行時也需要消耗更多的能源，這也增加了污水的處理成本。

3 適于高原地區(qū)污水處理技術(shù)

農(nóng)村生活污水水量小，且收集難度較大[28]。因此，在進行工藝設(shè)計時應(yīng)采用投資少，且無需維護的工藝。同時，還應(yīng)重點考慮解決低溫和低氧，特別是低溫。

3.1 人工濕地

盡管采用覆蓋方式對人工濕地具有良好的保溫能力，但該組合工藝并不能充分發(fā)揮高原地區(qū)獨特的地理優(yōu)勢。眾所周知，高原地區(qū)太陽能資源豐富，合理利用太陽能也能解決低溫問題。如：翟俊等[31]提出了將太陽能預(yù)熱與生物接觸氧化/人工濕地進行組合后，COD、懸浮物、NH4+-N和TP的去除率分別高達87.8%、95.4%、86.8%和85.9%；其出水標(biāo)準(zhǔn)能達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，合理利用地區(qū)自然資源也能有效地緩解低溫對污水處理性能的影響。

3.2 無動力·蒸發(fā)式污水處理系統(tǒng)

3.3 地下滲濾系統(tǒng)

3.4 生態(tài)大棚污水處理系統(tǒng)

基于高原地區(qū)豐富的太陽能資源優(yōu)勢，也可將農(nóng)業(yè)種植中常用的大棚技術(shù)與污水處理工藝相結(jié)合。一方面能起到保溫作用，另一方面還能將污水處理過程中產(chǎn)生的氧氣再次提供污水處理使用，進而解決污水處理過程中面臨的低氧問題。同時，經(jīng)處理后的污水又可作為灌溉水回用于農(nóng)田中，以實現(xiàn)生態(tài)循環(huán)。馬津偉等[35]在大棚中使用好氧生物-土地處理系統(tǒng)對生活污水進行處理后，出水COD、pH值和色度均可達到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，且也有利于大棚中蔬菜的生長。為進一步驗證生態(tài)大棚系統(tǒng)在高原地區(qū)的實用性，盧炯元和王三反[36]在高原地區(qū)進行了為期21月的實驗。結(jié)果表明，經(jīng)生態(tài)大棚系統(tǒng)處理后出水水質(zhì)不僅能達到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，而且還能促進蔬菜的長勢，增加蔬菜產(chǎn)量。綜上所述，在高原地區(qū)采用生態(tài)大棚污水處理系統(tǒng)不僅能充分利用該地區(qū)豐富的太陽能資源，而且還能解決污水處理過程中面臨的低溫和低氧問題。因此，該技術(shù)可在高原地區(qū)農(nóng)村中推廣。

4 結(jié)論與建議

低溫和低氧不僅會降低微生物的活性，而且還極易導(dǎo)致污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生,進而導(dǎo)致高原地區(qū)農(nóng)村生活污水處理排放無法達標(biāo)。學(xué)者大量的研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地、無動力·蒸發(fā)式污水處理系統(tǒng)、地下滲濾系統(tǒng)和生態(tài)大棚處理系統(tǒng)均滿足高原地區(qū)農(nóng)村生活污水的處理。但現(xiàn)有研究仍主要集中于解決低溫問題,而關(guān)于低氧問題的研究相對缺乏。同時，現(xiàn)有研究也主要采用掩埋和添加覆蓋物的形式解決低溫問題,但上述解決措施并不能完全適用于高原地區(qū)。基于上述研究，本文針對高原地區(qū)農(nóng)村生活污水處理處置面臨的問題提出了對策建議：

(1)針對高原地區(qū)獨有的自然特征，可培養(yǎng)耐低溫低氧的活性污泥，增加污泥中優(yōu)勢微生物的活性，特別是脫氮微生物。

(2)在低溫低氧條件下馴化成熟的生物膜，解決因低溫低氧引起的污泥膨脹問題。

(3)由于青藏高原地區(qū)多為山區(qū)，地形條件較為惡劣。因此在設(shè)計建造污水處理裝置時應(yīng)做到無動力運行和遠(yuǎn)程監(jiān)控，以減少人員的維護和現(xiàn)場調(diào)試，從而確保人員的人身安全。

(4)可設(shè)計車載式太陽能一體化膜生物反應(yīng)器，既能充分利用太陽能解決低溫問題，而且還能根據(jù)地方污水水量的變化實行移動處理。