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、法國、德國、以色列等國家非常重視該系統(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)筑物方面得到實現(xiàn)。美國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、以色列、德國等國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)對污水中的有機物、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)簡便、基建費用少、不會散發(fā)出臭味(系統(tǒng)埋于地下) 、運行費用低等優(yōu)點，該技術(shù)在冬季能夠保證較穩(wěn)定的運行，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，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)對生活污水具有較好的處理效果好，其中，對化學(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)的運行費用較低，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 法國和智利的蚯蚓生態(tài)濾池

法國和智利的蚯蚓生態(tài)濾池是利用蚯蚓的生命活動提高土壤的通氣性并促進(jìn)污水站的有機物分解，法國和智利的相關(guān)科研人員通過對蚯蚓的研究，開發(fā)出了蚯蚓生態(tài)濾池系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由一級沉淀池、二級沉淀池、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)的處理效果對蚯蚓的依賴較大，當(dāng)溫度過低或者過高時蚯蚓會進(jìn)行冬眠或者夏眠都會影響本系統(tǒng)的正常運行，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)

我國在漢朝時就已經(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年代我國才開始重視氧化塘處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，并在實踐中不斷完善；此后，我國有關(guān)專家、學(xué)者和工程技術(shù)人員充分吸取國外經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)實際，研究和發(fā)展了具有我國特色的農(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、河道湖泊富營養(yǎng)化控制、生活污水處理、面源污水、農(nóng)業(yè)點源處理等多個方面[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)對高寒地區(qū)農(nóng)牧民定居點的污水進(jìn)行了實驗研究，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，同時該系統(tǒng)具有運行成本低、出水水質(zhì)穩(wěn)定、受季節(jié)影響小等優(yōu)點，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、操作簡單和處理效果較好等優(yōu)點，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青藏鐵路沱沱河站的生活污水處理進(jìn)行了研究，試驗結(jié)果表明該設(shè)備運行穩(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、空氣相對稀薄、含氧量少、微生物活性弱等特點。相關(guān)研究表明，當(dāng)污水的水溫低于10 ℃時，污泥的活性大大降低，處理效果較差；當(dāng)水溫低于4 ℃時，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)波動大的特點，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，經(jīng)統(tǒng)計分析目前適合在青藏高原等寒冷地區(qū)運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)器等又存在運行費用高、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。

5 建議

(1)對農(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)對污水處理設(shè)施進(jìn)行合理的工藝設(shè)計，充分利用水的重力自流，整個污水處理系統(tǒng)盡量做到無動力運行。

(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。