高原農村生活污水處理技術進展

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 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

1 引言

作為我國西部最大的高原地區，青藏高原約占全國面積的25%，總人口約800萬人，不足全國的1%[1]。其中，農牧業人口占地區總人口數的80%以上[1]。近年來，隨著地區人口的增加，污水排放量呈上升趨勢，加劇了當地水環境的污染[2]。目前，該地區大多數農村生活污水并未進行任何處理，直接排入水體中[3]。這不僅會破壞當地的生態環境，而且還威脅當地人民的健康[4,5]。當前，青藏高原地區農村生活污水處理工藝主要以傳統工藝為主，如：厭氧-好氧(A/O)[6]、厭氧-缺氧-好氧(A2/O)[7]、循環活性污泥法(CASS)[8]和序批式活性污泥法(SBR)[9]。但由于高原地區具有強紫外線、低溫及低氧等自然特性，因此采用傳統工藝處理污水很難達到排放標準[10]。更為重要的是，采用上述傳統工藝也極大地增加了污水處理成本[11]。因此，研發一種經濟高效的處理技術對保護高原地區的生態環境至關重要。

本文針對高原地區污水處理存在的問題，闡述了目前可用于高原地區農村生活污水的處理技術；并結合現有污水處理技術及當地情況提出了建議。以期為高原地區農村生活污水處理技術的發展提供參考。

2 高原地區污水處理面臨的主要問題

據統計，高原地區的氣溫長期低于10 ℃[12]。此外，高原地區空氣中的含氧量也處于較低水平；僅為低海拔地區的60%～80%[12]。因此，低溫和低氧是高原地區污水處理面臨的兩大問題。與低氧相比，低溫更容易導致出水水質無法達標。

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。以往的研究發現，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。由于附著物的大量增加，污泥很難沉淀壓縮，最終出現膨脹現象[23]。此外，低溫環境也極大地增加了設備的損耗；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]研究發現，當水體中溶解氧(DO)從2 mg/L降到0.5 mg/L 時會出現污泥膨脹現象。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，從而影響高原地區污水處理廠的穩定運行[27]。此外，低氧環境也會加劇設備的磨損情況。同時，在高原地區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 適于高原地區污水處理技術

農村生活污水水量小，且收集難度較大[28]。因此，在進行工藝設計時應采用投資少，且無需維護的工藝。同時，還應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揮高原地區獨特的地理優勢。眾所周知，高原地區太陽能資源豐富，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%；其出水標準能達到一級A排放標準。可見，合理利用地區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·蒸發式污水處理系統

3.3 地下滲濾系統

3.4 生態大棚污水處理系統

基于高原地區豐富的太陽能資源優勢，也可將農業種植中常用的大棚技術與污水處理工藝相結合。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，經處理后的污水又可作為灌溉水回用于農田中，以實現生態循環。馬津偉等[35]在大棚中使用好氧生物-土地處理系統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準，且也有利于大棚中蔬菜的生長。為進一步驗證生態大棚系統在高原地區的實用性，盧炯元和王三反[36]在高原地區進行了為期21月的實驗。結果表明，經生態大棚系統處理后出水水質不僅能達到國家一級排放標準，而且還能促進蔬菜的長勢，增加蔬菜產量。綜上所述，在高原地區采用生態大棚污水處理系統不僅能充分利用該地區豐富的太陽能資源，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，該技術可在高原地區農村中推廣。

4 結論與建議

低溫和低氧不僅會降低微生物的活性，而且還極易導致污泥膨脹現象的發生,進而導致高原地區農村生活污水處理排放無法達標。學者大量的研究發現，人工濕地、無動力·蒸發式污水處理系統、地下滲濾系統和生態大棚處理系統均滿足高原地區農村生活污水的處理。但現有研究仍主要集中于解決低溫問題,而關于低氧問題的研究相對缺乏。同時，現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。基于上述研究，本文針對高原地區農村生活污水處理處置面臨的問題提出了對策建議：

(1)針對高原地區獨有的自然特征，可培養耐低溫低氧的活性污泥，增加污泥中優勢微生物的活性，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)由于青藏高原地區多為山區，地形條件較為惡劣。因此在設計建造污水處理裝置時應做到無動力運行和遠程監控，以減少人員的維護和現場調試，從而確保人員的人身安全。

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