高原农村生活污水处理技术进展

周述明，唐涛涛，叶三霞，刘 敏

(1.西藏电建成勘院工程有限公司，西藏 拉萨 851414；2.四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 610065)

1 引言

作为我国西部最大的高原地区，青藏高原约占全国面积的25%，总人口约800万人，不足全国的1%[1]。其中，农牧业人口占地区总人口数的80%以上[1]。近年来，随着地区人口的增加，污水排放量呈上升趋势，加剧了当地水环境的污染[2]。目前，该地区大多数农村生活污水并未进行任何处理，直接排入水体中[3]。这不仅会破坏当地的生态环境，而且还威胁当地人民的健康[4,5]。当前，青藏高原地区农村生活污水处理工艺主要以传统工艺为主，如：厌氧-好氧(A/O)[6]、厌氧-缺氧-好氧(A2/O)[7]、循环活性污泥法(CASS)[8]和序批式活性污泥法(SBR)[9]。但由于高原地区具有强紫外线、低温及低氧等自然特性，因此采用传统工艺处理污水很难达到排放标准[10]。更为重要的是，采用上述传统工艺也极大地增加了污水处理成本[11]。因此，研发一种经济高效的处理技术对保护高原地区的生态环境至关重要。

本文针对高原地区污水处理存在的问题，阐述了目前可用于高原地区农村生活污水的处理技术；并结合现有污水处理技术及当地情况提出了建议。以期为高原地区农村生活污水处理技术的发展提供参考。

2 高原地区污水处理面临的主要问题

据统计，高原地区的气温长期低于10 ℃[12]。此外，高原地区空气中的含氧量也处于较低水平；仅为低海拔地区的60%～80%[12]。因此，低温和低氧是高原地区污水处理面临的两大问题。与低氧相比，低温更容易导致出水水质无法达标。

2.1 低温

低温除了影响脱氮微生物的活性外，还会引起污泥的膨胀。以往的研究发现，低温有利于污泥中丝状菌(如：Haliscomenobacter和Trichococcus)的生长[10,22]。但也有研究认为，低温会通过降低微生物的活性引起污泥膨胀。这是因为微生物的活性降低会导致大量吸附的有机物不能被微生物及时代谢，使得它们在胞外积累形成大量高粘性的多糖物质。由于附着物的大量增加，污泥很难沉淀压缩，最终出现膨胀现象[23]。此外，低温环境也极大地增加了设备的损耗；进而增加了污水处理成本。

2.2 低氧

作为高原地区污水处理厂面临的另一问题，低氧也容易引起污泥的膨胀[24]。高春娣等[25]研究发现，当水体中溶解氧(DO)从2 mg/L降到0.5 mg/L 时会出现污泥膨胀现象。这是因为低DO能促进污泥中丝状菌的生长繁殖[26]。显然，低温和低氧同时存在时会进一步加剧污泥的膨胀，从而影响高原地区污水处理厂的稳定运行[27]。此外，低氧环境也会加剧设备的磨损情况。同时，在高原地区运行时也需要消耗更多的能源，这也增加了污水的处理成本。

3 适于高原地区污水处理技术

农村生活污水水量小，且收集难度较大[28]。因此，在进行工艺设计时应采用投资少，且无需维护的工艺。同时，还应重点考虑解决低温和低氧，特别是低温。

3.1 人工湿地

尽管采用覆盖方式对人工湿地具有良好的保温能力，但该组合工艺并不能充分发挥高原地区独特的地理优势。众所周知，高原地区太阳能资源丰富，合理利用太阳能也能解决低温问题。如：翟俊等[31]提出了将太阳能预热与生物接触氧化/人工湿地进行组合后，COD、悬浮物、NH4+-N和TP的去除率分别高达87.8%、95.4%、86.8%和85.9%；其出水标准能达到一级A排放标准。可见，合理利用地区自然资源也能有效地缓解低温对污水处理性能的影响。

3.2 无动力·蒸发式污水处理系统

3.3 地下渗滤系统

3.4 生态大棚污水处理系统

基于高原地区丰富的太阳能资源优势，也可将农业种植中常用的大棚技术与污水处理工艺相结合。一方面能起到保温作用，另一方面还能将污水处理过程中产生的氧气再次提供污水处理使用，进而解决污水处理过程中面临的低氧问题。同时，经处理后的污水又可作为灌溉水回用于农田中，以实现生态循环。马津伟等[35]在大棚中使用好氧生物-土地处理系统对生活污水进行处理后，出水COD、pH值和色度均可达到国家一级排放标准，且也有利于大棚中蔬菜的生长。为进一步验证生态大棚系统在高原地区的实用性，卢炯元和王三反[36]在高原地区进行了为期21月的实验。结果表明，经生态大棚系统处理后出水水质不仅能达到国家一级排放标准，而且还能促进蔬菜的长势，增加蔬菜产量。综上所述，在高原地区采用生态大棚污水处理系统不仅能充分利用该地区丰富的太阳能资源，而且还能解决污水处理过程中面临的低温和低氧问题。因此，该技术可在高原地区农村中推广。

4 结论与建议

低温和低氧不仅会降低微生物的活性，而且还极易导致污泥膨胀现象的发生,进而导致高原地区农村生活污水处理排放无法达标。学者大量的研究发现，人工湿地、无动力·蒸发式污水处理系统、地下渗滤系统和生态大棚处理系统均满足高原地区农村生活污水的处理。但现有研究仍主要集中于解决低温问题,而关于低氧问题的研究相对缺乏。同时，现有研究也主要采用掩埋和添加覆盖物的形式解决低温问题,但上述解决措施并不能完全适用于高原地区。基于上述研究，本文针对高原地区农村生活污水处理处置面临的问题提出了对策建议：

(1)针对高原地区独有的自然特征，可培养耐低温低氧的活性污泥，增加污泥中优势微生物的活性，特别是脱氮微生物。

(2)在低温低氧条件下驯化成熟的生物膜，解决因低温低氧引起的污泥膨胀问题。

(3)由于青藏高原地区多为山区，地形条件较为恶劣。因此在设计建造污水处理装置时应做到无动力运行和远程监控，以减少人员的维护和现场调试，从而确保人员的人身安全。

(4)可设计车载式太阳能一体化膜生物反应器，既能充分利用太阳能解决低温问题，而且还能根据地方污水水量的变化实行移动处理。