水資源短缺地區(qū)實施再生水農田灌溉可行性分析

文/孔林華，李培元

我國農業(yè)是用水大戶，與工業(yè)和生活爭水的問題成為社會發(fā)展的制約因素，特別是在北方干旱和半干旱地區(qū)。隨著污水處理率和出水水質不斷提高，再生水的合理利用將成為解決缺水問題的有效途徑之一，為缺水地區(qū)實現(xiàn)農田再生水灌溉提供了基礎條件。

再生水水質主要特征為：①鹽分增加明顯，尤其是鈉離子和氯離子；②氮磷等營養(yǎng)元素含量較高；③含有一定的重金屬、持久性有機污染物和病原菌等。與飲用水相比，再生水成分比較復雜，這些特征決定了再生水利用時存在一定的風險，如果利用不當會帶來一系列的水土環(huán)境、生態(tài)安全等問題。

再生水灌溉的主要水質要求和可行性分析

我國與農田灌溉水質相關的國家標準包括《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2005）和《城市污水再生利用農田灌溉用水水質》（GB 20922—2007），這兩個國家標準的指標基本一致。本文基于一般再生水的指標，與我國標準和國外標準進行了對比分析，從水質角度探討再生水灌溉的可行性。

有機物：如表1所示，美國華盛頓州、英國、加拿大分別對再生水灌溉的BOD5作出規(guī)定，對CODCr指標沒有規(guī)定。我國目前投運的污水廠出水一般執(zhí)行一級B或一級A標準，其CODCr小于60mg/L，BOD5小于20mg/L，因此達標出水中CODCr、BOD5含量優(yōu)于現(xiàn)行農田灌溉水質標準，滿足農業(yè)灌溉要求。在灌溉生食類蔬菜、瓜類和草本水果時可進行適當?shù)纳鷳B(tài)處理，進一步降低CODCr、BOD5含量，保障再生水灌溉安全。

表1 再生水灌溉的有機物指標要求 單位：mg/L

氮磷：滿足國標一級B的城鎮(zhèn)生活污水廠出水，其總氮、氨氮、總磷的含量小于20mg/L、8mg/L、1mg/L。農田灌溉水質標準對地下水中氮磷的含量沒有限制，但由于再生水中氮磷含量遠高于自來水，應采用適宜的再生水灌溉技術和管理措施，防止對地下水造成污染。

全鹽量：如表2所示，美國USEPA和FAO規(guī)定了灌溉水不同鹽分含量適宜灌溉的作物，再生水中鹽分含量大于2000mg/L時會導致作物鹽分脅迫，低于500mg/L基本無影響。以地表水為主要水源的城市污水經(jīng)過處理，其全鹽量一般低于1000mg/L，滿足相關標準值。

表2 再生水灌溉的鹽分要求 單位：mg/L

有毒重金屬：水中重金屬含量過高時易造成農作物、土壤和地下水污染。硼、鋅、銅、錳、鐵等是植物生長所需要的微量元素，少量施用對植物生長有利，若在土壤中過量富集就會對植物造成毒害。沒有工業(yè)污水混入的常規(guī)生活污水處理廠，其出水重金屬濃度平均值遠遠低于農田灌溉水質標準。因此，從重金屬對土壤、地下水的污染風險角度考慮，再生水可進行農田灌溉。具體指標要求見表3。

表3 再生水灌溉的重金屬指標要求 單位：mg/L

國內外典型案例分析

以色列、美國等是較早進行污水和再生水灌溉研究和實踐的國家。以色列通過對全國200余個再生水灌溉的柑橘和鱷梨園進行調查發(fā)現(xiàn)，與淡水相比，再生水灌溉使土壤鈉吸附比值（SAR）、鈉、磷、鉀和硼含量增加，但土壤電導率（EC）值和部分重金屬的含量無明顯變化。再生水灌溉草坪草（狼牙根）引起土壤EC值、鈉、磷、鉀含量均顯著增加，而鐵、錳、銅、鋅含量以及pH值無顯著影響。

美國目前已建成3400多座污水再利用工程，處理后的污水絕大部分用于農業(yè)，全國50個州中有45個州采用污水回用農業(yè)的工程。美國對5處再生水灌溉（灌溉時間4～33年）與5處地表水灌溉的高爾夫球場綠地進行了對比試驗研究，土壤EC值與鈉吸附比（SAR）分別增加187%和481%，土壤鈉、硼分別增加200%和40%，土壤pH值增加0.3個單位，土壤有機質無顯著變化。研究區(qū)域為干旱少雨地區(qū)，土壤蒸發(fā)強烈，土壤鹽分累積較為明顯，可以認為在干旱少雨地區(qū)鹽分累積是再生水灌溉的主要問題之一。

北京市從2000年左右開始實施再生水農業(yè)灌溉，每年再生水利用量已達到3億m3。通過長期的現(xiàn)場監(jiān)測和理論預測，辨識再生水灌溉區(qū)土壤重金屬的主要來源并比較再生水灌區(qū)不同輸入途徑對土壤重金屬的貢獻，評估再生水灌溉對土壤農作物的重金屬污染風險。實驗發(fā)現(xiàn)：①通過再生水灌溉途徑帶入的重金屬總量與地下水灌溉相當，且低于大氣沉降和有機肥施用等輸入途徑帶入的重金屬總量；②再生水灌區(qū)土壤重金屬污染并不一定由再生水灌溉導致，更大程度是早期的污水灌溉、污泥施用或有機肥施用等其他輸入造成的；③與對照區(qū)井灌區(qū)相比，不同灌區(qū)小麥籽粒重金屬含量沒有差異，再生水灌溉不會導致農作物重金屬超標，再生水灌溉對冬小麥、夏玉米等主要糧食作物的各項品質指標無顯著影響，并且籽粒內重金屬元素含量均低于規(guī)定標準限值，灌區(qū)內主要種植蔬菜中重金屬含量未出現(xiàn)超標現(xiàn)象。

結論與建議

①城鎮(zhèn)生活污水經(jīng)過處理后達標排放的再生水，可以作為農業(yè)灌溉用水的補充水源，在現(xiàn)有的技術經(jīng)濟條件下是安全的。

②加強對污水廠進水水質的管控。嚴格限制工業(yè)廢水等含有有機毒物和重金屬的污水進入污水廠，防止利用再生水灌溉可能造成的有機毒物及重金屬的富集，以免危害人類健康。

③新型污染物生態(tài)風險值得關注。種類繁多、在土壤生態(tài)系統(tǒng)遷移轉化的復雜性以及缺乏相應的環(huán)境標準等因素，使現(xiàn)有數(shù)據(jù)難以有效評價新型污染物的環(huán)境風險，應加強數(shù)據(jù)積累和相關科學研究。

④適當建設塘庫做好水量平衡。做好再生水供給量與灌溉用水量的平衡，針對灌溉用水的特點，分季節(jié)比對污水水量與灌溉用水量，作為塘庫設計的重要依據(jù)。