水资源短缺地区实施再生水农田灌溉可行性分析

2018-03-23孔林华李培元

中国水利 2018年2期

文/孔林华，李培元

我国农业是用水大户，与工业和生活争水的问题成为社会发展的制约因素，特别是在北方干旱和半干旱地区。随着污水处理率和出水水质不断提高，再生水的合理利用将成为解决缺水问题的有效途径之一，为缺水地区实现农田再生水灌溉提供了基础条件。

再生水水质主要特征为：①盐分增加明显，尤其是钠离子和氯离子；②氮磷等营养元素含量较高；③含有一定的重金属、持久性有机污染物和病原菌等。与饮用水相比，再生水成分比较复杂，这些特征决定了再生水利用时存在一定的风险，如果利用不当会带来一系列的水土环境、生态安全等问题。

再生水灌溉的主要水质要求和可行性分析

我国与农田灌溉水质相关的国家标准包括《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005）和《城市污水再生利用农田灌溉用水水质》（GB 20922—2007），这两个国家标准的指标基本一致。本文基于一般再生水的指标，与我国标准和国外标准进行了对比分析，从水质角度探讨再生水灌溉的可行性。

有机物：如表1所示，美国华盛顿州、英国、加拿大分别对再生水灌溉的BOD5作出规定，对CODCr指标没有规定。我国目前投运的污水厂出水一般执行一级B或一级A标准，其CODCr小于60mg/L，BOD5小于20mg/L，因此达标出水中CODCr、BOD5含量优于现行农田灌溉水质标准，满足农业灌溉要求。在灌溉生食类蔬菜、瓜类和草本水果时可进行适当的生态处理，进一步降低CODCr、BOD5含量，保障再生水灌溉安全。

表1 再生水灌溉的有机物指标要求单位：mg/L

氮磷：满足国标一级B的城镇生活污水厂出水，其总氮、氨氮、总磷的含量小于20mg/L、8mg/L、1mg/L。农田灌溉水质标准对地下水中氮磷的含量没有限制，但由于再生水中氮磷含量远高于自来水，应采用适宜的再生水灌溉技术和管理措施，防止对地下水造成污染。

全盐量：如表2所示，美国USEPA和FAO规定了灌溉水不同盐分含量适宜灌溉的作物，再生水中盐分含量大于2000mg/L时会导致作物盐分胁迫，低于500mg/L基本无影响。以地表水为主要水源的城市污水经过处理，其全盐量一般低于1000mg/L，满足相关标准值。

表2 再生水灌溉的盐分要求单位：mg/L

有毒重金属：水中重金属含量过高时易造成农作物、土壤和地下水污染。硼、锌、铜、锰、铁等是植物生长所需要的微量元素，少量施用对植物生长有利，若在土壤中过量富集就会对植物造成毒害。没有工业污水混入的常规生活污水处理厂，其出水重金属浓度平均值远远低于农田灌溉水质标准。因此，从重金属对土壤、地下水的污染风险角度考虑，再生水可进行农田灌溉。具体指标要求见表3。

表3 再生水灌溉的重金属指标要求单位：mg/L

国内外典型案例分析

以色列、美国等是较早进行污水和再生水灌溉研究和实践的国家。以色列通过对全国200余个再生水灌溉的柑橘和鳄梨园进行调查发现，与淡水相比，再生水灌溉使土壤钠吸附比值（SAR）、钠、磷、钾和硼含量增加，但土壤电导率（EC）值和部分重金属的含量无明显变化。再生水灌溉草坪草（狼牙根）引起土壤EC值、钠、磷、钾含量均显著增加，而铁、锰、铜、锌含量以及pH值无显著影响。

美国目前已建成3400多座污水再利用工程，处理后的污水绝大部分用于农业，全国50个州中有45个州采用污水回用农业的工程。美国对5处再生水灌溉（灌溉时间4～33年）与5处地表水灌溉的高尔夫球场绿地进行了对比试验研究，土壤EC值与钠吸附比（SAR）分别增加187%和481%，土壤钠、硼分别增加200%和40%，土壤pH值增加0.3个单位，土壤有机质无显著变化。研究区域为干旱少雨地区，土壤蒸发强烈，土壤盐分累积较为明显，可以认为在干旱少雨地区盐分累积是再生水灌溉的主要问题之一。

北京市从2000年左右开始实施再生水农业灌溉，每年再生水利用量已达到3亿m3。通过长期的现场监测和理论预测，辨识再生水灌溉区土壤重金属的主要来源并比较再生水灌区不同输入途径对土壤重金属的贡献，评估再生水灌溉对土壤农作物的重金属污染风险。实验发现：①通过再生水灌溉途径带入的重金属总量与地下水灌溉相当，且低于大气沉降和有机肥施用等输入途径带入的重金属总量；②再生水灌区土壤重金属污染并不一定由再生水灌溉导致，更大程度是早期的污水灌溉、污泥施用或有机肥施用等其他输入造成的；③与对照区井灌区相比，不同灌区小麦籽粒重金属含量没有差异，再生水灌溉不会导致农作物重金属超标，再生水灌溉对冬小麦、夏玉米等主要粮食作物的各项品质指标无显著影响，并且籽粒内重金属元素含量均低于规定标准限值，灌区内主要种植蔬菜中重金属含量未出现超标现象。