油田企业生活污水用于荒漠植被灌溉对生态环境的影响分析

黄建敏, 吴国磊, 宋美华, 洪素新, 李 超

(1.中国石油塔里木油田公司油气工程研究院,新疆库尔勒 841000 2.中国石油塔里木油田公司质量健康安全环保部,新疆库尔勒 841000 3.新疆山河志远环境监理有限公司,新疆乌鲁木齐 830011)

0 前言

水是荒漠地区影响社会经济发展和生态环境最关键的自然因子[1],水资源的合理利用对社会经济发展和生态环境保护都具有重要意义[2]。某油田企业处于荒漠地区,为科学合理地验证DB65 4275—2019《农村生活污水处理排放标准》运用于油田生活污水排放的可行性,本文开展了荒漠地区生活污水用于荒漠植被灌溉对环境的影响研究,对油田生产生活具有重要意义。

FREDERICK,等[3]的研究表明污水能向树木提供N和P,灌溉树木的N、P蓄积量多于未经污水灌溉的树木。王玉岱,等[4]的研究表明,应用二级和三级城市污水回用水灌溉后,植物的根、叶、花、枝和种子的生长发育及生理活动未受到有害影响,不会降低土壤肥力或造成土壤污染。尹爱经,等[5]研究了生活污水灌溉后土壤磷形态和吸附特征变化,结果表明,生活污水灌溉的养分分散进入稻田,氮、磷投入量比施用化肥更低。

本研究结合该油田企业的自然环境特征和经济发展水平,对DB65 4275—2019的要求进行综合分析,以某采油气管理区的桑吉污水处理站达标生活污水为例,分析以滴灌和喷灌2种方式灌溉周边荒漠植被的可行性,为油田生活污水合理化利用提供理论依据,为我国内流河流域石油天然气勘探开发与生态环境保护提供对策。

1 研究区域生活污水排放现状

通过调查得知,该油田企业21个污水处理站大多位于城镇建成区以外,地理位置偏远。各处理站的污水以生活污水为主,污染物主要为COD、SS、粪大肠杆菌等,挥发酚、硫化物、阴离子表面活性剂、动植物油、氨氮、总氮、石油类含量极低。污水处理站规模均较小(小于500 m3),处理工艺以沉淀+生物接触氧化为主。执行标准以GB 8978—1996《污水综合排放标准》二级标准、GB 5084—2005《农村灌溉水质标准》表1农田灌溉用水水质基本控制项目标准值和GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》表1基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)二级标准为主。污水去向以蒸发池自然蒸发、冬储夏灌为主,生活污水处理装置周边所在区域环境以荒漠为主。生活污水排入蒸发池,贮存量大,消纳途径有限,生活污水排量逐年增加,造成蒸发池达到警戒水位,有外溢和形成黑臭水体的环境风险。

表1 各站点生活污水检测数据

从调查站点的生活污水排放数据(表1)可以看出,pH、COD和SS基本达到GB 8978—1996二级标准,大部分站点粪大肠杆菌含量超标。

2 研究区域与方法

2.1 研究区域

各处理站周边植被型组以荒漠和无植被地段为主,植被型以半灌木、矮半灌木荒漠和无植被地段为主,植被群系以沙漠和驼绒藜荒漠和盐穗木荒漠为主。

2.2 研究方法

2.2.1现场踏勘

通过现场踏勘,了解污水处理设施的工艺流程、处理规模、生活污水中的污染物种类及周边环境现状。

2.2.2数据监测

选取桑吉污水处理站作为研究样点,监测生活污水达标排放情况和灌溉1年后地下水、土壤环境质量变化情况。

a) 生活污水排口监测。选取1个站点每月监测一次,连续监测半年,监测生活污水达标排放情况。

b) 地下水监测。在灌溉区域选择典型地点(地层渗透性好)作为监测点,在非灌溉区域选择对照点,对比生活污水灌溉后地下水质变化情况。

c) 土壤监测。灌溉前选择典型地点(地层渗透性好,地质条件差)作为对照点,灌溉后在同一地点取样作为监测点,采样深度为0～50 cm,对比生活污水灌溉后土壤质量变化情况。

3 结果与分析

3.1 生活污水达标排放分析

自2021年12月至2022年6月,对桑吉处理站生活污水排放进行连续监测,每月取4个样品,实验数据取监测平均值。污染物排放标准值为pH 6～9,悬浮物100 mg/L,化学需氧量200 mg/L,粪大肠菌群40 000 MPN/L。实验前监测数据为pH 7.8,悬浮物47 mg/L,化学需氧量100 mg/L,粪大肠菌群2 100 000 MPN/L。从表2可以看出,pH、悬浮物和化学需氧量稳定达标,3月粪大肠菌群超标。分析粪大肠菌群超标原因,主要是因公司管理制度的缺失,一方面没有按照要求投放药品,另一方面在污水量变化时,投药量没有随之改变。

表2 桑吉处理站污染物浓度

实验后,pH值略有升高,悬浮物、化学需氧量、粪大肠菌群均降低,悬浮物、化学需氧量、粪大肠菌群分别降低29.52%,29.71%,98.3%。可以得出,在污水处理设施正常运转和管理下,出水水质可达到标准要求。

3.2 生活污水灌溉对地下水的影响分析

项目区地下水水质评价执行GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类水质标准。对非灌溉区域的对照点和灌溉区域的监测点地下水进行了监测,通过监测数据可以看出(表3),除总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐和钠超标外,其他指标均能达到标准要求,满足DB65 4275—2019中pH和总大肠菌群的要求。

表3 生活污水灌溉前后地下水监测数据

对比非灌溉区和灌溉区地下水监测数据可以看出,生活污水灌溉1年后,地下水水质总体保持平稳,未出现恶化现象,其中硝酸盐氨、亚硝酸盐氨、菌落总数、铁、锰等监测因子略有升高,其他监测因子降低或无变化。

3.3 生活污水灌溉对土壤的影响分析

项目用地执行GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》表1中第二类用地筛选值标准。土壤监测报告显示(表4),31项监测污染物因子均小于执行标准要求。通过对比灌溉区域和非灌溉区域污染物变化情况发现,只有石油烃C10～C40含量升高,重金属铜、铅、镉、镍、汞和砷降低,其他监测因子无变化。

表4 非灌溉区域和灌溉区域土壤监测数据对比 mg/kg

郭彦涵[6]以非污灌区土壤为空白对照,分别就距污水口不同距离、不同深度的土样进行土壤理化性质分析及重金属浓度变化监测。结果发现,某学校生活污水直接灌溉校园试验田后,污灌区土壤pH值变化不大,肥力增强,作物长势良好,但土壤易板结,含盐量增大,出现部分重金属富集现象。且重金属迁移受土壤深度及距离污水源远近,重金属浓度会随土壤深度的递增而逐级递减。油田生活污水中重金属含量极低,且采用滴灌和喷灌相结合的方式进行灌溉,不会造成重金属富集现象。

生活污水用于荒漠植被和生态林灌溉后,灌溉区植被未出现植被大片死亡情况,长势良好。郝瑞娟[7]研究了城市二级污水灌溉对6种园林植物生长生理特性、矿质元素吸收、土壤理化性状及酶活性的影响。结果表明直接用城市二级生活污水浇灌,对绿化植物的负面影响不大,还能提高土壤有效养分的含量,提供一定肥力。与油田生活污水灌溉后植被生长良好的研究结论一致。

4 结果与讨论

a) 目前,油田企业的生活污水经处理后能达到DB65 4275—2019用于荒漠植被的灌溉标准。粪大肠菌群不达标的原因主要为管理不到位,未按时间要求或污水排放量调整投药量,导致消毒液浓度不够。

b) 各研究站点周围的植被型组以荒漠为主,抗旱抗寒抗盐碱,灌溉时采用滴灌和喷灌相结合的方式,并严格控制灌溉量。

c) 处理达标的生活污水中有机物和重金属含量极低,灌溉后地下水水质总体平稳,其中硝酸盐氨、亚硝酸盐氨、菌落总数、铁、锰等含量略有升高,其他监测因子含量降低或无变化,表明生活污水灌溉对地下水环境影响甚微。与马俊英,等[8]以氧化塘处理后出水灌溉生态林得出的研究结论一致。

d) 处理达标后的生活污水中,有机物、重金属、酸、碱、盐污染含量极低,对土壤环境影响甚微;悬浮物对土壤有一定污染,在后期的灌溉中要加以关注。灌溉区域C10～C40升高,重金属铜、铅、镉、镍、汞和砷降低,其他监测因子无变化。

综上所述,油田企业生活污水灌溉荒漠植被和生态林,对生态环境的影响较小。但生活污水灌溉对生态环境的影响是一个长期积累的过程,需要长时间监测观察,一旦发现生态环境恶化,要立即停止灌溉,寻找恶化原因并制定相关措施确保生态环境安全[9]。