污水资源灌溉利用的有关问题

摘要

污水是水量稳定、供给可靠的水源。对污水进行适当处理，达到目标用途要求的水质标准，使之成为多种用途的水资源，可在很大程度上缓解水资源的紧缺状况。灌溉农田是污水资源的主要用途之一。污水灌溉还是污水处理和处置的有效手段。本文在分析我国污水排放和污水资源灌溉利用现状的基础上，对污水灌溉的作用、污水灌溉实践中存在的问题进行了初步分析，提出了在污水资源灌溉利用方面应该注意和需要进一步研究解决的问题。

关键词  污水灌溉   污水土地处理

 1 前言

水资源短缺和水污染是我国面临的两大水资源问题。其中，水污染问题越来越突出，并且，水污染使得水资源短缺问题更加严重。我国城市污水排放量不断增加，但污水处理率和处理水平都还很低，并造成地表水体普遍污染。造成我国地表水体污染的主要污染物为有机物和氮、磷等营养物，以及部分工业废水中含有的重金属和其它无机盐。污水处理率和处理水平较低的主要原因是通过污水处理厂对污水进行处理的费用较高。

污水是水量稳定、供给可靠的水源。对污水进行适当处理，达到目标用途要求的水质标准，使之成为多种用途的水资源，可在很大程度上缓解水资源的紧缺状况。其中，灌溉农田是污水资源的主要用途之一。在我国北方缺水地区，人们普遍利用污水进行农田灌溉，这样既缓解了灌溉水资源不足的问题，又充分利用了污水中的营养物。

利用污水资源灌溉农田的同时，还可以去除污水中的污染物。污染物的去除是在污水通过土壤剖面的过程中发生的。这一过程包括物理过程、化学过程和生物过程。污水灌溉系统（也即污水土地慢渗处理系统）具有费用低廉、污染物零排放以及结合作物灌溉等优点，应用前景广阔。因此，污水灌溉是解决灌溉水源不足的有效途径，又是费用低廉的污水处理和处置手段。但是，污水作为灌溉水源和灌溉作为污水处理（处置）手段，其广泛应用都还存在着一些限制因素。本文对污水土地处理和污水资源灌溉利用的有关问题进行了探讨，论述了该领域急需研究的课题和实际应用中需要注意的问题。

2 我国污水排放情况

近年来，我国仅县级以上城市污水年排放量就已达400亿吨左右[1]。生活污水排放量在全部污水中所占的比重越来越大（图1）。

图1 我国近年来污水排放情况

每年排放的城市污水中，仅有很小一部分是经处理后排放的。在经过处理的部分中，仅有很小一部分是经过二级处理的。而即使是经过二级处理的城市污水，也还含有大量的氮、磷等营养物，极易引起地表水体富营养化。由于污水排放量很大，且处理率和处理水平都很低，使得我国地表水体和地下水被普遍污染：主要河流有机污染普遍、主要湖泊富营养化严重；城市附近的河流和湖泊接纳了大量未经处理的城市污水，有些已经丧失了原有的生活饮用、休闲娱乐或水产养殖水源的功能；全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染。尤其是在我国北方，近年来几乎达到了有河皆干、有水皆污的程度。造成地表水体和地下水污染的主要污染物包括有机物、氮、磷等[1]。目前污水处理率以及处理水平低的主要原因是污水处理费用较高。

3 污水灌溉的发展及污水灌溉的作用

早在16世纪中叶，西欧各国就相继利用污水灌溉农田。70年代以来，随着淡水资源日益紧缺，农业用水得不到保障，从而促使世界各国更加重视污水回用于农田灌溉。在经济发达的美国，全国50个州中有45个州开展了污水回用于农业的工作；气候干旱的以色列，1972年制定了国家污水再利用工程计划，目前其污水利用率已达70%，其中1/3用于灌溉，灌溉污水占总灌溉水量的1/5；印度自80年代以来，每年用于农田灌溉的污水占城市污水量的50%以上。

在我国，随着生产力水平和经济发展水平的不断提高，对淡水资源的需求不断增加，水资源短缺状况日益严重。特别是在我国北方地区，水资源短缺问题更为突出。同时，污水排放量也不断增加。在没有足够的淡水资源的情况下，在我国北方地区，人们普遍利用污水灌溉农田，污水灌溉面积也不断增加。我国自1957年开始污水灌溉的试验工作，北京、天津、西安、抚顺、石家庄等城市先后开辟了大型污水灌区。其后污水灌溉发展迅速。据有关资料，到1991年，我国的污水灌溉面积已经达到300万hm2 [2]。目前，我国污水灌溉面积还在不断扩大，主要污水灌溉区都具有干旱、半干旱的气候特点，水资源紧缺，污水已成为这些地区灌溉用水的宝贵而重要的水源。

污水是水量稳定、供给可靠的水源。对污水进行适当处理，达到目标用途要求的水质标准，使之成为多种用途的水资源，可在很大程度上缓解水资源的紧缺状况。将经过适当处理的污水用于灌溉是污水资源的主要用途之一。污水灌溉的作用主要表现在三个方面：节水、节肥、消除污染。

我国仅县级以上城市污水年排放量已经超过400亿立方米，如果计入县级以下城镇和乡村产生和排放的污水，全国污水年排放量超过600亿立方米，与黄河的年径流量相当。充分利用这些污水资源灌溉农田，可以节约大量淡水资源。

城市污水不仅对缺水地区是宝贵的水资源，而且污水中含有氮、磷、钾三种肥料要素，和钙、镁、锰、铜等多种微量元素及丰富的有机质，这些都是作物生长所需的营养成分。将污水适当处理并合理用于灌溉，可以节省大量化肥，提高作物产量，还可以改善土壤物理化学性质，提高土壤肥力，有利于农作物的生长。据调查资料推算，全国每年排放的污水（按400亿吨计）中含有的营养物相当于45亿斤硫铵和17亿斤过磷酸钙，可见其可利用的价值。据中科院林业土壤研究所等单位1980年调查，污灌后土壤中腐殖质和全氮量增加，氮化细菌、酚细菌、硫细菌和微生物总数都有所增加，土壤酶的活性也有所提高，尤其是活性胡敏酸含量增高，是污灌土壤肥力提高的重要标志。污灌后，由于土壤理化性质改善，土壤肥力提高，因而促进粮食获得大幅度增产。全国各地经验表明，合理污灌后一般增产显著。可见，合理利用污水灌溉是促进农业生产发展、节约资金和能源的良好举措。

从污水处理（处置）的角度看，污水灌溉系统对污水中营养物的充分利用，就是对污水中污染物的去除。土壤是一个巨大的天然细菌床。污水灌入农田后，其中悬浮物质和胶体被土壤截留，在土粒表面形成薄膜，这层薄膜里充满了微生物，能吸附污水中的有机物质，再加上太阳暴晒、空气氧化、物理吸附、植物与微生物吸收、降解、化学分解等一系列物理化学和生物化学变化，使一些有毒有害物质失去原有活性或被降解，起到净化污水的作用。试验表明，污水进入稻田5－7天，悬浮物降低75%－94% ，BOD降低72－97%，氨态氮降低85% 以上，磷降低98% 以上，钾降低78% 以上，蛔虫卵和细菌数目降低95－98%，氰降低约98%。污水中含有的铜、锌、锰、钼、硼、铬等污染物是植物的微量营养元素，经过植物吸收、土壤吸附、氧化还原等过程，其含量也有显著降低。

4 污水灌溉中存在的问题

由于污水灌溉在节水、节肥和消除污染等方面的重要意义，污水灌溉在我国非常普遍并发展迅速。但是污水灌溉也存在着一些问题。主要表现在两个方面：一是不适当的污水灌溉引起的环境和卫生问题，二是污水作为灌溉水源和灌溉作为污水处理（处置）手段时存在的时间和空间上的矛盾。

随着工业的发展，污水的来源近年来发生了相当大的变化。根据污水来源不同，污水的品质也有很大差别。有些污水中含有某些有毒有害污染物，如生物难以降解的人工合成有机毒物、某些重金属元素以及某些致病微生物和病毒等。许多地方对污水的品质不加区别，并且未经必要的处理就用于灌溉，引起了土壤和农产品污染等问题。根据有关资料，北京东南郊由于使用了部分未经很好处理的污水进行农业灌溉，导致粮食中的重金属超标，蔬菜中的硝酸盐超标。

对于不含有毒污染物的污水，如果使用不当，也会引起环境污染问题。虽然土壤对外界加入的物质具有一定的缓冲能力，各种物质进入土壤后，在土壤的固相、液相之间进行一系列的物理、化学反应，发生积累、迁移和转化。但长期大量使用高污染物浓度的污水进行灌溉，超过土壤的自净和作物的吸收能力，也会引起土壤物理性状恶化、次生盐碱化发生、地下水污染、作物品质下降、传染病和寄生虫病蔓延以及人畜中毒等生态环境退化问题和卫生问题。

除了不适当的污水灌溉引起的环境和卫生问题外，污水作为灌溉水源和灌溉作为污水处理（处置）手段还存在着时间和空间上的矛盾。作物对水分和养分的需求具有季节性，而污水的排放无论是水量还是污水品质一般都比较稳定。因此，从时间方面看，污水作为灌溉水源有可能在作物需水高峰期不能满足作物对水分的需求，而在作物的某些生育期污水中含有的养分超过作物的需要，影响作物的产量；污水灌溉作为污水的处理和处置手段，在作物对水分的需求较少时，使得排放的污水得不到完全处理和处置。从空间方面看，污水资源集中的地方，尤其是在污水资源丰富的大中城市周边地区，一般土地资源比较紧缺。当污水灌溉作为污水的处理和处置手段时，由于处理能力较低，需要的土地面积较大，这使得该系统在人口多、土地资源紧缺的地区应用受到了限制。

因此，污水灌溉实践中必须注意以下两点：一是污水作为灌溉水源，不能不管污水品质如何，一概用于灌溉。必须根据污水品质情况，确定是否需要先经过必要的处理、是否有可能造成土壤、地下水、农产品的污染以及为了避免这种污染需要采取的措施；二是污水灌溉作为污水处理的一种方法，虽然具有费用低廉、技术简单、污染物零排放等优点，但这种方法决不是一种包治百病的灵丹妙药。和其它污水处理（处置）方法一样，它有其适用范围，并且经常需要和其它处理方法和措施相结合。

5 应该注意和需要研究解决的问题

鉴于污水灌溉目前所存在的问题，笔者认为在以下方面应该开展进一步的研究：

一是正确认识污水灌溉造成的农产品污染问题。不是任何污水都可以用于灌溉任何作物，也不是任何污水灌溉都会引起农产品污染。要对适合或不适合灌溉的污水品质、什么作物适合用什么品质的污水灌溉等问题有确切的认识。

二是正确认识污水灌溉造成的地下水污染问题。不适当的污水灌溉可能会造成地下水的污染，但只要污水灌溉管理措施恰当，这种污染是可以避免的。特别是在有条件的地方，污水灌溉还可以和其它污水处理措施相结合，回灌地下水。

三是要重视污水灌溉造成的土壤污染问题。虽然土壤有天然的自净能力，但这种能力是有限的。不能将各种品质的污水无限制地施加到土壤中。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复。特别是对于重金属污染的土壤，目前还没有有效的修复技术。

四是要重视污水灌溉和污水处理（处置）的需求与污水排放的需求在时间和空间上的矛盾。需要研究开发水力负荷大、可控性强、既可以在作物对水分的需求较强时运行（充分利用污水资源灌溉农田），也可以在作物对水分的需求较少时运行（以便适应污水处理和处置的需求）的污水灌溉和污水处理相结合的技术。

五是要研究适宜的污水灌溉制度、灌水技术以及灌溉管理措施。利用污水进行灌溉的关键技术问题是在一定的污水处理条件下，针对不同的作物和土壤条件，采用适宜的灌溉技术和灌溉制度，以达到最大限度减少污水灌溉带来的各种环境问题。如何合理有效地利用城市污水，真正发挥污水灌溉的效益，避免造成负面影响，关键是制定针对污水灌溉的合理的灌溉制度、研究污灌条件下的灌水方法以及能够兴利避害的适宜污灌灌水技术，在农田环境监测基础上建立污灌系统的运行管理模式，这些都是将污水灌溉纳入农业可持续发展的良性循环的重要基础和前提。

六是需要开展与污水灌溉有关的理论研究。如污染物在土壤、地下水和土壤水中的分布和动态变化过程的预测分析和监测预报。土壤、地下水和植物对于污水灌溉的反应是滞后的和长期的，监测技术只能得到目前的状况，而预测技术是在监测和分析的基础上，分析各种元素通过污水灌溉后在土壤、地下水中的转化、运移、积累和自净过程，分析长时间的水质变化动态，形成可持续发展的良性循环。

参考文献

1、 国环境监测总站，2000。环境统计。《中国环境年鉴》，中国环境年鉴社。P616。

2、 德荣，罗远培，1998。推进城镇污水资源化。《中国农业水危机对策研究》，沈振荣，苏人琼主编。中国农业科技出版社，北京，1998。Pp142-154。

Aspects related to wastewater reuse for irrigation

Cheng Xianjun  Gao Zhanyi  Hu Yaqiong  Wu Wenfeng

National Center of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research-Beijing

ABSTRACT　Wastewater is a kind of water resources which is produced continuously with relatively small fluctuation in the flow rate. To reuse wastewater after proper treatment for different poppers may alleviate the water resources scarcity to some degree. Wastewater irrigation is one of the aspects of wastewater reuse. Wastewater irrigation is also an effective way of wastewater treatment and/or disposal. In this paper, the effect of wastewater irrigation and problems related to wastewater irrigation are analyzed based on the present situation of wastewater and it’s treatment, disposal and utilization for irrigation, aspects should people pay attention to and need further research are proposed. 

Key words: Wastewater irrigation,  land treatment