污水资源化及其农业利用污灌的对策

摘 要:针对我国污水排放日益增加且含有大量污染物的问题，在简要回顾国内外污水资源化的同时，剖析了我国污水农业利用存在的问题，提出了加强污水农业利用的管理与技术措施。
      随着人类社会的飞速发展，水资源短缺和水环境问题变的日益明显，两者的矛盾也变的日益尖锐，影响了社会经济的进一步发展甚至人们的生存。因此，污水资源化这一既能弥补现有水资源的不足，又能有效地抑制水环境污染的有效途径越来越受到了世界各国的关注。中国水资源战略咨询报告在供水量组成中已把污水利用作为新的组成部分。
  1 国内外污水资源化及其发展概况
      污水资源化是指城市污水和工业废水经过适当处理达到一定的水质标准，使之可再用于农业、工业、市政、游乐设施乃至城市给水，达到充分利用水资源和减轻环境污染负荷的目的。
      早期的污水资源化主要用于农业灌溉[1-3]，由于对水质要求不高，一般就直接将污水厂二级出水加以利用。随着污水资源化应用领域的扩大，对回用水的水质也有了不同的要求，并针对不同的用途和要求制定了水质标准，但是污水处理厂二级出水水质几乎达不到这些标准，因此出现了许多对二级出水进行深度处理的污水资源化技术。
  
      常用的污水资源化技术包括传统处理(混凝、沉淀、常规过滤)、生物处理、生物过滤、活性碳吸附、膜分离、消毒、土地处理等[3]。
      目前，规划和控制城市污水回用遍布世界许多地区[1-4]，日本早在60年代就开始回用污水，70年代已初见规模。随着回用技术的不断更新和发展，再生成本不断下降、水质不断提高，逐渐成为缓解水资源短缺的重要措施之一。90年代初日本在全国范围内进行了废水再生回用的调查研究与工艺设计，对污水回用在日本的可行性进行深入的研究和工程示范，在严重缺水的地区广泛推广污水回用技术，使日本近年来的取水量逐年减少，节水已初见成效。
      美国也是采用污水再利用最早的国家之一，70年代初开始大规模污水处理厂建设，随后即开始回用污水。自1980年起，一些地方已经将废水回用于风景灌溉，同时用于回灌地下水含水层。目前，有357个城市回用污水，再生回用点536个。全美城市污水回用总量约为94亿m3／年，其中包括：污灌用水、景观用水、工艺用水、工业冷却水、锅炉补水以及回灌地下水和娱乐养鱼等多种用途；其中灌溉用水为58亿m3／年，占总回用量的60％；工业用水占总用水量的30％，城市生活等其它方面的回用水量不足10％。
      除日本和美国外，俄罗斯、西欧各国、以色列、印度、南非和纳米比亚的污水回用事业也很普遍。莫斯科市东南区有36家工厂用污水总量达2万m3／年。以色列回用的再生城市污水，每年在2．0～3．5亿m3之间。南非和纳米比亚等国甚至建起了饮用再生水制造工厂。在南非的某些城市，建立了大规模的废水再生工厂，约翰内斯堡每天有9．4万m3饮用水来自再生水工厂；并且供水事务部推荐，回用水应当稀释，并与新鲜水以体积不小于1:4的比例充分混合，这个混合比应该始终适当地保持恒定，以防止水质和水味变化。纳米比亚于1968年建起了世界上第一个再生饮用水工厂，日产水6200m3，水质达到世界卫生组织和美国环保局公布的标准。
      城市污水或工业废水经适当处理后可有以下用途：①用于工业，如直流冷却水或循环冷却水，也可用作各种不同用途的工艺用水；②用于市政，如浇洒道路、灌溉绿地、冲洗车辆、建筑施工、冲洗厕所、市政景观如娱乐用水的河湖；③用于农业，如灌溉农田、树林、牧场等；④补充地下水或地面水水源，二级处理后的污水再作进一步处理可以达到地面水水质标准，因此能直接用于补充地面水源或回灌补充地下水。
      我国50年代就开始采用污水灌溉的方式回用污水[5-7]，但是真正将污水经深度处理后回用于城市生活和工业生产仅有20年的历史。率先采用污水回用的是大楼污水的再利用，随着社会经济的发展和人们环境意识的不断提高，污水回用逐渐扩展到缺水城市的许多行业。但直到80年代中期，此项节水措施尚处于起步阶段。80年代末，随着我国大部分城市水危机的频频出现和污水回用技术趋于成熟，污水回用的研究与实践才得以迅速发展。
      目前，中水回用和污水集中处理回用是我国比较成熟的技术[4，7-9]。办公楼、宾馆、饭店和生活小区等较为集中排放的污水就地净化后回用于冲厕、洗车、消防绿地等杂用水，通常称其为“中水”。中水回用已在青岛、北京、太原、天津、深圳、上海、大连等城市应用并已见成效。二级处理出水经深度处理后再供给工业生产和城市生活作低质用水是污水资源化的另一种形式，这种集中处理回用方式已在我国许多城市实施，取得了良好的效果。实践表明，污水回用措施既节水又能减轻环境污染，环境、经济和社会效益都非常显著。
  2 我国污水农业利(回)用及其存在的问题
  2．1 概况
      污水回用的最主要途径是农田灌溉。污水灌溉农田(污灌)有较长的历史，在19世纪末期曾作为污水处理的重要手段；以后在欧美国家，污水量大大增加，以致河流不堪重荷，同时也缺乏足够的土地去排放污水，于是出现了污水处理厂。
      城市污水是农业用水的补充水源之一，其中含有农作物所需的养分(表1)。但是，随着工业特别是化工、冶金工业的迅速发展，工业废水所占的比重越来越大，加上缺乏严格的预处理，以致于污水中含有不少重金属和难降解的有机物质对土壤、农作物和地下水造成严重的污染。如果加强对工业污染源的控制，将城市污水经二级处理后，回用于农业也是十分有利的。我国北京高碑店污水处理厂每天处理50万m3污水，二级出水中30万m3用于农田灌溉，20万m3回用于工业[4]。
  
      我国利用生活污水和人畜粪尿灌溉农田的历史悠久，作为有组织的领导和研究污水灌溉始于1957年，1958年召开全国第一次污水灌溉农田会议，1959年召开全国工业废水处理和污水综合治理会议，确定了“变有害为无害、充分利用”的原则。之后，北京、天津、西安、抚顺、石家庄等城市先开辟了大型污水灌区。1961年我国第一个《污水灌溉农田卫生管理试行办法》颁布实施；1979年试行《农田灌溉水质标准》(TJ 24-79)，1992年正式颁布《农田灌溉水水质标准》(GB 5084-92)，进一步规范了污水灌溉的发展[2]。2．2 发展
      污水灌溉的发展过程，主要随着工业及城市废污水排放量的增加及农业水危机的加剧而变化，可划分为3个时期，即20世纪50年代的自发灌溉起步时期，60～70年代的迅速发展时期，80年代后的稳步发展时期(图1)。
  
      第一个时期，当时国内对环境问题认识不深，普遍认为污水灌溉既可为农业增加水肥资源，又可给工业废水找到出路，应当大力发展。由于当时废污水排放量也不大，到1963年污灌面积仅有63万亩，污灌对农村水环境的影响不明显。
      第二个时期，从60年代后期到70年代后期，由于废污水排放量的日益增多，以及农业用水的日渐紧张，许多大、中城市近郊和工矿区附近的农田越来越多地利用污水灌溉。1978年全国灌溉面积为500万亩，到1980年猛增到2000万亩。
      第三个时期，是从80年代开始，随着国民经济的快速增长，城市及工业废污水排放量迅猛增加，但环境问题逐步引起了社会的关注，人们普遍对污水灌溉造成的水、土、粮污染开始产生怀疑。污水灌溉面积增加速度没有象70年代那么快，到1998年发展到5427万亩，占全国总灌溉面积的7．3％[11]。这个时期由于污水灌溉总的面积大，加之管理工作跟不上，大部分废污水未经处理(特别是乡镇企业)直接用于灌溉，造成了部分农田严重污染，而且对农村水环境构成了威胁，特别是近年来水污染农田的事故不断发生。
      污水灌溉的农田主要集中在北方水资源严重短缺的海、辽、黄、淮四大流域，约占全国污水灌溉面积的85％。大型污灌区主要集中在北方大、中城市的近郊县，其中包括全国五大污水灌区的北京污灌区、天津武宝宁污灌区、辽宁沈抚污灌区、山西惠明污灌区及新疆石河子污灌区。
  2．3 问题
      改革开放以来，我国工农业发展较快，1999年污水排放量达401亿m3[12]，污水的水质发生明显的变化，水中污染物浓度增高，有毒有害的成份增加，再加上污水处理未能跟上，污水灌溉农田在局部地区出现污染。
  由于大量未经处理污水直接用于农田灌溉，水质超标、灌溉面积盲目发展，已经造成土壤、作物及地下水的严重污染。污水灌溉已成为我国农村水环境恶化的三大原因之一，直接危害着污灌区的饮水及食物安全。
  2．3．1 河道灌溉功能退化，在城市郊区大都变成污水排放的河道
      随着城市和工业的发展，河道的管理未纳入城市的规划，致使有些灌溉用水的河道变成城市污水和工业废水排放的河道，久而久之变成了名符其实的污水河，如山东的小青河、河北漳河的邯郸段，目前已变成污水河道，失去了灌溉的功能。有些清水灌区变成了污水灌区，如西安的丰惠灌区，邯郸的漳河灌区以及山东小青河沿岸的博兴灌区，现在均已成为污水灌区，污水未经处理直接灌溉农田，令人担扰。
  2．3．2 污水处理跟不上，污灌水质超标、农田污染增多
      目前污水灌溉存在的首要问题是灌溉水质超标。一是城市及工业废污水总体处理率低，排放水质超标，据统计1998年全国污水处理率不足30％[13]，大部分污水未经处理直接排放；二是污灌前普遍缺少必要的污水预处理措施。因此，导致许多农田受到污染，据1994年中国环境报报道：由于不适当的污水灌溉已使66万hm2(990多万亩)耕地受到重金属和有机化学物质污染。近年来，水污染农田的事故不断发生，1997年8月辽宁省昌图县四万亩水稻全部受水污染死亡，涉及到1．7万人口的生活[2]。
  2．3．3 污灌面积盲目发展，监控、管理体系不健全
      污水灌溉大都是农民自发的，农民在得不到清水的情况下，自发引用污水作为农业用水的水源，这在城市郊区最为突出。虽然国家颁布了《农田灌溉水质标准》，但由于污灌水质无人监督，灌溉部门没有按标准检验把关，导致污水灌溉面积的发展存在着严重的盲目性。污灌的作物大都为供食用的粮食和蔬菜，对农产品的残留也无检查制度。
  由于污水灌溉涉及环境、市政、水利和农业等部门，是一个多学科多部门的综合问题，但对各个部门来说属于边缘问题，可管可不管。因此，造成没有哪个部门问津此事，污水灌溉至今没有监督管理的主管部门。
  2．3．4 污水灌溉研究严重滞后
      从1974年第四次全国污水灌溉会议以来，由于水资源的短缺和污水排放量的迅速增加，全国污灌面积迅速扩大，污灌面积由1980年的2095万亩增加1991年的4600万亩，增加了1倍多。但因涉及面宽、多部门多学科交叉等原因，全国性的污水灌溉研究冷冷清清，目前全国污水灌溉的发展状况问题不清。尽管国家颁布了《农田灌溉水质标准》，但由于政府管理、部门监控、科学研究与技术指导等措施不配套，实际上没能执行，超标污水灌溉造成了农村水环境日益恶化，令人担忧。
  3 建议与对策
  
      我国经济正处于快速增长时期，在城市生活用水和工业用水不断增加的同时废污水排放量也将不断增加。根据国家经济实力，在近期内要大幅度提高废污水处理率十分困难。可以预测，在全国水资源日益短缺的今天，特别是北方地区污水灌溉将有增无减，污灌水质超标问题在近期内很难得到有效解决。
      目前这种大量未经处理污水直接用于农田灌溉的状况是以牺牲农村水环境为代价来保证粮食生产的，由此造成的污灌农田土壤和地下水污染，以及污染物质在农产品中残留，不仅危害了污灌区人民的饮水及食物安全，而且威胁着当今乃至21世纪全国16亿人口的食物安全。因此，一方面要利用污水保证和发展农业灌溉，增加粮食产量；另一方面又要保证污灌区饮水及食物安全。所以，关键是如何兴利除弊，科学适度地开展污水灌溉。
      在当前污水处理未能跟上的情况下，污水灌溉带来很多隐患。加强污水处理、控制污水水质、科学引导是我国污水灌溉当前的主要工作。
  3．1 尽快成立有关污灌管理的协调机构
  污水灌溉问题牵涉水利、农业与城建、环保等部门，城市污水排放属于城建、环保部门管理，而污水灌溉利用属于水利部门，污水灌溉对土壤和作物的效应则又属于农业部门管理，因而形成了污水灌溉既多头管理又无人管理的局面，尽快成立有关污水管理的协调机构是污水灌溉的首要条件。
  3．2 水质污染的危害已涉及到农业生产区，水利与农业部门要加强水质监测体系
      水质和农业是密切相关的，如果不考虑水质的好坏，即使再好的栽培技术也很难实现农业丰收，搞不好还会减产。目前水污染已影响到城市饮用水和工业用水，同样也影响到农业。有一些灌溉年限长的污灌区已经报废，如沈阳张土灌区有3万亩土地已经污染，不能种植农作物，农田报废改作它用。另外，一些大城市的郊区，如北京、天津、上海也有相当部分农田和菜园实行污水灌溉，这将直接威胁着城市农副产品的供应。针对上述情况，水利与农业部门应加强水质监测体系，控制水污染对农业的危害。
  3．3 全面调查，科学规划，严格控制废水污水超标排放
      为了弄清全国污水灌溉的实际状况，先需要对污灌水源、水质、污灌面积、灌溉作物及污水灌溉方式等进行一次全国性的调查摸底。在此基础上，进行科学规划，从总体上保证污灌区水、土环境平衡。与此同时，有关部门严格控制城市的工业废污水超标排放，严格执行国家颁布的《农田灌溉水质标准》，从源头抓起。
  3．4 大力推行灌溉污水预处理技术
      在正确选择污灌水源，大力提高废污水达标处理率的基础上，污灌区应根据污灌水质状况，大力推行一些简便易行、经济可行的污水预处理技术。氧化塘或氧化沟处理法、污水土地处理技术、污水生态处理系统等污水预处理技术已经成熟，其推广应用可有效地减轻原生污水或只经过一级处理污水对土壤及作物的危害。EM技术对污水中有机物的降解效果也较好。
  3．5 全面开展污水灌溉技术研究
      重点研究污灌对土壤肥力、作物生理生化、农产品品质和产量以及地下水的影响，研究不同类型污水，不同灌溉定额条件下的土壤肥力变化、作物生长发育状况、作物产量及品质的变化；研究不同土壤一植物系统对污水中有机物及主要有害物质的安全承受量，为科学制定不同类型土壤—植物系统的污灌定额及污灌水质标准提供依据；在综合应用上述研究成果的基础上，提出不同污水类型、不同土壤条件下主要农作物的污灌方式、次数、最佳灌溉时间及灌溉定额，实现科学适度的污水灌溉。
  3．6 建立健全污水灌溉的规范化管理体系
      建立污灌区水、土环境评价指标体系及监测信息系统。本着简便易行的原则研究确定污灌农田地下水及土壤环境评价指标，并以水利系统为基础建立污灌区水、土环境监测体系和全国污灌区水环境信息网。

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白领算个屁，干环保工程才洋气~