張雨凝 薛勇

摘 要：北京市水資源極度緊缺。為解決農(nóng)業(yè)用水危機(jī)，再生水灌溉已成為解決北京市灌溉水源不足的一項(xiàng)有效舉措。然而再生水灌溉可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，包括重金屬超標(biāo)、氮素超標(biāo)、病原微生物、有機(jī)物污染等問題，影響土壤質(zhì)量，對農(nóng)作物安全造成威脅。針對以上問題，提出合理的應(yīng)對措施，助力再生水科學(xué)利用，保障北京農(nóng)產(chǎn)品安全。

關(guān)鍵詞：再生水回用;農(nóng)業(yè)灌溉;安全風(fēng)險(xiǎn);改善措施

文章編號：1004-7026（2020）21-0067-03? ? ? ? ?中國圖書分類號：X82? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1? ? 北京市水資源形勢

北京是一座有2 170.7萬常住人口的大都市（北京市統(tǒng)計(jì)局，2018），由于人口眾多，水資源人均占有量低，供需矛盾十分突出。2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，北京市人均水資源量為137.3 m3，僅為全國平均值的1/15，屬于極度缺水的城市[1-2]。

1.1? ? 降水特點(diǎn)

北京市大陸季風(fēng)氣候較為典型，屬于水資源量短缺地區(qū)。1999—2008年北京市年降水量相比于多年均值遞減18%，遭遇連續(xù)干旱年份，降水量僅473 mm。2009—2018年，北京市平均年降水量為581.9 mm。其中2012年降水量最大，達(dá)708 mm;2014年遭遇干旱，降水量最少，僅為439 mm。2017—2018年，北京市發(fā)生持續(xù)145 d的歷史最長無雨日。

1.2? ? 地理地形

永定河、潮白河、北運(yùn)河、拒馬河為北京境內(nèi)流經(jīng)的主要河流，多由西北部山地發(fā)源，向東南流經(jīng)崇山峻嶺，穿過平原地區(qū)，最后分別匯入渤海。

1.3? ? 供水情況

北京市供水水源主要是由地表水資源、地下水資源、南水北調(diào)水資源與再生水資源構(gòu)成的多水源綜合供水系統(tǒng)。

1.3.1? ? 地表水

由于降水量的遞減以及上游入境水的減少，北京市地表水資源量呈下降趨勢。全市多年地表水年可利用量為17.7億m3，但若考慮蒸發(fā)、滲漏、可利用程度等制約條件的影響，在偏枯年份下，地表水資源年可利用量則僅為3.8億m3。

1.3.2? ? 地下水

北京市重要水源地下水位由于嚴(yán)重開采呈現(xiàn)明顯降幅，相比于1980年，全市地下水埋深在2017年下降17.73 m。由于地下水位銳減使得城區(qū)部分平原地區(qū)地面出現(xiàn)大面積沉降，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京市在2017年地下漏斗面積高達(dá)660 km2，其中黑莊戶和金盞兩個(gè)位于朝陽區(qū)的區(qū)域地面沉降較為嚴(yán)重。

1.3.3? ? 外調(diào)水

為緩解嚴(yán)重缺水的形勢，北京市“南水北調(diào)”計(jì)劃已于2014年開啟。丹江口水庫每年從漢江通過南水北調(diào)的中線總干渠跨域調(diào)水，調(diào)度約10億m3水進(jìn)入北京市的團(tuán)城湖，再通過輸水支線調(diào)入北京市各配水站，送到千家萬戶。

1.3.4? ? 再生水

北京市再生水利用體系日趨完善。2018年，北京市全年用水量約為39.30億m3，再生水利用量約為10.76億m3。再生水是北京市水資源的重要組成部分，已經(jīng)廣泛運(yùn)用到農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)冷卻循環(huán)、市政雜用、城市綠地及河湖景觀等方面。2014年再生水利用量統(tǒng)計(jì)中，農(nóng)業(yè)利用1.24億m3，工業(yè)利用1.54億m3，市政雜用利用（園林綠化、道路澆灑、洗車和馬桶中水）0.42億m3，河湖補(bǔ)給修復(fù)等利用5.44億m3 [3]。

2? ? 北京市農(nóng)業(yè)灌溉再生水的應(yīng)用情況

2.1? ? 廢污水排放情況

總體而言，2010—2018年，北京市污水排放總量呈逐年上升趨勢。2010年，全市污水排放總量約為14.17億m3，污水處理率80%;到2018年全市各河道污水排放總量達(dá)到20.4億m3，污水處理率達(dá)93.4%，也就是說有19億m3左右的污水被消耗或利用。

2.2? ? 污水處理情況

近年來，北京市在污水處理方面取得較大進(jìn)步。截至2014年，全市處理再生水能力達(dá)425萬m3/d，運(yùn)行大中型污水處理廠50座。2016年，北京開啟槐房水廠的建設(shè)，日處理能力達(dá)60萬t，是亞洲最大全地下污水處理廠[4]?；狈俊⒍ǜＧf、高安屯等新建再生水廠的水質(zhì)處理工序?yàn)椤邦A(yù)處理+多段AAO+砂濾+脫色”，參考北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890—2012）的B標(biāo)準(zhǔn);北小河、清河、盧溝橋、酒仙橋、吳家村等由污水處理廠升級改造為再生水廠的水質(zhì)處理主要工序?yàn)椤吧餅V池+過濾+脫色”，水質(zhì)參考《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18918—2002）和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）[5]。

2.3? ? 再生水利用情況

2.3.1? ? 戰(zhàn)略意義

北京市生活剛性需水在南水北調(diào)中線工程通水后得到基本滿足，但仍未改變水資源“緊平衡”狀態(tài)，依舊遠(yuǎn)低于人均水資源量500 m3的國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。北京市總灌溉面積為23.19萬hm2，其中地下水灌溉面積占70%以上。由于地下水位不斷下降以及地表水源減少，導(dǎo)致河道斷流、水質(zhì)惡化、地面沉降等一系列生態(tài)環(huán)境問題不斷惡化。農(nóng)田灌溉利用再生水是解決北京市水資源緊缺措施之一，這項(xiàng)措施既可以實(shí)現(xiàn)水資源高效利用，也可實(shí)現(xiàn)降低污染和改善環(huán)境的環(huán)保目標(biāo)。有條件的地區(qū)應(yīng)鼓勵(lì)利用開發(fā)再生水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，對于緩解北京市水資源壓力具有重要意義。

2.3.2? ? 農(nóng)業(yè)灌溉利用現(xiàn)狀

再生水為北京地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉提供了大量水源。2010年北京全市再生水可利用量6.8億m3，其中農(nóng)業(yè)再生水利用量為3億m3。2014年北京市再生水利用量為8.64億m3，其中超過1/2的再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉。農(nóng)業(yè)灌溉的再生水必須嚴(yán)格滿足《城市污水再生利用? ? 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》（GB 20922—2007）標(biāo)準(zhǔn)。不同作物需求的水質(zhì)處理標(biāo)準(zhǔn)是不同的，旱地作物和纖維作物的灌溉要求經(jīng)過一級強(qiáng)化處理，露地蔬菜和水田谷物需要達(dá)到二級處理[6-7]。

北京市有4個(gè)縣區(qū)（大興、通州、房山、密云）采用再生水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，其中大興和通州采用再生水灌溉的耕地面積為3.73萬hm2，密云和房山再生水灌溉的耕地面積為0.14萬hm2。新河（通州區(qū)）和南紅門（大興區(qū)）兩個(gè)灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水源來自于高碑店、小紅門及黃村3個(gè)污水處理廠。除此之外，灌溉面積較大的順義區(qū)和平谷區(qū)新建污水處理設(shè)施，已作為開發(fā)對象被劃入挖掘再生水灌溉的潛力規(guī)劃名單。

3? ? 再生水灌溉的安全性風(fēng)險(xiǎn)

北京市再生水農(nóng)業(yè)灌溉意義重大，可有效緩解水資源短缺的現(xiàn)狀，然而再生水灌溉同樣存在安全隱患。

3.1? ? 對土壤以及地下水的影響

3.1.1? ? 重金屬超標(biāo)

再生水灌溉引起的土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。再生水由污水而來，若處理不當(dāng)，水體中很可能存在鎘（Cd）、銅（Cu）、汞（Hg）、鑷（Ni）、鉛（Pb）等超標(biāo)情況。再生水中超標(biāo)的重金屬流入土壤，被植被根系吸收并富集，對植被生長產(chǎn)生影響的同時(shí)，也會(huì)通過食物鏈影響人體健康，使農(nóng)產(chǎn)品存在安全隱患[8]。

3.1.2? ? 微生物病原污染

再生水經(jīng)過常規(guī)處理后，含有細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物以及寄生蟲等多種病原微生物，這些病原微生物可通過再生水灌溉進(jìn)入土壤。富集于土壤中的病原微生物持續(xù)生長繁殖，不僅污染地下水體，也會(huì)通過氣溶膠或粉塵污染大氣，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量以及人畜健康造成嚴(yán)重威脅。從衛(wèi)生學(xué)角度看，沙門氏菌病、瘧疾、蛔蟲、甲型肝炎等生物性傳染病主要由直接攝取被污染的水引起。

3.1.3? ? 土壤次生鹽堿化

再生水通常具有較高的含鹽量，其中的鹽分很難通過一級和二級處理去除。尤其是北京市降雨較少、空氣干燥、蒸發(fā)量較大且土壤排鹽效果差，利用再生水長期灌溉有可能會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分積累，進(jìn)而導(dǎo)致土壤會(huì)出現(xiàn)一定程度的鹽堿化。土壤鹽堿化會(huì)影響作物的正常生長，其影響主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。①溶質(zhì)勢影響作物水分的吸收，作物難以從土壤中吸收水分。②特殊離子的影響，如鈉害。③作物吸水以及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與傳輸減少，長期影響作物生長，造成減產(chǎn)。

3.1.4? ? 氮素超標(biāo)

由常規(guī)二級處理得到的再生水硝態(tài)氮含量通常為10 mg/L以上，含量較高。原劑量的化肥施用和再生水灌溉不當(dāng)會(huì)造成土壤中氮含量過高，造成氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素在植物內(nèi)部的平衡被破壞。氮含量過高會(huì)使植物果實(shí)質(zhì)量和產(chǎn)量下降，非果實(shí)部分快速生長。易遷移的硝態(tài)氮甚至可能進(jìn)入地下水，進(jìn)而引起地下水污染。

3.1.5? ? 有機(jī)污染物

有機(jī)污染物大多存在“三致”效應(yīng)和遺傳毒性，嚴(yán)重危害人體健康及環(huán)境。在污水處理過程中，阻燃劑、塑化劑、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等污水中的有機(jī)污染物大多因具有憎水性及低水溶解度而難以被完全去除。隨灌溉進(jìn)入土壤后，這些物質(zhì)吸附于土壤顆粒物并長期累積，對農(nóng)作物質(zhì)量造成一定影響。即使再生水中的持久性有機(jī)污染物含量較低，但由于其自身的污染特征以及種類多、數(shù)量大的特點(diǎn)，產(chǎn)生危害的風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。

3.2? ? 對農(nóng)產(chǎn)品安全的影響

在再生水氯消毒的灌溉安全性研究中發(fā)現(xiàn)，灌溉用水中的氯酸鹽含量（0.25～0.49 mg/L）雖低于飲用水允許最大殘留水平（0.70 mg/L），但用氯處理再生水依然會(huì)導(dǎo)致生菜中氯酸鹽的累積（0.34～0.56 mg/kg）。

污水灌溉對幼齡葡萄種植影響的結(jié)果表明，灌溉結(jié)束后土壤中的鈉含量有所升高，土壤中的多環(huán)芳烴濃度從363 μg/kg增加到374 μg/kg，二次處理廢水對葡萄品質(zhì)安全有負(fù)面作用。

對于再生水灌溉是否會(huì)引起農(nóng)作物微生物污染，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生水中大腸桿菌含量為126 CFU/mL時(shí)，食用未烹飪的再生水灌溉生菜，引起食用者患腹瀉的風(fēng)險(xiǎn)很低，相比噴灌（患腹瀉風(fēng)險(xiǎn)0.11%）、溝灌（患腹瀉風(fēng)險(xiǎn)0.001 1%）和地下灌溉（患腹瀉風(fēng)險(xiǎn)0.000 009%）導(dǎo)致食用人群患病的風(fēng)險(xiǎn)更低。

4? ? 再生水灌溉污染現(xiàn)狀

4.1? ? 重金屬污染情況

北京市東南郊農(nóng)田再生水灌溉量達(dá)0.64億m3/a，部分污灌地區(qū)同時(shí)存在污泥土地利用的歷史。有研究調(diào)查了該地經(jīng)土壤剖面和地下水中重金屬污染情況，其中涼水河灌區(qū)土壤中Cr（42 mg/kg）、Cu（35 mg/kg）、Hg（0.13 mg/kg）、Zn（81 mg/kg）為含量最高的4種重金屬，并具有顯著的重金屬累積情況，遠(yuǎn)大于全市土壤本底值。北野廠灌區(qū)土壤中Pb、Zn、Cu、Ni和As也呈現(xiàn)出一定程度的累積趨勢。該調(diào)查地重金屬主要在土壤表層累積，尚未導(dǎo)致地下水重金屬污染，并且向下層遷移的趨勢很小，導(dǎo)致地下水重金屬污染的可能性不大。

4.2? ? 有機(jī)污染物污染情況

調(diào)查北京城區(qū)、郊區(qū)污水處理廠的水質(zhì)情況發(fā)現(xiàn)，《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084）規(guī)定的5項(xiàng)有機(jī)污染控制性指標(biāo)中，石油類、苯、揮發(fā)酚、三氯乙醛和丙烯醛的含量均低于灌溉水標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)氯農(nóng)藥雖在5個(gè)污水處理廠的污水進(jìn)出水中檢出，但其檢出濃度均未超出國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中生活飲用水地表水源地所規(guī)定的最高上限。

4.3? ? 微生物污染情況

大多數(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地下水受再生水灌溉污染影響風(fēng)險(xiǎn)不大。存活時(shí)間不長、遷移能力較弱的大腸桿菌在土壤表層富集較多，因此對地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)程度較低;而一些存活及遷移能力較高的病原微生物，如賈地鞭毛蟲、沙門菌等，地下水監(jiān)測的數(shù)量很少。

5? ? 再生水灌溉治理措施和建議

5.1? ? 嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《城市污水再生利用? ? 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)是再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉必須滿足的條件。相關(guān)部門需強(qiáng)化對污水灌溉的科學(xué)指導(dǎo)，對監(jiān)控水質(zhì)基本控制項(xiàng)目和選擇控制項(xiàng)目及其指標(biāo)進(jìn)行宏觀控制，嚴(yán)格監(jiān)管其最大限值是否滿足相關(guān)規(guī)定。

5.2? ? 采用科學(xué)的灌溉方式

5.2.1? ? 中短期灌溉避免土壤重金屬富集

長期使用再生水灌溉可能會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬累積，甚至富集達(dá)到危害水平。而中短期內(nèi)的再生水灌溉引起土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)較小，且對土壤產(chǎn)生的影響也主要集中在20～40 cm土層。再生水灌溉承載力，需要依據(jù)再生水中污染物的含量來確定安全的再生水灌溉量閾值及年限。

5.2.2? ? 根據(jù)再生水的含氮量調(diào)整灌溉量

高含氮量是再生水灌溉的雙刃劍。作物生長離不開氮，施用化肥正是為其提供氮補(bǔ)充，但過量的氮會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)。因而再生水灌溉量的控制需根據(jù)其含氮量進(jìn)行調(diào)整，以避免作物營養(yǎng)失衡及潛在的污染地下水風(fēng)險(xiǎn)。美國加州的利用案例發(fā)現(xiàn)，再生水灌溉在無化肥施用的條件下可滿足一季作物生長的需求。

5.2.3? ? 灌溉分區(qū)，避免有害物質(zhì)遷移

再生水灌溉區(qū)要遠(yuǎn)離城市集中供水廠、地下水、地表水水源地、滲透性強(qiáng)的沖洪積扇頂部與河床河灘地帶，避免再生水中有害物質(zhì)遷移，污染地下水。對于這樣的地區(qū)，再生水灌溉應(yīng)當(dāng)利用管灌、滴灌、小管出流等局部灌溉方式或地面灌溉技術(shù)，減少再生水灌溉對水體的影響，避免污染物進(jìn)入地下水或大氣環(huán)境。

5.2.4? ? 再生水灌溉要根據(jù)作物分類

不同農(nóng)作物對有害物質(zhì)的富集程度不同，再生水灌溉對不同農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)影響也不相同;即使是同種農(nóng)作物，不同的器官對有害物質(zhì)的敏感性也不一樣。“北京再生水灌溉利用示范研究”項(xiàng)目中調(diào)查了再生水灌溉對小麥、玉米、蔬菜、苜蓿等11種作物的產(chǎn)量、營養(yǎng)成分（維生素C、粗蛋白、粗灰分、可溶性糖）以及重金屬等品質(zhì)指標(biāo)的影響規(guī)律，并結(jié)合不同指標(biāo)的影響度，對采用再生水進(jìn)行灌溉的適宜作物進(jìn)行分類。

（1）優(yōu)先推薦：原料類植物如蘆葦、甜菜等;飼料類植物如玉米、牧草等。

（2）一般推薦：熟食蔬菜及小麥。

（3）不宜灌溉：生食蔬菜及洋蔥、馬鈴薯、蘿卜、花生等根莖類植物。

再生水灌溉不僅要按照合理有序的作業(yè)方式進(jìn)行操作，而且需要科學(xué)灌溉方式以解決什么作物可以灌、什么時(shí)間灌、灌多少水等問題，從而保障食品以及環(huán)境的安全。再生水用于灌溉對于緩解北京市水資源壓力具有重要意義，然而再生水灌溉存在污染土壤及農(nóng)作物的潛在風(fēng)險(xiǎn)，影響農(nóng)作物安全與人體健康。因此必須加強(qiáng)對農(nóng)田回用再生水的長期監(jiān)測，制定更加嚴(yán)格的農(nóng)田回用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)北京的環(huán)境氣候特點(diǎn)、灌溉作物種類和土壤類型采用合適的灌溉方式。

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