方先金 邵輝煌
北京市市政工程科學(xué)技術(shù)研究所

1．引言

　　水資源短缺是21世紀(jì)人類面臨的最為嚴(yán)峻的資源問題之一，全世界對(duì)水的需求每21年翻一翻。目前全世界只有1/4人口飲用到合乎標(biāo)準(zhǔn)的清潔水，1/3人口得不到安全用水。同時(shí)，隨著世界人口不斷增加，糧食需求量越來越大。嚴(yán)重的缺水形勢(shì)已對(duì)糧食安全供應(yīng)帶來威脅。
　　我國是一個(gè)水資源貧乏的國家，人均蓄水量?jī)H為世界平均水平的1/4。同時(shí)水資源在時(shí)間和空間上的分布很不平衡，南方多北方少；在北方干旱半干旱地區(qū)全年降水量主要集中在7、8、9三個(gè)月，使水資源短缺狀況更加嚴(yán)重。目前我國每年用水總量約6000億m³，其中農(nóng)業(yè)用水占75.3％，工業(yè)用水占20.2％，城鎮(zhèn)生活用水占4.5％。全國每年缺水近400億m³，其中，農(nóng)業(yè)缺水300億m³，因旱致災(zāi)，年均減少糧食200多億kg；城市和工業(yè)缺水60億m³，影響工業(yè)產(chǎn)值2300多億元。2001年6月上旬旱情最為嚴(yán)重時(shí)，全國受旱面積達(dá)到4.2億畝，由于持續(xù)干旱，水源不足，造成城鄉(xiāng)人民生活用水緊張，有2198萬城鎮(zhèn)人口和3300萬農(nóng)村人口及1450萬頭大牲畜發(fā)生飲水困難，許多水庫、河流出現(xiàn)從來沒有過的斷流和干枯。今后隨著人口的增長(zhǎng)、生活水平的提高、城市化的加快，水資源供需矛盾將更加突出，據(jù)預(yù)測(cè)，我國用水高峰將在2030年前后出現(xiàn)，2030年我國人口將達(dá)到16億人，糧食總產(chǎn)量需達(dá)到7億噸，年用水總量為7000—8000億m³，全國每年缺水將在700億m³左右。
　　污水通過再生后可成為新的水資源。污水收集起來再生處理后，可轉(zhuǎn)變成再生水，返回到水質(zhì)要求較低的用戶，這種再生水完全可以滿足農(nóng)業(yè)對(duì)于水質(zhì)的要求，替換出等量的清潔水，相應(yīng)地可增加城市和工業(yè)的供水能力。我國目前污水排放總量約為每年620億m³，若將這些污水進(jìn)行收集再生作為農(nóng)業(yè)用水，可基本解決我國農(nóng)業(yè)缺水問題，從而保障我國糧食供用的安全性。

2．污水回用于農(nóng)業(yè)的科學(xué)研究

　　再生水廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉已有幾個(gè)世紀(jì)的歷史，在未來若干年內(nèi)，污水回用最多的部門仍將是農(nóng)業(yè)。為了研究可靠的生產(chǎn)灌溉水的再生水處理系統(tǒng)，以確保公眾健康安全和農(nóng)作物產(chǎn)量，美國加利福尼亞州于20世紀(jì)70和80年代進(jìn)行了兩項(xiàng)里程碑式的研究：Pomona病毒研究和Monterey污水回用于農(nóng)業(yè)的研究（MWRSA）。
　　Pomona病毒研究是由洛杉磯衛(wèi)生部組織進(jìn)行的，目的是確定將污水回用所帶來的水生疾病潛在威脅最小化所需處理的程度。研究結(jié)果顯示，二級(jí)出水經(jīng)直接過濾或活性炭吸附，后續(xù)適當(dāng)?shù)南荆梢蕴峁┌踩某鏊?，滿足向開放性娛樂儲(chǔ)水池排放的要求。Pomona病毒研究和Monterey污水回用于農(nóng)業(yè)的研究（MWRSA）的結(jié)果均表明，廢水經(jīng)三級(jí)處理和延時(shí)氯消毒，出水基本上沒有致病菌。由此得出一個(gè)重要結(jié)論：即使是生吃的農(nóng)作物也能成功地利用再生水進(jìn)行澆灌而對(duì)人體健康沒有不利影響。
　　1985年，世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署、國際廢物處置查詢中心在瑞士的Engelberg城聯(lián)合召開了一個(gè)污水處理與流行病專家會(huì)議，專門討論污水回用于農(nóng)業(yè)的健康風(fēng)險(xiǎn)問題。會(huì)議得出結(jié)論：經(jīng)過很好處理的再生水回用于農(nóng)業(yè)對(duì)人體健康帶來的風(fēng)險(xiǎn)很小，以色列在Beer-Sheva附近的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行的滴灌實(shí)驗(yàn)表明：相對(duì)而言，在噴灌條件下土壤表面的細(xì)菌量最多，在地表面敷管滴灌次之，在地表面之下敷管滴灌的條件下土壤表面的細(xì)菌量最少。在地表面下敷管滴灌時(shí)，30cm土層深處細(xì)菌量最多。在噴灌田里，果實(shí)上的細(xì)菌量最多；在地表下滴灌田里，果實(shí)上的細(xì)菌量有限。地表面滴灌條件下監(jiān)測(cè)到果實(shí)上的細(xì)菌量相對(duì)較少，這歸結(jié)于受陽光直接輻射使細(xì)菌迅速死亡。這些實(shí)驗(yàn)說明，地表之下滴灌是發(fā)展污水回用于農(nóng)業(yè)的一種很效的技術(shù)。但是，滴灌的推廣使用需要解決管道堵塞問題。
　　關(guān)于與健康有關(guān)的化學(xué)成分對(duì)于回用水水質(zhì)的影響的評(píng)估，通常要考慮到防止污染物在土壤中積累和土壤的同化、稀釋能力。不允許污染物在土壤中積累，能夠確保土壤不會(huì)受到污染，通過防止土壤污染保護(hù)人類健康，可任意使用再生水灌溉農(nóng)作物且生長(zhǎng)出的作物不會(huì)含有有毒污染物。在這種情況下，經(jīng)再生水輸入的污染物必須與通過地表徑流、滲透、大氣損失和作物吸收而輸出的污染物平衡；在這種情況下，允許輸入的污染物很少，再生水的污染物允許值要求必須十分嚴(yán)格。

3．污水回用于農(nóng)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)

　　美國加利福尼亞州1978年頒布《加利福尼亞州污水回收準(zhǔn)則》，20世紀(jì)90年代進(jìn)行了修改。加洲制定回用水標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是：隨著人暴露于回用水機(jī)會(huì)的增加，廢水的處理要求和回用水的微生物指標(biāo)要更加嚴(yán)格。如果利用再生水地表灌溉食用作物，準(zhǔn)則對(duì)微生物指標(biāo)的要求更高；如果是非限制性娛樂貯水（如游泳），或者利用再生水噴灌食用農(nóng)產(chǎn)品，準(zhǔn)則規(guī)定必須采用深度回用水處理技術(shù)。
　　1987年，世界衛(wèi)生組織在日內(nèi)瓦召開了再生水回用于農(nóng)業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)有關(guān)健康影響問題的科學(xué)家小組會(huì)議，會(huì)議的報(bào)告公布于1989年。在這次會(huì)議上，專家組認(rèn)為美國加州廢水回用準(zhǔn)則過于嚴(yán)格，是不合理的。會(huì)議確認(rèn)了1985年Engelberg會(huì)議的建議，制定了污水回用于農(nóng)業(yè)與城市綠化的微生物建議標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基于以下考慮：在發(fā)展中國家，健康風(fēng)險(xiǎn)主要與腸蟲疾病有關(guān)，將再生水回用于農(nóng)業(yè)應(yīng)大幅度地去除腸蟲；在溫和氣候條件下，只要土地費(fèi)用合理，廢水穩(wěn)定塘是一個(gè)較好的選擇，總停留時(shí)間8-10天，可以達(dá)到去除腸蟲的目的。
　　我國己于1992年制定了《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-92），對(duì)重金屬、含鹽量和有機(jī)污染物的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。我國的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)有機(jī)污染物規(guī)定較細(xì)，這是與我國目前廢水處理水平相關(guān)。

4．污水回用于農(nóng)業(yè)的幾個(gè)問題

4.1 充分考慮到土壤稀釋、同化污染物的能力
　　如果充分考慮到土壤稀釋、同化污染物的能力，利用廢水的農(nóng)學(xué)效益，控制污染物在土壤中的積累量底于有害于人體健康的程度，將會(huì)大大降低污水處理成本。在這種情況下，再生水水質(zhì)推薦值是土壤中污染物含量不會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生有害作用的最大允許濃度，它可通過計(jì)算污染物經(jīng)谷物、蔬菜、根/莖和水果等的生長(zhǎng)吸收和食物鏈轉(zhuǎn)移而推導(dǎo)出來。在作物灌溉中，再生水中的污染物對(duì)人的危害有多種傳輸途徑。通過定義污染物的暴露途徑、傳輸速率和數(shù)量，從而確定再生水的最大允許污染物濃度。為了使法規(guī)全面，必須鑒定廢水中任何一種可能有毒有害的成分，并跟蹤其整個(gè)暴露途徑。制定利用再生水灌溉農(nóng)作物時(shí)與人類健康有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮土壤稀釋、同化污染物的能力。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠制定一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，不管污染物的來源，只要再生中污染物的濃度不超過最大允許值，它的使用不會(huì)受到限制。
4.2 重視再生水中微量元素的濃度
　　再生水中微量元素的濃度不到幾個(gè)mg/l，通常在100µg/l以下。這些微量元素對(duì)植物與動(dòng)物都十分重要，但如果濃度過高，會(huì)影響人類健康。在眾多的微量元素中，最令人關(guān)注的是含量較高的鎘、銅、鉬、鎳、和鋅。相對(duì)而言，人們對(duì)鎳、鋅的關(guān)注比對(duì)鎘、銅、鉬的關(guān)注要多，這是因?yàn)樵诒葘?duì)動(dòng)物（包括人類）有害濃度低的情況下，鎳與鋅對(duì)植物的不良影響即可觀察出來。然而，鎘、銅、鉬在對(duì)植物無影響的濃度情況下，可能對(duì)動(dòng)物構(gòu)成危害。銅對(duì)單胃動(dòng)物無毒性，但對(duì)反芻動(dòng)物是有毒的；當(dāng)鉬含量增加時(shí)，這兩類動(dòng)物對(duì)銅的耐受性會(huì)提高；在缺銅的情況下，鉬呈現(xiàn)出毒性。鎘之所以引起人們的特別關(guān)注是因?yàn)樗芊e累在食物中；但當(dāng)含量低時(shí)，對(duì)反芻動(dòng)物無不良影響；大多數(shù)奶類與牛肉不受鎘污染的影響，因?yàn)殒k積累在動(dòng)物的肝腎之中，不會(huì)積累在脂肪或肌肉組織。
4.3 重視工業(yè)污水的預(yù)處理
　　事實(shí)上，污水回用以及水污染控制的指導(dǎo)原則是減少污染源。研究表明：如果工業(yè)污水經(jīng)過必要的預(yù)處理之后再進(jìn)入廢水收集系統(tǒng)，則污水處理廠的廢水中含有的污染物將相當(dāng)少，經(jīng)二級(jí)和三級(jí)處理后，出水可用于農(nóng)作物灌溉而不受任何限制。如果工業(yè)廢水水源被不加控制地排入廢水系統(tǒng)，其未經(jīng)處理或部分處理污水（甚至在再生水中）可能含有相當(dāng)數(shù)量的化學(xué)污染物質(zhì)，從而存在潛在的食物鏈污染問題。因此，應(yīng)當(dāng)重視工業(yè)廢水的預(yù)處理，在出水回用的污水處理廠必須控制廢水進(jìn)入處理系統(tǒng)的污染物濃度，使進(jìn)入廢水的污染物不超過所確定的上限，從而確?；赜冒踩?。

5．小結(jié)

　　污水回用于農(nóng)業(yè)對(duì)于缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食安全保證十分重要，生活污水在經(jīng)過合適的污水處理技術(shù)處理后，可完全滿足農(nóng)業(yè)用水要求。但為了保證污水回用于農(nóng)業(yè)的安全性，應(yīng)當(dāng)重視工業(yè)污水的預(yù)處理和控制再生水中的微量元素濃度，再生水必須滿足相應(yīng)的回用標(biāo)準(zhǔn)。在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)充分考慮到土壤稀釋、同化污染物的能力，降低污水處理成本。