产品列表PRODUCTS LIST

首页 > 技术与支持 > 城市再生水用于农田灌溉的水质控制指标
城市再生水用于农田灌溉的水质控制指标
点击次数:6894 发布时间:2008-11-28

  摘要:结合国标《城市污水再生利用农田灌溉用水水质》的制定,探讨了我国城市污水再生回用于农田灌溉的基本控制指标的筛选及定值依据。确定的水质控制指标包括:生化需氧量、化学需氧量、悬浮物、溶解氧、游离余氯、挥发酚、las等一般化学指标;汞、镉、砷、铬(六价)和铅等毒理学指标;粪大肠菌群数和蛔虫卵数等卫生学指标。参考国内外相应标准,并结合我国再生水用于农田灌溉的实际情况,提出了各基本控制指标的zui大限值。
关键词:城市再生水;农田灌溉;基本控制指标

  在我国农业是用水大户,其用水量占全国总用水量的65%左右,水资源的短缺使得农业用水供需矛盾日益突出,农业生产缺水量达300×108 m3/a,受害面积约2×104 km2,为弥补水源的严重不足,利用污水灌溉的现象在我国极为普遍,尤其在北方地区,城市污水已经成为农业灌溉的一个主要水源。针对再生水回用于灌溉,国外发达国家和地区都出台了相关的水质标准或控制指标。
2003年国家标准化委员会开始制定《城市污水再生利用》系列标准,其中《城市污水再生利用农田灌溉用水水质》的制定(已通过国标委的审定,将于近期颁布)对于缓解我国农业用水紧张、保障农业生态健康和农产品质量安全、促进我国农业生产的可持续发展具有极其重要的意义。
1 城市再生水水质控制项目的确定
城市再生水农田灌溉水质控制指标的确定主要基于以下原则:一是采用达到该标准要求的城市再生水灌溉农田不会明显影响农作物的正常生长和产量;二是适时、适量灌溉不会对农产品、土壤肥力性状、理化性质及地下水造成不良影响;三是与国家城镇污水处理厂污染物排放标准和农田灌溉水质标准相衔接,并参考国内外标准中的控制指标;四是需考虑到不同作物对灌溉水质的要求。
再生水的水源主要包括生活污水、部分工业废水和截流的雨水,我国城市污水中生活污水约占51%,而工业废水约占49%,因此再生水中除含有常规污染物、重金属和溶解性盐类外,还含有各种难降解有机物、致病菌、病毒和某些寄生虫卵,如果不加控制地将城市污水随意灌溉,则势必引起农区环境质量恶化、农产品污染。
参考美国、fao、加拿大、日本、我国台湾等的灌溉水水质标准[1、2],并结合我国实际情况,确定城市再生水用于农田灌溉的水质控制指标包括:bod5、cod、ss、do、ph值、tds、氯化物、硫化物、游离余氯、石油类和挥发酚等11项一般化学指标:总汞、总镉、总砷、铬(六价)和铅等5项毒理学指标;粪大肠菌群数和蛔虫卵数等2项卫生学指标。
2 再生水灌溉农田水质指标限值的确定
  在确定水质指标限值时,除参照国内外标准外,还对其中部分指标进行了水培、土培、盆栽试验。
2.1 一般化学指标
2.1.1 bod5
  若再生水中含有过多的有机物则易引起喷头堵塞和磨损,还会导致土壤渗透能力变差,高浓度有机物会抑制光合作用和酶的活性,影响作物细胞膜的功能,干涉作物对水分的吸收,导致作物生长受阻。
① 国内外标准限值
  世界各国对于bod5的规定均不相同:美国回用于农作物的水质控制指标要求:bod5<30 mg/l;前苏联 规定bod5控制值为75~100 mg/l;以色列污水灌溉标准规定用于棉花、谷物、干饲料、森林灌溉时bod5<60 mg/l,用于青饲料、花生、柑桔、香蕉、干果灌溉时bod5<45 mg/l,用于非生食蔬菜灌溉时bod5<35 mg/l,用于可生食蔬菜灌溉时bod5<15 mg/l[3];我国污水排放标准要求排入农业用水区的污水bod5<60 mg/l,污水处理厂污染物排放标准规定处理后排入农业用水区的污水bod5<(30~60)mg/l,农田灌溉水质标准规定灌溉水作、旱作、非生食蔬菜、可生食蔬菜时的bod5限值分别为<60、<100、<40、<15 mg/l[4]。
② 试验
试验用水:将150 mg葡萄糖和150 mg谷氨酸溶于1l纯净水中,其bod5浓度为200 mg/l,试验梯度为50、100、150和200 mg/l并以清水试验为对照组。
a. 旱作作物。水培试验表明,当试验用水bod5<100 mg/l时小麦生长与对照组并无差异。当bod5>150 mg/l时,根的生长短而稀,每株根质量和茎叶质量都低于对照组。
b. 水作作物。水稻苗期试验(土培)表明,当bod5>100 mg/l时水稻根的生长均比对照组差,水稻盆栽试验则表明,其产量均低于对照组,bod5为80 mg/l时水稻产量约下降12.2%。
c. 蔬菜。水培试验表明,黄瓜和萝卜苗对bod5比较敏感,bod5浓度为100 mg/l时就已表现出苗根变短、变少,植株矮小。
d. 对地下水的影响。土柱试验表明,用bod5<300 mg/l的试验水灌溉农作物时不会对1 m以下的地下水产生污染。
  由于我国城市再生水水质比较复杂,因此应对再生水水质从严要求。综合国内外标准和试验结果。确定再生水用于纤维作物、旱地谷物、水田谷物、非生食露地蔬菜灌溉时的bod5限值分别为<100、<80、<60、<40 mg/l。
2.1.2 cod
  灌溉水中的cod含量也会直接影响到农作物的生长与结实,小麦的水培、土培及盆栽试验表明,其株高、穗长、平均分蘖数均随cod的升高而下降、变劣,且cod浓度较高时会造成小麦的不同程度减产[5]。
① 国内外标准限值
  前苏联提出灌溉旱作时的cod标准为200~300 mg/l;日本提出水稻灌溉水的codmn标准为8mg/l;我国农灌水质标准规定用于水田、旱作、蔬菜灌溉时的cod限值分别为<150、<200、<100 mg/l,污水综合排放标准规定排入农业用水区的污水cod<150 mg/l,污水处理厂污染物排放标准规定排入农业用水区的污水cod<(100~120)mg/l。
② 试验
  试验用水取自天津南排污河污水出口,cod平均值为450 mg/l,以其为zui高浓度设置了5个浓度梯度,以清水灌溉试验为对照组。
a. 旱作作物。小麦的水培、土培及盆栽试验表明,株高、穗长、平均分蘖数均随试验用水中cod的升高而下降、变劣,cod>300 mg/l时产量明显下降。
b. 水作作物。水稻的水培、土培及盆栽试验表明,在水培条件下水稻秧苗长势要好于对照组,而在土培条件下对水稻没有明显影响,但cod>270mg/l时水稻产量低于对照组。
c. 蔬菜。对萝卜、黄瓜苗期的水培试验表明,污水组的幼苗根系生长均比对照组差,即cod浓度的升高对蔬菜幼苗的生长不利。
d. 对地下水的影响。1 m土柱的渗滤试验表明,灌溉用水中cod>300 mg/l时渗入到地下的水中cod>15 mg/l。
  由于我国城市污水有机物成分复杂,因此应当严格控制再生水灌溉农田的cod指标,综合国内外的研究成果和我国目前的污水处理水平,确定再生水用于纤维作物、旱地谷物、非生食蔬菜灌溉时的cod限值分别为<200、<180、<100 mg/l。
2.1.3 ss
  再生水中的悬浮固体过多易造成土壤板结,使土壤呈厌氧状态,导致幼小植株和幼苗死亡。美国规定回用水用于不需商业加工的农作物时ss<30mg/l;日本规定农业用河流水ss<100 mg/l;我国污水综合排放标准规定排入农业用水区的污水ss<200 mg/l,城镇污水处理污染物排放标准规定排入农业用水区的污水ss为30~50 mg/l。
根据盆栽、土培和水培试验结果,ss>400 mg/l时对小麦生长有抑制作用;ss>100 mg/l时对萝卜、黄瓜的生长有抑制作用;土柱试验表明,当污水中ss>200 mg/l时,即可在土壤地下水中检出ss。
综上所述,确定我国城市再生水用于纤维作物、旱地谷物、水田谷物、露地蔬菜灌溉时的ss限值分别为<100、<90、<80、<60 mg/l。
2.1.4 do
  灌溉水中缺氧时,易使土壤处于还原状态而产生有机酸和硫化氢,抑制作物根系对氧气的吸收,造成作物减产或农产品质量下降。以色列污水灌溉标准要求do>0.5 mg/l,马来西亚农业用水标准规定do>0.2 mg/l,日本农业用水水质标准规定用于水稻的河流水do>2 mg/l,美国科罗拉多州农用水标准规定do>3 mg/l,我国地表水环境质量标准规定农业用水区的.do>2 mg/l[6]。综上所述,确定再生水用于水田和露地蔬菜灌溉时的do>0.5 mg/l。
2.1.5 ph值
  适宜农作物生长的ph值范围为6.0~7.5,当灌溉水的ph<5.5时则土壤中硝化细菌的硝化作用减弱,氮肥得不到充分释放,磷酸盐的肥效降低,钙镁等易遭淋失。同时在偏酸性条件下,土壤中的重金属毒物可溶性提高,易被蔬菜吸收。长期灌溉ph>8.5的水则氮肥易被氨化,对作物根系有抑制作用。前西德农田灌溉水质标准规定ph值为5.5~8.5,美国回用水水质标准规定农灌ph值为6~9;fao灌溉水质标准要求ph值为6.5~8.4;我国地表水环境质量v类标准(适于农业)要求ph值为6~9,我国农田灌溉水质标准规定ph值为5.5~8.5。综上所述,确定再生水灌溉农田的ph值限值为5.5~8.5。
2.1.6 tds
  美国灌溉水质指南要求农业灌溉水中tds<1 000 mg/l;约旦回用水质标准规定灌溉食用蔬菜时tds<2 000 mg/l;印度灌溉标准要求tds<2 100 mg/l;我国地下水质量标准规定用于农业的tds<2 000 mg/l[7]。综合国内外标准,确定城市再生水用于纤维作物、旱地谷物、水田谷物灌溉时tds<1 000 mg/l(在盐碱地区,<2 000 mg/l),用于露地蔬菜时tds<1 000 mg/l。
2.1.7 氯化物(以cl-计)和游离余氯(cl2)
  灌溉水中氯化物浓度过高会引起土壤中氯化物含量的增加,使植物生长处于明显的抑制状态。英国在规定灌溉水中氯化物的浓度限值时,考虑了季节灌溉需水量和作物对氯化物的敏感程度,其允许浓度范围为50~900 mg/l;美国规定为20 mg/l;日本规定为250 mg/l;我国地表水环境质量v类标准(适于农业)规定为250 mg/l。综合上述标准,确定城市再生水用于纤维作物和旱地谷物时氯化物<350 mg/l,用于水田谷物和露地蔬菜时氯化物<300mg/l。
约旦回用水标准规定灌溉食用蔬菜时水中余氯<0.5 mg/l;科威特回用水标准规定灌溉饲料、林地及蔬菜时水中余氯<1.0 mg/l;美国回用水标准规定灌溉农作物、果园及造林水中余氯<1.0 mg/l;以色列污水灌溉标准规定灌溉落叶果树、熟食的蔬菜、绿化带、球场时水中余氯<1.5 mg/l,灌溉任何农作物、生食蔬菜、公园、草地时余氯<0.5 mg/l。综合以上标准,确定用再生水灌溉纤维作物、旱地谷物、水田谷物、露地蔬菜时的余氯<1.5 mg/l。
2.1.8 硫化物
  灌溉水中含有硫化物会使土壤有臭味,试验结果显示,灌溉水中硫化物浓度达到5 mg/l时会对土壤和地下水造成污染,我国地表水环境质量v类标准(适于农业)规定硫化物含量<1.0 mg/l,由此确定用再生水灌溉农田时的硫化物限值为1.0 mg/l。
2.1.9 石油类
  长期灌溉含石油类的污水会导致土壤不同程度的矿物油积累,尤其是具有强致癌性毒物的苯并芘,极易随灌溉水进入田间而导致土壤污染。日本农业用水标准规定,在灌溉水中不能出现油膜;我国污水处理厂污染物排放标准规定排放到农业区的再生水中石油类<5 mg/l,污水综合排放标准规定排放到农业区的水中石油类<10 mg/l,地表水环境质量标准规定农业用水区的石油类<1.0 mg/l。综上所述,确定用再生水灌溉纤维作物、旱地谷物时石油类<10 mg/l,灌溉水田谷物时石油类<5.0 mg/l,灌溉露地蔬菜时石油类<1.5 mg/l。
2.1.10 挥发酚
  灌溉水中的高浓度酚(50~1 000 mg/l)可影响作物的正常生长和产量,甚至造成作物的死亡。各国标准对挥发酚的限值:日本为0.9 mg/l;前东德为40.0 mg/l;我国地表水环境质量标准v类(适于农业)为0.1mg/l,农田灌溉水质标准为1.0 mg/l。
考虑到挥发酚对作物的伤害和对地下水污染的潜在影响,确定用再生水灌溉农田时挥发酚限值为1.0mg/l。
2.1.11 阴离子表面活性剂(las)
  试验表明,农田灌溉水中的las含量对农作物的生长和发育能产生明显的影响。各国农田灌溉标准的las限值:日本为5.0 mg/l;东德为1 mg/l;我国污水处理厂污染物排放标准规定排放到农业区的再生水las为2.0~5.0 mg/l,污水综合排放标准规定排入农业区的水中las<10 mg/l,地表水环境质量标准规定农业区水中las<0.3 mg/l。
水稻土培试验表明,las>15 mg/l时水稻根部出现棕色斑点,茎叶生长受到影响;黄瓜和萝卜对las十分敏感,在las为5 mg/l时萝卜苗的根和苗就出现受阻现象,在las为8 mg/l时黄瓜苗生长受阻,las>10 mg/l时根出现老化;1 m土柱试验表明,las含量为20 mg/l的污水经过红壤土和褐土后,出水las低于地表水环境质量标准限值。
综上所述,确定用再生水灌溉纤维作物和旱地谷物时las<8.0 mg/l,灌溉水田谷物和露地蔬菜时las<5.0 mg/l。
2.2 毒理学指标
  灌溉水中的重金属对作物的产量和品质都有明显的影响,各国对灌溉水中重金属的含量都有明确规定。
总汞:南澳大利亚规定为0.002 mg/l;美国规定为0.001 mg/l;我国地表水环境质量标准规定农业区为0.001 mg/l,污水污染物排放标准规定农业区为0.001 mg/l。试验表明,用含汞为0.1 mg/l的水灌溉时水稻糙米中汞的残留为0.28 mg/kg,用含汞为0.005 mg/l的水长期灌溉时可造成土壤中汞的积累。综合国内外标准和试验结果,确定用再生水灌溉农田时总汞限值为0.001mg/l。
总镉:联合国粮农组织推荐灌溉水中镉限值为0.01 mg/l;美国灌溉水标准规定长期灌溉为0.0lmg/l、短期灌溉为0.05 mg/l;我国污染物排放标准规定农业区为0.01 mg/l,地表水环境质量标准规定农业区为0.01 mg/l,地下水标准规定农业用水为0.01 mg/l,农田灌溉水质标准规定为0.01 mg/l。综合国内外标准,确定用再生水灌溉农田时镉限值为0.01 mg/l。
总砷:联合国粮农组织推荐灌溉水中砷限值为0.1 mg/l;美国科罗拉多州、内华达州和新墨西哥州规定为0.1 mg/l;加拿大、欧洲环保局和南澳大利亚规定为0.1 mg/l;我国城镇污水处理厂污染物排放标准和污水综合排放标准规定为0.1 mg/l,地表水环境质量标准和地下水质量标准规定农业区为0.1mg/l,农田灌溉水质标准规定旱作灌溉为0.1mg/l、水作和蔬菜灌溉为0.05 mg/l。综合国内外标准,确定用再生水灌溉纤维及早作时砷限值为0.1mg/l,灌溉水田谷物和蔬菜时为0.05 mg/l。
铬(六价):联合国粮农组织推荐灌溉水中铬限值为0.1 mg/l;美国科罗拉多州、欧洲环保局规定为0.1 mg/l;我国污水综合排放标准规定为0.5mg/l,污水处理厂出水标准规定为0.05 mg/l,地表水环境标准、农田灌溉水质标准均规定为0.1 mg/l。综合国内外标准,确定再生水用于农田灌溉时铬(六价)含量<0.1 mg/l。
铅:联合国粮农组织推荐为5.0 mg/l;美国内华达州和新墨西哥州规定为5.0 mg/l;我国污水处理厂出水、污水综合排放标准规定为1.0 mg/l,地表水环境质量标准和地下水质量标准规定农业区为0.1 mg/l,农田灌溉水质标准规定为0.2 mg/l。综合以上标准,确定再生水用于农田灌溉时铅含量<0.2 mg/l。
2.3 卫生学指标
2.3.1 粪大肠菌群数
  联合国粮农组织规定可生食作物、运动场、公园灌溉水中大肠杆菌≤1000个/100 ml;以色列规定用污水灌溉时大肠杆菌<1000个/100 ml[8];美国农灌水质标准规定粪大肠菌群限量指标为4000个/100 ml(月均值);我国地表水环境质量v类标准(适于农业)规定为4000个/100 ml,农田灌溉水质标准中把蔬菜产地灌溉水中粪大肠菌群的浓度限值分为两类:对于加工、烹调及去皮类蔬菜定为2000个/100 ml,对于生食蔬菜定为1000个/100ml。综合国内外标准,确定用再生水灌溉纤维作物、旱地谷物和水田谷物时粪大肠菌群数<(4×104)个/l,灌溉露地蔬菜时<(2×104)个/l。
2.3.2 蛔虫卵数
  联合国粮农组织规定可生食和谷类作物的灌溉水中肠线虫≤1个/l;塞普路斯污灌水质标准规定人食用和饲料作物的灌溉水中肠线虫为0个/l;我国农田灌溉水质标准规定水作、旱作和熟食蔬菜的灌溉水中蛔虫卵<2个/l,生食蔬菜灌溉水中蛔虫卵<1个/l。综合以上标准,确定用再生水灌溉纤维作物、水旱田谷物及蔬菜时蛔虫卵<2个/l。
3 结语
  在此次城市再生水灌溉农田标准的制定过程中,除参照国内外同类标准外,还对部分指标值进行了水培、土培和盆栽试验予以确定。由于生食蔬菜对灌溉水质的要求较为严格,考虑到实际应用的难度,生食蔬菜的灌溉标准暂不列入该标准体系。除了所提到的17项基本控制指标外,城市再生水农田灌溉水质标准还包括13项选择性控制指标,应根据灌溉的实际情况和当地的经济发展水平进行选择性监测。

在线客服
手机
15163418899