方先金 邵輝煌
北京市市政工程科學技術研究所

1．引言

　　水資源短缺是21世紀人類面臨的最為嚴峻的資源問題之一，全世界對水的需求每21年翻一翻。目前全世界只有1/4人口飲用到合乎標準的清潔水，1/3人口得不到安全用水。同時，隨著世界人口不斷增加，糧食需求量越來越大。嚴重的缺水形勢已對糧食安全供應帶來威脅。
　　我國是一個水資源貧乏的國家，人均蓄水量僅為世界平均水平的1/4。同時水資源在時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全年降水量主要集中在7、8、9三個月，使水資源短缺狀況更加嚴重。目前我國每年用水總量約6000億m³，其中農業用水占75.3％，工業用水占20.2％，城鎮生活用水占4.5％。全國每年缺水近400億m³，其中，農業缺水300億m³，因旱致災，年均減少糧食200多億kg；城市和工業缺水60億m³，影響工業產值2300多億元。2001年6月上旬旱情最為嚴重時，全國受旱面積達到4.2億畝，由于持續干旱，水源不足，造成城鄉人民生活用水緊張，有2198萬城鎮人口和3300萬農村人口及1450萬頭大牲畜發生飲水困難，許多水庫、河流出現從來沒有過的斷流和干枯。今后隨著人口的增長、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，據預測，我國用水高峰將在2030年前后出現，2030年我國人口將達到16億人，糧食總產量需達到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，可轉變成再生水，返回到水質要求較低的用戶，這種再生水完全可以滿足農業對于水質的要求，替換出等量的清潔水，相應地可增加城市和工業的供水能力。我國目前污水排放總量約為每年620億m³，若將這些污水進行收集再生作為農業用水，可基本解決我國農業缺水問題，從而保障我國糧食供用的安全性。

2．污水回用于農業的科學研究

　　再生水廣泛應用于農業灌溉已有幾個世紀的歷史，在未來若干年內，污水回用最多的部門仍將是農業。為了研究可靠的生產灌溉水的再生水處理系統，以確保公眾健康安全和農作物產量，美國加利福尼亞州于20世紀70和80年代進行了兩項里程碑式的研究：Pomona病毒研究和Monterey污水回用于農業的研究（MWRSA）。
　　Pomona病毒研究是由洛杉磯衛生部組織進行的，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。研究結果顯示，二級出水經直接過濾或活性炭吸附，后續適當的消毒，可以提供安全的出水，滿足向開放性娛樂儲水池排放的要求。Pomona病毒研究和Monterey污水回用于農業的研究（MWRSA）的結果均表明，廢水經三級處理和延時氯消毒，出水基本上沒有致病菌。由此得出一個重要結論：即使是生吃的農作物也能成功地利用再生水進行澆灌而對人體健康沒有不利影響。
　　1985年，世界衛生組織、聯合國環境規劃署、聯合國開發計劃署、國際廢物處置查詢中心在瑞士的Engelberg城聯合召開了一個污水處理與流行病專家會議，專門討論污水回用于農業的健康風險問題。會議得出結論：經過很好處理的再生水回用于農業對人體健康帶來的風險很小，以色列在Beer-Sheva附近的一個農場進行的滴灌實驗表明：相對而言，在噴灌條件下土壤表面的細菌量最多，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菌量最少。在地表面下敷管滴灌時，30cm土層深處細菌量最多。在噴灌田里，果實上的細菌量最多；在地表下滴灌田里，果實上的細菌量有限。地表面滴灌條件下監測到果實上的細菌量相對較少，這歸結于受陽光直接輻射使細菌迅速死亡。這些實驗說明，地表之下滴灌是發展污水回用于農業的一種很效的技術。但是，滴灌的推廣使用需要解決管道堵塞問題。
　　關于與健康有關的化學成分對于回用水水質的影響的評估，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，能夠確保土壤不會受到污染，通過防止土壤污染保護人類健康，可任意使用再生水灌溉農作物且生長出的作物不會含有有毒污染物。在這種情況下，經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格。

3．污水回用于農業的標準

　　美國加利福尼亞州1978年頒布《加利福尼亞州污水回收準則》，20世紀90年代進行了修改。加洲制定回用水標準的基本原則是：隨著人暴露于回用水機會的增加，廢水的處理要求和回用水的微生物指標要更加嚴格。如果利用再生水地表灌溉食用作物，準則對微生物指標的要求更高；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產品，準則規定必須采用深度回用水處理技術。
　　1987年，世界衛生組織在日內瓦召開了再生水回用于農業與養殖業有關健康影響問題的科學家小組會議，會議的報告公布于1989年。在這次會議上，專家組認為美國加州廢水回用準則過于嚴格，是不合理的。會議確認了1985年Engelberg會議的建議，制定了污水回用于農業與城市綠化的微生物建議標準。這個標準基于以下考慮：在發展中國家，健康風險主要與腸蟲疾病有關，將再生水回用于農業應大幅度地去除腸蟲；在溫和氣候條件下，只要土地費用合理，廢水穩定塘是一個較好的選擇，總停留時間8-10天，可以達到去除腸蟲的目的。
　　我國己于1992年制定了《農田灌溉水質標準》（GB5084-92），對重金屬、含鹽量和有機污染物的水質指標進行了規定。我國的水質標準要求對有機污染物規定較細，這是與我國目前廢水處理水平相關。

4．污水回用于農業的幾個問題

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，利用廢水的農學效益，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，將會大大降低污水處理成本。在這種情況下，再生水水質推薦值是土壤中污染物含量不會對人類產生有害作用的最大允許濃度，它可通過計算污染物經谷物、蔬菜、根/莖和水果等的生長吸收和食物鏈轉移而推導出來。在作物灌溉中，再生水中的污染物對人的危害有多種傳輸途徑。通過定義污染物的暴露途徑、傳輸速率和數量，從而確定再生水的最大允許污染物濃度。為了使法規全面，必須鑒定廢水中任何一種可能有毒有害的成分，并跟蹤其整個暴露途徑。制定利用再生水灌溉農作物時與人類健康有關的化學物質標準應考慮土壤稀釋、同化污染物的能力。這種方法的優點在于能夠制定一個通用標準，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mg/l，通常在100µg/l以下。這些微量元素對植物與動物都十分重要，但如果濃度過高，會影響人類健康。在眾多的微量元素中，最令人關注的是含量較高的鎘、銅、鉬、鎳、和鋅。相對而言，人們對鎳、鋅的關注比對鎘、銅、鉬的關注要多，這是因為在比對動物（包括人類）有害濃度低的情況下，鎳與鋅對植物的不良影響即可觀察出來。然而，鎘、銅、鉬在對植物無影響的濃度情況下，可能對動物構成危害。銅對單胃動物無毒性，但對反芻動物是有毒的；當鉬含量增加時，這兩類動物對銅的耐受性會提高；在缺銅的情況下，鉬呈現出毒性。鎘之所以引起人們的特別關注是因為它能積累在食物中；但當含量低時，對反芻動物無不良影響；大多數奶類與牛肉不受鎘污染的影響，因為鎘積累在動物的肝腎之中，不會積累在脂肪或肌肉組織。
4.3 重視工業污水的預處理
　　事實上，污水回用以及水污染控制的指導原則是減少污染源。研究表明：如果工業污水經過必要的預處理之后再進入廢水收集系統，則污水處理廠的廢水中含有的污染物將相當少，經二級和三級處理后，出水可用于農作物灌溉而不受任何限制。如果工業廢水水源被不加控制地排入廢水系統，其未經處理或部分處理污水（甚至在再生水中）可能含有相當數量的化學污染物質，從而存在潛在的食物鏈污染問題。因此，應當重視工業廢水的預處理，在出水回用的污水處理廠必須控制廢水進入處理系統的污染物濃度，使進入廢水的污染物不超過所確定的上限，從而確保回用安全性。

5．小結

　　污水回用于農業對于缺水地區農業可持續發展和糧食安全保證十分重要，生活污水在經過合適的污水處理技術處理后，可完全滿足農業用水要求。但為了保證污水回用于農業的安全性，應當重視工業污水的預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的回用標準。在制定標準時，應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。