王珍    李久生

中國水利水電科學研究院

2019.1.28

    再生水，是指污水或雨水經(jīng)適當處理后，達到一定的水質(zhì)標準，滿足某種使用要求，可進行有益使用的水。從再生水的界定來看，其本身具備資源屬性，在水資源極其匱乏的今天，我們理應充分發(fā)揮其價值，使其更好的為人類社會發(fā)展服務。但是，由于再生水源于城市雨污水系統(tǒng)，公眾對使用再生水一直心存疑慮，也一定程度上限制了其廣泛應用。本文將圍繞公眾最為關(guān)心的幾個再生水灌溉方面的問題進行討論，介紹相關(guān)知識及最新研究成果。

　　灌溉農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的支柱和糧食安全的保障。近年來我國的水資源量持續(xù)減少，但農(nóng)業(yè)作為用水大戶，占總用水量的比例一直維持在60%以上（中國水資源公報，2011~2017），現(xiàn)階段對農(nóng)業(yè)節(jié)水和高效用水的要求更加迫切。2012年FAO出版的38號水報告《Coping with water scarcity: An action framework for agriculture and food security》指出，在水資源日益緊缺的形勢下，再生水可在農(nóng)業(yè)灌溉中發(fā)揮更為重要的作用。再生水水源穩(wěn)定、供給可靠，截至2016年，我國水務系統(tǒng)污水處理廠已達4700座，年污水處理總量485億m3，是農(nóng)業(yè)用水總量的12.8%（全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報，2016），發(fā)展再生水灌溉將明顯緩解我國水資源供需矛盾，對保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、實現(xiàn)灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

　　在世界范圍內(nèi)，城市污水回用已有數(shù)百年歷史。但是，再生水的大量回用卻是現(xiàn)代污水處理技術(shù)快速發(fā)展帶來的結(jié)果。那么，在污水處理技術(shù)發(fā)展更早、處理水平更高的發(fā)達國家，再生水灌溉常見嗎？帶著這個問題，我們需要梳理一下再生水灌溉的發(fā)展歷史及各國發(fā)展情況。據(jù)文獻查證，再生水作為灌溉水源用于大面積農(nóng)田灌溉始于20世紀初的美國加利福尼亞州，那時美國經(jīng)濟水平快速發(fā)展、人口劇增，導致本就缺水的加州地區(qū)水資源更為緊張。隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展，再生水水質(zhì)得到了明顯改善，加州政府于1918年制定了世界上第一個有關(guān)再生水灌溉的水質(zhì)標準，用于規(guī)范再生水灌溉的健康發(fā)展。之后的數(shù)十年內(nèi)，加州一直是美國再生水灌溉的引領(lǐng)者，本世紀初該地區(qū)農(nóng)業(yè)和城市綠地灌溉再生水用量約占再生水回用總量的70%，為美國再生水灌溉技術(shù)發(fā)展水平居于世界前列發(fā)揮了重要作用。以色列是另一個再生水灌溉水平較高的代表國家。20世紀60年代，回用所有污水被以色列列為基本國策，截止1987年，以色列已實現(xiàn)100%生活污水和72%市政污水回用?，F(xiàn)階段，以色列近50%的再生水直接用于農(nóng)田灌溉。與美國和以色列類似，在發(fā)達國家，污水處理技術(shù)好，處理程度高，再生水利用往往經(jīng)過有關(guān)部門的科學指導，并在回用過程中重點考慮了公眾健康和污水處理技術(shù)的匹配，因此再生水灌溉的接受程度和利用率普遍較高，如在歐洲南部相對缺水地區(qū)，超過45%的再生水被用于農(nóng)業(yè)灌溉。

　　與發(fā)達國家相比，我國再生水灌溉的快速發(fā)展較晚，大約始于本世紀初。但是，我國污水灌溉卻也可以追溯至建國初期，至今也已有逾60年歷史。1957年，建工部、農(nóng)業(yè)部和衛(wèi)生部共同將城市污水回用列入國家研究專項課題，并開始計劃建設污水灌區(qū)。1957年至1972年，污水灌溉面積從17萬畝增長到140萬畝。當時，因灌溉面積較小，污水灌溉的環(huán)境效應并未得到重視。1972年，我國政府針對污水灌溉出臺了“積極謹慎”的國家戰(zhàn)略。之后，隨著改革開發(fā)城市化進程的加速，污水灌溉用水量和灌溉面積呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，從1979年到1995年，我國污水灌溉面積從495萬畝快速增加到5460萬畝，16年間增長了10倍。在此期間，污水灌溉的負面效應在部分灌區(qū)逐漸顯現(xiàn)，污水灌溉的安全性也開始引起人們注意，因此自1995年之后我國污水灌溉面積基本保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變化。

　　隨著公眾環(huán)保意識的提升，城市污水處理技術(shù)及程度在上世紀90年代末期快速提升。在2002年修訂的《中華人民共和國水法》中，明確指出鼓勵使用再生水，并要提高再生水利用率。在此背景下，城市污水處理率得到快速提升，使用原污水或初級處理污水進行灌溉逐漸被使用再生水替代。北京作為我國的首都，在再生水回用方面一直走在全國前列。據(jù)北京市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，在1999年之前，城市污水處理能力和日處理量相對平穩(wěn)。但是，從1999年到2014年，北京市污水處理能力從59萬立方米/天增加到了425萬立方米/天。2014年，污水處理率（污水處理量與污水排放量比值）達到86%，是1999年時的3.4倍。與此同時，再生水回用自2003年開始持續(xù)增加。從2003年到2014年期間，再生水回用率從38%增加到62%。據(jù)2014年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當年再生水回用量達到8.6億立方米，其中44%用于灌溉京郊的約60萬畝農(nóng)田。

　　據(jù)住建部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，自1991到2013年，我國城市污水處理率從15%增加到了89%，與之協(xié)同的是再生水回用量的快速增加。數(shù)據(jù)顯示，2013年我國再生水回用量達到了35億立方米。但是，我國再生水回用率平均水平仍呈現(xiàn)出較低水平，2006年到2013年再生水回用率僅從5%增加到了13%。再生水回用潛力仍然十分巨大。近期一項調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國再生水回用中灌溉、生態(tài)景觀用水、市政雜用、工業(yè)和回灌地下水分別占到總用水量的29%、34%、12%、23%和2%。我國再生水回用中用于灌溉的比例與多數(shù)發(fā)達國家相比仍有差距。

　　因城市污水中含有部分化學物質(zhì)和微生物，處理過的再生水中仍可能有所殘留，進而對環(huán)境和人類健康造成風險，因此，再生水回用安全性一直是人們關(guān)注的熱點。那么使用再生水進行灌溉安全嗎？

　　追本溯源，再生水灌溉是否安全首先在于所用再生水是否安全。按照處理工藝不同，再生水可以分類為一級再生水、二級再生水和三級再生水，分別對應于城市污水處理的一、二和三級處理。一級處理，主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，屬于二級處理的預處理，尚未達到排放或者回用標準；二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)（BOD和COD），去除率可達90%以上，處理后可達到排放標準；三級處理，進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。使用哪種水質(zhì)、不同類別再生水的水質(zhì)指標是關(guān)乎再生水灌溉安全的關(guān)鍵。

　　為了規(guī)范使用再生水，許多國家都制定了相應標準規(guī)范以確保再生水使用的安全性。自1918年，美國加州政府頒布第一個再生水灌溉方面相關(guān)標準以來，再生水使用規(guī)范或標準隨著經(jīng)濟社會發(fā)展水平和人們安全意識的提升不斷改進。世界衛(wèi)生組織在1989年頒布了再生水灌溉水質(zhì)標準，將再生水中理化及生物指標（如電導率、鈉吸附比、總可溶物（TDS）、生物需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、總大腸菌群數(shù)（TC）、糞大腸菌群數(shù)（FC）等）納入再生水水質(zhì)指標范疇，并在標準制定時考慮了處理措施、灌溉系統(tǒng)、灌溉作物，因其考慮因素全面，被世界各國廣泛采納。在此基礎上，不少國家根據(jù)本國實際情況制定了與自身經(jīng)濟社會發(fā)展水平相匹配的標準。例如，在經(jīng)濟發(fā)展水平較高的美國，美國環(huán)保部就制定了更加嚴格的再生水灌溉水質(zhì)標準。以糞大腸菌群FC為例，美國標準中規(guī)定再生水灌溉用于可生食類食物時，水中不允許含有糞大腸菌群FC（WHO標準中規(guī)定值為≤1000 CFU/100 ml）。而在部分發(fā)展中國家，受限于經(jīng)濟發(fā)展水平及再生水處理水平，往往會制定低于WHO標準的水質(zhì)指標。我國在再生水灌溉大面積推廣之初，于2007年頒布了第一部再生水灌溉水質(zhì)標準《城市污水再生利用農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》（GB 20922-2007），到2010年又頒布了《城市污水再生水利用 綠地灌溉水質(zhì)》（GB/T 25499-2010）?？傮w來講，我國再生水灌溉水質(zhì)標準高于WHO標準，可以較好地保障未來我國再生水灌溉安全。但是，我國現(xiàn)行標準與美國環(huán)保部頒布標準仍有差距，例如我國再生水灌溉蔬菜作物中糞大腸菌群數(shù)含量上限為2000 CFU/100 ml，對于其他作物為4000 CFU/100 ml，遠高于美國標準中的0和200 CFU/100 ml標準。未來，充分結(jié)合我國發(fā)展水平，完善現(xiàn)行的再生水灌溉水質(zhì)標準仍是保證再生水安全灌溉的必要措施。

　　盡管有相應的水質(zhì)標準作為保障，我國民眾對再生水灌溉的疑慮并未消除。2014年環(huán)保部公布的土壤環(huán)境普查結(jié)果顯示，60%左右的污水灌區(qū)出現(xiàn)了不同程度的土壤污染，這進一步加劇了人們對再生水灌溉的擔憂。但是，稍加分析我們即可發(fā)現(xiàn)，因為現(xiàn)階段再生水灌區(qū)基本由原來的污灌區(qū)轉(zhuǎn)型而來，大部分民眾一直將“污水灌溉”和“再生水灌溉”混為一談，把由長期污水灌溉引發(fā)的部分地區(qū)環(huán)境污染問題直接歸咎于近年來的再生水灌溉上，這種誤區(qū)在我國廣泛存在。與此同時，再生水灌溉對土壤質(zhì)量、作物生長、地下水及公眾健康的影響一直以來都是國內(nèi)外研究的熱點。據(jù)不完全統(tǒng)計，超過80%的研究成果通過短期或長期試驗發(fā)現(xiàn)再生水灌溉并未對生態(tài)環(huán)境和公眾健康產(chǎn)生明顯不利影響，而少量研究發(fā)現(xiàn)的再生水灌溉不利影響也大都與灌溉水質(zhì)不符合使用標準有直接關(guān)系。相關(guān)方面研究在我國也已持續(xù)了近二十年，占絕對多數(shù)的積極研究結(jié)果有力證明了再生水灌溉的可行性。我們團隊的最新研究結(jié)果也表明，現(xiàn)階段京郊再生水灌區(qū)內(nèi)近20年的再生水灌溉并未對土壤環(huán)境及作物品質(zhì)產(chǎn)生不利影響，已有的部分區(qū)域土壤污染情況主要與灌區(qū)內(nèi)數(shù)十年的污水灌溉歷史相關(guān)。類似研究結(jié)果有助于減少公眾對再生水灌溉的擔憂，但是完全消除再生水灌溉方面的誤區(qū)仍有待科技工作者及政府推廣部門繼續(xù)努力。

　　再生水除具有水資源屬性之外，其中蘊藏著豐富的氮、磷、鉀和碳等營養(yǎng)元素。采用合理的水肥管理措施，可使其促進作物或綠地植物的生長；采用不合理的水肥管理措施，則可能加劇我國廣泛存在的農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀。為了能使再生水實現(xiàn)高效利用，我國研究者已針對不同作物、土壤條件進行了大量研究。我們團隊的最新研究成果定量表征了再生水中養(yǎng)分的有效性，制定了再生水灌溉條件下的最佳水肥管理措施，為高效利用再生水提供了借鑒。

　　除水肥管理措施以外，灌溉技術(shù)是決定再生水灌溉能否高效安全利用的另一重要因素。滴灌被認為是最適宜進行再生水灌溉的技術(shù)，與大水漫灌、畦灌、噴灌等其他灌溉方式相比，再生水滴灌的有利條件主要包括：1）水肥利用率高，降低了灌水定額，可減少再生水中有害物質(zhì)在環(huán)境及作物系統(tǒng)中的累積；2）再生水隨滴灌系統(tǒng)直接進入土壤，基本不會與作物和人體產(chǎn)生直接接觸，降低了再生水灌溉暴露風險。盡管再生水滴灌條件下，系統(tǒng)堵塞情況較清水灌溉嚴重，但據(jù)我們團隊最新研究表明，通過較低成本的加氯加酸處理+沖洗措施可有效保證再生水滴灌系統(tǒng)的長期運行安全。筆者認為，再生水滴灌技術(shù)是解決再生水灌溉潛在風險、降低民眾擔憂的一項重要舉措。

　　我國的再生水灌溉發(fā)展迅速、潛力巨大。國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要（2012—2020年）明確提出要大力提倡合理利用雨洪資源、微咸水和再生水。當前，在我國大力建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的形勢下，再生水灌溉的發(fā)展必須在節(jié)約淡水資源的同時，滿足增產(chǎn)增效、生態(tài)環(huán)保等綜合效益的要求。為此，繼續(xù)進行再生水灌溉理論與技術(shù)方面研究，為再生水灌溉標準的修訂提供依據(jù)，制定科學合理的再生水灌溉安全高效運行管理模式，對于實現(xiàn)再生水灌溉的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。