王珍    李久生

中國水利水電科學研究院

2019.1.28

    再生水，是指污水或雨水經適當處理后，達到一定的水質標準，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，我們理應充分發揮其價值，使其更好的為人類社會發展服務。但是，由于再生水源于城市雨污水系統，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心的幾個再生水灌溉方面的問題進行討論，介紹相關知識及最新研究成果。

　　灌溉農業是我國農業的支柱和糧食安全的保障。近年來我國的水資源量持續減少，但農業作為用水大戶，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），現階段對農業節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，再生水可在農業灌溉中發揮更為重要的作用。再生水水源穩定、供給可靠，截至2016年，我國水務系統污水處理廠已達4700座，年污水處理總量485億m3，是農業用水總量的12.8%（全國水利發展統計公報，2016），發展再生水灌溉將明顯緩解我國水資源供需矛盾，對保障農業生產、實現灌溉農業的可持續發展具有重要的意義。

　　在世界范圍內，城市污水回用已有數百年歷史。但是，再生水的大量回用卻是現代污水處理技術快速發展帶來的結果。那么，在污水處理技術發展更早、處理水平更高的發達國家，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展歷史及各國發展情況。據文獻查證，再生水作為灌溉水源用于大面積農田灌溉始于20世紀初的美國加利福尼亞州，那時美國經濟水平快速發展、人口劇增，導致本就缺水的加州地區水資源更為緊張。隨著污水處理技術的發展，再生水水質得到了明顯改善，加州政府于1918年制定了世界上第一個有關再生水灌溉的水質標準，用于規范再生水灌溉的健康發展。之后的數十年內，加州一直是美國再生水灌溉的引領者，本世紀初該地區農業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發展水平居于世界前列發揮了重要作用。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100%生活污水和72%市政污水回用。現階段，以色列近50%的再生水直接用于農田灌溉。與美國和以色列類似，在發達國家，污水處理技術好，處理程度高，再生水利用往往經過有關部門的科學指導，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，超過45%的再生水被用于農業灌溉。

　　與發達國家相比，我國再生水灌溉的快速發展較晚，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、農業部和衛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。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”的國家戰略。之后，隨著改革開發城市化進程的加速，污水灌溉用水量和灌溉面積呈現井噴式發展。數據顯示，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逐漸顯現，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定，未出現明顯變化。

　　隨著公眾環保意識的提升，城市污水處理技術及程度在上世紀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。據北京市統計年鑒數據，在1999年之前，城市污水處理能力和日處理量相對平穩。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年開始持續增加。從2003年到2014年期間，再生水回用率從38%增加到62%。據2014年統計數據顯示，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60萬畝農田。

　　據住建部發布的數據顯示，自1991到2013年，我國城市污水處理率從15%增加到了89%，與之協同的是再生水回用量的快速增加。數據顯示，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。近期一項調查研究發現，我國再生水回用中灌溉、生態景觀用水、市政雜用、工業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發達國家相比仍有差距。

　　因城市污水中含有部分化學物質和微生物，處理過的再生水中仍可能有所殘留，進而對環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的固體污染物質，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的有機污染物質（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、氮和磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物等。使用哪種水質、不同類別再生水的水質指標是關乎再生水灌溉安全的關鍵。

　　為了規范使用再生水，許多國家都制定了相應標準規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標準以來，再生水使用規范或標準隨著經濟社會發展水平和人們安全意識的提升不斷改進。世界衛生組織在1989年頒布了再生水灌溉水質標準，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（TC）、糞大腸菌群數（FC）等）納入再生水水質指標范疇，并在標準制定時考慮了處理措施、灌溉系統、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，不少國家根據本國實際情況制定了與自身經濟社會發展水平相匹配的標準。例如，在經濟發展水平較高的美國，美國環保部就制定了更加嚴格的再生水灌溉水質標準。以糞大腸菌群FC為例，美國標準中規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標準中規定值為≤1000 CFU/100 ml）。而在部分發展中國家，受限于經濟發展水平及再生水處理水平，往往會制定低于WHO標準的水質指標。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標準《城市污水再生利用農田灌溉用水水質》（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》（GB/T 25499-2010）。總體來講，我國再生水灌溉水質標準高于WHO標準，可以較好地保障未來我國再生水灌溉安全。但是，我國現行標準與美國環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，充分結合我國發展水平，完善現行的再生水灌溉水質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年環保部公布的土壤環境普查結果顯示，60%左右的污水灌區出現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現，因為現階段再生水灌區基本由原來的污灌區轉型而來，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的部分地區環境污染問題直接歸咎于近年來的再生水灌溉上，這種誤區在我國廣泛存在。與此同時，再生水灌溉對土壤質量、作物生長、地下水及公眾健康的影響一直以來都是國內外研究的熱點。據不完全統計，超過80%的研究成果通過短期或長期試驗發現再生水灌溉并未對生態環境和公眾健康產生明顯不利影響，而少量研究發現的再生水灌溉不利影響也大都與灌溉水質不符合使用標準有直接關系。相關方面研究在我國也已持續了近二十年，占絕對多數的積極研究結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果也表明，現階段京郊再生水灌區內近20年的再生水灌溉并未對土壤環境及作物品質產生不利影響，已有的部分區域土壤污染情況主要與灌區內數十年的污水灌溉歷史相關。類似研究結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仍有待科技工作者及政府推廣部門繼續努力。

　　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業面源污染現狀。為了能使再生水實現高效利用，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，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在環境及作物系統中的累積；2）再生水隨滴灌系統直接進入土壤，基本不會與作物和人體產生直接接觸，降低了再生水灌溉暴露風險。盡管再生水滴灌條件下，系統堵塞情況較清水灌溉嚴重，但據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的長期運行安全。筆者認為，再生水滴灌技術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展迅速、潛力巨大。國家農業節水綱要（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約型、環境友好型現代農業的形勢下，再生水灌溉的發展必須在節約淡水資源的同時，滿足增產增效、生態環保等綜合效益的要求。為此，繼續進行再生水灌溉理論與技術方面研究，為再生水灌溉標準的修訂提供依據，制定科學合理的再生水灌溉安全高效運行管理模式，對于實現再生水灌溉的健康可持續發展具有重要的理論和現實意義。