南红门灌区再生水利用安全性及环境影响分析

摘要：通过对南红门灌区再生水安全性分析以及环境影响分析, 探讨再生水是否能够达到灌溉用水标准, 替代灌溉水源, 缓解用水压力, 改变河道内外生态环境。

关键词：再生水 灌溉 分析

中图分类号X52 文献标志码A 文章编号1673 - 4637( 2007) 05 - 0021 - 04

城市再生水回用于农田灌溉在国外已有很长的历史, 规模也较大, 并取得了相当可观的经济效益与社会效益。美国、西欧、澳大利亚、日本、以色列等发达国家80%以上的城市污水都进行了再生利用, 再生水灌溉技术及管理法规等已基本成熟。目前, 我国的大连、青岛、太原、天津、淄博等城市都建有城市再生水回用工程, 将城市污水处理后回用于工业、农业、绿化和市政杂用等方面。

北京市南红门灌区再生水水资源丰富, 小红门污水处理厂、黄村污水处理厂农业可利用再生水资源为1 亿m3, 而目前的利用量仅为10%。大量再生水资源被排除境外, 建设南红门再生水灌区是实现水资源科学配置、水资源联合调度利用的重要途径, 同时也是缓解灌区当前水资源紧缺的必要措施。

1 南红门灌区农业利用再生水工程概况

1.1 南红门灌区概况

大兴区位于北京南郊, 地处东经116 °12 ′— 116 °43′, 北纬39 °26 ′— 39 °50 ′之间, 北与丰台、朝阳区相接, 西隔永定河与房山区、河北省涿州市、固安县相望, 东南与河北省廊坊市安次区相连。大兴区与北京市区相距20 余km, 素有“京南门户”之称, 是首都重要的粮、菜生产基地。

南红门灌区位于大兴区东北部, 是大兴区主要农副产品生产基地之一。灌区包括黄村镇、旧宫镇、瀛海镇、青云店镇、魏善庄镇、长子营镇、采育镇、安定镇, 面积485.2 km2, 属于永定河冲击平原, 区内总耕地面积2.73 万hm2, 原灌区控制灌溉面积2.02 万hm2。

1.2 南红门灌区工程任务

南红门灌区农业利用再生水工程任务为: 灌溉、排水和涵养地下水。即: ①通过建立人水和谐的灌排体系、高质量的水环境保护和生态建设体系、优化配置的水资源安全供给体系、统一高效的水管理体系等四大体系; ②通过疏挖、清淤、拓展和归顺渠道, 提高农业灌溉能力; ③通过再生水的利用, 从根本上缓解水资源紧缺和供需矛盾; ④通过补充涵养地下水,增加生态绿化和景观设施建设, 改善局地气候和环境条件, 最终实现“河水清、环境美”, 保障灌区农业的持续稳定发展。

1.3 南红门灌区工程范围

南红门灌区工程范围包括凉凤干渠、姜凤支渠、北野场灌区一支干、二支干、三支干、四支干、龙河灌渠。

小红门污水处理厂生产的再生水, 经861.53 m 的压力管道, 沿规划的庞殿村公路西行至凉凤灌渠,经消能后入凉凤灌渠, 沿凉凤干渠南下, 在桩号0 + 692.7 处与小龙河立体交叉, 由倒虹吸穿过小龙河,继续沿凉凤干渠南下, 在凉凤干渠桩号5 + 181.4 处有一分水闸( 即姜凤支渠进水闸) , 此闸已经建成。在桩号12 + 287.7 与黄村污水处理厂生产的再生水汇合, 在桩号12 + 984 与新凤河立交至北野场闸干渠, 与北野场灌区连接一起。

凉凤干渠总长13.067 km, 设计流量5.051 m3 / s;姜凤支渠全长7.34 km, 设计流量5.051 m3 / s; 二支干渠全长17.04 km, 设计流量2.64 m3 / s; 北野场干渠渠道总长8.2 km, 设计流量为6.0 m3 / s;三支干渠( 旱河) 全长14.6 km; 四支干渠( 岔河) 全长18.12 km; 大龙河工程范围内的渠道长度为7.81 km; 小龙河工程范围内的渠道长度为4.25 km。

2 再生水利用安全性分析

南红门灌区主要引用小红门( 30万t / d) 和黄村( 5 万t / d) 污水处理厂生产的再生水, 再将其利用时, 需对再生水利用安全性加以分析说明。

2.1 用于农业灌溉再生水水质可行性分析

再生水用于农业灌溉的实践已经成功应用了很长一段时间。美国、以色列、加拿大等发达国家广泛利用再生水灌溉公园绿地、粮食、饲料、苜蓿、蔬菜等农作物。国外再生水利用的成功实践表明, 再生水灌溉是再生水回用的主要形式。2002 年, 美国加利福尼亚州与佛罗里达再生水灌溉量占总再生水回用量的比例分别为69%和63%。

北京市水利科学研究所在开展国家“863”计划项目“再生水灌溉利用关键技术的研究与示范”与北京市重大科技攻关项目“北京市再生水灌溉利用示范研究”期间, 连续、定点监测北京市郊区、城区8 座污水处理厂二级出水水质, 得出再生水水质变化范围, 见表1。

我国于1992 年颁布了修改后的《农田灌溉水质标准》(GB5084 — 92) ,对农业灌溉取水水质指标与限值进行了详细规定。如表1 所示, 根据对《农田灌溉水质标准》( GB5084 —92) 水质指标的限值与实测值的比较得出, 再生水水质实测值均低于《农田灌溉水质标准》( GB5084 —92) 规定的限值, 可以用于农业灌溉。

根据实测值与《农田灌溉水质标准》( GB5084 —92) 相关限值的比较发现, 再生水能够符合《农田灌溉水质标准》(GB5084 — 92) 的有关指标限值要求。

2.2 再生水安全灌溉的保障措施

为推动再生水的安全利用, 需要加强工程的科学设计与规划, 加强工程管理, 提出一套科学合理的管理与措施, 建立长期监测与评价制度, 切实做到再生水的安全灌溉, 实现再生水资源的高效利用。

2.2.1 采取措施, 防止再生水二次污染

(1) 封堵南红门水闸至凉凤总干渠0 + 000 以上渠段, 防止凉水河污染水进入凉凤总干渠。

(2) 在凉凤总干渠穿越大有庄及赢海镇渠段两侧,堤外设网, 配合村镇垃圾站及截污管道建设, 防止再生水被污染和污水二次污染干渠。

(3) 为减少凉凤河、凤河对渠水的不利影响, 除渠水入河口外, 凉凤总干渠与上述河道原则采取立交。

2.2.2 采取合适的灌溉方式

采取再生水、地下水、雨洪水联合灌溉方式, 推广管灌、畦灌等地面灌溉方式或小管出流、滴灌等节水灌溉方式, 实施定额灌溉, 防止大水漫灌, 避免大水漫灌带来的作物减产、土壤盐化等负面影响。

2.2.3 制定科学的灌溉制度

结合南红门灌区的农业灌溉方式和作物结构, 根据需水高峰期的供水能力与灌区调蓄能力, 提出科学合理的灌水定额、灌溉次数与轮灌制度, 推动再生水资源的充分利用, 实现水源替代。

2.2.4 选择适宜的作物品种

从灌溉利用食品安全、卫生安全来考虑, 提出南红门灌区适宜再生水灌溉的作物类型。

(1) 优先推荐的灌溉对象: 棉花、芦苇、甜菜、树木原料类植物; 玉米、牧草等饲料类植物以及非接触性的乔、灌、草园林绿地。

(2) 推荐灌溉的农作物: 小麦、瓜类、果树、煮食的蔬菜等粮食与瓜果类植物。

(3) 不宜灌溉的植物品种: 洋葱、马铃薯、萝卜、花生等根茎类植物、生食的蔬菜及与人体密切接触的公园绿地。

2.2.5 利用生态预处理技术

为了进一步改善再生水水质, 提高再生水的适用范围, 可以利用自然湿地、河网、人工湿地、土地处理系统、坑塘系统等设施开展污水生态预处理技术,其优点是投资少, 工艺设施简单, 处理效果较好等。利用附近的坑塘、水洼等, 稍加改造, 建设生态预处理系统, 可以起到调蓄与改善水质的作用。

2.2.6 建立监测与评价网络

在南红门灌区主要污水处理厂, 建立长期监测点,保证污水处理出水按照国家标准排放, 在各个主要再生水灌区设立土壤、作物与地下水监测点, 建立监测网络, 长期监测再生水灌区土壤、作物与地下水质量的变化动态, 及时与供水、排水等相关部门沟通信息, 反馈灌水需求, 并且定期发布再生水灌溉公报。

3 再生水灌溉对环境影响分析

3.1 再生水灌溉对农作物产量与品质的影响

(1) 再生水灌溉条件下对小麦、玉米等粮食产量无显著影响, 再生水灌溉对试验蔬菜有显著的增产效果, 增幅范围在9%～52.7%之间, 平均增产23.8%。

(2) 再生水灌溉对粮食、蔬菜品质( 蛋白质、维生素、粗纤维、粗灰分、可溶性总糖等) 无显著影响;再生水灌溉条件下, 不同蔬菜硝态氮仅为相应标准值的0.5%～45%, 亚硝酸盐氮最高为0.084 mg/L, 远低于国家蔬菜卫生标准(GB15198 — 1994) 4.0 mg/L。

(3) 再生水灌溉条件下各种蔬菜的重金属含量均没有超过食品卫生标准, 与标准值相比, 平均要低1 ~ 3 个数量级, 各处理间无显著差异。

(4) 再生水灌溉对苜蓿出苗率、累积植株生长高度和累积干草产量总体无显著影响, 但是具有品种的特异性, 再生水灌溉显著增加四季旺干草产量, 对其他品种干草产量没有显著影响。

3.2 再生水灌溉对土壤与地下水的影响

(1) 北野厂污灌区( 1333.3 万hm2) 土壤盐性、土壤碱性没有显著变化, 表层土壤重金属平均含量均在Ⅰ类土壤质量标准范围之内。再生水灌溉条件下重金属输出量远大于输入量, 综合分析认为北京地区不会因再生水灌溉引起土壤重金属累积与作物重金属超标。

(2) 再生水灌溉对非饱和土壤水扩散率和饱和导水率的影响均与灌水通量有关, 对土壤渗透特性的影响较小, 会导致土壤有机质含量增加, 再生水灌溉条件下未发现土壤发生明显的次生盐渍化趋势。

(3) 北野厂灌区5 m 与12 m 土壤包气带对TN 与TP 具有显著的去除效果, 综合分析认为北京平原区再生水灌溉包气带弱透水层厚度达到6 ～8 m 以上可以有效防止浅层地下水污染。

3.3 再生水灌溉对大气环境的影响

凉凤渠整治完成后, 原有的的排污口将进入集污管线, 排入二级污水处理厂处理, 合格后排放到河道。根据整治目标, 河道中的水环境将逐步达到地表水环境Ⅳ类标准, 这样河道中产生异味的氨气、硫化氢气体将不复存在, 原有影响大气环境的污染因素将消失,对当地的大气环境不会产生任何不利影响。

3.4 再生水灌溉对地表水环境影响预测

污水处理厂出来的水, 经过处理排放河道, 经河道清淤后, 富含有机物的底泥被清除, 减少了底泥向水体中释放污染物的数量。项目完成后, 原有的排污口将会采取污水截流, 集中进入污水处理厂进行处理,所以不会对水体产生影响。河道疏浚后, 修建的闸坝将使河道形成梯级水面, 延长了水体停留时间, 扩大了空气和水的接触面积, 将有利于水体中污染物质的降解, 水环境自身状况将得到进一步改善。相应地,凉凤渠上段地表水环境的改善将减少下游的污染负荷,预计有利于改善其水环境。

3.5 再生水灌溉对生态环境影响预测

河道生态化设计工程在建设期间就着手培育湿生物种, 使其建成后就能迅速吸收和降解水体中污染物,达到较高的环境效益。项目完成后, 两岸的护岸林和岸坡的草皮将逐渐成熟起来, 赖以生存的鸟类、昆虫类物质也将逐步得到恢复、生长和成熟。渠道利用再生水后, 将形成一条带状水面, 有利于改善渠两岸当地的小气候, 完全符合灌溉、观赏等功能的要求, 形成自然、人文景观的和谐统一。

3.6 环境效益分析

通过对本项目建设的分析, 项目建成后将产生以下环境效益。

(1) 凉凤渠的疏浚清淤、河道疏通, 水体级别都将有不同程度的提高, 将会使得河道重新焕发生机, 鱼、虾、底栖动物等都可以繁衍生存, 因此项目的实施将产生很高的水环境效益, 河道内生态环境有所改观。

(2) 水环境的改善使得沿河两岸不再腥臭扑鼻,河岸将成为周边居民休息、纳凉的好去处, 周边居民的生活质量也将有明显的改善, 因此, 项目的实施将对周边产生良好的社会环境效益。

(3) 项目将沿河修建沥青公路, 并在合适的地方修建沿河绿化带、滨河花园、景观小品、亲水景区等,项目完成后, 输水渠将成为一道新的风景区。因此,项目的实施将产生较好的环境效益。

4 结语

实现再生水的广泛利用是缓解北京地区水资源危机的重要途径。南红门灌区再生水利用, 能够达到灌溉用水标准, 替代灌溉水源, 缓解用水压力, 补充河道生态用水, 改变河道内外生态环境, 对作物、地下水水质、土壤没有不良影响。利用再生水灌溉农田是对传统的挑战, 是一种新的尝试, 我们将密切关注灌区发展成果, 为北京地区再生水利用积累经验。

作者简介: 赵勇( 1979 — ) , 男, 助理工程师。

来源：《北京水务》2007.5