（环境工程专业论文）再生水灌溉绿地水质指标限值的试验研究.pdf

中文摘要 本论文是国家8 6 3 课题“都市再生水灌溉绿地水质控制指标及安全性评价” 的一部分。城市绿地灌溉是再生水回用的主要途径之一。再生水灌溉绿地对草坪 草生长和公众健康的影响越来越受关注。本文通过茁期高羊茅、早熟禾的水培实 验与小型盆栽试验确定出再生水灌溉绿地的全盐量、氯化物、余氯和悬浮物这四 个关键指标的限值。文中亦分析了田间实验结果，并对两种草坪草在再生水胁迫 下的耐受能力进行了比较。考虑再生水回用安全性，对公共健康风险进行了初步 分析。为我国再生水灌溉绿地水质控制指标体系的制定提供理论和实验依据。 研究表明，早熟禾各项生理生化指标与再生水关键指标的浓度呈负相关。高 羊茅抗逆性在一定范围内有明显增强，表现为过氧化氢酶活性增加，其它生理生 化指标变化趋势均为负相关。再生水灌溉高羊茅的四个关键指标应满足：全盐量 1 9 0 0m g ，l ，氯化物 8 0 0m e t e ，余氯 1 0m g ，l ，悬浮物 3 0m g l l ：相应早熟 禾这四个关键指标应为：全盐量 1 5 0 0 m g ，l ，氯化物 5 0 0 m g l ，余氯 o 7 5 m g l 悬浮物 3 0m g l 。 田间实验结果显示，再生水灌溉对高羊茅生长有促进作用，但灌溉六个月后 的早熟禾受再生水盐度负面影响显著。对再生水胁迫的耐受力，高羊茅比早熟禾 有明显优势。再生水灌溉后土壤微生物检测结果表明，再生水灌溉对土壤微生物 有刺激生长的作用，细菌、真菌数相对原土明显增加。 再生水灌溉绿地的健康风险初步分析表明，再生水中的躯体毒物m n 和氨氮 的终生致癌风险总计在l o 数量级；二级水沙门氏菌感染概率在l o “数量级，与 美国国家环保局认可的风险阂值】0 4 相比可认为安全。 关键词：再生水，绿地灌溉，指标，高羊茅，早熟禾，影响，健康风险评价 a b s t r a c t t h i sr e s e a r c hi sap a r to fc h i n an a t i o n a l8 6 3p r o j e c t - - - w a t e rq u a l i t ya n ds a f e t y e v a l u a t i o no fu r b a nr e c l a i m e dw a s t e w a t e rf o rg r e e nl a n di r r i g a t i o n g r e e nl a n d i r r i g a t i o ni sam a i na s p e c to fr e c l a i m e dw a t e r e f f e c t so fr e c l a i m e dw a t e rf o rg r e e n l a n di r r i g a t i o no ng r o w t ho ft u r fg r a s s e sa n dp u b l i ch e a l t hb e c o m em o r ei m p o r t a n t f o u re s s e n t i a ll i m i t so fr e c l a i m e dw a t e r ：t o t a jd i s s o l v e ds o l i d s ( t d s ) c h l o r i d e s r e s i d u a lc h l o r i n ea n ds u s p e n d e ds o l i d s ( s s ) w e r ea c q u i r e db y h y d r o p o n i c sa n d p i n t s i z ep o t t e de x p e r i m e n t so fs e e d l i n gf e s t u c aa r u n d i n a c e a ( t f ) a n dp o a p r a t e n s 妇 ( k b g ) f i e l de x p e r i m e n tr e s u l t sa n dc a p a b i l i t i e so ft w ok i n d so ft u r fg r a s s e su n d e r r e c l a i m e dw a t e rs t r e s s e sw e r ea n a l y z e d c o n s i d e r i n gs a f e t yo fr e c l a i m e dw a s t e w a t e r , p r i m a r yp u b l i eh e a l t hr i s ka s s e s s m e n tw a sa l s oa n a l y z e d n l e s eo f f e r e dr e f e r e n c e st o t h ee s t a b l i s h m e n to fw a t e rq u a l i t y g u i d e l i n eo fr e c l a i m e dw a t e rf o rg r e e nl a n d i r r i g a t i o ni nc h i n a n e g a t i v ec o r r e l a t i o n sw e r eo b s e r v e db e t w e e np h y s i o l o g i c a l ，b i o c h e m i c a li n d e xo f k b ga n dt h ec o n c e n t r a t i o n so fe s s e n t i a lv a l u e so fr e c l a i m e dw a t e r t h ea d a p t i v e c a p a b i l i t yt os g e s s e so ft fi n c r e a s e dm a r k e d l yt oac e r t a i ne x t e n t n l ea c t i v i t yo f c a t a l a s eo ft fr e a c h e dp e a ku n d e rm e d i u mc o n c e n t r a t i o n w a t e rq u a l i t yo fr e c l a i m e d w a s t e w a t e rf o rt fi r r i g a t i o ns h o u l db em e tt ot h ef o l l o w i n gl i m i t s ：t d s 1 9 0 0 m g l c h l o r i d e s 8 0 0m l ，r e s i d u a lc h l o r i n e 1 0m g l ，s s 3 0r a g l ；f o rk b g ：t d s 15 0 0m d l ，c h l o r i d e s 5 0 0m g e l ，r e s i d u a lc h l o r i n e o 7 5 m g l ，s s 3 0m g l i nf i e l d e x p e r i m e n t s ，i r r i g a t i o nw i t hr e c l a i m e dw a s t e w a t e rb o o s t e dt h eg r o w t ho ft f h o w e v e r , t d so fr e c l a i m e dw a t e ra f f e c t e dk b gd i s t i n c t l ya f t e rs i x m o n t hi r r i g a t i o n u n d e r s t r e s s e s ，t fh a dn o t a b l ea d v a n t a g eo v e rk b qt h ea m o u n t so fs o i lb a c t e r i aa n df u n g i i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t ht h a to fo r i g i n a ls o i l , w h i c hs h o w e dt h a t r e c l a i m e dw a s t e w a t e rf o r g r e e nl a n di r r i g a t i o np r o m o t e dt h eg r o w t ho fs o i l m i c r o o r g a n i s m s a c c o r d i n gt ot h eh e a l t hr i s ka n a l y s i s ，t h et o t a ll i f e t i m ec a r c i n o g e n i cr i s ko fb o d y p o i s o nm na n dn h 3o fr e c l a i m e dw a s t e w a t e rw a sa b o u tl0 1 0 1 1 ”i n f e c t i o np r o b a b i l i t y o f s a l m o n e l l as p e c i e sw a sa b o u t1 0 一t h eh e a t hr i s k 】i m i tr a t i f i e db yu s e p ai s1 0 一 t h e r e f o r e ，r e c l a i m e dw a t e rf o rg r e e nl a n di r r i g a t i o ni nt h i sr e s e a r c hc o u l db es a f e k e yw o r d s ：r e c l a i m e dw a s t e w a t e r , g r e e nl a n di r r i g a t i o n ，i n d e x ， f e s t u c aa r u n d i n a c e a ，p o ap r a l e n s i s ，e f f e c t s ， h e a l t hr i s ka s s e s s l l e n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者虢小辅签字隰埘年，月7 夕同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘至有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤注盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 弘缃 签字目期：2 叮年月门日 导师签名 签字日期：矿拜f 月f ? 开 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 本论文是国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“北方半干旱都市绿地 灌溉区节水综合技术体系集成与示范( 北京，天津) ”的子课题“都市再生水灌 溉绿地水质控制指标及安全性评价( 项目编号：2 0 0 2 a a 2 2 4 2 8 1 儿) ”的一部分。 该子课题的主要研究目的是：提出我国再生水灌溉绿地的水质控制指标并做出相 应的环境影响评价；提出我国再生水灌溉绿地的技术规程与模式。 1 2 污水回用的国内外应用与研究状况 1 2 1 污水再生利用的意义 由于工农业发展、人口增加和水体污染加剧，全球水资源短缺成为制约经济 发展的重要因素。我国是世界上十三个贫水国之一，全国约有一半的城市缺水， 人均水资源仅为世界平均水平的1 4 ，且地域分布不均。我国不仅“资源型缺水” 严重，因为经济发展造成的“水质污染型缺水”在长三角、珠三角及渤海湾等经 济较发达地区日益突出。而城市污水具有水量大、水质稳定、供给可靠、相对远 距离输水和海水淡化经济等特点，为解决我国水资源短缺提供了有效途径。 国家正式颁布实施的污水回用设计规范对再生水已有明确的定义：再 生水( r e c l a i m e dw a t e r ，r e c y c l e dw a t e r ) 是指污水经适当再生处理后供作回用的 水。再生处理般指二级处理和深度处理，当二级处理出水满足特定回用要求、 并已回用对，二级处理出水也可称为再生水。再生水用于建筑物内杂用对也称为 中水。1 9 6 8 年南非建成世界第一座直接回用为饮用水的污水处理厂。污水处理 及回用技术较发达的美国、日本目前分别已有几百和上千座污水处理厂出水进行 回用。新加坡采用膜分离及紫外消毒技术生产的“n e ww a t e r ”可直接饮用或作 为水库补给水源。以色列、法国、意大利等国污水回用也很普及。我国正积极开 展城市废水再生与回用研究。按建设部规划，到2 0 1 0 年我国年城市排水量约为 6 x1 0 i o m 3 ，若平均回用率l o ，回用量约为8 1 0 6 l n 3 d ，可见城市污水回用将 为缓解水资源短缺做出巨大贡献1 2 j 。 近年来，我国城市绿地发展很快。大连市人均绿地面积达到8 5 平方米；上 天津大学硕十学位论文 第一章绪论 海要求绿化覆盖率超过3 5 ，人均公共绿地面积9 平方米；天津市要求2 0 0 4 年 底城区绿化覆盖率达到3 5 以上。绿地面积的增加势必造成城市生活、工业与 环境用水的矛盾加剧。我国是水资源严重短缺国家，若水资源优化配置不到位， 优水低用，忽视污水再生利用，势必造成水资源的极大浪费，解决这一问题的出 路之一就是充分利用城市再生水浇灌绿地。北京、天津、大连等诸多北方缺水城 市已尝试使用再生水灌溉街道、草坪和树木，但是我国城市再生水灌溉绿地的水 质控制标准方面仍处于研究和发展中。 1 2 2 国内再生水应用概况 北京的再生水设施建设走在全国前列，并第一个将再生水利用作为地方法规 正式颁布执行。已建成2 0 0 多座再生水设施，在建的还有1 0 0 多个。建成的设施 规模一般在5 0 3 0 0 m 3 d ，同污水再生利用总水量约2 4 万m 3 ，再生水运行成本 含设备折旧在2 元m 3 左右。为进一步加强再生水设施的建设，北京已经编制了 北京市再生水利用规划纲要，把再生水漫施建设纳入再生水利用规划。考虑城市 河湖环境和城市绿化用水的用水量比较大，用水点相对比较集中，且多分布于城 市外围地区，按照“先近后远、先易后难”的原则，将城市河湖环境和城市绿化 用水应用再生水列入重点规划。预计2 0 0 5 年回用率3 0 ，2 0 0 8 年实现5 0 i j 4 1 。 天津开发区再生水水源供水量拟定为：新水源一厂2 0 0 3 年绿化用水达到1 2 万吨日，预计2 0 1 0 年达1 8 万吨日；新水源二厂远期规模1 0 万m 3 d ，绿化 景观用水是初期的重点用户和方向。再生水灌溉包括绿地草皮、树木和花木。除 开发区绿化公司，其余七家试点用户都将再生水用于绿化景观，特别是华纳高尔 夫俱乐部已经全部采用再生水浇灌草皮绿地。因为天津开发区大多为盐碱化土 壤，需经过换土等土壤改良措施后土质才有很大改善，但土壤仍然呈碱性。新水 源厂采用反渗透( r o ) 技术，处理后的再生水呈偏酸性，p h 值一般在5 6 。偏 酸性再生水在偏碱性、盐碱化土地中采用，取得了好的效果。使用再生水浇灌的 花木，绿地和高等级高尔夫球场草皮普遍长势良好，至今尚未出现因水质引发的 事故。同时，反渗透水含盐量极低，对于盐碱化土壤改良也有很好的效果。但反 渗透技术成本高，使用需考虑经济性。2 0 1 0 年天津市再生水用量将达8 1 3 万吨， 利用率5 0 以上p ，。 另外，大连春柳河、傅家庄和马兰河污水处理厂；西安，青岛等地也有再生 水灌溉绿地的工程。可见，充分利用再生水灌溉绿地在我国有广阔的应用前景。 1 - 2 3 国外再生水应用概况 1 2 3 1 美国 天津大学硕士学位论文第一章绪论 美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上，处理率9 0 以上。j 9 2 0 年 亚利桑那州修建了第一个分质供水系统，用于浇灌绿地、冲厕、洗车、冷却水和 建筑以来，美国的城市污水再生利用已经从试验研究阶段进入生产应用阶段。美 国再生水利用的范围涉及农业、工业、地下水回灌和娱乐等方面，其中大致6 2 用于各种灌溉和景观。美国再生水利用的突出特点是集中处理回用，很少直接用 于城市生活杂用。再生水利用工程主要分布于水资源短缺，地下水严重超采的西 南部和中南部的加利福尼亚、亚利桑那、德克萨斯和佛罗里达等州。 美国回用水标准各州不一，且回用对象不同所制定的标准也不同，但标准都 很严格。加州执行2 2 号条例( t i t l e2 2 ) ，克罗拉多州执行8 4 号规范( r e g u l a r j 0 1 3 # 8 4 ) ，都详细规定了不同回用对象的分级回用水质标准。美国环保局( u s e p a ) 1 9 9 2 年提出了再生水回用导则，包括废水回用各个方面，回用处理工艺、水质 要求、监测项目与频率，安全距离和说明_ ”j 。 1 2 3 2 日本 早在上世纪8 0 年代中期，日本的城市污水回用量就已达6 3 1 0 。m 3 d 。双管 供水系统比较普遍，中水道的再生水一般用于冲洗厕所、浇灌城市绿地及消防。 中水道系统除采用传统的生物，物化处理外，近年来又开发出一种地下毛细管渗 滤系统，把污水处理与绿化结合起来。 在日本，城市污水集中处理回用和分散处理回用都大量存在，其最突出的特 点为：分散处理并回用于城市生活杂用的再生水所占的比例很大；独特的工业水 道技术。再生水4 1 用于工业，3 2 用于环境补给，8 用于农业灌溉。日本是个 工业国，再生水主要用于工业，近几年增加了环境用水，用于农灌的比例远小于 美国58 ，9 ，。 1 2 3 - 3 以色列 以色列长期缺水，故城市污水作为非传统的水资源加以开发利用是唯一的出 路。2 0 世纪6 0 年代，回用所有污水即被列为一项国策规定：废水如果没有用尽 不可海水淡化，城市每一滴水至少回用一次。污水再生的成本大约是海水谈化的 1 3 一】5 ，这种经济性使人们认识到必须优先利用污水。 以色列再生水利用最突出的特点是它已经把再生水作为国家水量平衡的重 要组成部分。4 6 的再生水直接回用于灌溉，3 3 3 回灌地下2 0 排a 河道供阐接 回用，其余的用于工业和城市杂用“i 。 1 2 4 城市再生水灌溉绿地国内外研究进展 1 2 4 1 再生水灌溉绿地对植物生长影响 再生水灌溉绿地首先应考虑其对景观绿地植物的影响。孙吉雄等人以草地早 天津大学硕士学位论文第一章绪论 熟禾、高羊茅、中华结缕草为供试草神进行研究，通过过氧化氢酶活性、细胞 膜透性、地下生物量等生物学和植物生理学指标，分别对再生水及自来水进行测 试对比。实验证明用二级城市混合污水灌溉草坪是可行的。陈学平等人的研究结 果与孙吉雄相似，监测了草坪草的过氧化氢酶活性、地下生物量、脯氨酸积累量、 细胞膜透性，结果表明清水与污水浇灌下的草坪草生长并无显著差异| l4 1 。王玉岱 等对园林植物包括乔木、灌木、草本花卉和草坪植物进行的研究表明“，应用二 级水和三级回用水灌溉园林植物，对其根、叶、花、枝和种子的生长发育及生理 活动在短时间内未产生有害影响。黄冠华等研究认为1 1 6j ，污水灌溉会导致草坪植 株中的全氮量比对照清水灌溉平均高4 8 。 美国佛罗里达州对2 0 5 种景观植物研究发现，只有4 2 种植物不能适应再生 水水质，大多数景观植物是可以利用再生水资源的1 1 7 o 沙特k i n g f a h d 大学的研 究者对生活污水和工业废水进行分级处理的水质研究表明，再生水回用于景观灌 溉的水质能满足当地的景观灌溉用水标准”引。美国高尔夫协会研究结果显示，总 溶解性固体t d s 4 5 0m g l 对草皮无影响，4 5 0 - - 2 0 0 0m g l 为轻度或中度影响， 大于2 0 0 0m g l 重度影响；氯离子浓度 7 0m g l 无影响，7 0 3 5 5m g l 中度影 晌，大于3 5 5m g l 重度影晌。r a f a e lm u j e r i e g o 等研究用再生水灌溉高尔夫球 场，其离子浓度较低，可以作为非限制型景观灌溉用水，并已被高尔夫球场管理 者接受 1 9 1 。5 a nk o t u b y 等研究再生水中的盐量对植物的影响表明，草地早熟禾 与一年生早熟禾的耐盐性较差，电导率要求小于3d s m ；而结缕草在电导率6 9d s m 仍可以生长；木本植物的耐盐性相对于草坪草低，多数树种耐受电导 率在3 4d s m ；少数树种如毛白杨，欧洲落叶松在电导率大于3 4d s m 时 仍生长良好。就花卉而言，目前研究较少，有人给出月季花( 尤其适于我国北方， 并作为天津市的市花) 的耐盐电导率在3 4d s m 1 2 。 1 2 4 2 再生水灌溉绿地对土壤影响 王玉岱等对中水灌溉对土壤影响进行了研究，结果表明【i ”，应用二级和三级 回用水浇灌园林植物，不会造成土壤污染。对于灌溉的水质要求可低于自来水水 质标准的园林植物，是安全可靠的，建议在园林绿化中推广使用。回用水含有一 定量的盐分，虽然不会对植物造成严重伤害，但在土壤中长期积累要注意防避。 黄冠华等研究表明【1 6 j ，污水灌溉使草坪草根系层( o 3 0a m 土层) 土壤中的全氮、 速效氮和氨态氮的含量低于清水灌溉。与此相反，污水灌溉可使草坪草根系层及 其以下土层硝态氮明显高于清水灌溉。以渗灌和滴灌两种方式灌溉污水，土壤全 氮、速效氮和氨态氮的含量差异不明显。但与滴灌相比，污水渗灌的土壤硝态氮 的含量高于污水滴灌的情况，尤其是1 5 3 0c m 和3 0 4 5c m 土层，二者硝态氮 含量差异显著。 天津大学硕十学位论文 第一章绪论 1 2 4 3 再生水灌溉绿地对地下水影响 城市再生水灌溉绿地对地下水的影响研究，姜翠玲等人1 2 】i 的研究结果表明： 污水中含量5 3 5m g l 的氨氮进入土壤后，大部分被土壤胶体所吸附，迁移能力 差，一般不会直接污染地下水。但污水在下渗时，能淋溶土壤中积存的n o ：和 n 0 3 离子，使它们在地下水中的含量迅速增加。污灌以后，随土壤含水量、氧化 还原电位和p h 值的变化，氨化作用、硝化作用和反硝化作用依次成为氮素转化 的主要机制。污灌l o 天之内，由于淋溶和硝化作用产生的n 0 2 。、n 0 3 - 会造成浅 层地下水的严重污染。 1 2 4 4 再生水灌溉对有害微生物影响 b ，s h e i k l h 等通过经深度处理的回用水灌溉农田的研究表明，致病微生物如 军团菌，沙门氏菌等均未检出，短期内对食品的安全性没有威胁1 2 ”。j l g a r l a n d 等进行了水培植物( 莴苣，小麦) 对轻度污染废水处理的研究，小麦生长未受影 响而莴苣的产量明显减少1 2 3 1 。在生活杂用水水质标准中制订了总大肠菌群的指 标，在农田灌溉水质标准中有粪大肠菌群数和蛔虫卵数的指标，其目的是控制有 害微生物的影响。但是中水灌溉绿地后，各种有害微生物是否会对环境和人体健 康带来危害，尚未有明确的研究结果。 i 2 4 5 再生水灌溉的重金属问题 对于再生水中的重金属含量，i q a d i r 等研究结果认为，c d 对根系活力的影 响较大，在茄子、南瓜、洋葱等蔬菜叶子中富集的量约是在果实中的两倍。短期 内对人体健康尚无影响，但长期灌溉是否致病还没有进步研究l 。美国环保署 推荐的再生水中的部分重金属含量的最高限值：镉0 0 1m g 1 ，铬0 1m g 1 ，砷 0 im g ，研究表明多数的二级出水都可以达到这些标准。 本课题经过对城市污水处理厂二级出水水质进行调研，天津市纪庄子污水厂 的二级出水的重金属含量已符合农业灌溉水的水质标准。这主要由于附近工厂的 倒闭、搬迁和人们饮食结构的改变使生活污水中重金属含量较低，符合我国二级 出水水质标准。另外，本课题主要研究的是再生水对景观绿地的影响，而非食用 作物，故在本次研究中暂不考虑重金属离子的指标。 1 2 4 6 再生水中的植物性营养物质 氮磷钾等植物性营养物质，过多时影响植物的授粉开花，并且容易滋生病害； 但如果再生水中氮磷营养物质过少，会严重阻碍植株的正常生长。美国及一些国 家还有世界卫生组织的再生水标准中对此均为作出规定，考虑氮磷营养物质在植 物生长中的特殊作用，污水深度处理时采用恰当的工艺对这些营养元素做适当保 留，同时也可降低深度处理的成本。 1 2 4 7 再生水灌溉的安全控制指标体系研究 天津人学硕十学位论文第章绪论 再生水灌溉安全控制指标研究方面，魏东斌等【2 4 1 分析了再生水中的化学污染 物与病原微生物危害人体健康和生态系统的可能途径及后果，提出了包括综合生 物毒性指标、生物学综合指标、特异性指标的再生水水质安全指标体系，如图1 ， 图2 。 | 卜屯匦雯甄圉1 十_ 隧圜一 翻1 再生术承质安全指标舳确定 凰2 再生水画用术爵安全措捧俸系 总之，再生水景观灌溉过程中可能产生以下主要问题：再生水中某些物质对 景观植物生长产生伤害；灌溉过程中水与人体有直接或间接的接触，对人体健康 构成威胁；长期用较高盐量的再生水灌溉土壤，将使土壤板结，通气性差，肥力 下降；再生水中的微量有机物会污染地下水及生态环境。这些问题的存在迫切需 要制定相关的水质标准以保证再生水回用于景观灌溉的安全性。 天津大学硕士学位论文 第章绪论 1 t 城市再生水回用标准的制定历程 针对再生水灌溉绿地，国外很多国家和组织都颁布了相关的标准，比较典型 的有美国环保署、世界卫生组织、加拿大、法国、以色列等。我国的再生水利用 理论研究和实践经历了“六五”期间的起步阶段( 1 9 8 0 1 9 8 5 ) ，“七五”到“九 五”期问的技术储备和示范工程引导阶段( 1 9 8 6 - - 2 0 0 0 ) 和目前的发展阶段， 主要活动如表l 所示。 表l 我国再生水利用历程概括 阶段时期研究课题重大实践项目政策法规标准、规范 起步 六五 建设部“六五”计 北京市虾保研究所中 水试点工程；北京国 阶段划再生水利用课题 际贸易中心中水工程 水污染防治及城市 北京市中水设施建 生活杂用水水质标准 七五 设管理试行办法 污水资源化技术 天津纪庄子污水列 ( 1 9 8 7 ) ( c j2 5 1 - - 8 9 ) 用工程 引导 污水净化与资源化 北京市一批建筑( 小 建设部“城市中水 景观娱乐用水水质标准 阶段八五 区) 中水工程 设旌管理暂行办 ( g b1 2 9 4 1 - - 9 1 ) ；行业规范：建 按术 筑中水设计规范，污水回用设计规 珐”( 1 9 9 5 ) 范 污水处理与水工业行业标准：再生水回周于景观水体 九五 关键技术研究水质标准 一些集中再生水利用 发展 十五 污水资源化利用技 工程 再生水利用被写入国标：建筑中水设计规范，污水回 阶段术与示范“十五”纲要用设计规范 1 9 8 9 年建设部颁布的生活杂用水水质标准( c , l2 5 1 8 9 ) 是我国有关城市 杂用水水质的第一个部颁标准。该标准规定了厕所便器冲洗、城市绿化、洗车、 扫除等生活杂用水水质要求。2 0 0 2 年中南市政设计研究院主持对该标准进行了 修订并上升为国家标准( g b t1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 城市污水再生利用城市杂用水 质) 。修订中将杂用水的适用范围进行了调整，增加了消防和建筑施工用水【2 7 j 。 其中涉及城市再生水灌溉绿她的见表2 。 表2 城市杂用水水质标准( g b t1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) 城市绿化部分 天津大学硕士学位论文第一章绪论 城市污7 k 的再生利用，国家标准化管理委员会批准发布并实施五项国家标 准：城市污水再生利用分类( g b t i s 9 1 9 2 0 0 2 ) ； 城市污水再生利用城 市杂用水水质( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) ；城市污水再生利用景观环境用水水质 ( g b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 污水回用设计规范：建筑中水设计规范( 6 8 5 0 3 3 6 2 0 0 2 ) 。以上五项城市污水再生利用国家标准的颁布实施填补了我圉城市污水再 生利用水质标准的空自，为城市再生水灌溉绿地提供了技术依据。 1 4 研究意义、研究目的及研究内容 污水再生利用产业在我国尚处于发展之初，未来将成为缓解水资源短缺和水 污染严重的重要手段。再生水灌溉绿地是城市水循环复用的一个重要组成部分， 电是节约用水的重要手段，绿地灌溉水量约占再生水回用总水量的6 0 - - 7 0 。 但是，2 0 0 2 年的城市污水再生利用城市杂用水水质中，并没有对于城市绿 地灌溉单独列出针对性强的水质控制标准，与国外再生水灌溉绿地的分级水质控 制标准桐比还相差很远。 本论文通过水培实验，小型盆栽试验和用间的盆栽与小区实验，得出雨生水 灌溉绿地对两种景观草坪草：高羊茅、早熟禾生长的影响。在此基础上，确定城 市再生水灌溉北方半干旱都市( 北京，天津) 绿地的典型景观草坪草的关键水质 控制指标。为研究并制定适合我国国情的再生水灌溉绿地水质控制标准提供定 的理论和实验依据。 本论文研究内容包括以下方面： l再生水灌溉对高羊茅与早熟禾生长的影响和水质控制指标的确定； 2 ，再生水灌溉对高羊茅与早熟禾生长影响的比较分析： 3 高羊茅及早熟禾生长过程对再生水中氮磷营养物的去除； 4 ，再生水灌溉的田间试验结果分析及对土壤微生物种群、数量影响的结果 分析； 5 对再生水灌溉绿地进行初步的健康风险分析。 5 对再生水灌溉绿地进行初步的健康风险分析。 天津人学硕十学位论文 第二章实验材料与方法 2 1 试验材科 2 1 1 供试水源 第二章实验材料与方法 2 111 水培实验 考虑就近可取，并且水培实验将为田间试验和再生水灌溉绿她的应用提供依 据，采用以下两种水为供试水源：天滓市纪庄子污水处理厂经过生物处理的二级 水；天津市中水有限责任公司，以纪庄子二级出水为水源，采用连续微滤法( c m f ) 处理的再生水，以下称c m f 出水。天津地区再生水和土壤中的盐以n a c l 为主， 所以在做盐度和氯化物对苗期草坪草影响的水培实验中，称取一定量的分析纯 n a c l 为溶质，用上述水源水为溶剂，配制不同浓度梯度的试验用水。配好后进 行水培实验，同时测定准确的盐度与氯化物的值，本论文用“总溶解性固体，t d s ， m g l ”表示盐度。 2 1 1 2 小型盆栽实验 水源：天津市纪庄子污水处理厂经过生物处理的二级水；天津市中水有限责 任公司c m f 出水。进行余氯对茁期草坪草影响的小型盆栽实验时，先根据标准 方法做出标准衄线。再以上述水源水为溶剂，3 0 的n a c i o 水溶液按比例配制 不同浓度梯度的试验用水进行试验，标准曲线一周需重新校和一次。悬浮物对苗 期草坪草影响的小型盆栽实验，以上述水源水为溶剂，称取一定量6 0 0 目高岭士 配制试验用水，配好混匀后立目口测定水样准确的的悬浮物浓度。 2 1 1 3 田间实验 田问实验包括盆栽及小区实验，除了二级水，c m f 出水两种水源外，另有自 来水作为第三种水源。由于田间实验需水量大，与水培实验目的也有所不同，无 法配水。用上述三种水分别灌溉实验草皮，频率约为四至六天一次。 2 1 2 供试草种 2 1 2 1 高羊茅 高羊茅( f e s t u c aa r u n d i n a c e ss c h r e b ) ，又称苇状羊毛，俗称t a l lf e s t u c a ( t f ) ， 属羊茅属( f e s t u c al ) ，原产欧洲，草坪性状优秀，适用于多种土壤和气候条件， 应用非常广泛。在我国主要分布于华北、华中、中南、西南。多年生丛生型革本， 大津夫学硕十学位论文 第二章实验材料与方法 圆锥花序。适于温暖潮湿与寒冷潮湿的过渡地带生长，对高温有一定的抵抗能力， 根系深、建坪快，耐贫瘠土壤。高羊茅是最耐旱和最耐践踏的冷季型草坪草之， 耐阴性中等，具有较强抗病性。p h 值适应范围是4 7 - - 8 5 ，最适p h 值5 5 7 5 。 与大多数冷季型草坪草相比，高羊茅更耐盐碱，尤其在灌溉的条件下，2 ”。 正是因为高羊茅的耐盐特性，在天津这种土壤盐碱度高的沿海城市得到广泛 应用。据调查天津地区景观用草坪草中，高羊茅占到近9 0 ，多为高羊茅纯种 建坪或与草地早熟禾混播。但高羊茅叶片质地比较粗糙的特性使其不能成为高质 量的草坪草，一般用于运动场、路旁、机场等中低质量草坪。由于本论文涉及的 是北方半干旱地区都市绿地灌溉，主要考虑北京、天津，在实验草种的选择上考 虑天津地区的土壤与气候条件，选用高羊茅这一耐盐碱品种作为实验用草之一。 2 1 2 2 草地早熟禾 草地早熟禾( p o a p r a t e n s i sl ) ，又名肯塔基蓝草( k e n t u c k yb l u e g r a s sk g b ) 、 草原早熟禾等，属早熟禾属( p o al 1 ，原产欧洲、亚洲北部及北非，现遍及全球 的温带地区。我国“三北”地区及长江中下游有野生分布，是非常重要的草坪草 种。主要植物学特征与生态适应性为：多年生草本，圆锥花序开展，分枝下部裸 露。广泛适应于寒冷潮湿带和过渡带，高温时生长缓慢或休眠；温度过高后地面 部分叶片变黄，无生命力。最适于潮湿肥沃，排水良好，p h 6 7 的中等质地土 壤，有一定抗病性。 草地早熟禾的抗寒性，秋季保绿性和春季返青性能较好，绿期长，草叶较细 可用做绿地、公园、公共场所、高尔夫球场发球台等各种用途【2 8 】。但这种草坪草 不耐盐碱，在酸性贫瘠土壤生长也很差。本论文涉及到的北京地区都市绿地灌溉 中，草地早熟禾占较大比例，且该草种建坪后比较美观，北京地区应用很多。所 以试验中选用草地早熟禾作为实验用草之一。 以上供试草种的种子均由北京林业大学草坪研究所提供。由于处于苗期生长 阶段的植物对外界胁迫影响反应最明感，故本次研究中均采用出苗后一周左右的 苗期草坪草进行试验。 2 1 3 其它实验设备及材料 在水培实验、水质指标监测和植物生理生化指标测定时需要的实验材料与设 备，主要有：蛭石、培养盘、滤纸、温控干燥箱、电子分析天平、离心机、水浴 锅、分光光度计等，均由农业部环境保护科研监测所，农产品污染防治重点开放 实验室提供。 天津大学硕士学位论文 第一二章实验材聿卑与方法 2 2 试验方法 2 2 1 再生水关键指标的确定 再生水灌溉绿地关键水质指标主要考虑再生水的来源、应用及其对草坪草生 长的影响。由于再生水是城市污水经过一定处理后用于回用的，其水质应已满足 城市污水二级排放标准，在本文中对常规指标如p h 值、c o d 、b o d 5 等暂不考 虑。本文主要针对津京地区的再生水回用，而天津的土壤盐渍化严重，在选择再 生水灌溉绿地的关键水质指标时重点考虑了未来在天律应用的要求。 再生水中盐度的主要危害有：在植物的根部聚集，并影响土壤的渗透性，导 致土壤结构变化，物理状态变化，甚至板结。当灌溉水中盐分过多时，其与植物 根茎内部相比具有较高的渗透压，使植物的水分在压力的作用下渗透出来，造成 植物相对缺水，即使灌溉水量很大，植物不能有效利用这些水会出现叶片干枯， 萎蔫等缺水现象。一般植物对盐度都很敏感，盐度过量时出现发芽迟缓，生长受 阻，叶片变黄，根茎腐坏等症状口o l 。而且随灌溉时间的积累，每灌溉一次盐分积 累次，对植物伤害有持久的累计作用。常规的污水二级处理工艺无法去除盐分， 在三级处理时还会因为混凝工艺带入混凝剂等可溶解性盐分，使总溶解性固体不 降反增。 氯化物，灌溉中不能被土壤吸附，亦不会被土壤拦截，完全被植物吸收后进 入植物叶片，造成叶片边缘呈现灼烧状和组织的破坏 3 0 , 3 1 1 。氯离子主要来源于城 市生活污水和部分工业废水，并且常规工艺无法去除水中的氯离子，只能通过某 些价格比较昂贵的方法如反渗透膜法才能实现。 再生水中含有大量细菌、病毒、原生动物等微生物，很多是致病微生物。为 了确保回用安全，回用前需经过消毒，我国目前的消毒工艺大部分仍为加氯消毒。 但是液氯溶于水后生成强氧化性物质会对植物生长产生不良影响，应有上限控 制，有关这方面的研究报道很少。 悬浮物，本文采用悬浮固体( s s ) 表示。污水中的颗粒物质为微生物提供生长 繁殖的附着场所，在深度处理时消毒剂需要透过悬浮固体，造成消毒剂浪费。采 用紫外线消毒时，由于紫外线的穿透能力差，悬浮物会阻止光的透过，降低消毒 效率。悬浮物过多在土壤表面积累，将使土壤板结，对草坪草正常生长不利p 1 1 。 另外，细小的悬浮固体易形成气溶胶，会影响植物的光合作用。 鉴于以上四个指标在植物生长和再生水水质控制中的必要性与重要性，本文 采取盐度，氯化物，余氯，悬浮物为再生水灌溉绿地的关键控制指标。 天津大学顾七学位论文第二章实验村料与方 去 2 2 2 水培实验 植物对盐度和氯化物十分敏感，盐度对根尖细胞伤害大 4 】j ，所以盐度和氯化 物这两个关键指标采用水培实验。具体方法如下：幼苗高约5 c m 时将其轻轻起 出，崩清水冲洗掉根部的土壤或蛭石。2 0 0 m l 烧杯，杯口用双层纱布包裹，以保 证通气良好，纱布土放一层直径5 c m 的圆形定型滤纸，滤纸与纱布的中间分别 扎小孔。将根部已洗净的幼苗数根( 不少于十根) 从滤纸与纱布的孔中穿出，根 部浸在己倒入试验用水的烧杯中。滤纸上撤适量蛭石用以支撑，使幼苗直立。为 了防止阳光下烧杯壁与烧杯底部滋生藻类，增加实验条件的不确定性、影响结果 的准确性，用不透明黑色塑料布将烧杯侧面包裹好后再置于光照好的地点。虽然 草坪革是陆生植物，但是本论文主要考虑再生水的影响采用水培实验，实践证明 水培实验是可行的。 操作中应注意以下几点：起苗时应尽量保护幼苗的根，尽量少破坏幼根周罔 的原士以防止其断裂使幼苗生长受影响，并防止由于操作不当引起的幼根和叶片 的机械损伤。幼苗的根部犬部分需浸没在试验用水中，但还应有一部分( 约】c m 左右) 留在水面上，否则根部无法呼吸造成烂根而死亡。下图为苗期早熟禾水培 实验初期的照片。 2 2 3 小型盆栽实验 再生水的余氯，悬浮物主要影响和破坏植物叶面及土壤表面，这两个关键指 标采用小型盆栽实验。具体方法为：约5 c m 的幼苗轻轻起出，根部可以带有育 苗盘中的原土，不必冲洗。幼苗移入已装有培养用土的，底部留透水孔的小塑料 盆中。将移好苗的小塑料盆浸入水中，注意控制盆外液面不要使水灌到衙中造成 禽内土壤板结。再生水余氯对苗期草坪草实验中，先将供试材料按照对应的处理 进行编号。再将新配好的接触3 0 r a i n 后的试验用水缓慢倒入普通市售喷雾器中， 均匀喷洒于叶面，每天早晨8 ：0 0 、下午5 ：0 0 左右各喷洒一次。再生水悬浮物的 实验，将配好的试验用水摇匀，倒入市售喷雾器中，均匀喷洒于叶面，仍为每天 天津大学硕士学位论文 第二章实验材料与方法 早晨8 ：0 0 左右、下午5 ：0 0 左右各喷洒一次。喷洒时要求均匀，并注意不同的处 理应单独、隔离喷洒，以免互相影响造成误差。苗期实验均进行十五天左右。下 图为苗期高羊茅小型盆栽实验。 2 2 4 田问实验 室内的实验结果与室外实地灌溉结果会有一定的差距，研究中选取中水公司 一一块共计6 0 m 2 的实际绿地进行田间实验。盆栽试验，两种草( 高羊茅、早熟禾) ， 三种水，每种情况三个重复，总计18 贫。小区试验：在经过翻整处理的土地上 直接铺草皮，每种草都有三块等面积的区域，分别灌溉清水、二级水、c m f 出 水，以利于比较，总计1 8m 2 。土壤样品采集方法：“s ”形路线采样，深度为距表 层土壤1 0 c m ，土样取回混合均匀置于冰箱冷藏保存，按四等分法分析。 2 2 5 植物生长影响指标的确定 光合作用是地球上规模最大的生物合成过程，是将太阳能转化为生命活动所 需化学能的自然过程，是生物界最基本的物质和能量代谢途径l ”】。光合速率是光 合作用强度的指标，指单位时间单位面积的叶片合成有机物的速率，实际监测中 用单位时间单位面积的叶片吸收的c 0 2 的量表示。一般测定光合速率的方法都 没有考虑叶片的呼吸作用，所以测定结果又称为净光合速率。 蒸腾作用是植物体内水份以气态方式从植物表面向外界散失的过程。蒸腾作 用形成的水势梯度是植物吸收和运输水分的主要驱动力，并有降低植物体和叶面 温度的作用。气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道1 3 2 j 。蒸腾速率是指 单位时间单位面积的叶片所散失的水量，是植物体内水份平衡的指标。植物在一 定含水量基础上的水分平衡是植物正常生命活动的关键，所以蒸腾速率的变化在 一定程度上反应了植物生长是否正常。 光合生物在光合作用过程中吸收光能的色素称为光合色素。光合作用始于光 合色素对太阳能的吸收。高等植物的光合器官叶绿体含有叶绿素和类胡萝h 素，因为叶绿素的存在使植物呈现绿色。叶绿素与功能蛋自紧密结合并形成色素 天津大学硕十学位论文 第：章实验材料与方法 蛋白体，在光合作用中参与光能的吸收、传递与转化。从化学性质上说，叶绿素 是叶绿酸的酯，主要含有叶绿素a 和叶绿素b ，其分子式分别为c 5 s h 7