不同灌溉条件下水质和作物的生物鱼和地下水的对比试验

不同灌溉条件下水质和作物的生物鱼和地下水的对比试验

我国江南水城处理率很低。许多未处理的废水直接排入城市水系统，流入农村，成为农业灌溉。据调查我国现有污水灌溉面积达300多万公顷,其中利用城市混合型污水的灌溉面积就达133.3万公顷,并且有不少污灌区出现了土壤、作物及地下水不同程度的污染,究其原因就是污灌的污水基本上不经任何处理直接引灌。那么城市混合型污水经过人工快滤处理后的滤出水回用于农田灌溉会不会产生不良的环境效应?为此我们进行了此项研究。1材料和方法1.1试验设计1.1.1砂壤和轻壤的土壤改良试验设置渗滤池为水泥砖砌结构,正方形,面积为1m2,池下部设排水口,可接收滤出水,池深高0.5m和1.0m各6个,池底垫以粗石砾,再分别装入砂壤和轻壤质地土壤。试验设置如图1所示。试验用水:包括人工土快滤处理出水(简称滤出水),未经处理的城市污水(简称原污水),清水(当地深井水)。供试作物:水稻、油菜、黄瓜管理措施:灌水量水稻按12000m3/hm2,蔬菜按4500—6000m3/hm2计。施肥按中肥水平——(NH4)2SO4750kg/hm2,KH2PO4375kg/hm2计。1.1.2营养液的配制利用圆钢焊接成槽架共12个,内装无土栽培基质(草炭和砂),每天用滤出水和清水分别配营养液浇灌,其中1、5、9行为清水对照,其余为滤出水试验。供试蔬菜:黄瓜、油菜管理措施:(略)1.1.3人工颗粒饲料以鲤鱼作为研究对象,在面积各为10m2、深1.5m的两个水泥池内分别注入当地深井水和人工土滤出水,每日定量投喂人工合成颗粒饲料,酌情充氧和换水。养殖时间:一龄鱼苗从春季(4月份)开始养至二龄至越冬后结束。1.2污水废水的预处理试验中采用的污水是北京海淀区地下市政排污管网圆明园东排污口的混合型城市污水,滤出水是此污水经人工土快滤处理系统处理后的出水,清水是海淀乡厢白旗村当地的浅层地下水。其水质状况如表1所示。2结果与分析2.1土壤收获系统的净水效果是水水质的净化2.1.1按产水标准用药灌出水法城市污水经人工土快滤处理后的出水中除N素指标稍微超过我国农田灌溉水质(GB5084—92)中的水质标准外,其余各项指标均符合此标准。因而完全可以作为农田灌溉的第二水源。与污水相比,它不仅减少了污染物质含量,而且还增加了溶解氧,减轻了因污灌而造成的含碳耗氧有机物与土壤微生物争氧,以致抑制作物根系呼吸而导致减产和品质下降的矛盾问题。与清水相比,增加了灌溉水中的N和P营养的含量。因此,滤出水是比较理想的灌溉水源。尤其是在北方缺水地区,可以减轻因污灌而造成的环境污染。2.1.2去除向水系统排放的污染物,水质指标达到2.滤出水作为农灌用水引入农田后,经土壤的物理化学作用、微生物的氧化分解作用和植物根系的吸收作用,使滤出水得到进一步的净化,基本上达到了三级处理(深度处理)的效果。其出水水质如表2和表3所示。从COD、BOD5和SS三个水质指标来看,经土壤—作物系统再次净化后,它们的去除率由原来的85.5%、94.9%和93.1%分别增至91.1%、99.5%和96.5%。尤其是BOD5几乎达到完全去除,有两个处理出水BOD5<0.1mg/L。SS出水浓度也<10mg/L,达到了地面水环境质量Ⅰ类标准。只有COD出水>20mg/L,仅达地面水Ⅳ类标准,这可能与混合型城市污水中含有难降的工业废水有关。从全N和全P指标来看,人工土快滤处理系统的去除率分别只有45.0%和43.9%,滤出水中N、P营养物质的含量还较高,但有利于作物的生长,经过作物的充分利用以后,滤出水中的N和P的去除率分别高达93.8%和93.6%,出水的总N和总P的含量分别<2mg/L和0.2mg/L,达到了地面水Ⅳ类标准,减轻了地表水的营养负荷。从生物学指标来看,经1.0m厚的轻壤和砂壤土层过滤后,滤出水灌溉水稻下渗水中的细菌总数分别减少了96.2%和97.0%,大肠杆菌和粪大肠杆菌也只需经过0.5m厚的砂壤或轻壤土层就能达到完全去除。而污水灌溉者经1.0m厚土层后仍含有大肠杆菌5个/mL。2.2采用过滤水灌溉2.2.1灌溉水中硝酸盐的含量硝酸盐是当前广为重视的污染物之一。一方面因土壤对它的吸咐力极弱,易迁移至地下水中;另一方面,因硝酸盐是植物的重要营养成分,但植物体中所积累的过量硝酸盐,进入人体后还原为NO—2会引起中毒。因此,灌溉水中的硝酸盐应引起重视。滤出水含N量较高,滤出水灌溉对蔬菜中NO—3含量的影响如表4所示。在同一栽培条件下,不同作物表现出叶菜大于果菜的趋势。如油菜中硝酸盐含量高出黄瓜5倍以上。在同一作物下,不同灌溉水质表现出污水>滤出水>清水的趋势,这与灌溉水质含N量的高低是一致的。在同一灌溉水质条件下,不同栽培的蔬菜中的硝酸盐表现出基质栽培>土壤栽培,这与栽培基质条件有关。如表5所示。从表5可知,基质栽培的施肥量和基质中的含N量高于土壤栽培,并且无土栽培基质的含水量低于土壤栽培,说明基质栽培的N源充足,并且氧化条件比土壤栽培好,有利于氮素的硝化。2.2.2水稻试验结果利用滤出水进行作物中重金属含量的试验分别选在人工土滤床和渗滤池上,供试作物有黄瓜、油菜和水稻,试验结果如表6所示。从表中可知,基质栽培的黄瓜中重金属Hg和Cd的含量均比油菜要高,可能与黄瓜施药次数较多有关,但不超过食品卫生标准。在土壤栽培条件下,污水灌溉的黄瓜、油菜和水稻中Hg的含量均高于滤出水灌溉者,并且污灌的黄瓜和稻籽粒中Hg的含量超过食品卫生标准。2.3过滤水生生物鱼的影响2.3.1滤出水中的溶解氧含量超过其所规定的标准。请看城市污水经人工快滤处理后滤出水中SS和BOD5的含量稍微超过了我国的渔业水质标准(GB11607—89)所规定的要求,但滤出水中的溶解氧(DO)年均值为4.99mg/L,已超过规定标准(4.0mg/L),弥补了BOD5稍高之不足。此外,pH以及重金属Hg和Cd的含量也都符合该标准。因此,滤出水完全可以用于养鱼。2.3.2鱼肌肉的转移滤出水中含有一定量的重金属Hg和Cd,虽然不超过渔业水质标准,但鱼对重金属Hg和Cd的富集能力很强。其富集途径是先在内脏中积累起来,然后逐渐转移到肌肉中去。另外,鱼腮的粘膜和体表也能吸附重金属。经过对池内饲养期长短不等的鲤鱼分别取样测定,其结果列入表7和表8(清水中因Cd含量低未检测)。从表7和表8可知,滤出水所养鲤鱼鱼肉中重金属Hg和Cd的含量远低于食品卫生标准,从而表明滤出水养鱼是可行的。同时也可以看出两种水质饲养的鲤鱼体内均有重金属的富集现象,并且内脏中重金属Hg和Cd的含量均比鱼肉中的含量要高。2.4采用过滤水灌溉2.4.1对地下水的污染程度重金属随灌溉水进入土壤后,由于土壤对它的吸附固定,多集中分布在表层,通过翻耕可以在耕作层均匀分布,其随土壤下行水流污染地下水的可能性较小,但当水稻田渗漏时,重金属随水移至深层而污染地下水成为可能。本试验连续两年测定结果如表9所示。从表中可知,不同灌溉水质种稻下渗水中Hg的含量表现出污灌>滤灌>清灌的规律,并且滤灌下渗水Hg含量较污灌低一半以上,但滤灌和清灌下渗水中Hg含量也较高,原因是供试土壤重金属Hg的本底含量较高(砂壤为0.231mg/kg,轻壤为0.446mg/kg)。2.4.2灌溉对n素的污染滤出水中全N的含量虽较原污水减少了1/3,但其含量仍十分可观,同时由于作物对N素的利用能力有限,剩余的N素一部分因反硝化成N2而损失掉,另一部分变成NO—3离子随土壤水向下迁移至含水层,造成NO—3-N污染。表10为不同灌水种稻下渗水中NO—3-N含量。从表中可以看出:滤出水灌溉携入的N素随土壤水向下迁移较少,几乎与清水灌溉者相同,而比污灌者大大的减少。因此,滤出水灌溉可以减轻地下水NO—3-N污染。3级处理、深度处理和废水处理中重金属的含量城市污水人工快滤处理后的滤出水水质既符合农田灌溉水质标准又符合渔业水质标准,是比较理想的灌溉用水和养殖用水。人工快滤处理出水经土壤—作物系统再净化后,基本上达到三级处理(深度处理)的出水标准,其中N和P的去除率高达93%以上,可以排入地表水或地下水中而不会产生污染。滤出