污水灌溉對地下水污染的機理分析

趙天嬌?王志超

摘 要：本文闡述了灌溉污水中主要的污染指標，并從污水灌溉中的硬度與硝酸鹽含量、重金屬分布、細菌與病毒和有機物等方面，分析了其對地下水的污染，并探討了污水灌溉對地下水的影響因素及防治措施，以期為改善地下水環(huán)境，合理利用水資源提供參考價值。

關鍵詞：污水灌溉；地下水污染；機理

由于我國的水資源相對不足，所以在干旱和半干旱地區(qū)利用污水灌溉是節(jié)約水資源的有效途徑。但是由于污水中含有很多有毒物質，如果盲目進行污水灌溉，很容易會對地下水造成污染。因此，分析污水灌溉對地下水的污染，探討污染防治措施，對保護地下水環(huán)境有著重要的意義。

1.灌溉污水中主要的污染指標

灌溉污水中對地下水造成污染的主要指標分為以下四種：①微量元素：主要指Zn、Cu、Pb、Cr、Cd、As、Hg、Ni和Mn等；②常見指標：主要指pH值、懸浮質、TDS、硬度、鈉離子、硝酸根離子、氯離子、銨根離子、硫酸根離子、鎂離子、鈣離子、亞硝酸根離子和鉀離子等；③有機指標：主要指COD、BOD、PCBs、PAHs、氯仿、礦物油和三氯乙烯等；④微生物指標：主要指大腸桿菌、細菌總數(shù)和病原菌總量，如沙門氏菌、霍亂弧菌與痢疾桿菌等。

2.污水灌溉對地下水的污染

2.1研究方法

研究污水灌溉對地下水的污染主要采取調查取樣、野外實驗和土柱淋濾模擬實驗等方法，其中土柱淋濾模擬實驗最為常用。例如通過土柱淋濾模擬實驗，可以分析氯離子、TDS和總硬度等在土壤中的轉化與遷移，證明其與污水灌溉密切相關。

2.2污水灌溉使地下水硬度與硝酸鹽含量升高

由于過量使用化肥和污水灌溉，地下水中的硝酸鹽離子及其總硬度不斷增加，加重了地下水的污染。即使水土系統(tǒng)反硝化作用可以降解部分硝酸鹽離子，污水灌溉也會使硝酸鹽離子在土壤中的不斷累積，并通過淋溶土壤而對地下水造成污染。

污水中的銨根離子含量較高，在對土壤進行灌溉時，污水中的銨根離子和以和土壤膠體中的鎂離子和鈣離子發(fā)生交換反應，從而使得土壤中的含氮量不斷增加。同時，污水中的銨根離子經(jīng)過消化作用，最終會生成硝酸根離子，在短期內會使地下水污染加重。此外，污水中的鈉離子在灌溉過程中，可以與土壤或者含水層中的鎂離子與鈣離子發(fā)生置換，從而增加地下水的硬度。

2.3污水灌溉時重金屬在水土系統(tǒng)中的分布

在污水灌溉的過程中，土壤顆粒會吸附其含有的重金屬，使重金屬離子集中在土壤的表層，造成了土壤Zn、Cu、Pb和Cr等重金屬污染，而土壤顆粒對重金屬的吸附在一定程度上降低了其在地下水中的遷移，所以污水灌溉對地下水重金屬污染的直接影響不明顯。

土壤中的重金屬遷移由其存在形態(tài)控制，其存在形態(tài)則由它們在土壤中的組分形式、環(huán)境條件和土壤組分種類與含量決定。通過土柱淋濾模擬實驗可以表明，表面吸附、螯合作用和陽離子交換等是重金屬的衰減機理。對Cd、Cu和Zn等重金屬，在土壤中有機質的含量較低時，吸附是重金屬主要的衰減機理；對Cr、Mo和Pb等重金屬，沉淀是其主要衰減機理；對Cd、Pb、Cu和As等重金屬，通過淋濾實驗證明，其在土壤表層的0～10cm出累積，隨著土壤淋溶時間的增加，其向下遷移趨勢越顯著，進而對地下水造成污染。

2.4灌溉污水中的細菌與病毒對地下水的污染

灌溉污水中會造成地下水污染的病原微生物主要為細菌、病毒和寄生蟲等，尤其是細菌和病毒污染最為常見。有研究表明，污水中的大腸桿菌可以遷移至較深土層，而病毒的包囊較小，在經(jīng)過多孔土壤的過程中不易被過濾和凈化，隨著水分進入地下水系統(tǒng)的幾率較高，所以地下水病毒污染較為嚴重。病原微生物在水土系統(tǒng)的遷移主要受到存活期、吸附作用與過濾作用的影響。

吸附作用主要取決于環(huán)境條件、介質性質與病原微生物的類型，過濾作用則主要取決于介質空隙與病原微生物種類。例如粉土可以對細菌進行過濾，但對病毒無效。同時有實驗表明，病毒吸附量和介質pH值密切相關，當pH值>7時，土壤中的病毒不易被吸附，而容易出現(xiàn)遷移；當pH值<7時，土壤中的病毒容易被吸附，而不會出現(xiàn)遷移，所以病毒吸附量會隨著土壤pH值升高而降低。

2.5灌溉污水中的有機物對地下水的污染

人類在生產(chǎn)和生活中對有機物的處置不當也會對地下水造成污染。包氣帶是污染物進入地下水時必經(jīng)之路，污水中有機物在此過程中出現(xiàn)自然衰減，如吸附、揮發(fā)、稀釋和生物降解等。有機污染物的吸附作用對其在土壤中的含量與分布有直接的影響。對非極性有機污染物，吸附作用受土壤中有機質的性質與含量控制，對極性的有機污染物，不但要受其含量影響，而且還受到礦物含量及種類和環(huán)境的pH值等影響。

3.污水灌溉污染地下水的影響因素及防治措施

污水灌溉對地下水的污染主要取決于灌溉年限、灌溉方式及強度、水文地貌條件、土壤性質及類型和水中污染物性質及類型等。管理部門在進行地下水污染防治時，需要依據(jù)其影響因素采取相應的防治措施。

例如對進行長期污水灌溉地區(qū)，需要對地下水的水質、土壤重金屬含量、有毒物質含量與累積速度、周邊生態(tài)環(huán)境和居民健康狀況等進行定期的監(jiān)測；依據(jù)水文地質條件與土壤類型，選擇是否進行污水灌溉，如地下水位高和土地的滲透性好的區(qū)域可以進行污水灌溉，而水源地則嚴格禁止污水灌溉；在采取污水灌溉時，其水質需要符合灌溉用水的標準，并在灌溉前進行污水預處理措施，對污水中有毒物質進行無害化處理；采用合適的灌溉方式與灌溉技術，制定科學的灌溉制度，盡量避免使用大水漫灌，以免使污水擴散污染地下水。

4.結束語

總之，污水灌溉雖然可以解決水資源較為緊缺的問題，但是如果管理和應用不當，則會對地下水造成嚴重污染。只有掌握污水灌溉對地下水污染的機理，采取正確的灌溉方式和技術，才能真正保證地下水環(huán)境不受污染和水資源的合理利用。

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