中国是一个农业大国,每年的农业生产缺水量达300亿吨。而中国的村镇污水年排放量超过100亿吨。农村生活污水性质比较稳定,基本不含重金属和有毒物质,所含的氮磷等物质对水环境是一种污染物而对于农业生产是必须的营养物质,是一种宝贵的资源。因此可以成为潜在的农业灌溉水源。但是,生活污水直接回灌农田存在着多种安全性问题,一是由于悬浮颗粒和有机物浓度过高,长期使用会造成土壤的板结和厌氧化,从而导致土壤退化和植物烂根等问题;二是直接回灌的污水中存在的病原微生物可能残留在农作物的表面,被人体食用或接触后可能会对人体健康造成危害;三是,花卉、蔬菜等农作物的施肥及灌溉期往往具有季节或时间差异,粗放式的污水回灌和缺乏安全保障措施将造成剩余污水直接进入环境,从而给周边环境带来安全风险。本研究构建了一套农村生活污水安全灌溉系统,由农村生活污水氮磷无机化反应器(厌氧池+好氧生物滤池)和环境风险控制单元(人工湿地)组成,并建立25m3/d的示范工程。农村生活污水氮磷无机化反应器,是通过改造常用的农村污水处理工艺“厌氧池+好氧生物滤池”而得,通过运行参数的调控,把该工艺以除磷脱氮达到一级B排放为目的,转变为除碳保磷保氮的安全利用为目的,其中氮磷应转化为利于农作物吸收的无机盐形态。该系统的水质目标为确保灌溉水中COD、粪大肠杆菌群浓度达到国家《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)规定的可用于生食蔬菜灌溉的标准(COD≤60mg/L,粪大肠杆菌群<10000个/L)。考虑到因灌溉的季节和时间差异产生的剩余灌溉水中含有浓度较高的氮磷,直接排放到环境中会造成环境风险,故增设人工湿地作为环境风险控制单元,将剩余灌溉水中的COD、氨氮、TP、TN处理达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准后安全排放。依托示范工程,开展了近一年的实验研究,结果如下所述:(1)夏、秋季,农村生活污水的进水COD浓度范围为115～229mg/L,TN浓度范围为17.74～25.32mg/L,TP浓度范围为1.42～2.43mg/L。在确保所制取的灌溉水中COD浓度≤60mg/L的前提下,以高的氮磷无机化率为选择依据,确定氮磷无机化反应器的适宜运行参数为厌氧池HRT=6h,好氧生物滤池HLR=4.8m3/(m2.d)。在此条件下,灌溉水中无机氮平均浓度分别为13.6mg/L和15.08mg/L,PO43--P平均浓度分别为1.41mg/L和1.25mg/L。(2)冬季,农村生活污水的进水COD浓度范围为155～196mg/L,TN浓度范围为19.66～25.32mg/L,TP浓度范围为0.89～2.23mg/L。受低温的影响,氮磷无机化反应器的适宜运行参数为,厌氧池HRT=6h,保持不变;好氧生物滤池降低为HLR=4.2m3/(m2·d)。在此条件下,灌溉水中无机氮平均浓度为14.85mg/L,PO43--P平均浓度为1.17mg/L,但是COD平均浓度<60mg/L的达标率为80%。为此采用了生物滤池出水部分回流到厌氧池的措施,在1:1回流的条件下,所制取的灌溉水中COD浓度范围为31～49mg/L,达到了《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中用于生食蔬菜灌溉的水质要求。(3)对所制取的灌溉水中pH、CODcr、BOD5、SS、全盐量以及Cr、Cd、Pb、Cu等重金属进行了安全性评价。夏、秋季,灌溉水中pH、CODcr、BOD5、SS、全盐量以及重金属等指标均符合《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中可用于生食类蔬菜灌溉的要求。冬季,采用1:1回流后,灌溉水中pH、CODcr、BOD5、SS、全盐量以及重金属等指标也能满足安全灌溉要求,表明氮磷无机化反应器出水用于农田灌溉安全可行。(4)利用统计分析对不同季节制取的灌溉水进行了公共安全性评价,确定了出水中粪大肠杆菌群浓度符合对数正态分布。以《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)中用于可生食蔬菜灌溉的粪大肠杆菌群浓度限值作为参考值,核算了出水中粪大肠杆菌群浓度符合农田灌溉水质标准的安全保障率为95.9%,具有非常高的公共卫生安全性。(5)对不同季节剩余灌溉水的后续处理进行了环境安全性评价。剩余灌溉水通过环境风险控制单元处理后,所监测的出水水质项指标中TN、NH4+-N和TP的年变化范围分别为8.39～12.91mg/L、3.70～7.69mg/L和0.35～0.80mg/L均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准,其中TN指标甚至达到了一级A标准。说明增设了环境风险控制单元的农村生活污水安全灌溉系统具有良好的环境安全性。