农村化粪池水对地下水源的影响

正文:

近年来, 农村地下水源遭到严重污染, 特别是硝态氮含量的超标已引起社会的普遍关注。硝态氮本身并不能直接对身体产生危害。但这些污染水源经过反复蒸煮后将还原为亚硝态氮, 之后可诱发高铁血红蛋白症、消化系统癌症等疾病而威胁人体健康[1]。对于将地下水作为饮用水的地区来说, 这个威胁尤为可怕, 在全球区域, 仍然有很多人是以地下水作为饮用水, 而硝态氮的污染威胁就将是一个值得深思的问题。据估算, 法国、英国和德国分别有800000、850000和2500000人受到饮用水硝态氮污染的威胁[2]。为此, 许多国家[3~6]先后于20世纪80至90年代开展了地下水硝态氮污染、影响因素及控制对策方面的研究, 为有效控制地下水污染提供了解决途径。Overgaard综合分析了丹麦11000眼水井和2800个饮用水监测站的硝态氮污染状况, 结果表明, 饮用水硝态氮含量超标机井所占比例为8%, 地下水硝态氮平均含量在过去的20~30a中增加了3倍, 而且还在以3.3mg L-1a-1的速度在增加。Spalding和Exner总结了全美200000个监测数据, 结果表明, 地下水硝态氮含量与所处环境有着密切关系, 灌溉、排水良好的集约化农区, 地下水硝态氮污染风险较高, 浅层地下水更容易受到污染[7]。

在中国, 农村区域仍然有很大一部分居民是以地下水作为饮用水, 而饮用水硝态氮的污染已成为危害农村居民的首要因素且污染愈来愈加严重。以兰州市马滩地区为例[8], 1965年地下水硝态氮含量平均仅3.8mg L-1, 1988年增加到69.4mg L-1, 年平均增加2.85mg L-1。但是我国在地下水硝态氮方面的监测研究力度不足, 环保部门和水利部门基本上都将重点放在城市用水上面, 对于农村地区的地下饮用水的监测研究处于严重不足的状态, 监测装备、人员安排和监测方案上完善尚且不足, 对于硝态氮污染来源与污染机理所知不多。而且由于农村生活污水处理设施相对落后, 生活污水和养殖污水的蓄积设施不完善、蓄积位置设计不合理, 导致很多地下水源被渗透污染。本研究以漳州市漳浦县马坪镇京野自然村为研究区域, 在大量调查、取样、分析研究的基础上。试图摸清农村地下水硝态氮的污染状况, 以及农村化粪池对地下水源污染机理。阐明化粪池与地下水源 (井水) 距离, 周围土壤性质, 以及挖掘水源深度等情况变化对地下水源硝态氮含量大小的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区域概述

因为各类研究条件的不完善且整个漳州市农村区域甚至整个南方的基本情况大致相同, 所以本次调查以漳州市漳浦县马坪镇京野村为研究区域。京野村始建于宋代时期, 由于地域较广、人口较少等缘故, 整个自然村的人口分布不均。由于解放前工业化肥料较少, 农民很多都是用平时生活所产生的粪便水来浇灌农作物, 这也就使得几乎每家每户基本上都会开辟一个化粪池。在饮用水方面, 农村发展不像城镇发展那么快速, 直到目前为止, 农村百姓饮用水基本上还是地下水, 有些是近年来开辟的, 有些则是几十年前, 甚至上百年前开辟的。由于农村百姓对于饮用水好坏与身体健康相关性意识较差, 导致农村化粪池的分布规划未能将饮用水源分布特点相结合, 这也很大程度上导致化粪池对地下水源造成不可估量的污染。

1.2 采样与测试方法

本次调查的是自然村137口开辟于不同时期的水井, 且从中筛选出一定具备特征性质的水井。这些水井在分布、深度、周围土壤性质、以及与粪便蓄积池的距离上有一定的对比性。调查时间为2015年9月至2016年5月。饮用水取自农村居民手压水、井水。通过调查测量并且记录所有水井位置、井深、周围土壤性质和周围化粪池基本情况。在本次调查结果中, 选择具有良好对比性的多组水源进行分析研究。

本次调查将京野自然村一共划分成6个小村落, 分别是顶厝、京都、埔仔、白坡、上坡和西坡。这些地方是人口较为集中和历史悠久的几个区域。调查采样地点均在这些地方产生, 根据上述条件的不同, 选择了各种性质不同的代表水井。本次调查地点如图一所示

本研究选取了具备特殊对比性的地下水源共计40个:其中地下水源具备附近无污染源条件10个;具备土壤性质不同且其他条件基本相同的特性地下水源10个;具备水井挖掘最深深度且其他条件基本相同的地下水源10个;具备水井与污染源距离不同且其他条件基本相同的地下水源10个。具体采样对象如表一所示。地下水源硝态氮 (NO3-N) 、亚硝态氮 (NO2-N) 含量采用离子色谱法测定。

1.3 地下水污染评价标准

本研究采用中华人民共和国国家标准地下水质量标准, 将硝态氮 (NO3-N) 、亚硝态氮 (NO2-N) 含量由低到高分成五类水标准:其中一类水主要反映地下水化学成分的天然低背景含量。适用于各种用途;二类水主要反映地下水化学成分的天然背景含量, 适用于各种用途;三类水以人体健康基准值为依据, 主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水;四类水以农业和工业用水要求为依据, 除适用于农业和部分工业用水外, 适当处理后可作为生活用水;五类水不宜饮用, 其他用水可根据使用目的选用。硝态氮 (NO3-N) 、亚硝态氮 (NO2-N) 均是以氮计其含量。五大分类水中硝态氮含量范围如表二所示。从地下水质量标准中可以得出结论, 前三类水可作为平时饮用水。

2 结果与分析

2.1 无污染源的地下水源硝态氮含量比较

表三中所示, 编号是根据水井挖掘年限拟定, 编号越大代表挖掘年限越长。NO3-N及NO2-N含量大体上处于二类指标水以上, 平均值分别是1.9mg/L和0.007mg/L, 最小值分别是0.6mg/L和0.004mg/L, 最大值分别是3.1mg/L和0.012mg/L。表三中数据所示, 两种污染物含量基本呈现随年限递增趋势, 但数值相差不大, 出现这种现象的原因可能是在无污染源的情况下, 由于雨水长期渗透引起的, 且随时间流逝, 慢慢累积成的。

2.2周围土壤性质引起硝态氮含量不同比较

如表四所示, 编号1-3水井周围土壤主要成分为陶瓷土和小部分砂土, 编号4-6水井周围土壤主要成分为砖红壤, 编号7-10水井周围土壤主要成分为砂质土, 上述水井除土壤性质不同外, 其他条件基本相同。如表四中数据可以看出:砂质土壤环境下, 化粪池水对地下水源的渗透污染最强;砖红壤土质环境污染次之;陶瓷土环境污染最弱。之所以会造成这种现象的原因是砂质土壤之间的缝隙较大, 容易造成部分污染物随水分渗透入地下水源, 继而被微生物消化成硝态氮和亚硝态氮。

2.3 水井深度引起硝态氮含量不同比较。

如表五所示, 编号1-3水井的深度是25-35米, 编号4-6水井的深度是15-25米, 编号7-10水井的深度是8-15米, 其他环境条件基本相同, 如年限为10年左右, 土壤类型为砖红壤, 污染源距离为10米左右。三类水井在挖掘时利用水泥井环装备水井内侧周围, 以防止浅层地下水进入水井中和水井坍塌, 从而保证水源来至最深层地下水。从表五数据中我们可以看出:水井深度越深, 其受污染的程度越小。

2.4 污染源与水井距离引起硝态氮含量不同比较

如表六所示:编号1-3水井离污染源的距离是15-20米;编号4-6水井离污染源的距离是10-15米;编号7-10水井离污染源的距离是3-10米, 除了离污染源距离不同外, 其他条件基本相同, 如年限超过15年, 土壤均为砂质土, 深度在10米左右。从表六数据中可以看出:其他条件类似的情况下, 距离污染源越近的水井, 被污染的程度越高, 距离3-10米的水井被污染的程度甚至超过地下水质量标准中的第三类标准, 即已成为不可饮用水。

3 讨论

从本次调查分析研究中可以得出:水井周围土壤的性质、水井挖掘深度、以及化粪池与水井的距离都会对水源中硝态氮等污染物的含量大小产生影响, 特别是化粪池与水井的距离首当其冲成为影响主要因素, 两者距离10米以内且使用年限超过的10年以上的水源基本上已经不能继续使用, 当然以水源化验结果为准。这也给广大农村居民对于自家水井受污染程度一个重要的参考。

就中国农村饮用水污染情况来看, 可以通过以下几种方式解决:首先大力发展农村沼气, 采取有效措施, 强制养殖场建设沼气, 加大规模化养殖场沼气工程师范建设力度, 支持养殖场建设大中型沼气。实施以沼气为纽带的生态家园富民工程, 积极推广不同区域农村的能源生态模式, 通过沼气池建设带动农村改厨、改厕、改圈。其次从源头控制污染扩散, 抓好粪便干化处理, 将使用已久的传统化粪池和受污染程度高的水井填埋处理。再次, 抓紧开展肥料中心的筹建工作, 通过收购各种经过干化处理的粪便, 形成收集、加工、生产和销售一体化的运转网络, 为发展本地无公害、绿色和有机生产品提供无污染肥料。最后加强环保教育宣传, 使得广大农村居民能有效地认识到地下水源受污染程度。

摘要：研究了漳州市漳浦县马坪镇京野自然村地下水源硝态氮、亚硝态氮污染状况, 以及农村化粪池水对地下水源污染强度的影响因素。结果表明, 整个京野自然村早期挖掘的水井中有一部分硝态氮含量已经超过地下水质量标准第三类水指标浓度20mg/L, 成为不可饮用水源, 且有很大一部分水井硝态氮含量正在逐渐上升, 逐步侵害农村居民的健康。本文调查分析了附近无污染源背景地下水源及化粪池水对地下水源污染强度的三种影响因素, 即地下水源环境土壤性质, 深度及地下水源与化粪池距离。研究表明:在其他条件相似下, 砂质土壤环境地下水源最容易受污染, 砖红壤次之, 陶瓷土最不易影响;地下水源挖掘深度越深受污染程度越小, 深度达25米以上基本不受影响;20年以上化粪池污染源与挖掘的地下水源距离10米以内, 水源基本上不能再继续使用。综合此次调查研究, 借以为广大农村居民谨慎使用饮用地下水提供参考。

关键词：硝态氮,亚硝态氮,地下水,化粪池,漳州

参考文献

[1] 刘宏斌, 李志宏, 张云贵, 等.北京平原农区地下水硝态氮污染状况及其影响因素研究[J].土壤学报, 2006, 43 (3) :405-413.

[2] Kraus H H.The European Parliament and EC Environment Policy, Working Paper W22.Luxembourg:European Parliament, 1993.12

[3] Goss M J, Barry D A J, Rudolph D L.Contamination in Ontario farmstead domestic wells and its association with agriculture:1.Re2 sults from drinking water wells.Journal of Contaminant Hydrology, 1998, 32 (3/4) :267~293

[4] Jennings G D, Sneed R E, Huffman R H, et al.Nitrate and pesti2 cide occurance in North Carolina Wells.In:Joseph S.ed.Interna2 tional Summer Meeting of the American Society of Agricultural Engi2 neers.Michigan, Frankfort, 1991

[5] Overgaard K.Trends in nitrate pollution of groundwater in Denmark.Nordic Hydrology, 1989, 15 (4/5) :177~184

[6] Thorburn P J, Biggs J S, Weier KL, et al.Nitrate in groundwaters of intensive agricultural areas in coastal Northeastern Australia.Agri2 cultue, Ecosystems and Enviornment, 2003, 94:49~58

[7] Spalding R F, Exner M E.Occurrence of nitrate in groundwater2A review.Journal of Environmental Quality, 1993, 22 (3) :392~402

[8] 张维理, 田哲旭, 张宁, 等.我国北方农用氮肥造成地下水硝态氮污染的调查.植物营养与肥料学报, 1995, 1 (2) :80-87