全 文 ：慢速渗滤土地处理系统中优先有机物
的迁移、归宿与生态风险3
于殿臣　刘海玲　张丽珊　尹昭华　
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
【摘要】　研究了沈阳西部城市污水慢速渗滤土地处理系统中优先有机污染物的迁移和残
留情况. 结果表明, 土地处理系统和当地传统污灌区耕作层土壤、地下水中的优先有机污
染物的总含量分别高于对照区 (清水灌区) 1 倍和 4 倍以上; 系统出水、地下水和传统污灌
区地下水中的优先有机污染物的浓度有相似的分布, 说明污灌水中的有机污染物对土壤
和地下水产生一定程度的影响, 但土地处理系统和当地传统污灌区生产的大米中, 优先有
机污染物含量与对照区相比未见显著差异.
关键词　土地处理系统　优先有机污染物　污染物的迁移与归宿
Tran sformation , fa te and ecolog ica l r isk of pr ior ity organ ic pollutan ts in slow rate land
treatmen t system of west Shenyang. Yu D ianchen, L iu H ailing, Zhang L ishan and Y in
Zhaohua ( Institu te of A pp lied E cology ,A cad em ia S in ica , S heny ang 110015). 2Ch in. J . A p2
p l. E col. , 1996, 7 (sup. ) : 99～ 104.
T he transfo rm ation and residues of p rio rity o rgan ic po llu tan ts in SR 2L T S (Slow R ate
L and T reatm ent System ) of w est Shenyang w ere studied in th is paper. T he resu lts show
that to ta l con ten ts of p rio rity o rgan ic po llu tan ts in cu lt icated so il of SR 2L T S and tradi2
t ional w astew ater irrigation areas and underground w ater are one and four t im es h igher
than tho se in con tro l area, respectively. A nd there is a very sim ilar distribu tion of p rio ri2
ty o rgan ic po llu tan ts in effluen t, underground w ater of SR 2L T S and tradit ional w astew a2
ter irrigation areas. It is suggested that o rgan ic po llu tan ts in irrigating w astew ater have
an influence on so il and underground w ater. How ever, no obvious difference in p rio rity
o rgan ic po llu tan t con ten ts in rice grain p roduced under the treatm ents of SR 2L T S, tradi2
t ional w astew ater irrigation and clean w ater irrigation is detected.
Key words　Slow rate land treatm ent system (SL 2L T S ) , P rio rity o rgan ic po llu tan ts,
T ransfo rm ation and fate of po llu tan ts.
　　3 国家“七五”科技攻关项目“沈阳西部城市污水慢
速渗滤土地处理系统研究”内容之一.
1996 年 3 月 22 日收到, 6 月 6 日改回.
1　引　　言
中国北方地区水资源缺乏. 多年来, 相
当一部分城市污水被用做农田灌溉, 随着
工业的发展, 工业污水比重的增加, 使城市
污水组成日益复杂. 其中含有一些在自然
环境中难于降解, 对人体健康和生态环境
有害的污染物[1, 2, 7 ]. 为此, 必须改变传统的
污灌方式, 对灌溉污水采取必要的处理与
控制, 使城市污水资源得到很好利用, 减少
以至消除对生态环境带来的不良影响. 为
此, 开展了沈阳西部城市污水慢速渗滤土
地处理系统的研究. 该系统采用土壤2植物
生态工程处理污水的方法, 在供试土地上
栽种抗污染、耐水力负荷的植物, 并对污水
采取必要的预处理和科学管理, 使污水一
方面得到利用, 同时又得到净化, 使系统出
应 用 生 态 学 报　1996 年 6 月　第 7 卷　增　刊　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　
CH IN ESE JOU RNAL O F A PPL IED ECOLO GY, June 1996, 7 (sup. )∶99～ 104
水达到生态环境用水要求.
为了研究土地处理系统对灌溉污水的
净化作用及污水对生态环境的影响, 对系
统进、出水, 系统内、当地传统污灌区和清
水灌区的地下水, 耕作层土壤及在相应土
壤上生长的水稻籽实中的优先有机污染物
的种类及含量进行了系统分析和比较. 现
将结果报道如下.
2　试验条件与方法
2. 1　试验地点与污水土地处理系统的工程结构
本实验场地位于沈阳于洪区杨土乡余良村.
土壤为草甸棕壤, 实验区面积为 7 hm 2. 整个实验
系统由主系统 (水稻种植区)、调节系统 (垂柳、紫
穗槐、高粱种植区) 和辅助系统 (沉淀地、稳定塘、
排水沟、观测井等) 3 部分组成. 平面布局如图 1
所示. 沈阳市西部城市污水从张士灌渠通过明渠,
流经 7. 5 km 到达余良村, 再经灌渠进入试验区的
沉淀池, 稳定塘进行预处理, 然后由水泵提水进入
各实验区. 除部分蒸发升腾外, 大部分进水经土壤2植物系统处理后, 经测渗沟、暗管和排水沟排出
系统, 部分进入地下水. 该系统日处理水量为 600
t, 平均年水力负荷约为 100000 m 3.
图 1　沈阳西部城市污水慢渗土地处理系统实验场结构
F ig. 1 D iagram of structu re of SR 2L T S fo r w astew ater
from w est Shenyang.
1. 沉淀池进水 Influen t in sedim en tation poo l, 2. 沉淀池
出水Effluen t in sedim en tation poo l, 3. 稳定池出水Efflu2
en t in stab ilization poo l, 4. 鱼池进水 Influen t in fish
poo l, 5. 鱼池出水 Effluen t in fish poo l, 6、7. 暗管排水
D rainage in underground p ipe, 8、9. 侧渗沟出水 Effluen t
in side2seep ing sew er, 10. 8 m 观测井 8 m monito ring
w ell, 11. 28 m 观测井 28 m monito ring w ell, 12. 调节系
统A djusting system , 13. 调节系统出水 Effluen t in ad2
ju sting system.
2. 2　样品采集与分析方法
2. 2. 1 水样　选择试验场地的稳定塘出口、养鱼
池出口、8 m 和 28 m 观测井、邻近民用饮水井和
对照区 (胡台, 距试验区西部约 10 km ) 的灌溉机
井作为 6 个主要采水点, 定期采集水样. 稳定池和
养鱼池的采样时间为 1989 年 6 月. 每次连续采样
6～ 12 L , 共 5 次, 计水样约 30～ 60 L. 系统 8 m、28
m 观测井和当地居民饮用井水 (8 m 深) 的采样时
间为 1989 年 6～ 7 月, 方法同前. 每次采集 24 L ,
计采集水量 120 L. 对照区机井 (地下)水采集时间
为 1990 年 9 月, 方法同前, 采集水量 120 L. 水中
有机污染物采用大孔树脂吸附, 经洗脱、萃取、干
躁、浓缩后, 用 GC 进行定量.
2. 2. 2 土样　1989 年 4 月、10 月和 1990 年 4 月,
分别在试验场地、当地传统污灌区和对照区相同
品种稻田种植区内, 0～ 20 cm 耕作层, 多点采集
土壤样品. 土壤中的有机污染物, 采用二氯甲烷索
式提取, 提取液经干躁浓缩后, 用 GC 定量.
2. 2. 3 米样　大米采样时间为 1989 年 10 月, 分别
在试验场地、当地传统污灌区和对照区种植同一
品种的稻田中, 多点采集成熟的稻穗, 经风干、去
壳、粉碎后, 用水和丙酮混合液进行震荡提取, 过
滤后的提取液再用二氯甲烷萃取, 萃取液经干燥、
浓缩后, 用 GC 定量.
优先有机污染物的鉴定是采用 GCöM S 检
索, 并用标样化合物的气相色谱及高压液相色谱
保留时间核对, 定量分析采用多重内标相对重量
校正因子法同时对多种化合物进行定量测定.
3　结果与讨论
3. 1　土壤中有机污染物的降解与残留
从表 1 可以看出, 土地处理系统中检
测出的优先有机污染物的总量 (不包括 Χ2
666 和 ∆2666, 以下计算相同) 远远高于清
灌区, 大约是清灌区的 2 倍. 1989 年春季测
得清灌区土壤中优先有机污染物总量为
0. 839 m g·kg - 1, 同年秋天为 0. 912 m g·
kg- 1, 仅增加 0. 073 m g·kg - 1; 而在土地处
理系统土壤中测得的优先有机污染物总
量, 春、秋季分别为 1. 507 和 3. 118 m g·
kg- 1, 秋季比春季高出 1. 611 m g·kg - 1, 增
001 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　　7 卷
加 1 倍以上. 而次年春季在清灌区和土地
处理系统土壤中检出的优先有机污染物总
量分别为 0. 182 和 2. 197 m g·kg - 1, 均低
于前一年秋季检出的结果, 说明从当年秋
季到次年春季, 在土壤的自然降解条件下,
土壤中优先有机污染物的含量明显减少.
土地处理系统土壤中优先有机污染物含量
虽然有明显的降低, 但仍没有恢复到前一
年同期水平, 表明有机污染物在土壤中已
有一定残留和累积. 由于该实验场地具有
长期污水灌溉的历史, 这种情况不完全是
土地处理系统连续两年运行所造成的.
1989 年春、秋季和 1990 年春季在相邻传统
污灌地区土壤中优先有机污染物的检测结
果表明, 除由于土地处理系统夏季水力负
荷较大, 使其在秋季土壤中检出的优先有
机污染物总量略高于传统污灌区外, 1989、
1990 年春季土壤中的检测结果非常接近.
　　从表 1 也可以看出, 不同有机污染物
在土壤中的残留与其理化性质密切相关.
单环化合物因其有较高的蒸气压、低辛醇2
水分配系数和较低的化学稳定性较容易通
过挥发、淋溶迁移出土壤, 或经过化学和生
物降解作用而去除, 因而在土壤中未检出
或残留很低. 残留最多的优先有机污染物
是多环芳烃类, 这种情况可能与该类化合
物的化学性质比较稳定有关, 即随着环数
的增加, 化学性质更加稳定, 更难于降解和
更易为土壤所吸附, 反映其在自然环境中
的难降解性[15, 16 ].
有机污染物在土壤中的残留量取决于
有机污染物引入的速率和降解速率, 这是
一个动态平衡过程. 在一定的土壤理化条
件下, 随着有机污染物负荷的增加, 其在土
壤中的残留也会增加. 吴维中等[3 ]在沈抚
表 1　土壤中优先有机污染物的含量
Table 1 Concen tration of pr ior ity organ ic pollutan ts in so il (mg·kg- 1)
化合物
Compound
对照区Contro l areaÉ Ê Ë 传统污灌区1)É Ê Ë 土地处理系统 SR 2L T SÉ Ê Ë
苯Benzene 0. 22 0. 042 0. 006 0. 140 0. 110 0. 042 0. 170 0. 090 0. 064
甲苯M ethylbenzene ND 3 0. 009 ND ND T race 0. 005 ND ND 0. 026
乙苯 E thylbenzene ND 0. 008 ND ND T race T race ND T race T race
酚 Pheno l ND 0. 037 ND 0. 019 ND ND T race ND ND
2, 42二甲酚 2, 42dim ethylpheno l ND ND T race3 3 ND ND 0. 057 ND ND 0. 489
1, 32二氯苯 1, 32dich lo robenzene ND ND ND 0. 006 T race T race ND 0. 010 ND
1, 42二氯苯 1, 42dich lo robenzene ND ND ND 0. 007 T race ND ND 0. 012 0. 022
1, 2, 42三氯苯 1, 2, 42trich lo robenzene ND ND ND 0. 014 0. 044 0. 047 T race 0. 031 0. 052
硝基苯N itrobenzene ND ND ND ND ND 0. 031 ND ND 0. 085
萘N aph thalene 0. 080 0. 014 0. 006 0. 080 0. 040 0. 024 0. 049 0. 045 0. 030
苊A cenaph thylene ND 0. 022 ND ND 0. 012 0. 015 ND 0. 026 0. 011
二氢苊A cenaph thene ND 0. 043 0. 014 0. 011 0. 021 0. 023 0. 009 0. 025 0. 055
芴 F luo rene ND 0. 022 0. 013 0. 053 0. 023 0. 034 0. 047 0. 049 0. 029
菲 Phenan th rene ND 0. 015 0. 011 0. 140 0. 130 0. 276 0. 170 0. 210 0. 222
蒽A nth racene ND ND 0. 072 0. 036 0. 048 0. 215 0. 034 0. 070 0. 177
荧蒽 F luo ran thene ND 0. 130 ND 0. 210 0. 440 0. 319 0. 180 0. 620 0. 380
芘 Pyrene ND 0. 140 ND 0. 180 0. 560 0. 317 0. 230 0. 850 0. 154
苯并 (a)蒽Benzo (a) an th racene 0. 350 0. 250 ND 0. 490 0. 490 0. 206 0. 490 0. 770 0. 230
苯并 (k)荧蒽Benzo (k) fluo ran thene 0. 039 0. 070 0. 016 0. 100 0. 140 0. 090 0. 040 0. 150 0. 138
苯并 (a)芘Benzo (a)pyrene 0. 150 0. 110 0. 042 0. 038 0. 064 0. 199 0. 088 0. 160 0. 033Χ2666 - 0. 110 0. 058 - 0. 170 0. 201 - 0. 140 0. 117∆266 - 0. 450 0. 068 - 0. 190 0. 550 - 0. 760 0. 411
合计 To tal3 3 3 0. 839 0. 912 0. 182 1. 524 2. 122 1. 900 1. 507 3. 118 2. 197
秋春之差D ifference - 0. 073 - - 0. 598 - - 1. 611 -
　注: 1) T radit ional irrigation area. É . 1989. 4, Ê . 1989. 10, Ë . 1990. 4. 3 未检出 U ndetected, 3 3 痕量 T race,3 3 3 不包括 Χ2666 和 ∆2666 Χ2666 and ∆2666 are excluded. 下同. T he sam e below.
101增刊　　　　于殿臣等: 慢速渗滤土地处理系统中优先有机物的迁移、归宿与生态风险　　　　　
灌区土壤2植物系统对矿物油净化功能的
研究表明, 在田间小区实验中, 当采用矿物
油含量为 10 m g·L - 1, 土壤的负荷为 15 g
·4 m - 2时, 已造成矿物油对土壤的污染.
土地处理系统灌溉污水中矿物油平均含量
为 7 m g·L - 1, 年布水量约为 105 t, 其土壤
中矿物油负荷为 46 g·4 m - 2, 为田间小区
实验负荷量的 3 倍, 可能有机污染物负荷
量过大是产生土地处理系统土壤中优先有
机污染物残留的一个原因. 此外, 土壤中有
机污染物除来源于污水灌溉外, 大气降尘、
植物残体及其代谢产物也是重要的来源.
3. 2　L T S 系统地下水中优先有机污染物
从表 2 可以看出, 系统出水中的优先
有机污染物总浓度比进水低一个数量级以
上, 显示了土地处理系统对污水的净化作
用[5 ]. 8 m 观测井中的优先有机污染物浓
度略低于系统出水, 而 28 m 观测井中浓
度又较 8 m 观测井有较大的降低, 说明进
入系统污水中的优先有机污染物经过土壤
的吸附、化学和生物降解作用不断被去除,
使进水逐渐得到净化. 但仍有少量有机污
染物进入地下水, 对地下水产生一定影响.
从系统 28 m 观测井检出的优先有机污染
物与对照区地下水中检出的浓度比较可
图 2　水中优先有机污染物浓度分布
F ig. 2 D istribu tion of p rio rity o rgan ic po llu tan t con ten t
in w ater.É . 8 m 饮水井 8 m deep w ell, Ê . 8 m 观测井 8 m deep
monito ring w ell, Ë . 28 m 观测井 28 m deep monito ring
w ell, Ì . 系统出水 SR2L T S effluen t.
a) 1, 2, 42三氯苯 1, 2, 42trich lo robenzene, b) 硝基苯N i2
trobenzene, c) 萘N aph thalene, d) 苊A cenaph thylene, e)
二氢苊 A cenaph thene, f ) 芴 F luo rene, g ) 菲 Phenan2
th rene, h ) 蒽 A nth racene, i) 荧蒽 F luo ran thene, j) 芘
Pyrene, k) 苯并 (k) 荧蒽Benzo (k) fluo ran thene, l) 苯并
(a)芘Benzo (a)pyrene, m ) Χ2666, n) ∆2666.
表 2　水中优先有机污染物浓度
Table 2 Concen tration of pr ior ity organ ic pollutan ts in water (ng·L - 1)
化合物
Compound
土地处理系统
SR 2L T S
　
进　水
In let
出　水
O utlet
8 m 观测井
8m deep w ell
28 m 观测井
28m deep w ell
传统污灌区
T randitional
irrigation
8m 水井
8m deep w ell
对照区
Contro l area
　
灌溉机井
Irrigation w ell
苯Benzene 0. 790 0. 870 0. 240 0. 071 0. 380 ND
甲苯M ethylbenzene 0. 900 0. 038 T race ND ND ND
乙苯 E thylbenzene 0. 200 0. 022 0. 012 0. 026 0. 009 0. 028
酚 Pheno l 2. 560 ND 3 T race3 3 ND ND ND
2, 42二甲苯 2, 42dim ethylbenzene 3. 320 ND 0. 098 ND ND ND
1, 32二氯苯 1, 32dich lo robenzene T race ND T race ND 0. 015 ND
1, 42二氯苯 1, 42dich lo robenzene 0. 430 0. 052 T race 0. 018 0. 010 ND
1, 2, 42三氯苯 1, 2, 42trich lo robenzene 8. 240 0. 260 0. 130 0. 028 0. 062 ND
硝基苯N itrobenzene 3. 410 1. 720 0. 870 0. 140 0. 510 ND
萘N aph thalene 18. 260 0. 480 0. 120 0. 045 0. 190 0. 051
苊A cenaph thylene 2. 010 0. 040 0. 048 0. 026 0. 120 0. 011
二氢苊A cenaph thene 6. 380 0. 081 0. 100 0. 022 0. 046 0. 008
芴 F luo rene 2. 470 0. 370 0. 270 0. 091 0. 210 0. 058
菲 Phenan th rene 4. 150 0. 760 0. 390 0. 250 0. 400 0. 038
蒽A nth racene 2. 460 0. 220 0. 270 0. 075 0. 230 0. 033
荧蒽 F luo ran thene 2. 600 0. 120 0. 360 0. 110 0. 240 0. 048
芘 Pyrene 0. 770 0. 086 0. 088 0. 066 0. 140 0. 025
苯并 (k)荧蒽Benzo (k) fluo ran thene 1. 360 0. 077 ND ND ND ND
苯并 (a)芘Benzo (a)pyrene 0. 890 0. 041 0. 001 0. 047 0. 069 NDΧ2666 2. 050 ND 0. 590 0. 340 1. 190 ND∆2666 4. 530 0. 470 0. 440 0. 350 0. 150 ND
201 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　　7 卷
见, 除个别化合物外, 绝大部分优先有机污
染物的浓度高于清水灌区 2～ 6 倍, 总浓度
则高出 5 倍多. 系统出水和地下水中检出
的优先有机污染物浓度分布 (图 2) 表明,
系统出水、8 m 和 28 m 观测井水中检出的
优先有机污染物分布十分相似, 说明其可
能都有共同的来源, 或在不同程度上受到
某种影响. 系统出水来自系统侧渗沟和暗
管, 很可能 8 m 和 28 m 地下水有相当部
分来自灌溉污水中的下渗水, 或受到一定
程度的影响.
　　从当地居民 8 m 井水中优先有机污
染物检测结果可以看出当地井水中优先有
机污染物的总浓度远高于清水灌区井水,
与系统 8 m 观测井水中的浓度非常接近,
同时它们也有着非常相似的浓度分布, 这
反映出传统污灌对当地地下水的影响.
污灌或河流受污染影响地下水的情况
国内已有报道[2, 4, 8, 10 ]. 土地处理系统湿法
处理使土壤长时间被水浸泡覆盖, 处于嫌
气状态, 部分难降解的有机污染物不能有
效地降解, 会随着水的下渗进入地下水. 硝
基苯可能是一个典型的化合物. 挥发光解
是硝基苯的主要降解途径[11 ] , 由于其有较
低的辛醇2水分配系数, 不易为土壤吸附,
容易在土壤中迁移. 105 cm 土柱淋洗实验
显示, 进水硝基苯的浓度为 100 Λg·g - 1,
淋洗实验进行 12～ 18 d 后, 出水浓度已达
12～ 20 Λg·g- 1, 超过国家污水综合排放 3
级标准. 实验结果说明硝基苯容易通过淋
溶迁移进入地下水. 从系统出水、8 m 和
28 m 观测井检出的硝基苯浓度看, 其去除
率远低于其他有机污染物, 可能与硝基苯
易于淋溶下移有关. 地下水一直处于嫌气
状态, 具有封闭性和不易流动性, 有机污染
物一旦进入地下水将难以去除, 有必要对
进水中的某些难降解的有机污染物加以严
格限制. 适当控制水力负荷, 采取干、湿交
替措施, 以提高土地处理系统的净化能力,
尽量减少对地下水的污染.
3. 3　大米中的优先有机污染物
从表 3 可见, 大米中检出的优先有机
污染物主要为单环苯系物和二、三环多环
芳烃化合物. 这与W ild [18 ] 实验结果相一
致. 从检测结果可见, 除甲苯在土地处理系
统大米中的含量明显高于清灌区和传统污
灌区外, 其他优先有机污染物的含量并没
有显著差异.
表 3　大米中优先有机污染物含量 (1989. 10)
Table 3 Concen tration of pr ior ity organ ic compounds in r ice (mg·kg- 1)
化合物
Compound
对照区
Contro l area
传统污灌区
T raditional irrigation
土地处理系统
SR2L T S
甲苯M ethylbenzene 0. 530 0. 850 3. 860
乙苯 E thylbenzene ND 3 0. 017 0. 012
酚 Pheno l 0. 058 0. 056 0. 026
2, 42二甲酚 2, 42dim ethylpheno l 0. 019 ND 0. 016
1, 2, 42三氯苯 1, 2, 42trich lo robenzene 0. 101 ND 0. 071
萘N aph thalene 0. 010 0. 017 0. 028
苊A cenaph thylene 0. 011 T race3 3 0. 009
二氢苊A cenaph thene T race T race T race
芴 F luo rene 0. 017 0. 043 0. 032
菲 Phenan th rene 0. 100 0. 150 0. 190
　　一些研究表明, 随着环境污染物浓度
的增加, 植物体内的有机污染物含量也相
应增加[3, 9 ]. 植物体内有机污染物除了来源
于植物根部吸收, 也可能来自大气吸附和
降尘以及植物自身代谢合成[13, 17 ]. 在本实
验中, 在大米中检出了一些优先有机污染
物, 其他土地处理实验场地生产的小麦和
玉米中也检出了优先有机污染物, 但是它
301增刊　　　　于殿臣等: 慢速渗滤土地处理系统中优先有机物的迁移、归宿与生态风险　　　　　
们的含量都非常低[12 ]. 对于水稻、小麦、玉
米类植物, 根部吸收的有机污染物要经过
较长的传输才能达到籽实, 其浓度会在传
输过程中逐渐降低. 因此, 大气吸附和降尘
可能是这类植物籽实中有机污染物的主要
来源[11 ]. 对于蔬菜类, 特别是根茎类植物
体内的有机污染物, 除了部分来自大气吸
附和降尘外, 根部吸收可能是一个重要来
源[6, 14, 18 ]. 虽然本研究没有发现优先有机
污染物在土地处理系统和传统污灌区生产
的大米中产生残留和累积, 但有机污染物
进入并残留在植物体内是一个复杂的和长
期积累过程. 因此对这个问题有必要进行
深入研究.
致谢　姚家彪、朱　岩、何东慧、姜　萍、可　夫
参加部分工作.
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401 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　　7 卷