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再論市政污泥土地利用的瓶頸問題及解決途徑

楊長明，陳霞智

（同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）

1.背景

根據(jù)國家“十三五”規(guī)劃，2020年全國市政污水處理量預(yù)計(jì)達(dá)到2.69 億 m 3/日，預(yù)計(jì)市政污泥年產(chǎn)量（80% 含水率）將達(dá)到5000萬t。市政污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)、病原菌、重金屬等有害物質(zhì)，若未經(jīng)妥善處理處置，將對(duì)環(huán)境安全和公眾健康造成嚴(yán)重危害。目前污泥處置方式主要以以衛(wèi)生填埋、焚燒、建材利用和土地利用為主。其中衛(wèi)生填埋占用大量土地且容易造成地下水污染，因此其在歐美很多國家已被禁止。污泥焚燒需購置專用設(shè)備，投資較大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。建材利用在高溫?zé)�制污泥過程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，且存在能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點(diǎn)。城市污泥中的有機(jī)質(zhì)、氮磷營養(yǎng)物等可轉(zhuǎn)化為土壤營養(yǎng)成分，經(jīng)穩(wěn)定化和無害化處理后的污泥用于林地、園林綠地、沙化地和廢棄礦山修復(fù)等符合我國國情。

2.國內(nèi)外污泥土地利用技術(shù)進(jìn)展

2.1國內(nèi)常用污泥穩(wěn)定化技術(shù)

市政污泥土地利用處置前需要對(duì)污泥進(jìn)行減量化、無害化、穩(wěn)定化處理。常見的處理技術(shù)主要有厭氧消化技術(shù)、好氧堆肥、熱干化和深度脫水等。

2.1.1厭氧消化技術(shù)

污泥厭氧消化以其高效的能量回收和較低的環(huán)境影響是目前國際上應(yīng)用最為廣泛的污泥穩(wěn)定化和資源化的處理方法。污泥厭氧消化具有減少污泥體積、穩(wěn)定污泥性質(zhì)、產(chǎn)生甲烷氣體等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)同時(shí)也存在一些不足，如需消耗大量熱能、消化工藝停留時(shí)間較長，污泥的有機(jī)物含量要求高，厭氧消化后的污泥仍然需要進(jìn)行脫水處理和處置，常見的手段是熱干化和深度脫水處理。消化穩(wěn)定化后的污泥脫水后可以作為良好的生物炭基肥料，對(duì)改良土壤具有很好的效果。

2.1.2好氧堆肥

好氧堆肥過程中污泥高溫好氧發(fā)酵不斷地分解有機(jī)物，使堆體溫度不斷升高，并能將其中的病原菌和寄生蟲卵殺死，使之無害化；能降解污泥中大部分有機(jī)物，并且使污泥的含水率降到40%，達(dá)到減量化。同時(shí)由于不需要加熱，還具備成本較低的優(yōu)點(diǎn)。雖然相對(duì)于厭氧技術(shù)好氧堆肥較為簡單，瓶頸在于重金屬、臭氣等指標(biāo)難以控制，占地面積較大等。

針對(duì)巢湖流域某污水處理廠脫水污泥含水率高、粘稠、有機(jī)質(zhì)含量較低等特點(diǎn)，并規(guī)避傳統(tǒng)好氧堆肥處理存在升溫困難、發(fā)酵效率低、占地面積大和散發(fā)臭氣等問題，同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在高效脫水干化的基礎(chǔ)上，開展了基于功能性膜覆蓋市政污泥高效好氧發(fā)酵集成研究和工程示范。發(fā)酵產(chǎn)品作為人工土壤基質(zhì)成功應(yīng)用到巢湖廢棄礦山復(fù)綠和生態(tài)修復(fù)。

圖1 基于功能性膜覆蓋市政污泥高效好氧發(fā)酵與礦山修復(fù)利用

2.2國內(nèi)新興污泥處理技術(shù)

2.2.1蛋白質(zhì)提取

國內(nèi)某些單位采用獨(dú)特的“熱堿分解+資源化全消納”工藝生產(chǎn)出填埋覆土、綠化土、土壤調(diào)理劑；其中對(duì)蛋白濾液進(jìn)行提取可制成多肽有機(jī)液體肥料進(jìn)行土地利用。該技術(shù)不僅能系統(tǒng)改良土壤，并且提升了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。目前，該技術(shù)在太原成功投運(yùn)，是一次污泥土地利用出路的真正實(shí)踐。

2.2.2污泥生物炭制備

國內(nèi)有利用污泥和污泥灰成功制成一種富磷污泥生物炭，將污泥和污泥灰轉(zhuǎn)化為可被植物吸收利用的環(huán)保富磷生物炭。該技術(shù)首先將污泥用MgCl2, MgO和CaO等多種改性劑進(jìn)行改性，然后將制得的生物炭在污泥燃燒灰的酸浸液中進(jìn)行P富集。該創(chuàng)新方法不僅解決了污泥燃燒灰酸浸液中磷的回收再利用問題，也循環(huán)再利用了另一種廢棄物--污泥燃燒灰。通過該方法具備的富磷生物炭具有和市售磷肥相當(dāng)?shù)姆市�，可作為一種非常理想的再生磷肥，為污泥土地利用開拓了新途徑。

圖2 富磷生物炭制備及農(nóng)業(yè)土地利用

3. 市政污泥土地利用的瓶頸及解決途徑

3.1重金屬問題

由于重金屬通過植物富集進(jìn)入食物鏈后可能對(duì)人類造成極大的傷害，而污泥中不可避免的存在重金屬，因此人們對(duì)含重金屬污泥土地利用問題一直存在爭議。但研究表明市政污泥施用會(huì)增加土壤和農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量，但大部分情景下均未上升至“超標(biāo)”紅線(土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)產(chǎn)品重金屬限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn))。并且以活性污泥法為主的污水處理本身并不產(chǎn)生重金屬 污染，城市污泥重金屬主要來源于工業(yè)污水的排放。

解決措施：（1）嚴(yán)格控制工業(yè)廢水排入生活污水系統(tǒng)的重金屬含量，在源頭削減重金屬風(fēng)險(xiǎn)。從目前的巢湖流域城鎮(zhèn)污水廠數(shù)據(jù)來看，近幾年隨著工業(yè)企業(yè)環(huán)保管理更加嚴(yán)格，污泥中重金屬含量出現(xiàn)明顯下降的趨勢

（2）在土地利用之前，對(duì)城市污泥進(jìn)行穩(wěn)定化處理，降低重金屬有效性，降低對(duì)植物的危害。

3.2產(chǎn)品出路問題

城市污泥作為一種有機(jī)肥料進(jìn)行土地利用一直不被人們所接受，導(dǎo)致城市污泥產(chǎn)品的出路受到限制。由于市政污泥在前處理環(huán)節(jié)需要付出很多能耗，其加工成本較高，且溢價(jià)能力有限，以及農(nóng)業(yè)管理部門對(duì)污泥制肥產(chǎn)品的準(zhǔn)入方面也持有謹(jǐn)慎的態(tài)度，城市污泥土地利用的發(fā)展受限。在美國，農(nóng)業(yè)管理部門對(duì)城市污泥進(jìn)入土地持積極態(tài)度，鼓勵(lì)農(nóng)場或家庭使用城市污泥加工的有機(jī)肥或栽培基質(zhì)。

解決措施：（1）借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，對(duì)污泥穩(wěn)定化處理后的產(chǎn)品適度放開污泥入土的準(zhǔn)入權(quán)限；（2）加大城市污泥土地利用的宣傳引導(dǎo)，提高公眾對(duì)污泥土地利用的認(rèn)識(shí)；（3）政策扶持，提高污泥制肥產(chǎn)品市場競爭力。

3.3技術(shù)政策或法規(guī)

3.3.1我國技術(shù)政策或法規(guī)局限及解決途徑

主要局限：

（1） 缺乏工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和技術(shù)指南

雖然目前已制定和頒布了城市污泥的農(nóng)用/林地用/園林綠化/土地改良等系列泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)污泥土地利用原則、目標(biāo)、技術(shù)和不同污泥土地利用方式的泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但是均未給出污泥土地利用過程中污泥的具體施用方法（如施用方式、施用季節(jié)、施用頻率等）。

（2）缺乏環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系和管理體系

《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南( 試行) 》中提出了污泥土地利用的風(fēng)險(xiǎn)管理與控制，但是只關(guān)注了污泥土地利用前污染物控制指標(biāo)達(dá)標(biāo)，未給出污泥土地利用過程中的環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。污泥處理處置過程中各參與主體的職責(zé)劃分不清晰及管理標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一也直接影響著污泥土地利用的推廣。目前，在我國尚缺少污泥從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)较�納整個(gè)過程的全流程監(jiān)管體系。

（3）缺乏產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)濟(jì)政策

我國現(xiàn)已提出排污權(quán)有償使用等環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策，但仍缺乏針對(duì)污泥排放進(jìn)行外部成本自主承擔(dān)的法律法規(guī)，未體現(xiàn)“誰污染誰付費(fèi)”原則�，F(xiàn)有經(jīng)濟(jì)政策主要集中在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提出環(huán)保專用設(shè)備、資源綜合利用方面的稅收優(yōu)惠政策。

解決措施：

（1）出臺(tái)污泥土地利用工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和技術(shù)指南

（2）完善污泥土地利用環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系和管理體系

在進(jìn)行長期監(jiān)測后，篩選濃度較高或?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境危害較大的指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)目的采用合適的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法、程序，評(píng)估污泥土地利用過程中風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)、人體健康造成的危害。同時(shí)為了保證城市污泥在生產(chǎn)、運(yùn)輸、處理、處置全流程的安全性，應(yīng)建立污泥產(chǎn)品土地利用全流程監(jiān)管體系。

（3）建立污泥土地利用產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)保障體系

為實(shí)現(xiàn)污泥排放外部成本自主承擔(dān)，鼓勵(lì)民間資本參與污泥土地利用產(chǎn)業(yè)，需要建立污泥土地利用產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)保障體系。

圖3 污泥土地利用產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)保障體系

3.3.2國外技術(shù)政策或法規(guī)及啟示

國外城市污泥土地利用相關(guān)的技術(shù)政策與法規(guī)的制定較早，同國外相比，中國在污泥土地利用的法律法規(guī)制定和實(shí)施方面有較大差距。

在歐盟，大部分國家也制定了完善的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)城市污泥土地利用予以合理控制。具有權(quán)威性的是歐盟的《城市污泥農(nóng)業(yè)利用指導(dǎo)規(guī)程》(86/278/EEC)、英國的《城市污泥農(nóng)業(yè)土地利用指南》(Safe sludge matrix)。這些法規(guī)的制定均有水處理部門、環(huán)保部門和農(nóng)業(yè)管理部門以及農(nóng)戶協(xié)會(huì)等利益方的全程介入。同時(shí)在城市污泥進(jìn)入土地后的風(fēng)險(xiǎn)控制上，開展了大量評(píng)價(jià)性研究。鑒于污泥肥制品在歐洲的市場規(guī)模和爭議，為了使民眾放心使用污泥好氧發(fā)酵制品，歐盟制定了污泥堆肥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《歐洲污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)Directive86 /278 / EEC》，對(duì)施用污泥后 土地的鋅、銅、鎳、鎘、汞、鉛等金屬濃度及pH值都做了規(guī)定，同時(shí)借助適宜的宣傳推廣，解決了有機(jī)污泥的 出路問題。

美國環(huán)保署對(duì)污泥設(shè)定了安全標(biāo)準(zhǔn)，1993年制定了《污水污泥利用和處置標(biāo)準(zhǔn)》（Part503法案）,對(duì)多種污染物進(jìn)行控制,同時(shí)各州根據(jù)Part503制定各自標(biāo)準(zhǔn)。美國《環(huán)境教育法》明確規(guī)定政府要保障財(cái)政投入，鼓勵(lì)公眾參與、監(jiān)督、提供意見和建議，利用第三方對(duì)污泥處理處置政策及措施進(jìn)行評(píng)估�！睹绹�污水污泥處置與利用標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)土地施用、填埋與焚燒等方面的內(nèi)容進(jìn)行了完整規(guī)定。管理制度與措施方面采取頒發(fā)許可證制度，嚴(yán)格污泥土地利用管理；通過提高排污成本來滿足污泥處理處置的資金需求；構(gòu)建污泥管理體系，成立行業(yè)協(xié)會(huì)與第三方機(jī)構(gòu)。

國外關(guān)于污泥土地利用的相關(guān)技術(shù)與政策給我們的啟示主要包括：

1）制訂污泥土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；2）加強(qiáng)污泥肥制品的宣傳推廣；3） 加強(qiáng)監(jiān)管力度，強(qiáng)化污泥項(xiàng)目全過程管理；4） 加強(qiáng)財(cái)政投入力度，保障污泥項(xiàng)目建設(shè)順利進(jìn)行；5） 對(duì)公眾進(jìn)行環(huán)境教育，提高公眾參與積極性；6）通過補(bǔ)貼政策、稅費(fèi)政策等經(jīng)濟(jì)手段，加強(qiáng)市場機(jī)制的構(gòu)建；7）提高工業(yè)企業(yè)排污成本，

減少或杜絕工業(yè)廢水進(jìn)入市政管網(wǎng)，從源頭上減少污染物排放量，并保障污泥品質(zhì)。

4. 結(jié)語

雖然目前我國污泥土地利用存在很多瓶頸，但與污泥填埋、焚燒處理技術(shù)相比，城市污泥的土地利用技術(shù)仍具有極大的優(yōu)勢，在技術(shù)不斷攻克與創(chuàng)新，政策與法規(guī)不斷完善下，污泥土地利用將是未來的一個(gè)主要處置方向。目前需要解決的問題和瓶頸主要包括：

1） 開展污泥強(qiáng)化穩(wěn)定化技術(shù)的研發(fā)，重點(diǎn)從有毒有害物質(zhì)的去除或鈍化，以降低進(jìn)入土地的風(fēng)險(xiǎn)；

2） 打破各部門各行業(yè)之間的壁壘，共同推動(dòng)穩(wěn)定化后優(yōu)質(zhì)污泥土地利用，并制定相應(yīng)的扶持鼓勵(lì)政策；

3） 強(qiáng)化污泥土地利用的監(jiān)管，包括建立長期土地利用監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制。

1、市政污泥土地利用的屬性及潛力分析

2、基于土地利用的市政污泥穩(wěn)定化技術(shù)及存在問題

3、市政污泥土地利用的國內(nèi)外相關(guān)法律法規(guī)及探討

4、未來市政污泥土地利用的技術(shù)與政策展望

● 報(bào)告主題

再論市政污泥土地利用的瓶頸問題及解決途徑

● 直播時(shí)間

2020年6月10日（周三） 14:00—16:00

● 主持人

王領(lǐng)全《中國給水排水》雜志副主編

● 主講人

楊長明，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境高等研究院研究員，環(huán)境生態(tài)工程研究中心副主任，博士生導(dǎo)師。中國環(huán)境學(xué)會(huì) 水環(huán)境分會(huì)理事

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今天（10日）下午14:00—16:00直播題目：再論市政污泥土地利用的瓶頸問題及解決途徑 主講人：楊長明，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境高等研究院研究員，環(huán)境生態(tài)工程研究中心副主任，博士生導(dǎo)師

直播時(shí)間：2020年6月11日 本周四下午  14:00—16:00，直播題目：如何正確使用SWMM軟件  主講人： 梁小光，福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司  高級(jí)科研經(jīng)理   武漢大學(xué)海綿城市研究中心學(xué)術(shù)委員會(huì)委員 

直播時(shí)間：2020年6月12日 本周五下午 14:00—16:00，直播題目：復(fù)合粉末載體生物流化床技術(shù)及其應(yīng)用 /水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用  主講人：柴曉利，博士，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師

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