城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置用于土地改良的思考

1、概述據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，我國(guó)土地總面積居世界第三位，人均占地僅為世界人均的1/3；森林覆蓋率約為12.5%（世界平均22%），人均林地1.8畝，在世界排名121位；已利用土地中耕地占有耕地面積7%，居第三位，人均只及世界人均的30%，養(yǎng)活著全球22%的人口。目前我國(guó)的耕地不但占有量少，而且還在逐年下降。 “六五”期間我國(guó)平均每年凈減耕地700畝，1986年《土地管理法》頒布施行后，情況有所好轉(zhuǎn)，但1991年后又在大幅度減少，土地資源匱乏是顯而易見(jiàn)的。同時(shí)，我國(guó)也是產(chǎn)煤大國(guó)，其他金屬和非金屬礦藏的開(kāi)采也具相當(dāng)規(guī)模，有大量的礦區(qū)土地未加改良；修筑鐵路、公路和修浚港灣航道以及其他基本建設(shè)，有大量的取土坑及挖出物需要恢復(fù)植被；平整土地、修筑梯田，有許多生土熟化問(wèn)題；森林火災(zāi)、采伐的林地，需要恢復(fù)林木，還有相當(dāng)數(shù)量的鹽堿地、灘涂地、沙化地等極待土壤改良復(fù)墾。另一方面，城鎮(zhèn)污水處理廠處理過(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生大量污泥，既會(huì)造成污染，又可進(jìn)行綜合利用。污泥中所含的有機(jī)物是有效的生物能源；污泥中的有機(jī)物分解產(chǎn)生的腐殖質(zhì)可以改良土壤，避免板結(jié)，干燥污泥還可以作為工程回填土；而污泥中豐富的氮、磷、鉀等則是植物和農(nóng)作物生長(zhǎng)不可缺少的營(yíng)養(yǎng)物。因此，污水污泥的處理處置與污泥資源化的相結(jié)合，必將成為城鎮(zhèn)污水污泥的最終出路。在大多數(shù)國(guó)家中，特別是發(fā)展中國(guó)家，污泥土地利用和衛(wèi)生填埋經(jīng)常是污泥處置的主要途徑。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，又是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，城市污水污泥的土地利用目前應(yīng)是一項(xiàng)重要的技術(shù)政策，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2、污泥土地改良機(jī)理改良土地的近期目的是恢復(fù)植被及防止沖刷，長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是建立與穩(wěn)定土壤生態(tài)系統(tǒng)。美國(guó)EPA認(rèn)為土地改良作為污泥土地處置的一種，目的是為了獲得最大程度的污泥施用率（可高達(dá)220～900Dt/ha.a）。污泥連續(xù)的施用到土壤中，在土壤中微生物的作用以及不斷進(jìn)行的降解作用、吸附作用、揮發(fā)擴(kuò)散作用、氧化還原、過(guò)濾、滲透等物理化學(xué)作用中，污泥中的有機(jī)物，包括部分有機(jī)污染物質(zhì)被降解，重金屬被固定去除，土地起到了處理系統(tǒng)作用。由于大量地、重復(fù)地施用污泥，專用處置場(chǎng)通常用來(lái)種植不進(jìn)入人類食物鏈的植物，如玉米（用作生產(chǎn)工業(yè)酒精、工業(yè)原料等），或用來(lái)種植草皮及樹(shù)木已達(dá)到防蝕保土和改善環(huán)境（生態(tài)林）的作用。盡管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用污泥中養(yǎng)分等優(yōu)點(diǎn)，但是，污泥中也含大量病原菌、寄生蟲(chóng)（卵），以及銅、鋁、鋅、鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物。一般來(lái)說(shuō)，污泥要作土地利用處置必須經(jīng)無(wú)毒無(wú)害化處理后（污水處理過(guò)程的凈化和污泥高溫堆肥），否則，污泥中的有毒有害物會(huì)導(dǎo)致土壤或水體污染。污泥用于土地改良與污泥的農(nóng)用、污泥的園林綠地施用在污泥泥質(zhì)的要求上應(yīng)有所不同，由于土地改良可以為污泥的進(jìn)一步穩(wěn)定化、礦化提供較長(zhǎng)的時(shí)間和空間，所以污泥中對(duì)土壤不利的指標(biāo)可以適當(dāng)放寬一些，有利的指標(biāo)可以適當(dāng)降低一些，但污泥土地利用的物理、化學(xué)及生物反應(yīng)過(guò)程是一致的：即污泥中含有對(duì)土壤植物有益的多種化學(xué)元素、有機(jī)成分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；鹽堿地、沙化地、廢棄礦場(chǎng)地、建筑廢渣場(chǎng)地為污泥中殘留的污染物提供一定的穩(wěn)定化、礦化作用和條件；它們與污泥的礦物組成有較大的相似性；污泥經(jīng)處理后，具有接近土壤的土力學(xué)特性。

3、污泥土地改良的安全性

3.1重金屬及其化合物施用污泥的安全主要指重金屬及其化合物。目前，世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素有109種，其中83中是金屬。比重大于5的稱重金屬，金屬元素與其它元素生成化合物，一般多為硫化物、氯化物或與一氧化碳結(jié)合生成的鹽類。全球大氣、水、土壤環(huán)境受到自然發(fā)生源和人類活動(dòng)的中金屬污染。由于重金屬本身的系統(tǒng)毒性，造成的污染是危害極大的，有機(jī)金屬化合物可通過(guò)血腦屏障侵犯神經(jīng)組織，如鉛、汞、砷等金屬和類金屬中毒；氧化鎘、氧化鉻、三氧化二砷、氧化硒等引起呼吸系統(tǒng)中毒；砷中毒性胃腸炎近似霍亂，氯化鋇、硫酸鎘、硫酸鎂、氯化鋅、銻鹽類等均可引起急性腸胃炎，嚴(yán)重著可發(fā)生休克；中毒性肝炎由砷、硒、汞、鈹、鋁、鉈等毒物引起；其他如循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、血液和造血系統(tǒng)均可能遭受重金屬入侵而發(fā)��；更有甚者，某些重金屬的過(guò)量吸入，造成致畸、畸胎、致癌、致突變。重金屬超量會(huì)致病，如鉬過(guò)量引起的痛風(fēng)；缺乏也導(dǎo)致疾病，如鋅缺乏導(dǎo)致侏儒、皮膚色素沉著，錳缺乏造成骨骼畸形等。但微量元素和某些重金屬是人體每日必需的，鎘、鉻、鋅、汞、鎳、錳、鉛、銅等是人體組織內(nèi)常見(jiàn)的重金屬元素。城鎮(zhèn)污水處理廠在污水處理過(guò)程中，除了生物合成所需的微量元素外，含在水里大量的重金屬及有毒有害物質(zhì)，會(huì)隨污泥沉積下來(lái)，即使污泥經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理（包括污泥厭氧消化、好氧消化），重金屬及有毒有害物質(zhì)也不會(huì)得到有效地降解。在污泥用于土地改良時(shí)要避免對(duì)土壤植物系統(tǒng)、地表水、地下水系統(tǒng)、產(chǎn)生危害，以致對(duì)環(huán)境和通過(guò)土壤—食物鏈對(duì)人類健康造成風(fēng)險(xiǎn)。重金屬的毒性對(duì)土壤的影響，因其危害程度不同控制其濃度而有所不同，各個(gè)國(guó)家也因其國(guó)情各異。主要重金屬包括Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、As、Zn、Cu、B九項(xiàng)(美國(guó)40CFR 503不設(shè)B)。我國(guó)44個(gè)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中重金屬含量統(tǒng)計(jì)值，從重金屬九大指標(biāo)含量統(tǒng)計(jì)分析可以看出，一方面除鋅元素普遍超標(biāo)外，其他重金屬指標(biāo)均低于國(guó)家污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)（GB4284）；另一方面也說(shuō)明了我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中重金屬含量的多寡，因污水廠服務(wù)排水范圍內(nèi)的地域環(huán)境、上游污染源、城鎮(zhèn)工業(yè)布局、工礦企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品類別等的不同而有較大的差異，重金屬含量時(shí)空分布的極不均勻性也是顯而易見(jiàn)的，不但不同地區(qū)的差異，即便同一座污水處理廠隨時(shí)間變化，重金屬含量最大值與最小值差之千倍萬(wàn)倍是可能的。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局40CFR 503節(jié)有關(guān)《制備供農(nóng)田利用或地表處置的污泥》規(guī)定“污泥用于農(nóng)田、牧場(chǎng)、林地、公共場(chǎng)地和填筑地時(shí)，污泥污染物限制執(zhí)行A級(jí)或B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；在未加襯墊的污泥地表處置場(chǎng)地，污泥泥質(zhì)也按A級(jí)或B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)” 。我國(guó)污泥中鉛、鎳、砷等重金屬含量的最大值均超出控制限制較寬的美國(guó)B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

 3.2有機(jī)污染物除重金屬外，污水污泥中最大的安全隱患是有機(jī)污染指標(biāo)。有機(jī)物、人工化合物、農(nóng)藥成分等污染元素，80年代的水污染主要是微生物和重金屬污染，國(guó)內(nèi)外在水中可撿出的有機(jī)物有2000余種，其中114中具有或被疑具有“三致物質(zhì)”，我國(guó)水源中已經(jīng)能撿出100種有機(jī)污染物。當(dāng)然污水污泥中同樣也存在隱患。礦物油、苯并（a）芘 、多氯代二笨并二惡英/多氯代二笨并呋喃、可吸附有機(jī)鹵化物（AOX）（以Cl計(jì)）、多氯聯(lián)苯、揮發(fā)酚及總氰化物等有機(jī)物高聚物污染。礦物油：隨著石油工業(yè)的發(fā)展，NGW礦物油類的污染越來(lái)越嚴(yán)重，礦物油使有機(jī)體包蓋或窒息，有機(jī)體由于攝入油類、烴類（碳?xì)浠�合物總稱）化合物和提內(nèi)類脂肪或其他組織結(jié)合，破壞新陳代謝和正常功能，直至死亡。污染物的主要來(lái)源是原油的開(kāi)采、加工、運(yùn)輸和各種煉制油的使用。土壤中含油達(dá)到10000mg/kg時(shí)，水稻就會(huì)出現(xiàn)類似缺氧的生長(zhǎng)和發(fā)育的障礙。土壤的嚴(yán)重污染會(huì)導(dǎo)致石油類的某些成分在糧食中積累，影響糧食品質(zhì)，并通過(guò)食物鏈危害人類健康。揮發(fā)酚：酚類屬于可降解有機(jī)物。揮發(fā)酚是指能隨水蒸汽揮發(fā)的酚類，其沸點(diǎn)小于230，通常指一元酚。酚類為原生質(zhì)毒，屬高度物質(zhì)。人體攝入一定量的酚時(shí)，可出現(xiàn)急性中毒癥狀，長(zhǎng)期飲用被酚污染的水，可引起頭暈、出疹瘙癢貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。灌溉水中的酚，高濃度時(shí)（50～1000mg/l）可影響作物的正常生長(zhǎng)和產(chǎn)量，甚至造成作物的死亡。低濃度時(shí)（30mg/l）可促使作物增產(chǎn)含酚的污水進(jìn)入土壤，主要分布在土壤表層，50厘米以下的土層中酚的含量極少。土壤對(duì)酚有極強(qiáng)的凈化能力，酚在土壤中的年凈化率在90％以上。總氰化物：氰化物是一種劇毒物，對(duì)人體的毒性主要是與高鐵細(xì)胞氧化酶結(jié)合，生成高鐵細(xì)胞色素氧化酶而失去傳遞氧的功能，引起組織缺氧窒息。水中含氰達(dá)0.30.5mg/l，魚(yú)類無(wú)法存活。自然界氰化物有較強(qiáng)的自凈作用，氰化物能與溶于水的CO2作用產(chǎn)生HCN排向空氣，水中氰化物在游離氧化下可生成NH4和CO3。自然界中氰化物的來(lái)源主要是工業(yè)廢水排放的含氰廢水，如電鍍廢水、焦?fàn)t和高爐的煤氣洗滌冷卻水、化工廠的含氰廢水以及選礦廢水。土壤中也普遍含有氰化物，并隨土壤的深度增加而遞減，其含量為0.003～0.130mg/kg。天然土壤中的氰化物來(lái)自土壤腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)是一種復(fù)雜的有機(jī)化合物，其核心由多元酚聚合而成，并含有一定數(shù)量的氮化合物。在土壤微生物的作用下，可生成酚和氰。由于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥中有機(jī)物高聚物污染研究不多，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)污泥中有機(jī)污染有一定控制。德國(guó)1992年修訂的凈化污泥規(guī)程，著重指出對(duì)雙羥基喹啉/呋喃、聚合氯化雙苯基、總有機(jī)氯化合鹵族（AOX）有害有機(jī)物的限制，德國(guó)和法國(guó)還制定了相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止的試驗(yàn)研究證明，通過(guò)植物根部有效地吸收和在植物中轉(zhuǎn)移的二惡英/呋喃及六種重要的PDB衍生物的量很少。對(duì)我國(guó)城鎮(zhèn)混合污水污泥需從嚴(yán)要求，本標(biāo)準(zhǔn)列入苯并（a）芘 、多氯代二笨并二惡英/多氯代二笨并呋喃、可吸附有機(jī)鹵化物（AOX）（以Cl計(jì)）、多氯聯(lián)苯有機(jī)污染物的限值。

3.3衛(wèi)生防疫安全性污泥用于土地利用時(shí)，其衛(wèi)生防疫安全指標(biāo)極為重要，尤其近些年，全球性的疾病如禽流感、瘋牛病、SARS等的傳播，提高了人們對(duì)衛(wèi)生防疫安全的認(rèn)識(shí)和警惕，2003年我國(guó)SARS疾患，在防止傳染和預(yù)防的同時(shí)，城鎮(zhèn)污水處理廠出水進(jìn)行了消毒再消毒，甚至污泥采取熱噴滅菌，所以污泥的衛(wèi)生防疫安全指標(biāo)的制定有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。未經(jīng)滅菌處理的污泥中含有較多的病源微生物和寄生蟲(chóng)卵，即便消化后的污泥蛔蟲(chóng)卵也是可觀的。發(fā)達(dá)國(guó)家在污泥土地利用是對(duì)病原體和帶菌體有嚴(yán)格的要求，例如美國(guó)EPA40CFR Part503規(guī)定9種病原體的污泥允許水平（污泥的農(nóng)田利用和土地處置），諸如糞性大腸菌、沙門氏菌書的細(xì)菌、腸道病毒和有活力的蛔蟲(chóng)卵；帶菌體是指動(dòng)物和昆蟲(chóng)（鼠類、鳥(niǎo)類和蒼蠅等）它們能潛在的將病源生物從污泥傳染給人類，帶菌體能被污泥的氣味和易腐性所吸引，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了污泥中揮發(fā)性固體的降解率，來(lái)表征帶菌體吸引的減少指標(biāo)。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

40CFR Part503還用大量篇幅提出上述指標(biāo)的檢測(cè)頻率、、取樣和分析的工序，同時(shí)提出嚴(yán)密的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制要求，甚至包括記錄保存的規(guī)定。美國(guó)有些地區(qū)在污泥土地衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)控制方面，還增加了保健風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，有沙門氏傷寒菌、骨髓灰質(zhì)炎病毒等的滅活指標(biāo)，最低探測(cè)極限值為：病毒100傳染單位（IU）/（kg干泥）、蛔蟲(chóng)卵500可繁殖卵/（kg干泥）、沙門氏菌1000MPN/（kg干泥）、總大腸菌10000 MPN/（kg干泥）（超過(guò)106的不大于20％、超過(guò)127 MPN/（kg干泥）不得撿出）。表1 我國(guó)GB18918污泥穩(wěn)定處理及美國(guó)、法國(guó)污泥土地施用過(guò)程中病原菌限值衛(wèi)生防疫指標(biāo)。表2 美國(guó)EPA40CFR Part 503的土地利用泥質(zhì)的質(zhì)量限制，美國(guó)聯(lián)邦政府EPA40CFR Part503對(duì)城市污泥的土地利用有嚴(yán)格的規(guī)定，在《有機(jī)固體廢棄物（污泥部分）處置規(guī)定》中，經(jīng)脫水、高溫堆肥無(wú)菌化處理后，各項(xiàng)有毒有害物指標(biāo)達(dá)到環(huán)境允許標(biāo)準(zhǔn)的為A類，可作肥料、園林植土、生活垃圾填埋坑覆蓋土等所有土地類型；經(jīng)脫水或部分脫水簡(jiǎn)單處理的為B類污泥，只能林業(yè)用土，不能直接用于改良糧食作物耕地。表1 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)、法國(guó)污泥土地施用過(guò)程中病原菌限值衛(wèi)生防疫指標(biāo)

中 國(guó)
污泥標(biāo)準(zhǔn)	糞大腸菌值		蛔蟲(chóng)卵死亡率		糞大腸菌群		細(xì)菌總數(shù)		有機(jī)物減量
GB 18918 污泥消化	>10 － 2		>95％		/		/		>40％(厭氧) >50%（好氧）
GB 8172 農(nóng)用垃圾	>10 － 1 ～10 － 2		>95～100％		/		/		/
污水廠 污泥泥質(zhì)	/		/		<10 5 MPN/kgTS		<10 8 MPN/kgTS		/
園林用泥	/		>95％		<10 5 個(gè)/kgTS		/		/
填埋用泥	>0.01		>95％		/		/		/
美 國(guó) 和 法 國(guó)
EPA40CFR503 美國(guó)土地施用		糞大腸桿菌 <1000CFU/gTS		沙門氏菌 <3MPN/4gTS		腸道病菌 <1MPN/4gTS		寄生蟲(chóng)卵 <1ova/4gTS		38％
Arrete du8/1/98 法國(guó)土地施用		/		<8 MPN/10gTS		< 3PN/10gTS		<31ova/10gTS		38％

表2 美國(guó)EPA40CFR Part503的土地利用泥質(zhì)的質(zhì)量限制

項(xiàng)目	合格	A類	B類
病原菌	<1000MPN/g干污泥	<1000MPN/g干污泥	<2000000MPN/g 干污泥
病源傳播 動(dòng)物棲息	<1000MPN/g干污泥	<1000MPN/g干污泥	<1000MPN/g干污
土壤調(diào)理劑	許可	許可	許可
市售	許可	許可	禁止

4、經(jīng)濟(jì)分析

有資料介紹，對(duì)不同污泥處置技術(shù)的技經(jīng)分析得出大致結(jié)論如下表：

表3不同污泥處置方式和成本

處置方式	成本 ① （元/噸泥餅）	成本（元/噸污水）	現(xiàn)狀
污泥棄置	15	0.01	使用
污泥填埋	40	0.03	有困難
簡(jiǎn)易堆肥	70	0.05	有使用
機(jī)械化堆肥	120	0.09	嘗試
污泥熱干化	220	0.17	個(gè)別使用
污泥焚燒	220以上	0.17以上	極個(gè)別使用

①泥并含水率80%
5、結(jié)束語(yǔ)

近悉，我國(guó)有關(guān)部門正在編制和陸續(xù)出臺(tái)有關(guān)城鎮(zhèn)污水處理廠污水污泥泥質(zhì)的系列標(biāo)準(zhǔn)，其中包括污泥用于土地改良的泥質(zhì)控制指標(biāo)，這將有利于城鎮(zhèn)污水污泥處理和處置目標(biāo)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，不但使污水污泥有效地防止污泥二次污染，而且促進(jìn)其穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化進(jìn)而資源化，是節(jié)能減排的重要舉措。

作者簡(jiǎn)介；張大群