《中國城鎮(zhèn)污水廠污泥成分分析與處置路線評述》 王濤 （原文刊載于西南給水排水,2015,37(5):58-65,本文在原文基礎(chǔ)上稍作改動） 摘要：解決污泥問題，“處置決定處理”。根據(jù)25座城市的

- 前言 -

剛剛過去的2019年是污泥處理事業(yè)開創(chuàng)25周年。當(dāng)前疫情肆虐全球的情況下，為深入專注地總結(jié)回顧一下過去提供了可能，同時也有必要為未來發(fā)展道路修正一下方向。機械工業(yè)有機固廢生物處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心官網(wǎng)（www.owtr.org.cn）與公眾號（OWTR）同步推出“堆肥技術(shù)的昨天、今天、明天”專輯，共分八個系列：污泥工程經(jīng)典案例系列、先進堆肥技術(shù)介紹系列、中國原創(chuàng)-SACT技術(shù)系列、堆肥“大腦”-工程設(shè)計系列、堆肥“骨骼”-設(shè)備與自控系列、“污泥去哪兒？”-污泥處置系列、“華山論劍”-有機固廢相關(guān)技術(shù)綜述系列、堆肥概念廠系列，預(yù)計推文合計60篇，歡迎關(guān)注及參與討論。

0.前言

污泥處理處置技術(shù)路線問題已爭論多年。解決這一問題，“處置決定處理”是業(yè)內(nèi)共識。但在實際工作中似乎沒有一條“行的通”的處置路線：填埋，占地，無法持續(xù)？！土地利用，面臨重金屬等物質(zhì)污染土壤環(huán)境的風(fēng)險？！焚燒，面臨尾氣尤其是二噁英、重金屬等物質(zhì)污染大氣環(huán)境的風(fēng)險？！對問題的發(fā)現(xiàn)與澄清往往是解決問題的最基礎(chǔ)的步驟，上述問題在工作中被反復(fù)出現(xiàn)，那么究竟需要澄清什么？

第一應(yīng)澄清中國城鎮(zhèn)污水處理廠目前污泥成分究竟如何，二次污染風(fēng)險究竟有多大，蘊藏資源價值究竟有多少？

第二應(yīng)結(jié)合中國污泥泥質(zhì)情況研究澄清各類處置方法適用性和經(jīng)濟可行性，研究應(yīng)秉持以下原則：

（1）守法原則。必須尊重現(xiàn)行法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格對照這些要求以指導(dǎo)我們的行為；政策、標(biāo)準(zhǔn)若出現(xiàn)模糊不清的情況，應(yīng)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、政策文件的順序采納，政策文件應(yīng)遵循技術(shù)政策、技術(shù)指南的順序采納。

（2）可持續(xù)原則。處置過程應(yīng)為可持續(xù)循環(huán)過程，并且循環(huán)周期應(yīng)在可接受范圍之內(nèi)。

（3）影響最小原則。作為污染治理消納工程，影響最小原則包含兩方面含義：一是達標(biāo)污染物排放范圍最小，對人體影響最��；二是如監(jiān)測污染物超標(biāo)排放，所造成的影響最小，且具備補救手段。

（4）盡可能原位處置原則。污染物處置區(qū)域與產(chǎn)生、處理的區(qū)域應(yīng)盡可能一致，防止在遷移過程中發(fā)生的二次污染。

1.中國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥成分

污泥究竟成分如何？《污水處理廠污泥處理處置最佳可行技術(shù)導(dǎo)則（編制研究報告）》（注：2010年2月環(huán)保部以《HJ-BAT-002城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南（試行）》形式發(fā)布）提供污水廠污泥基本理化成分如下表所示。

表1.1 污水處理廠污泥的基本理化成分

表1.2 中國90座城鎮(zhèn)污水廠污泥營養(yǎng)物質(zhì)成分匯總表

表1.3 中國90座城鎮(zhèn)污水廠污泥重金屬成分匯總表

2.污泥處置技術(shù)評述

    2007-2011年在住建部主導(dǎo)下，編制出臺了一批城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)，其中《GB/T23484-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 分類》中明確給出四類共11條處置路線。

2.1 土地利用

根據(jù)GB/T23484-2009規(guī)定，污泥土地利用是將污泥作為肥料或土壤改良材料，用于園林、綠化或農(nóng)業(yè)等場合的處置方式。這里將污泥土地利用分為三個類型：

（1）園林綠化，城鎮(zhèn)綠地系統(tǒng)或郊區(qū)林地建造和養(yǎng)護的基質(zhì)材料或肥料原料；對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23486-2009、CJ/T362-2011。該處理路線完整、通暢，但現(xiàn)實工作中最大問題是各部門間利益與責(zé)任的再分配。

（2）土壤改良，鹽堿地、沙化地和廢棄礦場的土壤改良材料；對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24600-2009。該處理路線完整、通暢，但現(xiàn)實工作中最大問題是鹽堿地、沙化地和廢棄礦場資源分布不均，以及改造資金無法落實。

（3）農(nóng)用，農(nóng)用肥料或農(nóng)田土壤改良材料。對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB 4284-1984、CJ/T309-2009。

在污泥土地利用方式中，對農(nóng)用的爭議最大。農(nóng)業(yè)部作為農(nóng)業(yè)最高主管部門，多次在部門規(guī)章中對“污泥農(nóng)用”加以規(guī)范。2006年頒布的《農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安全管理辦法》（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部第71號令，簡稱71號令）第二十一條規(guī)定：“任何單位和個人提供或者使用農(nóng)業(yè)用水和用作肥料的城鎮(zhèn)垃圾、污泥等固體廢物，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過無害化處理并符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)”；2011年發(fā)布的《農(nóng)業(yè)部關(guān)于加快推進農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)的意見》（農(nóng)科教發(fā)[2011]11號文件，簡稱11號文）規(guī)定：“嚴(yán)禁直接把城鎮(zhèn)垃圾、污泥直接用作肥料”；2013年發(fā)布的《近期土壤環(huán)境保護和綜合治理工作安排》（國辦發(fā)[2013]7號文件，簡稱7號文）規(guī)定：“禁止在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用含重金屬、難降解有機污染物的污水以及未經(jīng)檢驗和安全處理的污水處理廠污泥、清淤底泥、尾礦等。”對于“污泥農(nóng)用”71號令應(yīng)理解為經(jīng)處理并符合標(biāo)準(zhǔn)，11號文應(yīng)理解為嚴(yán)禁不經(jīng)處理，7號文應(yīng)理解為禁止未經(jīng)檢驗處理，三個文件沒有矛盾，且有關(guān)污泥農(nóng)用的核心內(nèi)容集中指向兩個問題：處理和檢驗，這兩個問題又有一個關(guān)鍵的聯(lián)系——標(biāo)準(zhǔn)：處理目標(biāo)就是檢驗標(biāo)準(zhǔn)。目前可以指導(dǎo)污泥農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)共兩個：《GB 4284-1984農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》和《CJ/T309-2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)》。

以重金屬為例，將上述兩個標(biāo)準(zhǔn)對比可見：Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni等6項指標(biāo)，行標(biāo)嚴(yán)于國標(biāo)；Cu、Zn、B等3項指標(biāo)國標(biāo)嚴(yán)于行標(biāo)。主要原因在于我國土壤重金屬污染形勢發(fā)生變化，對于非植物生長必要元素需加強控制；而Cu、Zn、B為植物生長必要元素，占作物體干重的百分?jǐn)?shù)大致是：Cu 0.001%、Zn 0.01%、B 0.005%，因此適當(dāng)放寬指標(biāo)要求符合實際情況。

將上述指標(biāo)與《GB15618-2008土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》中第二級標(biāo)準(zhǔn)值和美國《EPA 40CFR Part503》相關(guān)限值進行分析比較，標(biāo)準(zhǔn)值的制定是匹配合理的，因此結(jié)合土壤本底值測定與環(huán)境容量評估后，符合上述標(biāo)準(zhǔn)的污泥進行土地利用（包括農(nóng)用）是有依據(jù)的且安全、可行的。

表2.1污泥農(nóng)用重金屬污染物控制標(biāo)準(zhǔn)值

單位：mg/kgDS

* GB15618-2008中土壤環(huán)境質(zhì)量第二級標(biāo)準(zhǔn)值農(nóng)業(yè)用地按照pH分為四組，按照農(nóng)用地用途分為水田、旱田、菜地三類，對應(yīng)每種污染物限制共12個，“低值”為其中最低的限制，“高值”為其中最高的限制。

表2.2中美泥質(zhì)重金屬濃度標(biāo)準(zhǔn)對比             單位：mg/kg

2.2填埋

根據(jù)《GB/T23484-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 分類》規(guī)定，污泥填埋指采用過程措施將處理后的污泥集中堆、填、埋于場地內(nèi)的安全處置方式。這里將污泥填埋分為兩個類型：

（1）在專門填埋污泥的填埋場進行填埋處置，即單獨填埋；尚無對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)僅上海等地進行過實驗性應(yīng)用，目前看在中國單獨填埋不具備應(yīng)用推廣條件。

注：過去若干年，一些地方因沒有處理處置系統(tǒng)，將污水廠脫水污泥利用廢棄地暫存、棄置的方式并不是單獨填埋，其中的污泥理化性質(zhì)基本不發(fā)生變化，謂之為“存量污泥”，待時機成熟仍需進行無害化、減量化、穩(wěn)定化處理，且存放過程中存在安全隱患。

（2）在城市生活垃圾填埋場進行混合填埋（含填埋場覆蓋材料利用）；對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23485-2009。污泥能否進行混合填埋處置取決于兩個因素：

（1）污泥本身的性質(zhì)，主要是土力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)《GB/T23485-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》：污泥與垃圾混合填埋時，要求污泥含水率＜60%且混合比例≤8%；污泥作為覆蓋土利用時，要求含水率＜45%且橫向剪切強度＞25 k N/m²。

（2）填埋后對環(huán)境產(chǎn)生的影響。污泥無論是與垃圾混合填埋，還是作為覆蓋土利用包括8項重金屬指標(biāo)在內(nèi)的污染物指標(biāo)應(yīng)符合《GB/T23485-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》表2限值要求。

隨著可利用土地和填埋場資源日益枯竭，混合填埋技術(shù)也僅可作為過渡時期的一種無奈選擇。

2.3建材利用

根據(jù)《GB/T23484-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 分類》規(guī)定，污泥建筑材料利用指將污泥作為制作建筑材料部分原料的處置方式。這里將污泥建材利用分為兩個類型：

（1）制水泥的部分原料或添加料；對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T314-2009。

（2）制磚的部分原料；對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25031-2010。

（3）制輕質(zhì)骨料（陶粒等）的部分原料；尚無對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

對比《CJ/T314-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)》與《GB/T 25031-2010城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚泥質(zhì)》，后者在污染物限制方面總汞和總鉛的要求上更加嚴(yán)格，并且增加了礦物油、揮發(fā)酚、總氫化物等指標(biāo)；這主要是因為相對于水泥窯，制磚工藝封閉性較差，更易造成對大氣環(huán)境的二次污染。

此外，磚及輕質(zhì)骨料生產(chǎn)企業(yè)相對規(guī)模較小，承擔(dān)二次污染控制系統(tǒng)建造運行費用將極大影響企業(yè)的市場競爭力。水泥生產(chǎn)企業(yè)相對規(guī)模較大，在尾氣處理系統(tǒng)完善的基礎(chǔ)上，將污泥進行水泥窯協(xié)同焚燒處理是一種有效的方法，但水泥窯資源分布不均以及霧霾治理力度的不斷加大限制了該處置路線的應(yīng)用前景。

2.4焚燒

根據(jù)《GB/T23484-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 分類》規(guī)定，污泥焚燒指利用焚燒爐將污泥完全礦化為少量灰燼的處理處置方式。這里將污泥焚燒分為三個類型：

（1）專門污泥焚燒爐焚燒；對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24602-2009。

污泥單獨焚燒經(jīng)濟性取決于自身熱值， 有機固體的干基熱值Q與焚燒存在以下關(guān)系：Q＜3340kJ/kg，可燃燒但需輔助燃料；3340 kJ/kg≤Q＜4180 kJ/kg，可燃燒但廢熱利用價值不大；Q ≥4180 kJ/kg，焚燒供熱、發(fā)電均可行。中國大中型城市的城市污泥干基熱值5844~19303kJ/kg（均值11850kJ/kg）。按照最高干基熱值19303kJ/kg計算，折合含水率80%的收到基高位熱值為3860kJ/kg，低位熱值660kJ/kg；折合含水率60%的收到基高位熱值為7721kJ/kg，低位熱值5321kJ/kg。按照均值干基熱值11850kJ/kg計算，折合含水率60%的收到基高位熱值為4740kJ/kg，低位熱值2340kJ/kg。由此可見，污泥焚燒熱值利用經(jīng)濟價值較低；理想狀態(tài)下，干基熱值高于16450kJ/kg，并已干化至含水率60%以下的污泥在熱值條件角度是符合焚燒處置要求的，在我國極少有污水廠脫水污泥符合此條件。

（2）與生活垃圾一同焚燒；尚無對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，污染控制一般采用《GB18485-2001生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，但對于焚燒爐大氣污染物排放限制僅規(guī)定了Hg、Cd、Pb，顯然與污泥泥質(zhì)要求未完全匹配；這一問題在2014年5月16日發(fā)布的新版本GB18485-2014中得以完善（現(xiàn)有系統(tǒng)2016年1月1日起實施，新建系統(tǒng)2014年7月1日起實施），并且新版標(biāo)準(zhǔn)明確了“生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥”等“專用焚燒爐的污染物控制參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行”。隨著公眾對廢棄物焚燒行為關(guān)注的加深，焚燒標(biāo)準(zhǔn)要求的提升（注：詳見下表）是政府對社會訴求的積極回應(yīng)，也是企業(yè)社會責(zé)任的體現(xiàn)，但不可避免帶來了處理成本的大幅上升，使得相對最不具經(jīng)濟性的污泥焚燒處置路線的前景，更趨暗淡。

（3）在工業(yè)焚燒爐或火力發(fā)電廠焚燒爐中作燃料利用；尚無對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。特別需要注意的是：目前我國污泥焚燒應(yīng)用最多的恰恰是沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)支撐的火力發(fā)電廠摻燒，環(huán)評按照垃圾焚燒爐煙氣標(biāo)準(zhǔn)進行，還能享受國家相關(guān)垃圾發(fā)電補貼政策優(yōu)惠，這近似于將一座普通電廠直接轉(zhuǎn)化為垃圾焚燒廠；但從下表不難發(fā)現(xiàn)污染物排放成倍增加，垃圾焚燒廠與普通電廠選址存在本質(zhì)差異，周圍環(huán)境將面臨巨大風(fēng)險，隨著垃圾焚燒新版標(biāo)準(zhǔn)的實施和其它相關(guān)法規(guī)政策的陸續(xù)出臺，這條路終將走到盡頭。

表2.3 GB13223-2011、GB/T 24602-2009、GB18485-2001與GB18485-2014

有關(guān)焚燒爐排放煙氣中主要污染物限值對比

3.污泥處置技術(shù)路線選擇

在上述四類11條處置路線中，單獨填埋、制輕質(zhì)骨料、燃料利用（電廠等混燒）等三條路線尚無專門對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，客觀存在政策風(fēng)險，應(yīng)被認(rèn)為技術(shù)上在中國大范圍使用存在障礙或缺乏條件。在實際應(yīng)用中制磚、單獨焚燒兩條路線也由于經(jīng)濟性和環(huán)保等原因已基本不采用，混合填埋（含覆蓋土利用）隨著垃圾填埋場資源的逐漸枯竭而頻臨淘汰，剩余五條路線：園林綠化、土壤改良、農(nóng)用、制水泥、垃圾混燒，根據(jù)環(huán)保要求的高低應(yīng)采用的選擇步驟如圖3.1所示。

圖3.1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系下污泥處置方式選擇流程

從上圖不難發(fā)現(xiàn)，處置方式體系尚存在缺陷：當(dāng)上述五種情況均不滿足時，污泥如何處置？

GI理念為污泥處置提供了一個新思路。通過區(qū)域功能規(guī)劃，將污泥處理處置限定在一個有限的區(qū)域范圍內(nèi)，建立一個處于直接種植管理和實時環(huán)境監(jiān)控狀態(tài)下的土地利用處置體系，該體系理論上可以接納任何泥質(zhì)的污泥并能夠穩(wěn)定經(jīng)濟運行。但GI模式尚處于探索階段，需要大量基礎(chǔ)研究工作和標(biāo)準(zhǔn)支撐。

圖3.2典型污泥集中處理處置GI結(jié)構(gòu)示意圖

4.結(jié)語

污泥處理處置技術(shù)路線問題已爭論到目前為止尚未結(jié)束。但對于選擇污泥處置方式的原則我們應(yīng)可形成共識：

一方面應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行政策、標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)現(xiàn)和發(fā)揮不同標(biāo)準(zhǔn)的共同特性，減輕部門利益沖突帶來的影響，為處置路線確定掃清道路。

另一方面應(yīng)積極創(chuàng)新觀念，在現(xiàn)有六處置路線的惡基礎(chǔ)上尋找新的、可行的處置路線，并為推廣應(yīng)用積累基礎(chǔ)、創(chuàng)造條件。隨著觀念創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究工作的不斷深入，相信我國污泥處理處置行業(yè)一定能夠走出一條適合中國特點的“治泥之路”。

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