完善污泥土地利用標準以確保土壤環(huán)境安全

劉文佳 于倩茹

(環(huán)境保護部環(huán)境與經濟政策研究中心，北京 100029)

為切實保護土壤環(huán)境，防治和減少土壤污染，國務院辦公廳今年發(fā)布《近期土壤環(huán)境保護和綜合治理工作安排》文件首次公開提出，在農業(yè)生產中，應禁止使用含重金屬、難降解有機污染物的污水，以及未經檢驗和安全處理的污水處理廠污泥、清淤底泥等。本文在分析污泥基本特性和國內外進展基礎上，提出完善污泥土地利用標準是我國加強污泥污染管理確保土壤環(huán)境安全的當務之急。

1 污泥的基本性質

我國的污水處理廠多采用二級生化處理工藝，污泥主要產自初沉、二沉及其他固液分離工序，含水率高(＞98%)，體積龐大，有機質含量約為40% ～50%，總氮含量 4% ～5%，磷(P2O5)含量 1% ～5%，鉀(K2O)含量0.5% ～1%;對于生活污水和工業(yè)廢水混排的場合，污泥中還常含有激素類物質(E1、E2等)、毒性有機物(苯、氯酚等)、重金屬(Cd、Cr等)以及各種無機鹽。研究表明，污泥污染物往往具有長期毒性和不可降解性，若無序排放，將成為危險的二次污染，通過大氣、地下水、地表水和土壤等介質進入食物鏈，造成嚴重的生態(tài)風險，影響人類健康。

1.1 污泥中的有機污染物

污泥中常含有一些有機污染物，如氯酚(CPs)、氯苯(CBs)、硝基苯(NBs)、多氯聯苯(PCBs)、多氯代二苯并二惡英/呋喃(PCDD/Fs)、鄰苯二甲酸酯(PEs)、多環(huán)芳烴(PAHs)和有機氯農藥(OCPs)等。污泥農用常增加土壤中PAHs的濃度，考慮到對人類的危害，PAHs已被列為污泥中重要有機污染物的研究對象。污泥農用后其中PCBs的去向和轉化的結果說明了其對生物及人類有潛在危害。污泥使用后，一部分污染物可進入食物鏈，其中的PAHs可被土壤吸附，在大多數植物器官中也可檢測到PAHs，通常范圍在1～100μg/kg，個別值高達1～10mg/kg及以上，有些研究者還檢測到植物根系中高濃度的有機污染物。Simon等長期進行了污泥土地利用后有機污染物的行為和去向的研究，主要對象為PAHs，對1942—1961年間連續(xù)施污泥與不施污泥的農田進行了PAHs的檢測，并對1942—1984年的土壤樣品進行了收集和保存。研究結果顯示，施用污泥后土壤中PAHs濃度至1984年已增加3倍多。對英國的444份污泥進行分析的結果顯示，污泥中的PCBs、r-HCH(靈丹)和dieldrin(地特靈)的檢出率和濃度均比aldrin(阿特靈)和endrin(安特靈)要高。任何進入環(huán)境的有機化合物均可能在污泥中被發(fā)現。但許多污泥中檢測到的有機污染物的含量要比當地土壤背景值高出數倍、數十倍甚至上千倍。

污泥因其來源于各種污水，不可避免地含有多種有機污染物。不同污泥中有機污染物的種類和含量不同，與污水的來源、污泥類型及其處理方式等因素有關。國外一些研究者對污泥農用中有機污染物的特征及其在農業(yè)環(huán)境中的行為、生態(tài)效應和調控措施等方面進行了一些研究。西方發(fā)達國家對污泥使用中有機污染物的濃度有一定的限制，如對PCBs和PCDD/Fs等提出了一些限量建議。但我國1984年農業(yè)部頒布的標準(GB4284-84)中除了對B［a］P的含量制定了控制標準外，還未能制訂出較完善的污泥有機污染物限制標準。2002年由國家環(huán)保局制定的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)，增加了一些有關有機污染物的新項目，但也僅對PCBs和B［a］P有限制標準，分別為 0.2mg/kg 和 3.0mg/kg。

1.2 污泥中的重金屬

污泥中的重金屬種類繁多，主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、Hg和Cd等，我國各地污泥所含重金屬的種類大同小異，但其含量相差較大。以處理生活污水為主所產生的污泥，重金屬含量通常較低，而以處理工業(yè)污水為主所產生的污泥，重金屬含量往往較高。由于重金屬具有難遷移、易富集和危害大等特點已成為限制污泥農業(yè)利用的主要因素。國內有關污泥中重金屬的資料進行統計分析表明，我國污泥中重金屬Ni、Pb、Cr、Cu和Zn含量變化幅度很大，極差高達幾千毫克/千克;Zn是含量高的元素，Cu和Cr次之;毒性較大的重金屬Hg、Cd和As含量往往較低，通常在幾到十幾個毫克/千克范圍內。從統計結果和我國污泥農用標準來看，Cu和Zn是我國污泥中含量高的元素，也是限制其土地利用的主要因素之一。對我國44個城市污水污泥的重金屬含量進行統計分析表明，Cu和Zn的含量低于對我國部分污水處理廠污泥統計結果，而毒性較大的Hg和As含量遠遠高于陳同斌等的統計結果。統計結果相差很大，主要是由于其資料來源及其相關的污水處理廠數量、污水處理方式和污泥類型等因素不同造成的。近年來，由于我國環(huán)境污染管理制度和法規(guī)的完善與實施，污水達標排放率不斷提高，城市污水中Hg、Cd、As和Pb等重金屬含量逐年下降。陳同斌等調查表明，北京高碑店污水處理廠污泥中的重金屬含量每年都以2.7% ～4.9%的幅度下降;1988—1999年天津紀莊子污水處理廠的污泥重金屬含量每年下降幅度為0.1% ～2.4%。對英、美等國污水處理廠污泥中重金屬進行統計分析也得到相同的結果。英國污泥中的重金屬以Cd和Pb的下降幅度大，年平均下降6% ～8%;美國污泥則以Cr和Pb下降幅度大，年平均下降17%～18%。隨著社會、經濟的發(fā)展和科技水平的提高，污泥中的重金屬含量逐漸降低是一個普遍趨勢。

1.3 污泥中N和P過剩問題

研究表明，污泥中有機質的分解礦化在前6周較快，隨后逐漸變慢。國外有研究發(fā)現，污泥施用的當季，其土壤滲濾液中NO3--N和NH4+-N含量高于對照處理。也有研究發(fā)現，施用污泥后N的有效性、植物吸收和淋溶與污泥來源及性質有關。雖然一次大量施用可獲得高產，但N的淋溶率較高，會污染地下水。從保證產量和防止水污染綜合考慮，多次少量比一次大量施用對N的利用更合理。并且土壤N的淋溶還受到土壤條件的影響，壤土的淋溶速度和淋失量顯著高于黏土。雖然通常P素在土壤中的遷移性較小，但污泥施用后會提高污泥施用層以下的土壤的P含量。有研究發(fā)現，土壤中可提取態(tài)Fe和Al對P在土壤中的持留有顯著影響，可明顯降低砂土中P的剖面遷移。研究發(fā)現，污泥施用時間、單次施用量和所施用的土壤條件對污泥施用后N、P的遷移都有重要影響。因此，可通過減少施用量、選擇適宜的施用條件、調節(jié)施用時間，使污泥分解礦化時間與作物吸收一致等措施來提高養(yǎng)分利用率，降低對環(huán)境二次污染的風險。

1.4 污泥中的病原菌

病原物是能夠對人類或其他生物健康產生危害或引起疾病的一類有害生物或其他物質的總稱。能夠引起人類疾病的病原物主要有4類:細菌、病毒、原生動物和寄生蟲，在生活污水污泥中一般都能檢測到這些物質的存在。美國環(huán)保署及其他組織的一些學者對污泥中存在的病原物進行統計發(fā)現，污泥中已確認的病原物中，至少有24種細菌、7種病毒、5種原生動物和6種寄生蟲。這些病原物在污泥中的含量取決于污水來源地區(qū)居民的健康狀況、污水處理工藝和污泥處理方式等因素。到目前為止，有關污泥中病原物含量的調查資料還非常有限。污泥中病原物種類和數量繁多，當污泥土地利用時，病原物可隨污泥一起進入土壤環(huán)境，增加土壤中病原物的含量。如果對污泥處理或施用不當，會污染外界環(huán)境，威脅人類健康。

2 國內外城市污泥處置概覽

2.1 國外城市污泥處置現狀

目前，世界上大多數國家對城市污泥的處置普遍采用土地利用、陸地填埋、焚燒和排海四種方式。由于排海直接對海洋環(huán)境造成污染，這種方法在很多國家已被禁用。1988年美國規(guī)定禁止污泥的海洋傾倒，歐盟規(guī)定2005年以后有機物＞5%的污泥禁止排海。由于陸地填埋占用土地，焚燒成本很高，并且可對環(huán)境造成二次污染，加之污泥含有豐富的植物營養(yǎng)元素，農用逐漸成為最具潛力的污泥處置方式。各國國情不同處置方式在不同國家所占的比例也不相同。世界上發(fā)達國家對污泥的處置平均45.3%為農用，38%為填埋，10.5%為焚燒，6.0%為排海。如，美國和英國以農用為主(30%和42%)，加拿大以焚燒為主(40%)。日本由于國土面積較小，以焚燒為主，約占63%，土地利用占22%，填埋5%，其它約占10%。歐盟各成員國側重點不盡相同，丹麥、法國、盧森堡以農業(yè)利用為主，愛爾蘭、芬蘭、葡萄牙污泥農用的比例逐漸增加，荷蘭、德國、正計劃增加焚燒的比例。

2.2 國內城市污泥處置概況

根據“全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統”匯總數據，目前全國已有642個城市建有污水處理廠，占設市城市總數的97.7%。根據通報，截至2012年9月底，全國設市城市、縣累計建成城鎮(zhèn)污水處理廠3272座，處理能力達到1.40億立方米/日。按污泥產量占處理水量的0.3% ～0.5%(以含水率97%計)計算，我國城市污水廠污泥的產量很大。因此，我國在污水處理事業(yè)不斷取得進步的同時，也面臨巨大的污泥處理和處置壓力。

我國有55%的污泥采用了直接濃縮脫水處理，這部分污泥大多數采用延時曝氣工藝，得到了一定的穩(wěn)定化。大約有5.5%的污泥未采用穩(wěn)定化技術進行處理，有36.5%的污泥采用厭氧消化技術進行穩(wěn)定化處理，此外有2.6%的污泥采用好氧消化技術進行穩(wěn)定化處理。在污泥處置方面，我國大約有45%的污泥用作農業(yè)利用，34.4%的污泥進行土地填埋，污泥綠化和焚燒各約占3.5%，污泥用于農業(yè)和綠化所占比例總和接近污泥處置的一半。在土地利用時，由于施用處理不到位的污泥，使得污泥中有效成分不能被充分有效地利用，有的導致土地鹽害、燒苗和病蟲害等問題，污泥在很多地區(qū)反而成為了一種污染源。

污泥填埋也占了相當大的比例(大約占34.4%)。但是，污泥填埋不僅嚴重危害了填埋場的安全，而且嚴重污染了附近的生態(tài)環(huán)境。填埋的污泥造成了填埋場滲濾系統的嚴重堵塞，大大縮短了垃圾填埋場的壽命，嚴重污染了附近的地下水。污泥焚燒在我國所占比例為3.5%，由于含固率達不到焚燒的準入條件，焚燒產生的大氣污染也相當嚴重。

3 污泥的土地利用現狀及標準

3.1 污泥土地利用的現狀

污泥中含有很高的有機質、大量的N、P和K等速效養(yǎng)分，有明顯的培肥效果，同時還含有許多植物所必需的微量元素，在土壤中緩慢釋放，供植物生長需要。因此，污泥是有用的養(yǎng)分資源、很好的土壤改良劑和肥料。污泥土地利用包括把污泥應用于農田、菜地、林地、草地、市政綠化、育苗基質及污染土壤的修復與重建等。但有報道認為，我國污泥中的重金屬、有機污染物和病原菌是限制污泥循環(huán)利用的主要障礙。

3.2 污泥土地利用的標準

1984年農業(yè)部起草了中華人民共和國國家標準《農用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84)，于1985年3月1日起正式實施。其中對污泥中重金屬、礦物油和B［a］P等污染物的高含量做了明確的規(guī)定，還對年大施用量和連續(xù)施用年限以及污泥施用的前處理和環(huán)境條件做了規(guī)定。此外，還有建設部的部頒標準《城市污水處理廠污水污泥排放標準》，其中的農用標準同國標《農用污泥中污染物控制標準》。為了貫徹各項環(huán)保法規(guī)，促進城鎮(zhèn)污水處理廠的建設和管理，加強城鎮(zhèn)污水處理廠污染物的排放控制和污水資源化利用，保障人體健康，維護良好的生態(tài)環(huán)境，結合我國《城市污水處理及污染防治技術政策》，由國家環(huán)境保護總局科技標準司提出，由北京市環(huán)境保護科學研究院、我國環(huán)境科學研究院負責起草了一套新的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)，從2003年7月1日開始實施。標準中分年限規(guī)定了城鎮(zhèn)污水處理廠出水、廢氣和污泥中污染物的控制項目和標準值。2009年，住建部頒布了《CJ-T309-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農用泥質》，將污泥分為A、B兩級，分別對應食物鏈和非食物鏈，規(guī)定年積累施用量7.5噸/公頃，最高連續(xù)施用10年。從污染物控制標準來看，對重金屬、有機污染物、病原物等多種污染物都做了明確的規(guī)定。在污泥年施用量和連續(xù)施用年限不變的情況下，污泥中重金屬含量的提高意味著進入農田生態(tài)系統的重金屬增加。按照目前的農用污泥標準實施，會引起土壤環(huán)境質量的顯著下降。對于新的污泥農用標準是否能保障人民健康生活及保護良好的生態(tài)環(huán)境，有待進一步探討。從總體上看來，我國還需要盡快完善污泥標準體系，在政策導向上鼓勵和扶持污泥處理處置企業(yè)，引進資金和技術設備，建立市場化管理制度，保障污泥資源化利用順利開展。

4 結語

基于我國環(huán)保力度的加強和人們對已有污泥處理處置技術局限性的進一步認識，世界各國都在投入重金研發(fā)新技術，爭取找到更經濟、更合理的污泥處理方案，來解決污泥帶給人類的危害。我國應該結合我國的國情制定出污泥處理、處置技術政策，尤其污泥土地利用標準來應對污泥帶來的危害。

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