基于綠色物流與循環(huán)經(jīng)濟中的污泥管理問題

□ 潘永明,林 威

(天津理工大學(xué) 管理學(xué)院，天津 300384)

1 引言

循環(huán)經(jīng)濟模式是一種系統(tǒng)解決的方案，旨在減輕生產(chǎn)和消費對環(huán)境的不利影響，特別是在減少溫室氣體排放和廢物產(chǎn)生的背景下，與傳統(tǒng)的線性模型相比，考慮到每單位資源的附加值更大，循環(huán)經(jīng)濟模型的重要性正在變得越來越重要。循環(huán)經(jīng)濟模式依賴于許多“舊”和迄今為止的“新”概念，其目標(biāo)之一是盡量減少公司活動對環(huán)境的影響。本文以循環(huán)經(jīng)濟體制下污水污泥管理的可能性為例，闡述了綠色物流的概念。

1.1 循環(huán)經(jīng)濟概念與綠色物流的概念

循環(huán)經(jīng)濟[1](CE)已經(jīng)獲得了許多定義。根據(jù)歐盟委員會的說法，在循環(huán)經(jīng)濟中，產(chǎn)品、材料和資源在經(jīng)濟中的價值盡可能長，而廢物的產(chǎn)生則限于最低限度[2]。循環(huán)經(jīng)濟依賴于產(chǎn)品壽命延長的循環(huán)周期的結(jié)束以及廢物作為有價值的回收材料[3]。循環(huán)經(jīng)濟是一種經(jīng)濟模型，涵蓋生產(chǎn)、分銷和消費過程中限制、再利用和回收材料的所有活動[4]。循環(huán)經(jīng)濟體系的一個重要環(huán)節(jié)是均衡消費和生產(chǎn)的概念。經(jīng)濟系統(tǒng)循環(huán)的關(guān)閉預(yù)期將有助于減少環(huán)境污染的程度，降低自然資源消耗水平，減少回收材料制成品和加工過程的資本和能源強度，并尊重自然原則。為了高效運行整個系統(tǒng)，經(jīng)常要求重新設(shè)計整個工業(yè)系統(tǒng)。簡而言之，循環(huán)經(jīng)濟是一個整體系統(tǒng)，為無廢物的生產(chǎn)、服務(wù)和消費方式服務(wù)，以減少對寶貴自然資源的開采和能源消耗。循環(huán)經(jīng)濟是通過合理利用資源和在產(chǎn)品生命周期的所有階段盡量減少產(chǎn)品對環(huán)境的不利影響來創(chuàng)造價值的概念，從而能夠重復(fù)使用所使用的材料[5]。在其基本假設(shè)中，循環(huán)經(jīng)濟概念采用了新舊兩種促進緩解企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品對環(huán)境的不利影響的概念，包括以下概念：從源頭到源頭(C2C)；3R(減少、再利用和回收)和4R(減少、再利用、再循環(huán)和維修)；清潔制造；工業(yè)生態(tài)可持續(xù)供應(yīng)鏈管理——綠色供應(yīng)鏈。

上述所有概念都符合可持續(xù)發(fā)展理念的實現(xiàn)。值得補充的是，綠色物流是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的前提和關(guān)鍵。綠色物流結(jié)合了上述理念，促進可持續(xù)發(fā)展理念[6]。循環(huán)經(jīng)濟概念的一個重要方面是物質(zhì)(“綠色物質(zhì)”)的閉環(huán)循環(huán)，這有可能用于綠色物流的發(fā)展。綠色物流的語義是廣泛的。首先，需要注意的是，在以環(huán)境為導(dǎo)向的物流概念中，理解物流對經(jīng)濟系統(tǒng)中殘留物流動的影響有兩個方面，即通常理解相同的生態(tài)物流或綠色物流以及循環(huán)物流(也稱為廢物物流，或逆向物流)。

生態(tài)物流是物流的子系統(tǒng)，以物流流程為導(dǎo)向，特別是以收集、儲存、運輸為導(dǎo)向，生態(tài)物流的經(jīng)營對象是廢物[7]。因此，生態(tài)物流關(guān)注減輕公司活動對自然環(huán)境的影響，例如廢物的再利用(也就是廢物包裝)。生態(tài)物流活動旨在最佳解決方案，收集、儲存、清除和回收或環(huán)境和社會上對不同類型的廢物進行無負擔(dān)處置。然而，生態(tài)物流的某些定義嚴(yán)格針對廢物從來源到再利用或中和的廢物流動。與此相反，在早期研究中將逆向后勤界定為將后勤工作應(yīng)用于廢物的回收和處置以及危險廢物的管理，而從更廣泛的理解中，有人指出了旨在減少資源利用、物質(zhì)回收、材料再利用和廢物處置的后勤活動[8]。因此，反向物流可以從更窄或更廣泛的意義上理解。

“綠色物流”一詞被定義為一套供應(yīng)鏈管理做法和戰(zhàn)略，以減少貨物分銷的生態(tài)和能源足跡，重點是物料處理、廢物管理、包裝和運輸。綠色物流是物流業(yè)的發(fā)展趨勢[9]。在發(fā)展過程中，利用物流資源減少對環(huán)境的破壞，促進資源的可持續(xù)發(fā)展。比如在物流過程中，可以減少重復(fù)物流，妥善保存運輸?shù)呢浳?，避免污染環(huán)境的貨物泄漏，提前安排運輸路線，避免交通擁堵，從而減少廢氣排放。綠色物流在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用，它不僅可以促進環(huán)境保護，而且可以提高企業(yè)效率，降低運營成本。綠色物流活動包括衡量不同分配戰(zhàn)略的環(huán)境影響、減少物流活動中的能源消耗、減少廢物量和管理其處理?？傊?，“綠色”物流旨在確保物流流程正確進行，同時盡量減少其對自然環(huán)境的不利影響。綠色物流是一個多層次的概念，既包括“綠色”物流活動，也包括綠色物流管理、標(biāo)準(zhǔn)化和控制的社會活動。盡管綠色物流和生態(tài)物流通常被視為相同的概念，但綠色物流的概念似乎比生態(tài)物流的概念要廣泛得多，與逆向物流相比要廣泛得多。這三個概念在循環(huán)經(jīng)濟中密切相關(guān)和相互應(yīng)用。圖1說明了逆向物流與生態(tài)物流與綠色物流之間的關(guān)系。

圖1 逆向物流、生態(tài)物流與綠色物流來源的關(guān)系

1.2 以循環(huán)經(jīng)濟為基礎(chǔ)的綠色物流體系

上文所提及的綠色物流定義的定義，不僅服務(wù)于自然資源的保護，而且為自然資源與產(chǎn)品、產(chǎn)品和消費者之間架起了一座橋梁，是封閉循環(huán)經(jīng)濟體系循環(huán)的工具。因此，綠色物流將決定循環(huán)經(jīng)濟周期的效率。企業(yè)實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟理念的重要綠色物流活動包括：綠色包裝;綠色運輸;儲運;流程加工。

上述活動由逆向后勤和廢物物流提供支持。物質(zhì)流動是工業(yè)生產(chǎn)活動的一部分，企業(yè)工業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的能源流動，對循環(huán)經(jīng)濟體系的有效性至關(guān)重要。循環(huán)經(jīng)濟和工業(yè)生態(tài)的一個不可分割的要求是保證企業(yè)間材料的有效流動和循環(huán)利用。目的是簡化參與產(chǎn)品交付的公司制造系統(tǒng)的物流流程，使制造物流合理化，并有效管理參與循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)的公司的供應(yīng)鏈。然而，循環(huán)經(jīng)濟體系和參與循環(huán)經(jīng)濟的企業(yè)將受到多種因素的影響，包括：政法因素；市場因素；社會文化因素；技術(shù)因素；自然因素。

上述因素應(yīng)支持商業(yè)實體對廢物的再利用和再循環(huán)。然而，公司的產(chǎn)品在被消費后，可能再次成為經(jīng)濟體系中的寶貴材料，受到青睞，被視為環(huán)保產(chǎn)品。礦物來源和有機資源的材料通常作為再生材料回歸制造系統(tǒng)。

2 符合循環(huán)經(jīng)濟原則的城市生活污水污泥管理

循環(huán)經(jīng)濟不僅涉及對可再生能源最小使用的關(guān)注，而且需要將廢物用作可回收材料，并回收廢物，而不會造成負面的外部影響。因此，實施循環(huán)經(jīng)濟是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其是對于市政服務(wù)部門而言。良好的污水污泥管理需要按照循環(huán)經(jīng)濟原則，有效解決處理工藝、污泥管理和使用問題。各國遵守上述原則的趨勢取決于許多因素，特別是：科學(xué)和技術(shù)知識、技術(shù)和技術(shù)解決辦法創(chuàng)新、污水污泥質(zhì)量、立法、水、污水和沉積政策和戰(zhàn)略以及財政資源的可得性。引入土壤中的污泥是有機物和養(yǎng)分的來源，改善土壤質(zhì)量和栽培植物產(chǎn)量的提高。因此，廢物被用作符合循環(huán)經(jīng)濟原則的肥料。污水污泥處理及其在循環(huán)經(jīng)濟方面的使用的另一個例子是基于這樣一種假設(shè)，即可以結(jié)合各種具有適當(dāng)特性的廢物來獲得新的產(chǎn)品，如集料。在污水污泥等廢物的熱處理過程中，創(chuàng)造出了一種有價值的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于建筑施工中。

技術(shù)進步、創(chuàng)新解決方案的實施以及日益增強的環(huán)境意識都導(dǎo)致污水處理過程的感知方式發(fā)生變化。歐洲投資和發(fā)展部(MIR)于2018年提供公眾咨詢和部際協(xié)商，即所謂的路線圖項目，以幫助在循環(huán)經(jīng)濟中使用原材料。它不僅涉及工業(yè)和城市垃圾的管理，而且涉及污水污泥，對供水和排污企業(yè)來說越來越困難。今年，他們將要處理超過70萬噸干污泥——2007年，干污泥量略高于50萬噸。從 2016 年起，污泥禁止儲存。MIR計劃將其推廣為生物質(zhì)，可用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和能源。

目前，只有5%的生物廢物被回收。據(jù)估計，如果回收更多的生物廢物，它可以取代高達30%的無機肥料。歐洲聯(lián)盟目前每年進口約600萬噸磷酸鹽，但其中30%可以替代污水污泥提取產(chǎn)品、可生物降解廢物、肉類和骨粉或糞便。污水污泥焚燒產(chǎn)生的灰燼可能含有與天然磷酸鹽巖礦相似數(shù)量的磷。在許多歐洲國家，例如德國，已經(jīng)采取了先進的措施，從污水污泥焚燒中回收灰燼中的磷。

污水污泥的管理不僅出于衛(wèi)生原因，而且應(yīng)該通過利用和再利用而不是傾倒來進行。為重復(fù)使用廢物(包括污水廢物)而開展的活動必須符合環(huán)境保護的法律要求。在決定污水污泥管理方法時，需要考慮技術(shù)、生態(tài)和經(jīng)濟狀況。還必須獲得社會接受為污泥利用而設(shè)計的項目的位置及其處理方法(圖2)。

在過去幾年中，世界上污水污泥的管理主要通過其自然利用(圖3)或熱利用進行。污泥回收最好的方法之一是污泥在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。污水污泥中存在的多種營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)在環(huán)境中恢復(fù)，在土壤中，越來越經(jīng)常表現(xiàn)出有機物和營養(yǎng)的缺乏。然而，農(nóng)業(yè)用途的一個實質(zhì)性限制是重金屬含量過高和污水污泥衛(wèi)生污染。

圖2 污水污泥管理中考慮的標(biāo)準(zhǔn)

圖3 污水污泥的自然使用

在農(nóng)業(yè)利用方面，污泥可以提供氮、磷、碳、有機物等，對植物的正確生長至關(guān)重要。在穩(wěn)定良好的污水污泥中，有機物主要占干重的50～60%，而在足夠穩(wěn)定的污水污泥中，高達70%。而在原污水污泥中，它約占干重的85%。由于礦化工藝發(fā)生，污水污泥的長期調(diào)味量導(dǎo)致有機物含量持續(xù)下降。這種利用方法的一個毫無疑問的優(yōu)點是成本相對較低。眾多作者的研究結(jié)果為污水污泥對土壤的物理、化學(xué)和生物特性產(chǎn)生了有益的影響。污水污泥特別適合施肥土壤，這些土壤需要改進其結(jié)構(gòu)和生物活性，補充其養(yǎng)分，并豐富吸附復(fù)合物。城市污水中的污泥，除了提供對植物正確生長至關(guān)重要的宏觀和微量營養(yǎng)素外，可能含有過量的有害重金屬(如Cd、Pb、Hg、As)。出于衛(wèi)生原因，它也可能很危險。此外，污泥的農(nóng)業(yè)利用還取決于季節(jié)和植物植被周期。對土壤的污水污泥進行鑒定的出發(fā)點必須是對給定污水土壤批次進行完整的化學(xué)和衛(wèi)生分析。還應(yīng)保證，污水污泥只以與植物的錳需求相對應(yīng)的劑量引入土壤。對污水污泥質(zhì)量的分析發(fā)現(xiàn)，污水污泥往往不符合農(nóng)業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn);然而，在大多數(shù)情況下，它們符合自然利用條件，例如土地復(fù)墾。一個重要且越來越可取的解決方案(除熱轉(zhuǎn)化外)是利用污水污泥獲得廉價的生物質(zhì)，用于可再生能源工業(yè)。

生物質(zhì)是目前使用最廣泛的最古老的可再生能源。為了滿足生物質(zhì)生產(chǎn)的要求，還必須從能源植物的種植園(如巨型的山泥植物、弗吉尼亞的扇花、蘆薈草或草)獲得，這些植物可以完全使用污水污泥進行人工制作。從經(jīng)濟角度來看，用污水污泥對土壤進行耕作不僅有利，而且對恢復(fù)和保持環(huán)境平衡也至關(guān)重要，因為在能源種植園使用污水污泥可以關(guān)閉整個當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)。利用污水污泥進行土壤培植，是其管理中最安全、最有效的方法之一。

考慮到能源植物不適合人類食用，有害物質(zhì)進入食物鏈的風(fēng)險微乎其微。污水污泥用于生產(chǎn)能源作物，以確保集約化植物生長有效地替代礦物肥料，這無疑有利于生態(tài)和經(jīng)濟。

焚燒是減少污泥量及其利用的合理解決方案，但是是危險和繁瑣的。熱轉(zhuǎn)化是最佳和首選的解決方案之一。根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟原則進行城市污水污泥管理的一個例子是，Veolia公司啟動了污泥回收裝置，利用香港一家污水處理廠的污泥，為720萬人服務(wù)。

然而，在燃燒之前，污泥必須干燥，這將產(chǎn)生額外的成本。在旋轉(zhuǎn)水泥窯中焚燒污水污泥越來越經(jīng)常被推薦。水泥窯(2000°C以上)和被燃燒材料(約1450°C)的高溫、湍流以及流經(jīng)低溫區(qū)(超過1200°C)的氣體和材料的相對長時間(7-10 s))的狀況，導(dǎo)致流入窯的可燃有機物質(zhì)幾乎完全分解和燃燒。應(yīng)該強調(diào)的是，旋轉(zhuǎn)水泥窯對污泥焚化爐或其他裝置的優(yōu)點是無廢物利用。成形燃燒產(chǎn)物，即灰燼，完全被吸收并永久地約束在熟料中，不會對自然環(huán)境造成任何威脅。得益于污水污泥和其他物質(zhì)的熱處理，可以生產(chǎn)輕質(zhì)骨料。集料制造的熱工藝完全中和并穩(wěn)定污泥的潛在危險成分。將硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中污水污泥中的重金屬化合物整合在一起，通過機械或物理方法，如水或酸雨沖刷，或它們在自然條件下的反應(yīng)，導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)的重金屬排放不足。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，例如作為輕質(zhì)和絕緣混凝土的組成部分，農(nóng)業(yè)和園藝基板，活屋頂基板，道路子結(jié)構(gòu)排水，污水處理廠過濾介質(zhì)。

很難在所有污水處理廠的污水污泥管理中指明一個單一的模式解決方案。然而，管理和再利用污水污泥是當(dāng)今的一項要求。應(yīng)嚴(yán)格調(diào)整選定的方法，不僅應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生的污水污泥的質(zhì)量和數(shù)量以及污水處理廠的技術(shù)能力，而且應(yīng)根據(jù)收集、使用、處理或中和污水廢物的承包商的特殊性加以調(diào)整。

3 總結(jié)

開展綠色物流和循環(huán)經(jīng)濟教育，在企業(yè)家中推廣綠色物流和循環(huán)經(jīng)濟，在當(dāng)今社會具有十分重要的意義。越來越多的廢物正在成為世界范圍內(nèi)的一個主要問題。實施循環(huán)經(jīng)濟是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其是對市政服務(wù)業(yè)而言。污泥已成為人類生活和經(jīng)濟活動中不可分割的組成部分，隨著技術(shù)的進步，其種類和性質(zhì)也在發(fā)生變化。因此，尋找新的廢物(污泥)管理途徑成為當(dāng)代綠色物流的研究熱點。目前的法規(guī)越來越嚴(yán)格地處理城市垃圾填埋場儲存污泥的問題。由于城市污水污泥，特別是大城市污水污泥中有害化合物(重金屬)含量高，常規(guī)的自然污泥管理方法也逐漸失去吸引力。因此，廢物利用的目標(biāo)趨勢將主要是熱利用方法，因為這是最環(huán)保和經(jīng)濟可行的。