国内外城市污水污泥的对比研究
随着我国城市经济的发展和人口的增长、人们生活水平的不断提高，城市废水量日渐增加，城市污水集中处理是国内外的发展趋势。在废水处理技术不断发展的今天，废水可以得到相应的处理，但随之产生的污水污泥又给人类带来了二次污染的危险。污水污泥产生量除了与污水处理量有关外，还与污水的处理工艺和深度有关，一般而言，随着污水处理深度的增大污泥的产生量也随之渐增。随着污水处理设施的普及、处理量的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大增长。本文就我国城市污水处理和污泥产生现状及国内外近年有关污泥的研究作一综述，为污泥安全处理处置的管理和研究提供科学信息。
1 污水处理现状
污水处理与循环利用的状况和水平，不仅是充分利用可再生资源，实现人类可持续发展的必然要求，同时也是一个国家或城市文明和现代化程度的重要标志。西方发达国家由于工业化进程快，经济技术力量雄厚，污水处理产业发展也较早。
我国环境产业出现较晚，绝大部分污水处理厂都是在八十年代以后建成的。在80年代以前，我国污水处理产业一直发展缓慢。改革开放后，我国污水处理厂迅速增加，工业与城市污水处理有了很大的发展。2003年，全国共设有511座城市污水处理厂，全年处理工业废水和生活污水共77.5亿吨，主要城市污水排放量为460亿吨，其中生活污水248亿吨，城镇污水处理率为25.8％，比上年提高3.5个百分点。从我国整体污水处理率来看都远远低于发达国家水平。随着工业化进程的增加及人们生活水平的提高，近年来我国废水排放总量逐年增加（图1）。根据国家环境保护“十五”计划要求，到2005年，我国城市生活污水集中处理率要达到45％，50万人口以上的城市要达到60％，重点城市达到70％[1～2]。实际上，2005年城市污水处理率为52％，城市生活污水处理率为37%[3]，没有达到国家环境保护“十五”计划要求。随着城市生活污水的排放量的逐年增加（图1），以及为了完成国家环境保护的目标，我国城市污水处理产业在近期将有飞速的发展。
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2污水污泥的产生及其性状
2.1 污泥的定义
美国环保署对污泥的早期定义是指污水处理过程中产生的固体、半固体或液体残留物[4]。1995年，世界水环境组织（Water Environment Federation, WEF）为了准确反映绝大多数污水污泥具有重新利用价值，将污水污泥（Sewage Sludge）更名为“生物固体”（Biosolids）[5]。其突出的特点是强调“生物固体”的资源化利用，使其更容易被公众接受，以便更好地参与生态系统物质循环，走上人类社会与生态系统的和谐共处与可持续发展轨道，这在一定程度上标志着人们对污水污泥处理与处置观念的转变和成熟。但这种定义在其准确性和安全性上还有一些的争议。为了进一步提高污泥利用的科学性和安全性，美国国家研究委员会（USNRC，United State National Research Council）将“生物固体”的定义重新修订为：经过处理过的、符合503号文件中土地利用标准或其他类似标准的污泥[6]。从以上分析可以看出，发达国家对污泥的认识已逐渐走向成熟。随着污水处理量的增加和处理水平的提高，污泥处置问题会日渐突出，如何对污泥做出科学、准确又符合资源化循环利用与安全的定义也是一个需要解决的重要问题。到目前为止，我国对污泥还没有官方的统一命名，应用最多的是从其来源和组成上命名，即污泥又名污水污泥，是指污水处理厂在净化污水时的副产物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体[7]。
2.2 污泥产生现状
污泥是污水处理的必然产物，其产生量受到污水处理量、污水来源、处理工艺、处理水平、污泥脱水程度等因素影响。我国1998年产污泥30多万吨（干物质计），并且还以每年大约10%的速度增长[8]。据估计，污泥在污水处理过程中的产生量一般相当于污水体积的0.3％～0.5％（指含水97％的液体污泥），其质量比为（1～3吨干污泥/万吨污水），如果是深度处理，污泥量会增加0.5～1倍。目前，因为世界各国的污水处理率和处理水平相差很大，对于污泥产生量很难给出一个准确的数值。一般都是根据污水处理量来大体估算其产生量。
按这种方法估计，全球一年产生的干污泥量可高达几千万吨，主要分布在美国、欧洲、日本等发达国家。根据城市生活污水处理量（104亿吨）和污泥产生量（2吨干污泥/万吨污水）估算，我国2005年污泥产生量约为208万吨干污泥，此产生量远远高于李贵宝等的预测量。根据我国污水处理产业的迅速发展和污水厂的建设和运行情况，可以预计在近十年内，污泥产生量必将大幅度增长，污泥处置将成为我国一个更加突出的环境问题。
2.3 污泥性状
一般污水处理厂产生的污泥为含水量在70％～97％不等的固体或流体状物质。其中的固体成分主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成，是一种以有机成分为主的组成复杂的混合物，其中包含对农业有潜在利用价值的有机质、氮（N）、磷（P）、钾（K）和各种微量元素养分。由于污泥来源于各种污水，所以污泥中不可避免地含有各种有毒有害物质，如重金属、有机污染物、病原物等，并且污泥因为含较多的易分解或腐化的成分，通常会散发出难闻的气味。污泥中各种污染物和过剩的氮磷元素在土地利用及其他处置过程中必然存在一系列的风险。有报道认为，在中国，污泥中的重金属、病原物和有机污染物是限制污泥循环利用的主要障碍[9]。
3 近年国内外污泥研究状况
3.1 国外
国外有关污泥的研究工作起步较早，美国早在二十世纪七、八十年代就对污泥的性质与组成进行了大量研究，明确了污泥的潜在利用价值及土地利用可能带来的环境风险[4]。图2A是利用Elsevier数据库对近年来国外有关城市污水污泥基本性质、风险评估、处理处置等方面研究文献的统计，结果表明，有关污泥研究的文献数量有逐年增加的趋势，说明国际上有关污泥的研究一直得到科研工作者们的重视。这是因为：首先，随着污水处理产业的发展，污泥的产生量越来越大。其次，污泥的海洋处置已经终止，随着垃圾填埋场地的减少，可用于污泥卫生填埋的场所越来越少，人们不得不为污泥寻找新的出路。第三，随着对资源循环利用要求的增加，土地利用成为污泥的重要处置方式之一，污泥的农艺价值倍受关注。第四，由于人们环境意识的增强，污泥处置带来的环境风险受到社会的普遍关注。
污泥既含有大量氮、磷等养分资源，又含有重金属、病原物和有机污染物等有害物质。由图3A可以看出，近年来国外有关污泥中重金属方面的研究最多，其次为有机污染物，而有关污泥中病原物的研究较少。污泥中的重金属是最早引起人们重视的污染物，到目前为止，国外对它的研究也最多。污泥中的病原物虽然在七、八十年代，美国对它就有了许多研究[4]，但人们普遍认为，病原物对外界环境比较敏感，污泥经过稳定处理，能达到降菌消毒的效果，一般不会污染外界环境，威胁人类健康。近几年，在污泥施用地周围出现了由于污泥施用引起居民患有皮疹、红眼病、嗓子痛和肺病等一系列症状的报道[10]。因此，人们认为对污泥中的病原物应该重新审视，进行详细研究。
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3.2 国内
由于我国污水处理产业发展较晚，与国外相比，我国对污泥的研究起步也较晚，始于二十世纪八十年代末。利用中国期刊网数据库对我国有关城市污水污泥研究的文献进行统计，结果表明：1994年之前有关污泥的研究只有零星报道，近些年，随着我国污水处理率的提高及污泥产量的迅速增加，越来越多的科研工作者和环境工作者开始致力于这方面的研究，为污泥处置寻找合适的途径（图2B）。与国外相比，总体上我国对污泥的研究深度不够，目前多停留于总结国外研究状况、探讨污泥稳定方法和污泥的农艺价值等方面，而有关污泥中的污染物及其环境风险的研究较少。图3B结果表明，就污泥中的重金属、有机污染物和病原物三类污染物而言，我国对重金属进行了较多研究，有关病原物和有机污染物的研究还很少。
4 结语
综上所述，随着我国城市生活污水排放量的增加和污水处理率的提高，污泥的产生量也将逐年增加。污泥的组成复杂，既含有各种潜在有利用价值的物质，有害有各种有毒有害物质，如果处置不当，必将对生态环境、人类和其他生物健康产生风险。对污泥进行安全处置，首先要对污泥的组分及各组分的环境风险进行详细研究，然后寻求合适的处理处置工艺。降低污泥处理处置过程中的环境风险除了依靠科学技术的提高外，很大程度上取决于国家环境法律法规的完善和人们保护环境自觉程度，这一方面需要环境科学和市政工程等相关学科及其专家们的通力合作，同时也需要政府、管理部门和企业及其与科技界的共同努力，以推动和促进污泥及其源化利用的研究与管理工作。
参考文献
[1] 中国环境年鉴编辑委员会. 中国环境年鉴. 北京：中国环境年鉴社. 2001
[2]中国环境年鉴编辑委员会. 中国环境年鉴. 北京：中国环境年鉴社. 2002
[3]中国环境年鉴编辑委员会. 中国环境年鉴. 北京：中国环境年鉴社. 2006
[4] United States Environmental Protection Agency. Land Application of Sewage Sludge－A Guide for Land Appliers on the Requirements of the Federal Standards for the Use or Disposal of Sewage Sludge (40 CFR Part 503. EPA/831-B-93-002b). Washington, DC: Office of Enforcement and Compliance Assurance, 1994
[5] Water Environment Federation. Biosolids Composting: A Special Publication. Water Environment Federation. Alexandria. 1995
[6] United States National Research Council. Biosolids applied to land: advancing standards and practice. Committee on Toxicants and Pathogens in Biosolids Applied to Land, Board on Environmental Studies and Toxicology, Division on Earth and Life Studies. National Academy Press, Washington, DC. 2002
[7]乔显亮. 污泥的化学组成、土壤利用风险和复合污染土壤修复研究. 中国科学院南京土壤研究所博士论文. 南京. 2003
[8]李贵宝，尹澄清，单保庆. 我国森林与园林绿地污泥的利用及其展望. 北京林业大学学报，2001，23（4）：71～74
[9] Wang, M.J. Land application of sewage sludge in China. The Science of the Total Environment, 1997, 197,(1-3): 149～60
[10] Lewis, D.L., and Gattie, D.K. Pathogen risks from applying sewage sludge to land. Environmental Science and Technology, 2002, 287A～293A
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