污泥农用——污泥处理处置新方向
【摘要】随着强制性国家标准《肥料分级及要求》报批公示，污泥行业应重新思考一下污泥农用问题。首先，在介绍国内外污泥农用概况时，污泥农用是发达国家普遍采用的污泥处置方式；在介绍国内污泥农用发展与概况时，污泥的资源性得到社会的认可，但对污泥中污染物可能造成危害性的未知是限制污泥农用的最大障碍，通过制定合理、可行、可操作的标准可以解决这个问题。其次，介绍了污泥农用相关标准发展历程，标准限值分析，以及好氧堆肥工艺对标准限值的影响。再次，介绍了唐山、北京两个地区污泥农用实践经验。最后，指出污泥农用的问题及建议：（1）相关标准、政策出台过多、过密；（2）标准指标衔接及堆肥工艺影响；（3）地方标准亟待出台；（4）开展长期定位实验；（5）完善污泥处理与处置产业链结构。
关键词：污泥 污泥农用 肥料分级及要求 标准 堆肥 重金属 有机物污染物
0．前言
时至今日，中国污泥处理处置技术路线仍停留在“处理”技术绽放，“处置”方向无门的尴尬窘境。随着国家循环经济、生态文明脚步的加快，土地利用被认为是最有希望获得突破的处置方向之一。事实上，在我国污泥事业的起步阶段，厌氧消化、好氧堆肥等生物处理技术占统治地位，污泥土地利用，更确切地说，污泥农用曾经是唯一的处置方向。经过二十余年的探索，处理、处置经历了多角度尝试，却始终无法彻底解决污泥问题。近几年，厌氧消化、好氧堆肥等生物技术重新被重视，土地利用也再次成为焦点，与之前不同的是农用强调“限制性”，或者干脆被忽略而用园林绿化、土壤改良等方向替代。我国污泥事业起步阶段实践证明，污泥制肥农用是污泥土地利用中经济性最好的处置路线，也是目前为止唯一有可能依靠市场实现自身收支平衡的技术路线，其中的经验至今仍具有重要的借鉴意义。2017年12月4日，工业和信息化部网站刊登了《肥料分级及要求》强制性国家标准报批公示，结合标准要求及上述经验，污泥行业应重新思考一下，污泥是否可以农用？污泥如何进行农用？污泥如何进行高效、安全农用？
1．国内外污泥农用概况
1.1国外污泥农用概况发达国家经数十年的发展实践，配套法律法规及标准规范较为完善，污泥处理处置技术路线也相对成熟稳定：北美地区污泥处理处置技术路线一直以农用为主，目前美国约16000座污水处理厂年产污泥710万tDS，污泥的最终处置方式为：60%农用、3%生态修复、17%填埋和20%焚烧。欧洲最初污泥处理处置最主要的方式是填埋和土地利用。二十世纪九十年代以来，由于填埋土地紧张，发展干化焚烧系统，又由于其投资与运行成本较高，同时污泥中有害成分呈现逐步减少趋势，农用为主的土地利用比例逐年上升：以德、英、法为例，污泥农用比例已达40%、60%、60%。日本由于土地限制，污泥处置以焚烧后建材利用为主，农用与填埋为辅。近年来，日本也开始调整原有的技术路线，更加重视污泥中生物质资源利用，焚烧比例逐年降低。1.2国内污泥农用发展与概况我国早期建设的污水处理厂产生的污泥，由于产量少，一般经简单晾晒后直接农田施用，也是真正意义上污泥农用的原始雏形。进入八十年代后，随着相关领域国家科研项目投入的增多，农用随着污泥堆肥工艺技术研究的深入而展开，上述研究工作虽然“取得了工艺方面的初步成果，但仍停留在试验阶段，开发研制系统装备还在探索”，因此也无法进行规模推广。这种情况在九十年代中期年得以改变。1994年，中国第一座污泥堆肥工程——唐山西郊污水厂污泥堆肥车间示范项目建成并投入生产，其产品被制成商品肥料进入农田，也由此拉开了中国污泥堆肥农用的序幕。之后十余年间，造粒包装生产线几乎成为所有新建污泥堆肥项目的标配，在此基础上注册了多个污泥肥料生产企业以及肥料商标。随着环保形势趋紧以及公众对食品安全问题的担忧，农业部门加强了对固体废物进农田的监管：2006年颁布的《农产品产地安全管理办法》（中华人民共和国农业部第71号令）第二十一条规定：“任何单位和个人提供或者使用农业用水和用作肥料的城镇垃圾、污泥等固体废物，应当经过无害化处理并符合国家有关标准”；2011年发布的《农业部关于加快推进农业清洁生产的意见》（农科教发[2011]11号文件）规定：“严禁直接把城镇垃圾、污泥直接用作肥料”；2013年发布的《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》（国办发[2013]7号文件）规定：“禁止在农业生产中使用含重金属、难降解有机污染物的污水以及未经检验和安全处理的污水处理厂污泥、清淤底泥、尾矿等。”上述措施一方面告诉我们污泥中有害成分的危害性不容忽视，也直接造成了污泥农用步伐的停止；另一方面也提示我们“符合国家有关标准”是污泥农业重启的前提。总体上，污泥的资源性得到社会的认可，但对污泥中污染物可能造成危害性的未知是限制污泥农用的最大障碍。科学界有一句名言：“有毒的不是物质本身，而是剂量”，通过制定合理、可行、可操作的标准可以解决这个问题。
2．污泥农用相关标准分析
2.1发展历程污泥农用标准按照角度不同分为两个体系：（1）原料角度污泥农用标准制定起始于1984年，由当时国务院环境保护小组提出，农牧渔业部环境保护科研监测所、中国农业大学编制的GB 4284-84《农用污泥中污染物控制标准》，第一次从污染物控制角度对污泥中9种重金属、2种有机污染物指标提出了限值要求，上述指标也成为后来编制污泥标准的基础依据。2009年住建部发布实施CJ/T 309-2009《城镇污水处理厂污泥处置 农用标准》，对8种重金属、3种有机污染物指标提出了限值要求，并加入了养分指标；同年3月，在该基础上编制的国家标准（征求意见稿）发布，但时至今日仍未获批准。（注：2007-2009年，住建部先后发布实施了八项污泥处理处置相关行业标准，其中七项获批转化为国家标准）2017年11月12日，在上述标准基础上修改而成的《农用污泥污染物控制标准（征求意见稿）》向全社会征求意见，同样对8种重金属、3种有机污染物指标提出了限值要求，较CJ/T 309-2009更加严格。（2）产品角度2002年，农业部组织全国农业技术推广中心、南京农业大学等单位编制实施了NY525《有机肥料》标准，主要规定有机肥料的技术指标（养分指标），在污染物控制指标方面引用了GB8172《城镇垃圾农用控制标准》；2011、2012两个修订版本则不再引用，改为直接规定5项重金属指标限值，较2002版更加严格。与NY525类似，2002年，农业部组织编制实施了GB18877《有机-无机复混肥料》标准，在污染物控制指标方面引用了GB8172标准，2009修订版改为直接规定5项重金属指标限值，要求也与NY525-2012相同。从上述简要描述可以看出，产品、原料体系长期不接口，污泥“限制性”标准长期不统一，是农业农用被限制的根本原因。2017年12月4日，工业和信息化部网站刊登了《肥料分级及要求》强制性国家标准报批公示，为上述矛盾的终结带来“曙光”。新标准将肥料分为三个等级：生态级肥料、农田级肥料、园林级肥料，其中园林级肥料明确“可使用固体废物作为原料”，并详细规定了污染物指标体系，为“限制性”提供了可操作依据。2.2标准限值分析污泥农业的风险在于其中所含污染物，《肥料分级及要求》规定：农田级肥料和生态级肥料的有害物质限量“应符合表1要求，同时还应符合相应的国家标准、行业标准要求”，表1规定了11项重金属指标，相对于之前的相关污泥及肥料标准，增加了钴、硒、钒、锑、铊等指标，取消了铜、锌、硼等指标；表1规定了8项有机污染物指标，相对于之前标准增加了氟化物（水溶性氟）、缩二脲、三氯乙醛、邻苯二甲酸酯类总量、抗生素总量、三聚氰胺，而石油烃总量代替矿物油，多环芳烃总量由于包含本并（a）芘而不再单独设指标限值。
表2.1污泥农用相关标准污染物限值指标对比一览表
通过与《肥料分级及要求》对比：一方面，现行指标限值是合理的，甚至是偏严格的；CJ/T 309-2009中“A级污泥”与《农用污泥污染物控制标准（征求意见稿）》中酸性土壤条件下污泥泥质中，除总铅外，均已达到“农田级”肥料标准，总镉、总镍指标甚至达到“生态级”肥料标准。另一方面，现行指标存在空白，多种重金属与多数有机污染物指标并为纳入指标体系。2.3好氧堆肥工艺对标准限值的影响通过好氧堆肥处理的污泥，一般需添加调理剂（也称辅料、干料等）以调节初始含水率与孔隙率，客观上对于最终堆肥产物各项化学指标起到调节稀释作用，一般调理剂所含污染物指标远远低于污泥标准中相应指标，因此污泥原料对应肥料成品各项污染物指标存在放宽的空间，我们称之为“堆肥工艺污染物限值理论冗余系数”（简称冗余系数）。假设调理剂所含污染物指标忽略不计，调理剂含水率为20%，污泥含水率为80%，冗余系数则如下表所示。
表2.2堆肥工艺污染物限值理论冗余系数
例如：当脱水污泥：调理剂（质量比）=4：0.7时，即调理剂添加比例为17.5%左右时，冗余系数为1.7。也就是当污泥污染物单项指标超过标准值70%以内时，堆肥产物理论上可以符合标准要求。
3．我国污泥农用实践
3.1污泥农用实践概述
污泥农用初期，我国进行了大量污泥农用试验，其中，唐山、北京两个地区实践过程完整，保留试验数据详实，堪称中国早期污泥农用典范。（1）唐山污泥农用实践1993年，机械部机械工业环保技术研究所承担“八五”国家重点企业技术开发项目“污泥堆肥成套设备”（课题编号：KF-91-10-01/02）课题研究工作[1]。1994，唐山西郊污水处理厂年污泥堆肥车间建成并投入运行[2]。1998年至1999年，在“九五”国家重点科技攻关计划项目“污泥快速制肥成套设备”（专题编号：96-909-02-03）课题资金的支持下，对原有污泥堆肥车间进行了优化改造，形成了15t/d（含水率75%）的脱水污泥处理能力[3]。唐山西郊污水处理厂还于1998年9月17日，经工商注册登记成立了唐山市田宝复混肥厂，并于次年获得国家工商局“冀唐高效复混肥”肥料商标注册，之后在唐山及周边地区开展污泥肥料推广应用工作。先后利用污泥堆肥产品在小麦、玉米、水稻、蔬菜、土豆等农作物田间对六种配方的污泥复混肥料进行了肥效实验，其中：在正定县朱夫屯村国家农业示范区进行了冬小麦农田实验，在唐山市丰南县钱营镇李亳子村、滦县兴隆庄乡四村以及丰润、迁安等地进行了小麦、玉米、土豆等农田实验。2006年，随着唐山西郊污水处理二厂的投入使用，唐山西郊污水处理厂停产，但污泥堆肥车间继续保持运行状态，处理唐山西郊污水处理二厂部分脱水污泥。2009年9月，中科院南京土壤所对唐山项目污泥农用土壤与作物情况进行了跟踪调研。一直到2012年，随着唐山西郊污水厂改扩建工程立项建设以及唐山市城市污泥无害化处置工程全面投入使用，连续运行18年的唐山西郊污水处理厂污泥堆肥车间予以拆除。3.2北京污泥农用实践北京市环境保护科学研究院承担北京市科委项目“城市污水污泥生产（有机）复合肥示范工程研究”（课题编号：951650500），研制开发了卧式旋转仓堆肥设备，并于1998年在密云污水厂建成运行了污泥堆肥系统[4]。课题组在大兴庞各庄污泥转运站内进行了冬小麦（京冬八号）试验，在北京市农科院温室进行油菜和玉米苗期盆栽施肥试验。1999年，国家计委向国家机械工业局下发“国家计委关于机械科学研究院50万吨/日污水处理厂污泥无害化高技术产业化示范工程建设项目可行性研究报告的批复”（特急计高技[1999]2029号文件），批复“建设日处理污泥150吨、年产5.4万吨有机复合肥的污泥制肥示范厂；建设年产20套污泥制取有机肥料及土壤改良剂成套设备的示范工程”。机械科学研究院与北京排水集团合作，在北京庞各庄建设了污泥堆肥示范项目，即北京庞各庄污泥消纳厂前身。项目2001年取得国家工商局“汉新源”农业肥料商标注册，2002年正式投产运行，2003年取得北京市农业局肥料临时登记证[京农肥临字（03）102、148号]，其间进行了大量污泥肥料农田应用试验。3.2肥效方面的数据1997年至2009年，唐山、北京两地污泥农用实践中，记录并留存了大量与作物、肥效相关的试验及监测数据。其中作物种类涉及小麦、玉米、水稻等大田作物，以及西瓜、黄瓜、辣椒、苹果等经济作物；地域涉及唐山（丰南、滦县、玉田）[5]、北京庞各庄[6]、石家庄（正定）[7]等地。
表3.1部分大田作物污泥农用试验效果汇总
表3.2部分经济作物（玉田县）污泥农用试验效果汇总
3.3污染物方面的数据
1997年至2009年，唐山、北京两地污泥农用实践中，记录并留存了大量污泥肥料产品、中污染物指标相关的试验及监测数据，品牌涉及汉新源（北京）[8]和田宝（唐山）[9]。
表3.3肥料产品中污染物指标
（单位：mg kg-1）
2002年12月，唐山市卫生防疫监测站还对上述实验田土壤进行了重金属跟踪调研，出具了《唐山施用污泥（堆肥）土壤重金属测试报告》，对连续施用唐山西郊污水厂污泥有肥的玉米地（4年）、小麦地（4年）、棉花地（3年）、麦芥葱（1年）位于0-20cm和20-40cm深度的土壤进行了重金属含量跟踪调查，结果如下：
表3.4 2002年唐山污泥农用土壤重金属浓度
（单位：mg kg-1）
2009年9月，中科院南京土壤所对唐山市滦县南园子村连续施用污泥有机肥3年的花生地以及唐山市玉田县梁庄子村连续施用污泥有机肥9年的姜地进行了土壤及植物重金属含量跟踪调查，结果如下：
表3.5 2009年唐山污泥农用土壤上植物（花生）重金属浓度
（单位：mg kg-1）
表3.6 2009年唐山污泥农用土壤上植物（姜）重金属浓度
（单位：mg kg-1）
表3.7 2009年唐山污泥农用土壤重金属浓度
（单位：mg kg-1）
从上述数据可以看出，上述污泥农用实践取得了良好的效果，为污泥土地利用技术进步与标准制定提供了重要借鉴。但也存在遗憾：数据较分散，未保留长期定位试验，无法为风险评价提供系统性依据。
4．污泥农用的制约与建议
4.1相关标准、政策出台过多、过密
现行相关标准出台过多，造成目前“无所适从”的局面，直接导致污泥农用的停滞状态[10]。建议合并减少现行标准，同时，应减少部门政策文件出台的数量，以保障标准的连贯性和权威性。4.2标准指标衔接及堆肥工艺影响如短期无法合建议应遵循《肥料分级及要求》标准调整指标体系构架，完善指标体系，特别是重金属指标与有机污染物指标；此外“堆肥工艺污染物限值理论冗余系数”应纳入标准。4.3地方标准亟待出台结合各地土壤实际情况，围绕国家、行业标准制定出台符合自身条件的、具有可操作性的土地利用技术标准规范，包括农田利用技术标准规范。4.4开展长期定位实验在有条件的地区建立并先期开展污泥农业长期定位实验，除为标准提供基础数据的作用外，更重要的是对于污泥农用风险起到先期预警作用。4.5完善污泥处理与处置产业链结构处理处置设施应同步考虑、同步规划、同步建设，将消纳土地纳入处理项目统一管理[11]，实现责任主体的统一，是彻底解决污泥农用问题的最终出路。
5．结语
2018年6月28日，生态环保部发布了《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018），为有机固废土地利用提供了重要依据。中国污泥处理处置事业经过十几年的徘徊，又一次站在前进的路口寻找着方向，与之前不同的是路口的人更多而留给我们的时间更短暂。标准的完善、技术的发展与模式的创新为污泥农用——这一增经的污泥处置希望之路再一次描绘了光明前景。
参考文献
[1]田秀敏,王璠,楼上游,等.污泥堆肥成套设备研究报告[R] .北京:机械部机械工业环保技术研究所,1994.
[2]田秀敏,王璠,楼上游,等.污泥堆肥成套设备-卧式仓链条式翻堆机研究报告[R] .北京:机械部机械工业环保技术研究所,1994.
[3]刘长风,王璠,田秀敏,等.污泥快速制肥成套设备研究报告[R] .北京:机械科学研究
[4]王凯军,田宁宁,柯建明,等.城市污水污泥生产有机复合肥示范工程研究报告[R].北京: 北京市环境保护科学研究院,1998.院,1999.
[5]小麦有机无机复混肥试报告[R].唐山:唐山市农业局土壤肥料工作站,1998年
[6]汉新源有机/无机复合肥试验示范报告[R].唐山:玉田县农业技术推广中心土肥站,2003
[7]有机复混肥试验示范总结[R].石家庄:正定县土壤肥料工作站,1998
[8]汉新源有机肥试验报告[R].唐山:玉田县农业技术推广中心土肥站,2003
[9]污泥有机复混肥肥效试验报告[R].唐山:河北省稻作研究所土肥室,1998
[10]王涛.中国城镇污水厂污泥成分分析与处置路线评述[J].西南给水排水,2015,37(5):58-65.
[11]王涛.城镇污水厂污泥处置路线分析与GI模式探讨[J].给水排水,2014,40(11):33-38.
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