污泥農用——污泥處理處置新方向
【摘要】隨著強制性國家標準《肥料分級及要求》報批公示，污泥行業應重新思考一下污泥農用問題。首先，在介紹國內外污泥農用概況時，污泥農用是發達國家普遍采用的污泥處置方式；在介紹國內污泥農用發展與概況時，污泥的資源性得到社會的認可，但對污泥中污染物可能造成危害性的未知是限制污泥農用的最大障礙，通過制定合理、可行、可操作的標準可以解決這個問題。其次，介紹了污泥農用相關標準發展歷程，標準限值分析，以及好氧堆肥工藝對標準限值的影響。再次，介紹了唐山、北京兩個地區污泥農用實踐經驗。最后，指出污泥農用的問題及建議：（1）相關標準、政策出臺過多、過密；（2）標準指標銜接及堆肥工藝影響；（3）地方標準亟待出臺；（4）開展長期定位實驗；（5）完善污泥處理與處置產業鏈結構。
關鍵詞：污泥 污泥農用 肥料分級及要求 標準 堆肥 重金屬 有機物污染物
0．前言
時至今日，中國污泥處理處置技術路線仍停留在“處理”技術綻放，“處置”方向無門的尷尬窘境。隨著國家循環經濟、生態文明腳步的加快，土地利用被認為是最有希望獲得突破的處置方向之一。事實上，在我國污泥事業的起步階段，厭氧消化、好氧堆肥等生物處理技術占統治地位，污泥土地利用，更確切地說，污泥農用曾經是唯一的處置方向。經過二十余年的探索，處理、處置經歷了多角度嘗試，卻始終無法徹底解決污泥問題。近幾年，厭氧消化、好氧堆肥等生物技術重新被重視，土地利用也再次成為焦點，與之前不同的是農用強調“限制性”，或者干脆被忽略而用園林綠化、土壤改良等方向替代。我國污泥事業起步階段實踐證明，污泥制肥農用是污泥土地利用中經濟性最好的處置路線，也是目前為止唯一有可能依靠市場實現自身收支平衡的技術路線，其中的經驗至今仍具有重要的借鑒意義。2017年12月4日，工業和信息化部網站刊登了《肥料分級及要求》強制性國家標準報批公示，結合標準要求及上述經驗，污泥行業應重新思考一下，污泥是否可以農用？污泥如何進行農用？污泥如何進行高效、安全農用？
1．國內外污泥農用概況
1.1國外污泥農用概況發達國家經數十年的發展實踐，配套法律法規及標準規范較為完善，污泥處理處置技術路線也相對成熟穩定：北美地區污泥處理處置技術路線一直以農用為主，目前美國約16000座污水處理廠年產污泥710萬tDS，污泥的最終處置方式為：60%農用、3%生態修復、17%填埋和20%焚燒。歐洲最初污泥處理處置最主要的方式是填埋和土地利用。二十世紀九十年代以來，由于填埋土地緊張，發展干化焚燒系統，又由于其投資與運行成本較高，同時污泥中有害成分呈現逐步減少趨勢，農用為主的土地利用比例逐年上升：以德、英、法為例，污泥農用比例已達40%、60%、60%。日本由于土地限制，污泥處置以焚燒后建材利用為主，農用與填埋為輔。近年來，日本也開始調整原有的技術路線，更加重視污泥中生物質資源利用，焚燒比例逐年降低。1.2國內污泥農用發展與概況我國早期建設的污水處理廠產生的污泥，由于產量少，一般經簡單晾曬后直接農田施用，也是真正意義上污泥農用的原始雛形。進入八十年代后，隨著相關領域國家科研項目投入的增多，農用隨著污泥堆肥工藝技術研究的深入而展開，上述研究工作雖然“取得了工藝方面的初步成果，但仍停留在試驗階段，開發研制系統裝備還在探索”，因此也無法進行規模推廣。這種情況在九十年代中期年得以改變。1994年，中國第一座污泥堆肥工程——唐山西郊污水廠污泥堆肥車間示范項目建成并投入生產，其產品被制成商品肥料進入農田，也由此拉開了中國污泥堆肥農用的序幕。之后十余年間，造粒包裝生產線幾乎成為所有新建污泥堆肥項目的標配，在此基礎上注冊了多個污泥肥料生產企業以及肥料商標。隨著環保形勢趨緊以及公眾對食品安全問題的擔憂，農業部門加強了對固體廢物進農田的監管：2006年頒布的《農產品產地安全管理辦法》（中華人民共和國農業部第71號令）第二十一條規定：“任何單位和個人提供或者使用農業用水和用作肥料的城鎮垃圾、污泥等固體廢物，應當經過無害化處理并符合國家有關標準”；2011年發布的《農業部關于加快推進農業清潔生產的意見》（農科教發[2011]11號文件）規定：“嚴禁直接把城鎮垃圾、污泥直接用作肥料”；2013年發布的《近期土壤環境保護和綜合治理工作安排》（國辦發[2013]7號文件）規定：“禁止在農業生產中使用含重金屬、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、尾礦等。”上述措施一方面告訴我們污泥中有害成分的危害性不容忽視，也直接造成了污泥農用步伐的停止；另一方面也提示我們“符合國家有關標準”是污泥農業重啟的前提。總體上，污泥的資源性得到社會的認可，但對污泥中污染物可能造成危害性的未知是限制污泥農用的最大障礙。科學界有一句名言：“有毒的不是物質本身，而是劑量”，通過制定合理、可行、可操作的標準可以解決這個問題。
2．污泥農用相關標準分析
2.1發展歷程污泥農用標準按照角度不同分為兩個體系：（1）原料角度污泥農用標準制定起始于1984年，由當時國務院環境保護小組提出，農牧漁業部環境保護科研監測所、中國農業大學編制的GB 4284-84《農用污泥中污染物控制標準》，第一次從污染物控制角度對污泥中9種重金屬、2種有機污染物指標提出了限值要求，上述指標也成為后來編制污泥標準的基礎依據。2009年住建部發布實施CJ/T 309-2009《城鎮污水處理廠污泥處置 農用標準》，對8種重金屬、3種有機污染物指標提出了限值要求，并加入了養分指標；同年3月，在該基礎上編制的國家標準（征求意見稿）發布，但時至今日仍未獲批準。（注：2007-2009年，住建部先后發布實施了八項污泥處理處置相關行業標準，其中七項獲批轉化為國家標準）2017年11月12日，在上述標準基礎上修改而成的《農用污泥污染物控制標準（征求意見稿）》向全社會征求意見，同樣對8種重金屬、3種有機污染物指標提出了限值要求，較CJ/T 309-2009更加嚴格。（2）產品角度2002年，農業部組織全國農業技術推廣中心、南京農業大學等單位編制實施了NY525《有機肥料》標準，主要規定有機肥料的技術指標（養分指標），在污染物控制指標方面引用了GB8172《城鎮垃圾農用控制標準》；2011、2012兩個修訂版本則不再引用，改為直接規定5項重金屬指標限值，較2002版更加嚴格。與NY525類似，2002年，農業部組織編制實施了GB18877《有機-無機復混肥料》標準，在污染物控制指標方面引用了GB8172標準，2009修訂版改為直接規定5項重金屬指標限值，要求也與NY525-2012相同。從上述簡要描述可以看出，產品、原料體系長期不接口，污泥“限制性”標準長期不統一，是農業農用被限制的根本原因。2017年12月4日，工業和信息化部網站刊登了《肥料分級及要求》強制性國家標準報批公示，為上述矛盾的終結帶來“曙光”。新標準將肥料分為三個等級：生態級肥料、農田級肥料、園林級肥料，其中園林級肥料明確“可使用固體廢物作為原料”，并詳細規定了污染物指標體系，為“限制性”提供了可操作依據。2.2標準限值分析污泥農業的風險在于其中所含污染物，《肥料分級及要求》規定：農田級肥料和生態級肥料的有害物質限量“應符合表1要求，同時還應符合相應的國家標準、行業標準要求”，表1規定了11項重金屬指標，相對于之前的相關污泥及肥料標準，增加了鈷、硒、釩、銻、鉈等指標，取消了銅、鋅、硼等指標；表1規定了8項有機污染物指標，相對于之前標準增加了氟化物（水溶性氟）、縮二脲、三氯乙醛、鄰苯二甲酸酯類總量、抗生素總量、三聚氰胺，而石油烴總量代替礦物油，多環芳烴總量由于包含本并（a）芘而不再單獨設指標限值。
表2.1污泥農用相關標準污染物限值指標對比一覽表
通過與《肥料分級及要求》對比：一方面，現行指標限值是合理的，甚至是偏嚴格的；CJ/T 309-2009中“A級污泥”與《農用污泥污染物控制標準（征求意見稿）》中酸性土壤條件下污泥泥質中，除總鉛外，均已達到“農田級”肥料標準，總鎘、總鎳指標甚至達到“生態級”肥料標準。另一方面，現行指標存在空白，多種重金屬與多數有機污染物指標并為納入指標體系。2.3好氧堆肥工藝對標準限值的影響通過好氧堆肥處理的污泥，一般需添加調理劑（也稱輔料、干料等）以調節初始含水率與孔隙率，客觀上對于最終堆肥產物各項化學指標起到調節稀釋作用，一般調理劑所含污染物指標遠遠低于污泥標準中相應指標，因此污泥原料對應肥料成品各項污染物指標存在放寬的空間，我們稱之為“堆肥工藝污染物限值理論冗余系數”（簡稱冗余系數）。假設調理劑所含污染物指標忽略不計，調理劑含水率為20%，污泥含水率為80%，冗余系數則如下表所示。
表2.2堆肥工藝污染物限值理論冗余系數
例如：當脫水污泥：調理劑（質量比）=4：0.7時，即調理劑添加比例為17.5%左右時，冗余系數為1.7。也就是當污泥污染物單項指標超過標準值70%以內時，堆肥產物理論上可以符合標準要求。
3．我國污泥農用實踐
3.1污泥農用實踐概述
污泥農用初期，我國進行了大量污泥農用試驗，其中，唐山、北京兩個地區實踐過程完整，保留試驗數據詳實，堪稱中國早期污泥農用典范。（1）唐山污泥農用實踐1993年，機械部機械工業環保技術研究所承擔“八五”國家重點企業技術開發項目“污泥堆肥成套設備”（課題編號：KF-91-10-01/02）課題研究工作[1]。1994，唐山西郊污水處理廠年污泥堆肥車間建成并投入運行[2]。1998年至1999年，在“九五”國家重點科技攻關計劃項目“污泥快速制肥成套設備”（專題編號：96-909-02-03）課題資金的支持下，對原有污泥堆肥車間進行了優化改造，形成了15t/d（含水率75%）的脫水污泥處理能力[3]。唐山西郊污水處理廠還于1998年9月17日，經工商注冊登記成立了唐山市田寶復混肥廠，并于次年獲得國家工商局“冀唐高效復混肥”肥料商標注冊，之后在唐山及周邊地區開展污泥肥料推廣應用工作。先后利用污泥堆肥產品在小麥、玉米、水稻、蔬菜、土豆等農作物田間對六種配方的污泥復混肥料進行了肥效實驗，其中：在正定縣朱夫屯村國家農業示范區進行了冬小麥農田實驗，在唐山市豐南縣錢營鎮李亳子村、灤縣興隆莊鄉四村以及豐潤、遷安等地進行了小麥、玉米、土豆等農田實驗。2006年，隨著唐山西郊污水處理二廠的投入使用，唐山西郊污水處理廠停產，但污泥堆肥車間繼續保持運行狀態，處理唐山西郊污水處理二廠部分脫水污泥。2009年9月，中科院南京土壤所對唐山項目污泥農用土壤與作物情況進行了跟蹤調研。一直到2012年，隨著唐山西郊污水廠改擴建工程立項建設以及唐山市城市污泥無害化處置工程全面投入使用，連續運行18年的唐山西郊污水處理廠污泥堆肥車間予以拆除。3.2北京污泥農用實踐北京市環境保護科學研究院承擔北京市科委項目“城市污水污泥生產（有機）復合肥示范工程研究”（課題編號：951650500），研制開發了臥式旋轉倉堆肥設備，并于1998年在密云污水廠建成運行了污泥堆肥系統[4]。課題組在大興龐各莊污泥轉運站內進行了冬小麥（京冬八號）試驗，在北京市農科院溫室進行油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗。1999年，國家計委向國家機械工業局下發“國家計委關于機械科學研究院50萬噸/日污水處理廠污泥無害化高技術產業化示范工程建設項目可行性研究報告的批復”（特急計高技[1999]2029號文件），批復“建設日處理污泥150噸、年產5.4萬噸有機復合肥的污泥制肥示范廠；建設年產20套污泥制取有機肥料及土壤改良劑成套設備的示范工程”。機械科學研究院與北京排水集團合作，在北京龐各莊建設了污泥堆肥示范項目，即北京龐各莊污泥消納廠前身。項目2001年取得國家工商局“漢新源”農業肥料商標注冊，2002年正式投產運行，2003年取得北京市農業局肥料臨時登記證[京農肥臨字（03）102、148號]，其間進行了大量污泥肥料農田應用試驗。3.2肥效方面的數據1997年至2009年，唐山、北京兩地污泥農用實踐中，記錄并留存了大量與作物、肥效相關的試驗及監測數據。其中作物種類涉及小麥、玉米、水稻等大田作物，以及西瓜、黃瓜、辣椒、蘋果等經濟作物；地域涉及唐山（豐南、灤縣、玉田）[5]、北京龐各莊[6]、石家莊（正定）[7]等地。
表3.1部分大田作物污泥農用試驗效果匯總
表3.2部分經濟作物（玉田縣）污泥農用試驗效果匯總
3.3污染物方面的數據
1997年至2009年，唐山、北京兩地污泥農用實踐中，記錄并留存了大量污泥肥料產品、中污染物指標相關的試驗及監測數據，品牌涉及漢新源（北京）[8]和田寶（唐山）[9]。
表3.3肥料產品中污染物指標
（單位：mg kg-1）
2002年12月，唐山市衛生防疫監測站還對上述實驗田土壤進行了重金屬跟蹤調研，出具了《唐山施用污泥（堆肥）土壤重金屬測試報告》，對連續施用唐山西郊污水廠污泥有肥的玉米地（4年）、小麥地（4年）、棉花地（3年）、麥芥蔥（1年）位于0-20cm和20-40cm深度的土壤進行了重金屬含量跟蹤調查，結果如下：
表3.4 2002年唐山污泥農用土壤重金屬濃度
（單位：mg kg-1）
2009年9月，中科院南京土壤所對唐山市灤縣南園子村連續施用污泥有機肥3年的花生地以及唐山市玉田縣梁莊子村連續施用污泥有機肥9年的姜地進行了土壤及植物重金屬含量跟蹤調查，結果如下：
表3.5 2009年唐山污泥農用土壤上植物（花生）重金屬濃度
（單位：mg kg-1）
表3.6 2009年唐山污泥農用土壤上植物（姜）重金屬濃度
（單位：mg kg-1）
表3.7 2009年唐山污泥農用土壤重金屬濃度
（單位：mg kg-1）
從上述數據可以看出，上述污泥農用實踐取得了良好的效果，為污泥土地利用技術進步與標準制定提供了重要借鑒。但也存在遺憾：數據較分散，未保留長期定位試驗，無法為風險評價提供系統性依據。
4．污泥農用的制約與建議
4.1相關標準、政策出臺過多、過密
現行相關標準出臺過多，造成目前“無所適從”的局面，直接導致污泥農用的停滯狀態[10]。建議合并減少現行標準，同時，應減少部門政策文件出臺的數量，以保障標準的連貫性和權威性。4.2標準指標銜接及堆肥工藝影響如短期無法合建議應遵循《肥料分級及要求》標準調整指標體系構架，完善指標體系，特別是重金屬指標與有機污染物指標；此外“堆肥工藝污染物限值理論冗余系數”應納入標準。4.3地方標準亟待出臺結合各地土壤實際情況，圍繞國家、行業標準制定出臺符合自身條件的、具有可操作性的土地利用技術標準規范，包括農田利用技術標準規范。4.4開展長期定位實驗在有條件的地區建立并先期開展污泥農業長期定位實驗，除為標準提供基礎數據的作用外，更重要的是對于污泥農用風險起到先期預警作用。4.5完善污泥處理與處置產業鏈結構處理處置設施應同步考慮、同步規劃、同步建設，將消納土地納入處理項目統一管理[11]，實現責任主體的統一，是徹底解決污泥農用問題的最終出路。
5．結語
2018年6月28日，生態環保部發布了《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018），為有機固廢土地利用提供了重要依據。中國污泥處理處置事業經過十幾年的徘徊，又一次站在前進的路口尋找著方向，與之前不同的是路口的人更多而留給我們的時間更短暫。標準的完善、技術的發展與模式的創新為污泥農用——這一增經的污泥處置希望之路再一次描繪了光明前景。
參考文獻
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[3]劉長風,王璠,田秀敏,等.污泥快速制肥成套設備研究報告[R] .北京:機械科學研究
[4]王凱軍,田寧寧,柯建明,等.城市污水污泥生產有機復合肥示范工程研究報告[R].北京: 北京市環境保護科學研究院,1998.院,1999.
[5]小麥有機無機復混肥試報告[R].唐山:唐山市農業局土壤肥料工作站,1998年
[6]漢新源有機/無機復合肥試驗示范報告[R].唐山:玉田縣農業技術推廣中心土肥站,2003
[7]有機復混肥試驗示范總結[R].石家莊:正定縣土壤肥料工作站,1998
[8]漢新源有機肥試驗報告[R].唐山:玉田縣農業技術推廣中心土肥站,2003
[9]污泥有機復混肥肥效試驗報告[R].唐山:河北省稻作研究所土肥室,1998
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[11]王濤.城鎮污水廠污泥處置路線分析與GI模式探討[J].給水排水,2014,40(11):33-38.
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