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杨长明:再论市政污泥土地利用的瓶颈问题及解决途径
2020-06-09 08:37       来源:《中国给水排水》       作者:杨长明       分享:














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再论市政污泥土地利用的瓶颈问题及解决途径

杨长明,陈霞智

(同济大学 环境科学与工程学院)


1.背景

    根据国家“十三五”规划,2020年全国市政污水处理量预计达到2.69 亿 m3/日,预计市政污泥年产量(80% 含水率)将达到5000万t。市政污泥中含有大量的有机质、病原菌、重金属等有害物质,若未经妥善处理处置,将对环境安全和公众健康造成严重危害。目前污泥处置方式主要以以卫生填埋、焚烧、建材利用和土地利用为主。其中卫生填埋占用大量土地且容易造成地下水污染,因此其在欧美很多国家已被禁止。污泥焚烧需购置专用设备,投资较大,运行维护费用高。建材利用在高温烧制污泥过程中会产生有毒有害气体,且存在能耗高、产品质量差等缺点。城市污泥中的有机质、氮磷营养物等可转化为土壤营养成分,经稳定化和无害化处理后的污泥用于林地、园林绿地、沙化地和废弃矿山修复等符合我国国情。


2.国内外污泥土地利用技术进展

2.1国内常用污泥稳定化技术


    市政污泥土地利用处置前需要对污泥进行减量化、无害化、稳定化处理。常见的处理技术主要有厌氧消化技术、好氧堆肥、热干化和深度脱水等。


2.1.1厌氧消化技术


    污泥厌氧消化以其高效的能量回收和较低的环境影响是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。污泥厌氧消化具有减少污泥体积、稳定污泥性质、产生甲烷气体等优点。但该技术同时也存在一些不足,如需消耗大量热能、消化工艺停留时间较长,污泥的有机物含量要求高,厌氧消化后的污泥仍然需要进行脱水处理和处置,常见的手段是热干化和深度脱水处理。消化稳定化后的污泥脱水后可以作为良好的生物炭基肥料,对改良土壤具有很好的效果。


2.1.2好氧堆肥


    好氧堆肥过程中污泥高温好氧发酵不断地分解有机物,使堆体温度不断升高,并能将其中的病原菌和寄生虫卵杀死,使之无害化;能降解污泥中大部分有机物,并且使污泥的含水率降到40%,达到减量化。同时由于不需要加热,还具备成本较低的优点。虽然相对于厌氧技术好氧堆肥较为简单,瓶颈在于重金属、臭气等指标难以控制,占地面积较大等。


    针对巢湖流域某污水处理厂脱水污泥含水率高、粘稠、有机质含量较低等特点,并规避传统好氧堆肥处理存在升温困难、发酵效率低、占地面积大和散发臭气等问题,同济大学团队在高效脱水干化的基础上,开展了基于功能性膜覆盖市政污泥高效好氧发酵集成研究和工程示范。发酵产品作为人工土壤基质成功应用到巢湖废弃矿山复绿和生态修复。

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4.png图1  基于功能性膜覆盖市政污泥高效好氧发酵与矿山修复利用


2.2国内新兴污泥处理技术

2.2.1蛋白质提取


    国内某些单位采用独特的“热碱分解+资源化全消纳”工艺生产出填埋覆土、绿化土、土壤调理剂;其中对蛋白滤液进行提取可制成多肽有机液体肥料进行土地利用。该技术不仅能系统改良土壤,并且提升了农产品的品质。目前,该技术在太原成功投运,是一次污泥土地利用出路的真正实践。


2.2.2污泥生物炭制备


    国内有利用污泥和污泥灰成功制成一种富磷污泥生物炭,将污泥和污泥灰转化为可被植物吸收利用的环保富磷生物炭。该技术首先将污泥用MgCl2, MgO和CaO等多种改性剂进行改性,然后将制得的生物炭在污泥燃烧灰的酸浸液中进行P富集。该创新方法不仅解决了污泥燃烧灰酸浸液中磷的回收再利用问题,也循环再利用了另一种废弃物--污泥燃烧灰。通过该方法具备的富磷生物炭具有和市售磷肥相当的肥效,可作为一种非常理想的再生磷肥,为污泥土地利用开拓了新途径。


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图2 富磷生物炭制备及农业土地利用


3. 市政污泥土地利用的瓶颈及解决途径

3.1重金属问题


    由于重金属通过植物富集进入食物链后可能对人类造成极大的伤害,而污泥中不可避免的存在重金属,因此人们对含重金属污泥土地利用问题一直存在争议。但研究表明市政污泥施用会增加土壤和农产品重金属含量,但大部分情景下均未上升至“超标”红线(土壤环境质量标准、农产品重金属限量卫生标准)。并且以活性污泥法为主的污水处理本身并不产生重金属污染,城市污泥重金属主要来源于工业污水的排放。


    解决措施:(1)严格控制工业废水排入生活污水系统的重金属含量,在源头削减重金属风险。从目前的巢湖流域城镇污水厂数据来看,近几年随着工业企业环保管理更加严格,污泥中重金属含量出现明显下降的趋势

(2)在土地利用之前,对城市污泥进行稳定化处理,降低重金属有效性,降低对植物的危害。


3.2产品出路问题


    城市污泥作为一种有机肥料进行土地利用一直不被人们所接受,导致城市污泥产品的出路受到限制。由于市政污泥在前处理环节需要付出很多能耗,其加工成本较高,且溢价能力有限,以及农业管理部门对污泥制肥产品的准入方面也持有谨慎的态度,城市污泥土地利用的发展受限。在美国,农业管理部门对城市污泥进入土地持积极态度,鼓励农场或家庭使用城市污泥加工的有机肥或栽培基质。


    解决措施:(1)借鉴国外经验,对污泥稳定化处理后的产品适度放开污泥入土的准入权限;(2)加大城市污泥土地利用的宣传引导,提高公众对污泥土地利用的认识;(3)政策扶持,提高污泥制肥产品市场竞争力。


3.3技术政策或法规


3.3.1我国技术政策或法规局限及解决途径


    主要局限:

(1) 缺乏工程应用技术规范和技术指南

    虽然目前已制定和颁布了城市污泥的农用/林地用/园林绿化/土地改良等系列泥质标准,对污泥土地利用原则、目标、技术和不同污泥土地利用方式的泥质标准等进行了详细介绍,但是均未给出污泥土地利用过程中污泥的具体施用方法(如施用方式、施用季节、施用频率等)。

(2)缺乏环境生态风险评价体系和管理体系

    《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南( 试行) 》中提出了污泥土地利用的风险管理与控制,但是只关注了污泥土地利用前污染物控制指标达标,未给出污泥土地利用过程中的环境生态风险评价体系。污泥处理处置过程中各参与主体的职责划分不清晰及管理标准的不统一也直接影响着污泥土地利用的推广。目前,在我国尚缺少污泥从生产、运输到消纳整个过程的全流程监管体系。

(3)缺乏产业发展经济政策

    我国现已提出排污权有偿使用等环境经济政策,但仍缺乏针对污泥排放进行外部成本自主承担的法律法规,未体现“谁污染谁付费”原则。现有经济政策主要集中在生产环节,提出环保专用设备、资源综合利用方面的税收优惠政策。


解决措施:

(1)出台污泥土地利用工程应用技术规范和技术指南

(2)完善污泥土地利用环境生态风险评价体系和管理体系

    在进行长期监测后,筛选浓度较高或对生态环境危害较大的指标作为评价指标,根据不同风险评价指标和评价目的采用合适的风险评价方法、程序,评估污泥土地利用过程中风险因子对环境质量、生态、人体健康造成的危害。同时为了保证城市污泥在生产、运输、处理、处置全流程的安全性,应建立污泥产品土地利用全流程监管体系。

(3)建立污泥土地利用产业经济保障体系

    为实现污泥排放外部成本自主承担,鼓励民间资本参与污泥土地利用产业,需要建立污泥土地利用产业经济保障体系。


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图3 污泥土地利用产业经济保障体系


3.3.2国外技术政策或法规及启示


    国外城市污泥土地利用相关的技术政策与法规的制定较早,同国外相比,中国在污泥土地利用的法律法规制定和实施方面有较大差距。


    在欧盟,大部分国家也制定了完善的法规或标准,对城市污泥土地利用予以合理控制。具有权威性的是欧盟的《城市污泥农业利用指导规程》(86/278/EEC)、英国的《城市污泥农业土地利用指南》(Safe sludge matrix)。这些法规的制定均有水处理部门、环保部门和农业管理部门以及农户协会等利益方的全程介入。同时在城市污泥进入土地后的风险控制上,开展了大量评价性研究。鉴于污泥肥制品在欧洲的市场规模和争议,为了使民众放心使用污泥好氧发酵制品,欧盟制定了污泥堆肥的质量标准《欧洲污泥农用标准Directive86 /278 / EEC》,对施用污泥后 土地的锌、铜、镍、镉、汞、铅等金属浓度及pH值都做了规定,同时借助适宜的宣传推广,解决了有机污泥的出路问题。


    美国环保署对污泥设定了安全标准,1993年制定了《污水污泥利用和处置标准》(Part503法案),对多种污染物进行控制,同时各州根据Part503制定各自标准。美国《环境教育法》明确规定政府要保障财政投入,鼓励公众参与、监督、提供意见和建议,利用第三方对污泥处理处置政策及措施进行评估。《美国污水污泥处置与利用标准》,对土地施用、填埋与焚烧等方面的内容进行了完整规定。管理制度与措施方面采取颁发许可证制度,严格污泥土地利用管理;通过提高排污成本来满足污泥处理处置的资金需求;构建污泥管理体系,成立行业协会与第三方机构。


    国外关于污泥土地利用的相关技术与政策给我们的启示主要包括:

1)制订污泥土地利用的生态风险评价;2)加强污泥肥制品的宣传推广;3) 加强监管力度,强化污泥项目全过程管理;4) 加强财政投入力度,保障污泥项目建设顺利进行;5) 对公众进行环境教育,提高公众参与积极性;6)通过补贴政策、税费政策等经济手段,加强市场机制的构建;7)提高工业企业排污成本,

减少或杜绝工业废水进入市政管网,从源头上减少污染物排放量,并保障污泥品质。


4. 结语

虽然目前我国污泥土地利用存在很多瓶颈,但与污泥填埋、焚烧处理技术相比,城市污泥的土地利用技术仍具有极大的优势,在技术不断攻克与创新,政策与法规不断完善下,污泥土地利用将是未来的一个主要处置方向。目前需要解决的问题和瓶颈主要包括:

    1) 开展污泥强化稳定化技术的研发,重点从有毒有害物质的去除或钝化,以降低进入土地的风险;

    2) 打破各部门各行业之间的壁垒,共同推动稳定化后优质污泥土地利用,并制定相应的扶持鼓励政策;

    3) 强化污泥土地利用的监管,包括建立长期土地利用监测与风险管控机制。


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1、市政污泥土地利用的属性及潜力分析

2、基于土地利用的市政污泥稳定化技术及存在问题

3、市政污泥土地利用的国内外相关法律法规及探讨

4、未来市政污泥土地利用的技术与政策展望


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报告主题

再论市政污泥土地利用的瓶颈问题及解决途径


直播时间

2020年6月10日(周三) 14:00—16:00


主持人

王领全《中国给水排水》杂志副主编


主讲人


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杨长明,同济大学环境高等研究院研究员,环境生态工程研究中心副主任,博士生导师。中国环境学会 水环境分会理事


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