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楊長明:再論市政污泥土地利用的瓶頸問題及解決途徑

來源:admin發布時間:2020-06-15

1.背景

  根據國家“十三五”規劃,2020年全國市政污水處理量預計達到2.69 億 m3/日,預計市政污泥年產量(80%含水率)將達到5000萬t。市政污泥中含有大量的有機質、病原菌、重金屬等有害物質,若未經妥善處理處置,將對環境安全和公眾健康造成嚴重危害。目前污泥處置方式主要以以衛生填埋、焚燒、建材利用和土地利用為主。其中衛生填埋占用大量土地且容易造成地下水污染,因此其在歐美很多國家已被禁止。污泥焚燒需購置專用設備,投資較大,運行維護費用高。建材利用在高溫燒制污泥過程中會產生有毒有害氣體,且存在能耗高、產品質量差等缺點。城市污泥中的有機質、氮磷營養物等可轉化為土壤營養成分,經穩定化和無害化處理后的污泥用于林地、園林綠地、沙化地和廢棄礦山修復等符合我國國情。

2.國內外污泥土地利用技術進展

  2.1 國內常用污泥穩定化技術

  市政污泥土地利用處置前需要對污泥進行減量化、無害化、穩定化處理。常見的處理技術主要有厭氧消化技術、好氧堆肥、熱干化和深度脫水等。

  2.1.1 厭氧消化技術

  污泥厭氧消化以其高效的能量回收和較低的環境影響是目前國際上應用最為廣泛的污泥穩定化和資源化的處理方法。污泥厭氧消化具有減少污泥體積、穩定污泥性質、產生甲烷氣體等優點。但該技術同時也存在一些不足,如需消耗大量熱能、消化工藝停留時間較長,污泥的有機物含量要求高,厭氧消化后的污泥仍然需要進行脫水處理和處置,常見的手段是熱干化和深度脫水處理。消化穩定化后的污泥脫水后可以作為良好的生物炭基肥料,對改良土壤具有很好的效果。

  2.1.2 好氧堆肥

  好氧堆肥過程中污泥高溫好氧發酵不斷地分解有機物,使堆體溫度不斷升高,并能將其中的病原菌和寄生蟲卵殺死,使之無害化;能降解污泥中大部分有機物,并且使污泥的含水率降到40%,達到減量化。同時由于不需要加熱,還具備成本較低的優點。雖然相對于厭氧技術好氧堆肥較為簡單,瓶頸在于重金屬、臭氣等指標難以控制,占地面積較大等。

  針對巢湖流域某污水處理廠脫水污泥含水率高、粘稠、有機質含量較低等特點,并規避傳統好氧堆肥處理存在升溫困難、發酵效率低、占地面積大和散發臭氣等問題,同濟大學團隊在高效脫水干化的基礎上,開展了基于功能性膜覆蓋市政污泥高效好氧發酵集成研究和工程示范。發酵產品作為人工土壤基質成功應用到巢湖廢棄礦山復綠和生態修復。

  2.2 國內新興污泥處理技術

  2.2.1 蛋白質提取

  國內某些單位采用獨特的“熱堿分解+資源化全消納”工藝生產出填埋覆土、綠化土、土壤調理劑;其中對蛋白濾液進行提取可制成多肽有機液體肥料進行土地利用。該技術不僅能系統改良土壤,并且提升了農產品的品質。目前,該技術在太原成功投運,是一次污泥土地利用出路的真正實踐。

  2.2.2 污泥生物炭制備

  國內有利用污泥和污泥灰成功制成一種富磷污泥生物炭,將污泥和污泥灰轉化為可被植物吸收利用的環保富磷生物炭。該技術首先將污泥用MgCl2, MgO和CaO等多種改性劑進行改性,然后將制得的生物炭在污泥燃燒灰的酸浸液中進行P富集。該創新方法不僅解決了污泥燃燒灰酸浸液中磷的回收再利用問題,也循環再利用了另一種廢棄物--污泥燃燒灰。通過該方法具備的富磷生物炭具有和市售磷肥相當的肥效,可作為一種非常理想的再生磷肥,為污泥土地利用開拓了新途徑。

3.市政污泥土地利用的瓶頸及解決途徑

  3.1 重金屬問題

  由于重金屬通過植物富集進入食物鏈后可能對人類造成極大的傷害,而污泥中不可避免的存在重金屬,因此人們對含重金屬污泥土地利用問題一直存在爭議。但研究表明市政污泥施用會增加土壤和農產品重金屬含量,但大部分情景下均未上升至“超標”紅線(土壤環境質量標準、農產品重金屬限量衛生標準)。并且以活性污泥法為主的污水處理本身并不產生重金屬污染,城市污泥重金屬主要來源于工業污水的排放。

  解決措施:
 ?。?)嚴格控制工業廢水排入生活污水系統的重金屬含量,在源頭削減重金屬風險。從目前的巢湖流域城鎮污水廠數據來看,近幾年隨著工業企業環保管理更加嚴格,污泥中重金屬含量出現明顯下降的趨勢。
  
(2)在土地利用之前,對城市污泥進行穩定化處理,降低重金屬有效性,降低對植物的危害。

  3.2 產品出路問題

  城市污泥作為一種有機肥料進行土地利用一直不被人們所接受,導致城市污泥產品的出路受到限制。由于市政污泥在前處理環節需要付出很多能耗,其加工成本較高,且溢價能力有限,以及農業管理部門對污泥制肥產品的準入方面也持有謹慎的態度,城市污泥土地利用的發展受限。在美國,農業管理部門對城市污泥進入土地持積極態度,鼓勵農場或家庭使用城市污泥加工的有機肥或栽培基質。

解決措施:(1)借鑒國外經驗,對污泥穩定化處理后的產品適度放開污泥入土的準入權限;(2)加大城市污泥土地利用的宣傳引導,提高公眾對污泥土地利用的認識;(3)政策扶持,提高污泥制肥產品市場競爭力。

  3.3 技術政策或法規

  3.3.1 我國技術政策或法規局限及解決途徑

主要局限:

(1)缺乏工程應用技術規范和技術指南

  雖然目前已制定和頒布了城市污泥的農用/林地用/園林綠化/土地改良等系列泥質標準,對污泥土地利用原則、目標、技術和不同污泥土地利用方式的泥質標準等進行了詳細介紹,但是均未給出污泥土地利用過程中污泥的具體施用方法(如施用方式、施用季節、施用頻率等)。

(2)缺乏環境生態風險評價體系和管理體系

  《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南(試行)》中提出了污泥土地利用的風險管理與控制,但是只關注了污泥土地利用前污染物控制指標達標,未給出污泥土地利用過程中的環境生態風險評價體系。污泥處理處置過程中各參與主體的職責劃分不清晰及管理標準的不統一也直接影響著污泥土地利用的推廣。目前,在我國尚缺少污泥從生產、運輸到消納整個過程的全流程監管體系。

(3)缺乏產業發展經濟政策

  我國現已提出排污權有償使用等環境經濟政策,但仍缺乏針對污泥排放進行外部成本自主承擔的法律法規,未體現“誰污染誰付費”原則?,F有經濟政策主要集中在生產環節,提出環保專用設備、資源綜合利用方面的稅收優惠政策。

解決措施:

(1)出臺污泥土地利用工程應用技術規范和技術指南

(2)完善污泥土地利用環境生態風險評價體系和管理體系

  在進行長期監測后,篩選濃度較高或對生態環境危害較大的指標作為評價指標,根據不同風險評價指標和評價目的采用合適的風險評價方法、程序,評估污泥土地利用過程中風險因子對環境質量、生態、人體健康造成的危害。同時為了保證城市污泥在生產、運輸、處理、處置全流程的安全性,應建立污泥產品土地利用全流程監管體系。

(3)建立污泥土地利用產業經濟保障體系

  為實現污泥排放外部成本自主承擔,鼓勵民間資本參與污泥土地利用產業,需要建立污泥土地利用產業經濟保障體系。

3.3.2 國外技術政策或法規及啟示

  國外城市污泥土地利用相關的技術政策與法規的制定較早,同國外相比,中國在污泥土地利用的法律法規制定和實施方面有較大差距。

  在歐盟,大部分國家也制定了完善的法規或標準,對城市污泥土地利用予以合理控制。具有權威性的是歐盟的《城市污泥農業利用指導規程》(86/278/EEC)、英國的《城市污泥農業土地利用指南》(Safe sludge matrix)。這些法規的制定均有水處理部門、環保部門和農業管理部門以及農戶協會等利益方的全程介入。同時在城市污泥進入土地后的風險控制上,開展了大量評價性研究。鑒于污泥肥制品在歐洲的市場規模和爭議,為了使民眾放心使用污泥好氧發酵制品,歐盟制定了污泥堆肥的質量標準《歐洲污泥農用標準Directive86 /278 / EEC》,對施用污泥后土地的鋅、銅、鎳、鎘、汞、鉛等金屬濃度及pH值都做了規定,同時借助適宜的宣傳推廣,解決了有機污泥的出路問題。

  美國環保署對污泥設定了安全標準,1993年制定了《污水污泥利用和處置標準》(Part503法案),對多種污染物進行控制,同時各州根據Part503制定各自標準。美國《環境教育法》明確規定政府要保障財政投入,鼓勵公眾參與、監督、提供意見和建議,利用第三方對污泥處理處置政策及措施進行評估?!睹绹鬯勰嗵幹门c利用標準》,對土地施用、填埋與焚燒等方面的內容進行了完整規定。管理制度與措施方面采取頒發許可證制度,嚴格污泥土地利用管理;通過提高排污成本來滿足污泥處理處置的資金需求;構建污泥管理體系,成立行業協會與第三方機構。

  國外關于污泥土地利用的相關技術與政策給我們的啟示主要包括:

1)制訂污泥土地利用的生態風險評價;
2)加強污泥肥制品的宣傳推廣;
3)加強監管力度,強化污泥項目全過程管理;
4)加強財政投入力度,保障污泥項目建設順利進行;
5)對公眾進行環境教育,提高公眾參與積極性;
6)通過補貼政策、稅費政策等經濟手段,加強市場機制的構建;
7)提高工業企業排污成本。

  減少或杜絕工業廢水進入市政管網,從源頭上減少污染物排放量,并保障污泥品質。

4.結語

  雖然目前我國污泥土地利用存在很多瓶頸,但與污泥填埋、焚燒處理技術相比,城市污泥的土地利用技術仍具有極大的優勢,在技術不斷攻克與創新,政策與法規不斷完善下,污泥土地利用將是未來的一個主要處置方向。目前需要解決的問題和瓶頸主要包括:

1)開展污泥強化穩定化技術的研發,重點從有毒有害物質的去除或鈍化,以降低進入土地的風險;

2)打破各部門各行業之間的壁壘,共同推動穩定化后優質污泥土地利用,并制定相應的扶持鼓勵政策;

3)強化污泥土地利用的監管,包括建立長期土地利用監測與風險管控機制。