完善污泥土地利用标准以确保土壤环境安全

刘文佳 于倩茹

(环境保护部环境与经济政策研究中心，北京 100029)

为切实保护土壤环境，防治和减少土壤污染，国务院办公厅今年发布《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》文件首次公开提出，在农业生产中，应禁止使用含重金属、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、清淤底泥等。本文在分析污泥基本特性和国内外进展基础上，提出完善污泥土地利用标准是我国加强污泥污染管理确保土壤环境安全的当务之急。

1 污泥的基本性质

我国的污水处理厂多采用二级生化处理工艺，污泥主要产自初沉、二沉及其他固液分离工序，含水率高(＞98%)，体积庞大，有机质含量约为40% ～50%，总氮含量 4% ～5%，磷(P2O5)含量 1% ～5%，钾(K2O)含量0.5% ～1%;对于生活污水和工业废水混排的场合，污泥中还常含有激素类物质(E1、E2等)、毒性有机物(苯、氯酚等)、重金属(Cd、Cr等)以及各种无机盐。研究表明，污泥污染物往往具有长期毒性和不可降解性，若无序排放，将成为危险的二次污染，通过大气、地下水、地表水和土壤等介质进入食物链，造成严重的生态风险，影响人类健康。

1.1 污泥中的有机污染物

污泥中常含有一些有机污染物，如氯酚(CPs)、氯苯(CBs)、硝基苯(NBs)、多氯联苯(PCBs)、多氯代二苯并二恶英/呋喃(PCDD/Fs)、邻苯二甲酸酯(PEs)、多环芳烃(PAHs)和有机氯农药(OCPs)等。污泥农用常增加土壤中PAHs的浓度，考虑到对人类的危害，PAHs已被列为污泥中重要有机污染物的研究对象。污泥农用后其中PCBs的去向和转化的结果说明了其对生物及人类有潜在危害。污泥使用后，一部分污染物可进入食物链，其中的PAHs可被土壤吸附，在大多数植物器官中也可检测到PAHs，通常范围在1～100μg/kg，个别值高达1～10mg/kg及以上，有些研究者还检测到植物根系中高浓度的有机污染物。Simon等长期进行了污泥土地利用后有机污染物的行为和去向的研究，主要对象为PAHs，对1942—1961年间连续施污泥与不施污泥的农田进行了PAHs的检测，并对1942—1984年的土壤样品进行了收集和保存。研究结果显示，施用污泥后土壤中PAHs浓度至1984年已增加3倍多。对英国的444份污泥进行分析的结果显示，污泥中的PCBs、r-HCH(灵丹)和dieldrin(地特灵)的检出率和浓度均比aldrin(阿特灵)和endrin(安特灵)要高。任何进入环境的有机化合物均可能在污泥中被发现。但许多污泥中检测到的有机污染物的含量要比当地土壤背景值高出数倍、数十倍甚至上千倍。

污泥因其来源于各种污水，不可避免地含有多种有机污染物。不同污泥中有机污染物的种类和含量不同，与污水的来源、污泥类型及其处理方式等因素有关。国外一些研究者对污泥农用中有机污染物的特征及其在农业环境中的行为、生态效应和调控措施等方面进行了一些研究。西方发达国家对污泥使用中有机污染物的浓度有一定的限制，如对PCBs和PCDD/Fs等提出了一些限量建议。但我国1984年农业部颁布的标准(GB4284-84)中除了对B［a］P的含量制定了控制标准外，还未能制订出较完善的污泥有机污染物限制标准。2002年由国家环保局制定的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，增加了一些有关有机污染物的新项目，但也仅对PCBs和B［a］P有限制标准，分别为 0.2mg/kg 和 3.0mg/kg。

1.2 污泥中的重金属

污泥中的重金属种类繁多，主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、Hg和Cd等，我国各地污泥所含重金属的种类大同小异，但其含量相差较大。以处理生活污水为主所产生的污泥，重金属含量通常较低，而以处理工业污水为主所产生的污泥，重金属含量往往较高。由于重金属具有难迁移、易富集和危害大等特点已成为限制污泥农业利用的主要因素。国内有关污泥中重金属的资料进行统计分析表明，我国污泥中重金属Ni、Pb、Cr、Cu和Zn含量变化幅度很大，极差高达几千毫克/千克;Zn是含量高的元素，Cu和Cr次之;毒性较大的重金属Hg、Cd和As含量往往较低，通常在几到十几个毫克/千克范围内。从统计结果和我国污泥农用标准来看，Cu和Zn是我国污泥中含量高的元素，也是限制其土地利用的主要因素之一。对我国44个城市污水污泥的重金属含量进行统计分析表明，Cu和Zn的含量低于对我国部分污水处理厂污泥统计结果，而毒性较大的Hg和As含量远远高于陈同斌等的统计结果。统计结果相差很大，主要是由于其资料来源及其相关的污水处理厂数量、污水处理方式和污泥类型等因素不同造成的。近年来，由于我国环境污染管理制度和法规的完善与实施，污水达标排放率不断提高，城市污水中Hg、Cd、As和Pb等重金属含量逐年下降。陈同斌等调查表明，北京高碑店污水处理厂污泥中的重金属含量每年都以2.7% ～4.9%的幅度下降;1988—1999年天津纪庄子污水处理厂的污泥重金属含量每年下降幅度为0.1% ～2.4%。对英、美等国污水处理厂污泥中重金属进行统计分析也得到相同的结果。英国污泥中的重金属以Cd和Pb的下降幅度大，年平均下降6% ～8%;美国污泥则以Cr和Pb下降幅度大，年平均下降17%～18%。随着社会、经济的发展和科技水平的提高，污泥中的重金属含量逐渐降低是一个普遍趋势。

1.3 污泥中N和P过剩问题

研究表明，污泥中有机质的分解矿化在前6周较快，随后逐渐变慢。国外有研究发现，污泥施用的当季，其土壤渗滤液中NO3--N和NH4+-N含量高于对照处理。也有研究发现，施用污泥后N的有效性、植物吸收和淋溶与污泥来源及性质有关。虽然一次大量施用可获得高产，但N的淋溶率较高，会污染地下水。从保证产量和防止水污染综合考虑，多次少量比一次大量施用对N的利用更合理。并且土壤N的淋溶还受到土壤条件的影响，壤土的淋溶速度和淋失量显著高于黏土。虽然通常P素在土壤中的迁移性较小，但污泥施用后会提高污泥施用层以下的土壤的P含量。有研究发现，土壤中可提取态Fe和Al对P在土壤中的持留有显著影响，可明显降低砂土中P的剖面迁移。研究发现，污泥施用时间、单次施用量和所施用的土壤条件对污泥施用后N、P的迁移都有重要影响。因此，可通过减少施用量、选择适宜的施用条件、调节施用时间，使污泥分解矿化时间与作物吸收一致等措施来提高养分利用率，降低对环境二次污染的风险。

1.4 污泥中的病原菌

病原物是能够对人类或其他生物健康产生危害或引起疾病的一类有害生物或其他物质的总称。能够引起人类疾病的病原物主要有4类:细菌、病毒、原生动物和寄生虫，在生活污水污泥中一般都能检测到这些物质的存在。美国环保署及其他组织的一些学者对污泥中存在的病原物进行统计发现，污泥中已确认的病原物中，至少有24种细菌、7种病毒、5种原生动物和6种寄生虫。这些病原物在污泥中的含量取决于污水来源地区居民的健康状况、污水处理工艺和污泥处理方式等因素。到目前为止，有关污泥中病原物含量的调查资料还非常有限。污泥中病原物种类和数量繁多，当污泥土地利用时，病原物可随污泥一起进入土壤环境，增加土壤中病原物的含量。如果对污泥处理或施用不当，会污染外界环境，威胁人类健康。

2 国内外城市污泥处置概览

2.1 国外城市污泥处置现状

目前，世界上大多数国家对城市污泥的处置普遍采用土地利用、陆地填埋、焚烧和排海四种方式。由于排海直接对海洋环境造成污染，这种方法在很多国家已被禁用。1988年美国规定禁止污泥的海洋倾倒，欧盟规定2005年以后有机物＞5%的污泥禁止排海。由于陆地填埋占用土地，焚烧成本很高，并且可对环境造成二次污染，加之污泥含有丰富的植物营养元素，农用逐渐成为最具潜力的污泥处置方式。各国国情不同处置方式在不同国家所占的比例也不相同。世界上发达国家对污泥的处置平均45.3%为农用，38%为填埋，10.5%为焚烧，6.0%为排海。如，美国和英国以农用为主(30%和42%)，加拿大以焚烧为主(40%)。日本由于国土面积较小，以焚烧为主，约占63%，土地利用占22%，填埋5%，其它约占10%。欧盟各成员国侧重点不尽相同，丹麦、法国、卢森堡以农业利用为主，爱尔兰、芬兰、葡萄牙污泥农用的比例逐渐增加，荷兰、德国、正计划增加焚烧的比例。

2.2 国内城市污泥处置概况

根据“全国城镇污水处理管理信息系统”汇总数据，目前全国已有642个城市建有污水处理厂，占设市城市总数的97.7%。根据通报，截至2012年9月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3272座，处理能力达到1.40亿立方米/日。按污泥产量占处理水量的0.3% ～0.5%(以含水率97%计)计算，我国城市污水厂污泥的产量很大。因此，我国在污水处理事业不断取得进步的同时，也面临巨大的污泥处理和处置压力。

我国有55%的污泥采用了直接浓缩脱水处理，这部分污泥大多数采用延时曝气工艺，得到了一定的稳定化。大约有5.5%的污泥未采用稳定化技术进行处理，有36.5%的污泥采用厌氧消化技术进行稳定化处理，此外有2.6%的污泥采用好氧消化技术进行稳定化处理。在污泥处置方面，我国大约有45%的污泥用作农业利用，34.4%的污泥进行土地填埋，污泥绿化和焚烧各约占3.5%，污泥用于农业和绿化所占比例总和接近污泥处置的一半。在土地利用时，由于施用处理不到位的污泥，使得污泥中有效成分不能被充分有效地利用，有的导致土地盐害、烧苗和病虫害等问题，污泥在很多地区反而成为了一种污染源。

污泥填埋也占了相当大的比例(大约占34.4%)。但是，污泥填埋不仅严重危害了填埋场的安全，而且严重污染了附近的生态环境。填埋的污泥造成了填埋场渗滤系统的严重堵塞，大大缩短了垃圾填埋场的寿命，严重污染了附近的地下水。污泥焚烧在我国所占比例为3.5%，由于含固率达不到焚烧的准入条件，焚烧产生的大气污染也相当严重。

3 污泥的土地利用现状及标准

3.1 污泥土地利用的现状

污泥中含有很高的有机质、大量的N、P和K等速效养分，有明显的培肥效果，同时还含有许多植物所必需的微量元素，在土壤中缓慢释放，供植物生长需要。因此，污泥是有用的养分资源、很好的土壤改良剂和肥料。污泥土地利用包括把污泥应用于农田、菜地、林地、草地、市政绿化、育苗基质及污染土壤的修复与重建等。但有报道认为，我国污泥中的重金属、有机污染物和病原菌是限制污泥循环利用的主要障碍。

3.2 污泥土地利用的标准

1984年农业部起草了中华人民共和国国家标准《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)，于1985年3月1日起正式实施。其中对污泥中重金属、矿物油和B［a］P等污染物的高含量做了明确的规定，还对年大施用量和连续施用年限以及污泥施用的前处理和环境条件做了规定。此外，还有建设部的部颁标准《城市污水处理厂污水污泥排放标准》，其中的农用标准同国标《农用污泥中污染物控制标准》。为了贯彻各项环保法规，促进城镇污水处理厂的建设和管理，加强城镇污水处理厂污染物的排放控制和污水资源化利用，保障人体健康，维护良好的生态环境，结合我国《城市污水处理及污染防治技术政策》，由国家环境保护总局科技标准司提出，由北京市环境保护科学研究院、我国环境科学研究院负责起草了一套新的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，从2003年7月1日开始实施。标准中分年限规定了城镇污水处理厂出水、废气和污泥中污染物的控制项目和标准值。2009年，住建部颁布了《CJ-T309-2009城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》，将污泥分为A、B两级，分别对应食物链和非食物链，规定年积累施用量7.5吨/公顷，最高连续施用10年。从污染物控制标准来看，对重金属、有机污染物、病原物等多种污染物都做了明确的规定。在污泥年施用量和连续施用年限不变的情况下，污泥中重金属含量的提高意味着进入农田生态系统的重金属增加。按照目前的农用污泥标准实施，会引起土壤环境质量的显著下降。对于新的污泥农用标准是否能保障人民健康生活及保护良好的生态环境，有待进一步探讨。从总体上看来，我国还需要尽快完善污泥标准体系，在政策导向上鼓励和扶持污泥处理处置企业，引进资金和技术设备，建立市场化管理制度，保障污泥资源化利用顺利开展。

4 结语

基于我国环保力度的加强和人们对已有污泥处理处置技术局限性的进一步认识，世界各国都在投入重金研发新技术，争取找到更经济、更合理的污泥处理方案，来解决污泥带给人类的危害。我国应该结合我国的国情制定出污泥处理、处置技术政策，尤其污泥土地利用标准来应对污泥带来的危害。

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