1、0 引 言 城镇污水处理厂污泥是在污水净化处理过程中所产生的沉积物， 成分复杂， 含有大量 N、 P、 K、 Ca、有机质和植物所必需的微量元素，通过缓慢释放，具有长效性；同时还含有大量病原菌、寄生虫、致病微生物，以及 As、 Cu、 Cr、 Hg等重金属，具有很强的污染性，如不对其进行处理，将会对生态环境和人类健康造成危害。而随着社会经济的发展、城镇人口的增加，城镇污水的排放量也将日益增多，截至 2011年 3月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂 2996座，处理能力达到 1.33亿立方米/日, 且污水处理厂的建设脚步仍在加快； 同时污水处理率由 2005年的 52%提高到 2011
2、年的 80%，预计这一数字将在未来几年里进一步提高到 85%。如此一来，污泥的产生量必将大幅增长。因此，如何有效处置与利用城镇污水处理厂污泥已成为城镇经济发展中迫切需要解决的问题。 1 污泥处置方式 污泥的处置方式取决于很多因素，例如污泥量、污泥性质、重金属含量等；同时，还要考虑环境、生态、经济效益、处理成本、技术发展趋势等。在我国土地资源日益紧缺、 建设资源节约型和环境友好型社会的大背景下，针对我国污泥产量大的现状，污泥的处置应该朝四个方面发展：一是稳定化，通过堆肥、城镇污水处理厂污泥堆肥的风险解析 刘金玲 （中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027） 摘 要： 堆肥化是
3、城镇污水处理厂污泥无害化、减量化和资源化的一种较为理想的处置方法，但由于各种风险，制约了其大规模的土地利用。为从根本上解决该难题，本文将从重金属污染、氮元素流失、施用规范和产品出路四个方面进行解析。 关键词： 城镇污泥；污泥堆肥；处置方式；风险 中图分类号：X703 文献标识码：A Analysis on the Risk of Sludge Composting of Town Sewage Treatment Plant Liu Jin-ling (The 718th Research Institute of CSIC, Handan 056027, China) Abstract: T
4、he composting is so ideal treatment approach, in sound, reduction, resources of sludge of town sewage treatment plant, However, various risk has restricted its large-scale land utilization. The problem mentioned above must be solved fundamentally, this paper will analyze it from heavy metal pollutio
5、n, nitrogen loss, application standard and way out for its products. Key words： town sludge; sludge composting; treatment approach; risk 舰 船 防 化2011 年第 5 期， 5053 CHEMICAL DEFENCE ON SHIPS 5,5053 消化、碱性稳定化等手段，使污泥处置后不再进一步降解，避免二次污染；二是无害化，去除病原体，固定重金属，保障生态安全；三是减量化，减少污泥最终处置的体积，降低污泥处理与最终处置的费用；四是资源化，在处理污泥的同时
6、进行资源化综合利用。 随着污泥水体消纳的明令禁止， 目前污泥的处置方式主要有：卫生填埋、污泥焚烧和土地利用等。卫生填埋需占用大量土地，且只是对污泥的“转移、暂缓”，易形成二次污染；污泥焚烧的投资、操作及前期处理的费用都较高， 焚烧废气可能含有致癌物质二噁英、悬浮的未燃烧或部分燃烧的废物、灰分等少量颗粒物，且没有充分利用污泥中的有用成分；土地利用则被认为是一种最有发展潜力的污泥处置方法。 但由于污泥中含有大量病原菌、寄生虫卵， Cu、 Ni、Zn、 Pb、 Cr等重金属以及多环芳香烃、多氯联苯、二噁英等难降解的有毒有机化合物， 若直接施用会对土地造成二次污染，甚至导致植物、动物乃至人类的病变。
7、因此污泥在土地利用前进行危害物的降低是不可或缺的环节，而污泥堆肥化是最为有效的一种手段。 2 污泥堆肥的概念及意义 堆肥化是在有控制的条件下， 使有机废弃物在微生物作用下发生降解， 并同时使有机物向稳定的腐殖质方向转化的过程。堆肥化后的产物称为堆肥。污泥堆肥化是在污泥中加入一定比例的秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等膨松剂和调理剂， 也可以添加微生物菌剂1，利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质的一个过程。 其工艺流程主要分为前处理、一次发酵、二次发酵和后处理四个部分，流程图见图1。 在污泥堆肥化过程中， 微生物分解有机质时放热，使得堆体温度升高， 可以杀死污泥中大部分病
8、原菌和寄生虫，达到无害化的目的；堆体升温还有助于堆体水分的散失，减小堆体体积，达到减量化的目的；堆肥成品中的速效养分更有利于农作物吸收， 同时堆肥成品中的腐殖质能改良土壤， 使得污泥堆肥达到资源化。由此可以认定，污泥堆肥化是污泥无害化、减量化和资源化的一种较为理想的处置方法。 图1 污泥堆肥的工艺流程 Fig.1 Process flow of sludge composting 3 污泥堆肥的风险解析 尽管污泥堆肥化是我国污泥土地利用中最为有效的一种手段，但由于人们对各种风险的担忧，严重制约了其大规模的土地利用。 3.1 重金属污染 重金属在污泥中的性质稳定，不易去除，这些重金属随污泥堆肥进
9、入土壤， 人们担心长期积累可能会对环境甚至人类造成危害。 这点是制约其大规模土地利用的关键。 首先， 随着城镇污水的控制排放和处理技术的广泛应用， 城镇污水处理厂污泥中的重金属含量呈现出逐年下降的趋势。 以 2006年中国科学院地理科学与资源研究所从全国范围内选取的 107个城镇污水处理厂的污泥样品为例，测定其重金属含量。结果表明，中国城镇污泥中 As、 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Ni、 Pb和 Zn的含量， 与 2001年以前的调查结果相比总体上呈下降趋势，与我国农用污泥中污染物控制标准相比，当前我国城镇污水处理厂污泥中重金属的超标率很低，即我国城镇污水处理厂污泥中的重金属污染风险并不
10、高。其次，在堆肥过程中添加调理剂可以对重金属2011 年第 5 期 城镇污水处理厂污泥堆肥的风险解析 51 粗加工 精加工 成品 二次发酵 回流通风除臭膨胀剂、调理剂 一次发酵 预处理脱水 脱水污泥或干化污泥起到稀释作用，杨玉荣等人在污泥混合堆肥过程中，采用不同的填料配比对污泥进行处理。结果表明：通过污泥的混合堆肥，虽然重金属的总量不会降低，但可被植物吸收和利用的重金属含量降低了2。第三，通过添加不同的钝化剂可以有效的将重金属钝化。 李国学等人利用污泥和稻草进行高温堆肥， 研究不同钝化剂包括粉煤灰、磷矿粉、沸石和草炭对污泥堆肥中重金属 ( Cu， Zn， Mn)形态的影响。研究显示：粉煤灰、磷
11、矿粉、草炭是很有效的钝化剂3。 Chiang等人通过研究得出：高岭石也是一种很好的钝化剂，可显著降低污泥中 Pb、 Cd、 Cr、 Cu、 Zn的浓度，使其远低于污泥农用限制的浓度值4。 3.2 氮元素流失 污泥中氮的含量是评价污泥土地利用价值大小的一个重要参数， 而污泥堆肥化最大的负面影响是氮的流失5，其中好氧堆肥过程中氮素损失量在 1674，平均为 40，主要以氨气挥发的形式损失6。该点大大限制了污泥堆肥的土地利用。 首先， 可以通过控制污泥堆肥过程中的关键参数。如保持适中的温度和通气速率可以有效的减少氮损失。其次，可以通过添加化学物质来保留污泥堆肥中的有效氮。 Boucher等人在污泥中
12、加入一定量的 FeCl3，使污泥的 pH值稳定在微中性的环境， 微生物的活性增强，使有机物的降解率提高、总氮量增加7。第三，可以通过添加碳氮比高的物质如麦麸、农作物秸秆、锯末、菇渣、树皮等来提高污泥堆肥的含氮量。贺亮等人以稻草、木屑、树叶为填料，采用人工翻堆好氧堆肥工艺， 研究了填料对堆肥过程中氮的转化及损失的影响。结果表明：仅以木屑或树叶作填料的堆体，其水溶性 NH4+-N， NO3-N的含量均较以稻草、木屑+稻草作填料的堆体低；堆肥后堆体的全氮含量降低，仅以稻草为填料的堆体，其氮损失率最高，木屑能降低氮素的损失8。 3.3 施用规范 污泥堆肥毕竟不同于一般的化肥，如果“随便”施用，存在一定
13、的风险，因此人们在施用时有恐惧心理，严重缺乏安全感。 其实早在 1984年我国就颁布了 农用污泥中污染物控制标准( GB 4284-1984)，对于控制滥用城镇污泥、防止土壤重金属污染曾起到一定的限制作用，但该标准对个别重金属的限制过于苛刻， 对各种重金属浓度控制的限量值都引用发达国家中最低的标准值9，且病原菌指标空白。然后在 2002年颁布了城镇污水处理厂污染物排放标准( GB 18918-2002)，该标准是综合的城镇污水处理厂污染物排放标准， 对污泥脱水、污泥稳定提出了控制指标。接下来有针对性的颁布了 城镇污水处理厂污泥泥质 (CJ 247-2007)、城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用
14、泥质( CJ 248-2007)、城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质( CJ/T 291-2008)、城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质( CJ/T 309-2009)。分别规定了污泥在土地利用的各相应领域中，其重金属、有机污染物浓度限值和物理指标、卫生学指标、营养指标等。 因此，在污泥堆肥土地利用中，除了严格执行以上标准外， 同时应根据当地实际， 进行环境影响评价，经有关主管部门批准后实施，尤其对污泥农用，更要确定合理的施用范围、 施用量、 施用方法和施用时间。 3.4 产品出路 污泥经堆肥化处理后成为有机肥料， 若直接施用，存在一定的问题。一方面，堆肥的 N、 P、 K养分含量比较低；另
15、一方面，堆肥的减容效果不太理想，运输不太方便，导致单位养分运输成本较高，推广难度较大。因此，有必要对其进行适当的深加工。 3.4.1 制做复混肥 针对肥效较低，若以市售的无机 N、 P、 K化肥作为辅料添加进污泥堆肥产品中，就可制得高效、安全的有机-无机复混肥。此种复混肥有机与无机肥料结合，不仅可以以无机促进有机，而且以有机保无机，减少了肥料中养分的流失， 同时也可以利用有机质改良土壤。杨晓琴等人分别对番茄、辣椒、茄子、莴苣4种农作物施用污泥堆肥，结果表明：污泥堆肥用于 52 舰 船 防 化 2011 年第 5 期 作物种植， 具有非常好的肥效， 不仅能提高作物产量；并且在品质各方面均高于对照
16、， 使几种作物表现出高于空白对照的生长状况；不同施肥量下，作物生长状况为污泥堆肥 +化肥 污泥堆肥 化肥 空白对照10。 3.4.2 配制基质 目前， 我国的栽培和育苗基质多采用不可再生的有机矿产资源，如泥炭、褐煤等，成本较高，且不利于农业可持续发展。 若采用污泥堆肥为原料制成栽培和育苗基质，不仅节约了有机矿产资源，大大降低了成本，而且肥效较好。史红文等人选取大叶黄杨和石楠进行了以污泥和泥炭作为基质的盆栽试验， 结果表明： 污泥基质上的大叶黄杨株高生长量和石楠的地径生长量以及两种供试植物叶片叶绿素含量均高于泥炭基质；虽然污泥基质的含水量低于泥炭，但两种基质的水分损失速率无显著差异， 即两种基质
17、的保水能力相当11。 4 结 论 堆肥化作为污泥无害化、 减量化和资源化的一种较为理想的处置方法， 在土地利用方面具有明显的推广优势及广阔的发展前景。如能合理开发利用，不仅解决了环境问题，而且可以变废为宝，增加新的经济收益。 （1）严格控制污泥的源头，即加大城镇污水的处理力度，按相关排放标准达标后才可进入城镇管网。 （2）对污泥堆肥进行大规模的机械化生产，一方面可以降低成本， 另一方面可以确保污泥堆肥的质量。 （3）完善污泥堆肥的各项标准，一则可以消除公众对污泥堆肥在土地利用中的风险担忧， 使人们能够全面、 正确的认识污泥堆肥， 尽可能的实现污泥回用；二则可以引导人们更加科学、有效的施用污泥堆
18、肥。 参 考 文 献 1 Wang Jianlong, Wang Jiazhuo. Application of radiation technology to sewage sludge processing: A review. Journal of Hazardous Materials, 2007, 143(1-2): 27 2 杨玉荣 , 穆国俊 , 魏静 . 重金属在污泥堆肥过程中的变化J. 农业环境科学学报 , 2006, 25(增刊 ): 226228 3 李国学 , 盂凡乔 , 姜华等 . 添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属 (Cu、 Zn、 Mn)形态影响 J. 中国农业大学
19、学报 , 2000, 5(1): 105111 4 Chiang K Y, Yoi S D, Lin H N, eta1. Stabilization of heavy metals in sewage sludge composting process J. Water Science and Technology, 2001, 44(10): 95100 5 P B Delaune, P A Moore Jr, T C Daniel, J L Lemunyon. Effect of Chemical and Microbial Amendments on Ammonia Volatiliz
20、ation from Composting Poultry LitberJ. Journal of Environmental Quality, 2004, 33(2): 728735 6 Michael Raviv, Shlomit Medina, Arkady Krasnovsky, Hammam Ziadna. Organic Matter and Nitrogen Conservation in Manure Compost for Organic Agriculture J. Compost Science Utilization, 2004, 12(1):611 7 V Daree
21、s Boucher, Revel J C, Guiresse M, eta1. Reduce ammonia losses by adding Fecl3 during composting of sewage sludgeJ. Water, air. and soil pollution, 1999, 112: 229239 8 贺亮 , 赵秀兰 , 李承碑 . 不同填料对城市污泥堆肥过程中氮素转化的影响 J. 西南师范大学学报 , 2007, 32(2): 5458 9 陈同斌 , 郑国砥 , 高定等 . 关于农用污泥中污染物控制标准中锌限量值的讨论 J. 环境科学学报 , 2007, 27(7): 10571065 10 杨晓琴 , 王成瑞 , 杨居义 . 污泥堆肥农用效应研究 J. 江苏环境科技 , 2008, 21(1): 3032 11 史红文 , 杨兰芳 , 丁昭全 , 段庆明 . 污泥和泥炭作基质对大叶黄杨和石楠的应用效果 J. 林业科技开发 , 2009, 23(4): 4750 作者简介： 刘金玲( 1983)，女，毕业于浙江大学化工过程机械专业，目前主要从事污水处理技术及设备设计方 面的工作。 2011 年第 5 期 城镇污水处理厂污泥堆肥的风险解析 53
