污泥资源化农用技术及污染控制（选择）标准
摘要：
1、 引言
随着我国经济、社会的发展、城市污水处理率的提高，污泥的产生量也大大增加。污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质，包括泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等，以固态、半固态及液态的形态存在，污泥的产生量为1.5～2.0t干污泥/万吨污水。污泥具有含水率高、含有重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物以及丰富的氮、磷、钾等营养元素的特点[4]。污泥的大量产生，不仅占用土地，还会造成环境污染，制约经济的可持续发展。
污泥安全处理、处置及其资源化利用，是各国研究的热点问题之一。目前，对于污泥处置有填埋、填海、焚烧和土地利用利用四中方式。由于环境问题和经济等原因，填埋、填海、焚烧三种污泥处理、处置方式已被禁止使用或逐渐减少，而土地利用是目前处理污泥的很好方式。污泥土地利用主要包括三个方向：一是作为农作物、牧场草地肥料的农用；二是作为林地、园林绿化肥料的林用；三是作为沙荒地、盐碱地、废弃矿区改良基质的土壤改良。但是由于污泥中还有大量的重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物等，从而限制了污泥农田实用。污泥农田施用所引起的土壤重金属环境风险有待进一步探索和研究。
2、国内外污泥处理现状
由于各国污泥的组成与性质存在很大的差异，各国用于污泥的处理、处置方式有很大的差异。
2.1国外污泥处理
许多发达国家已从法律层面上把污泥定义为生物固体，而不是废弃物，强调和推进生物质能源和生物质资源的回收利用。
其中131万吨用于建材，35万吨作为农用；英国和法国每年产生的污泥， 60％用于土地。总体来看，欧洲各国52％的污泥为土地所利用。
在美国，干污泥的产量约560万t/a，污泥总量的14%卫生填埋，22%焚烧，56.5%土地利用，7.5%采取其他方式处理；日本年产污泥223万吨，污泥总量的5%卫生填埋，32.7%焚烧，61.7%土地利用，0.6%采取其他方式；欧洲48%卫生填埋，7%采用填海，7.8%采用焚烧，34%采用土地利用，3.2%采取其他方式。根据数据可以看出，西欧以填埋为主，美、英以农用为主；在英国，污泥总量的10%采用卫生填埋，30%采用焚烧，58%采用土地利用，2%采取其他方式；在法国，污泥总量的19%用于卫生填埋，14%采用焚烧，65%采用土地利用，2%采取其他处理方式；
2.2 国内的污泥处理
我国的污泥性质和国外发达国家相比存在很大差异，主要表现在低有机质、高含砂量（污水处理厂普遍采用了圆形沉砂池，脱砂效率低；大量的基建、施工建设导致泥砂水排入污水管网系统等）、重金属含量高（工业污水源头重金属处理系统不完善）。由于污泥含砂量高、有机物低、热值低，大大影响了污泥能源化处理的经济效益；由于污泥重金属含量高，直接影响了污泥土地利用的可能性。在建成的污水处理厂中约有90%没有污泥处理的配套设施，60%以上的污泥未经任何处理就直接农用，而消化后的污泥也由于未进行无害化处理不符合污泥农用卫生标准。有些地方，由于不合理使用污泥造成重金属、有机物污染以及病虫害等，导致严重的食品污染问题，直接危及人体健康。
3、污泥资源化农用
污泥农用需要注意其中所含有的重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物等有害成分。未经稳定化、无害化处理而滥用污泥有可能造成二次污染，进而通过食物链危害人体健康
直接施用是把未经处理的污泥直接施用于农田，这种方式成本低，简单易行，但却忽视了潜
在的环境问题，而且污泥未经稳定化、无害化处理，含有害成分，不利于作物的生长。间接施用是指污泥消化、堆肥或制成复合肥料后施用
3.1、直接施用
污泥经浓缩、脱水，然后置于干化场自然风干后直接用于农田。此生产工艺简单，一般用于经过中温厌氧消化后的脱水污泥，由于无法有效控制其中有毒、有害物质及重金属含量，并且干污泥颗粒较大，农用耕作很不方便，因此，在应用上受到很大限制，对于城市污水中工业废水所占比重较小的处理厂，可采用此工艺。乔显亮等【9】采用盆栽实验研究了污泥土地利用过程中重金属对水稻的影响，实验发现施用污泥后增加了水稻茎叶和籽粒中重金属的含量，水稻体内重金属的吸收收没有明显变化。郑纪慈等【10】用盆栽实验研究了城市污泥直接肥用对水稻生长及其产量的影响，并测定了污泥中重金属在稻米和土壤中的残留量。结果表明：污泥做水稻基肥使用有明显增产作用和一定改土效果，但污泥中重金属大部分残留在土壤中，少部分被作物带走，而在水稻中的残留量符合国家标准。张学洪等【11】以桂林污水厂为例，对污泥农用的重金属安全性进行了实验研究，研究表明：污泥施肥肥效显著，稻谷和稻径中的重金属含量无明显差异，符合国家标准。目前此方法已无法满足大部分污水处理厂的污泥处理要求。
3.2 间接实用
3.2.1 污泥直接干燥和造粒
污泥直接干燥工艺指消化后的污泥经浓缩、脱水后，直接或添加外加剂进行干燥成为产品或直接造成肥，采用该工艺处理后的污泥臭味较小、农用方便，在干燥过程中杀死了污泥中大部分有毒有害物质，从而降低了污泥中有害物质对农田利用的影响，产品便于运输，投资、运行费用相对较低，但经该方法处理的污泥，肥份较低，在使用过程中秸秆作物容发生倒。覃广海等【12】开发出了污水厂污泥快速干化焚烧及制肥新工艺，并在深圳龙岗区平湖污水厂进行了工程应用，取得了很好效果。
污泥造粒工艺指污泥在干燥后，又进行破碎造粒处理。通过干燥造粒工艺，并向污泥中添加必要的氮、磷、钾等营养成分，将污泥加工成复合有机肥，大大提高了污泥的肥效和经济价值，是污泥处置的有效途径和发展方向。采用该方法生产的污泥肥中，所添加的营养元素进入土壤后可以迅速释放，而城市污泥中所含的大量有机质，具有改良土壤、培肥地力、抗旱和供肥平稳等特点，肥效比普通化肥时间长，而且对化肥中氮素具有一定的固定作，使化肥带入的氮素缓慢释放，提高其养份，提高其养份的而利用效率。
3.2.2、污泥堆肥发酵
堆肥是利用污泥中好氧微生物进行好氧发酵的过程。污泥与调理剂(如锯沫、桔杆、树叶、粪便等)及膨胀剂(如木屑、桔杆短节、花生壳等)，在一定条件下(如pH、C/N、通气、水分、温度)进行好氧堆沤，借助于微生物群落，在潮湿环境中对多种有机物进行氧化分解，使有机物转化为类腐殖质。污泥经堆肥处理后，病原菌、寄生虫卵、杂草种子几乎全部被杀死，挥发性成分减少且臭味降低重金属有效态的含量也会降低，速效养分含量有所增加，成为一种比较干净而性质比污泥堆肥过程是个相当复杂的过程，它受到耗氧率、碳氮比、温度、pH值、挥发固体含量、孔隙率等诸因素的影响。魏源送等【13】采用5种调理剂(木片、麦壳、玉米芯、稻壳和回流堆肥)进行了中试规模的污泥堆肥实验研究，对含水率、有机质、总氮、BOD，比耗氧速率（SOUR）等参数的变化进行了监测。研究结果表明：BOD和SOUR指标适用于评价采用不同调理的堆肥污泥稳定度。田宁宁等【14】利用自行研制的生产性规模的好氧动态堆肥装置行了污泥稳定化和无害化处理的应用研究，探讨了影响好氧堆肥的主要因素温度、含水率、供氧量和通风方式之间的关系，确定了污泥动态发酵的最佳参数。李艳霞等【15】试验研究了不同配比的填充料和通气状况对污泥堆肥起始升温的影响。结果表明：填充料含量高的配比升温速度明显比填充料含量低的配比快；高填充料配比的堆体 （填充
料占堆料的l/2—1/3)在起始升温阶段可以不进行氧气的供给；低填充料的配比和加入回流堆肥的配比（填充料占堆料的1/4～1/9），由于堆体的孔隙少，则必须进行通气量的调节
3.3.3 污泥制复合微生物肥
污泥经过烘干、粉碎后加入氮、磷、钾等植物生长所需营养元素和菌粉，然后进行混合造粒，再经低温干燥冷却后，加入复合肥，能进一步提高污泥中有机废料的含量。此类肥料在我国主要依赖进口，试验和生产才刚刚起步。张国占等【16】利用城市污水厂污泥进行了复合有机肥中试及产品的田间试验，结果表明污泥复合肥可增加农作物产量而且不会引起重金属超标。对污泥制肥中的污泥干燥及相关政策问题进行了探讨。此外，还进行了污泥制造有机肥技术应用实践，并对实验产品进行了田间试验，取得了良好效果。张学洪等【17】进行了城市污水污泥有机复合肥水稻施肥试验，结果表明：该有机复合肥对水稻的增产效果显著，肥效与N、P、K三元复合肥相当。陈同斌等【18】通过盆栽和大田试验，初步探讨了污泥复合肥种植小麦的肥效及其对小麦重金属吸收的影响，试验结果表明：污泥复合肥对小麦的增产效果和土壤的培肥效果明显优于化肥，等同于市售复合肥。它能促进植株生长发育，提高小麦产量，对土壤速效养分的积累有明显的促进作用。
4. 污泥农用存在的问题
4.1 有害物质的负面效应
施用污泥能导致重金属在土壤中积累，使椰菜、小麦、玉米、甜菜和大豆等作物的收获部分重金属含量增加[20-23]；抑制蔬菜的生长并影响其品质[24]；加重土壤的盐渍化，降低苗木种子的发芽率[25]。污泥使用不当还会增加重金属、有机污染物等有害物质对地下水和生态环境的污染风险[26-27]。但也有研究表明，污泥农用虽然明显增加了土壤中的重金属总量，其重金属在土壤中的活性却受到抑制，从而降低了重金属通过食物链危害人类健康的风险
[28]，如硝态氮能提高根际土壤的pH 值，进而降低根际土壤中的重金属活性，抑制作物对重金属的吸收[29]。
4.2 运输成本高、养分含量低、肥效慢
新鲜污泥含水量高、易散发臭气、运输不方便，且养分含量低，单位养分运输成本高，不宜长距离运输。污泥经过干化后其运输状况有所改善，但目前仍缺乏配套的机械化施肥机具，播种与施肥无法同步进行，难以在大田作物上推广。农资市场上常见高品位无机复合肥的氮磷钾总量一般在45%以上，而按照干化污泥养分总量5%计算，新鲜污泥的氮磷钾总量仅为1%左右。尽管污泥中的养分可能以缓效态为主，利用率较高，但由于养分含量少，肥效慢，为达到同样的氮磷钾供应水平，其施用量大，增加了运输成本和劳动量。以河北潮土的玉米施肥为例，若每公顷施375 kg左右养分含量45%以上的三元复合肥为底肥，运输和施用都很方便，采用随种机播，每公顷投资仅825元左右；而换算成养分含量1%的污泥，则需要施用1125 kg以上，按照从污泥堆置场至农田平均距离10 km，每吨运输1 km的费用5元，田间撒施机械动力成本每吨10元计算（不含劳力投入），则每公顷所需运费和机械动力费为1020元，投资成本明显增加。另外由于污泥的肥效较慢，单纯施用污泥的玉米前期长势通常不如化肥处理。
4.3 市场范围较窄
污泥因具有重金属的环境污染风险，主要应用于林木、苗圃、城市绿化等非食物链用途。若污泥中重金属等有害物质的含量能够得到较好控制，污泥可安全应用在粮食、蔬菜、瓜果等农产品的生产上。这还与粮食作物主要收获种子，重金属在收获部位的含量较低
有关[30-31]。但因污泥存在养分含量低、施用不方便等因素，目前污泥主要就近应用在蔬菜瓜果等经济作物上，很少用在粮食作物上。