王 濤

（1.機械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；

2.機械工業(yè)有機固廢處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

我國城鎮(zhèn)污泥營養(yǎng)成分與重金屬含量分析

王 濤1，2

（1.機械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；

2.機械工業(yè)有機固廢處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

我國城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥中含有大量營養(yǎng)成分，同時也含有重金屬成分，對于污泥中營養(yǎng)成分和重金屬的含量情況，匯總并分析了國內(nèi)90個污水處理廠的污泥泥質(zhì)數(shù)據(jù)后，得出結(jié)論：總體上城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥泥質(zhì)是適合土地利用的，重金屬風(fēng)險由大到小排序為：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B；建議在開展污泥土地利用工作的同時，應(yīng)探索創(chuàng)新排水管理模式、污泥中重金屬去除技術(shù)，以及土地利用模式。

污泥；營養(yǎng)成分；重金屬；處置；土地利用

前言

隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，污泥問題已被提到空前的高度并給予關(guān)注?！丁笆濉比珖擎?zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》指出：到2015年，直轄市、省會城市和計劃單列市的污泥無害化處理處置率應(yīng)達到80%。

污泥作為污水處理廠的副產(chǎn)物，若處置不當(dāng)，將會造成二次污染。業(yè)內(nèi)有一句俗語：“治水不治泥，等于白治理”。但目前解決污泥問題的最大障礙在于污泥處置的技術(shù)路線仍不明朗：填埋法無法持續(xù)已瀕臨被淘汰，焚燒、建材利用則由于污染空氣和鄰避效應(yīng)的不斷蔓延而舉步維艱，目前有希望工業(yè)化推廣的污泥處置方法僅剩下土地利用。

污泥土地利用具有先天優(yōu)勢，一般城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥，有機質(zhì)含量較高，對于大量使用化肥的土壤具有調(diào)節(jié)化學(xué)、生物結(jié)構(gòu)，增強地力的重要作用，污泥中富含的N、P、K成分為植物生長提供必要的營養(yǎng)。但污泥土地利用同樣面臨著困難——公眾普遍擔(dān)心：污泥中含有重金屬物質(zhì)，對于土壤環(huán)境可能造成污染，并可能通過食物鏈進入人體帶來傷害。

本文通過匯總調(diào)研國內(nèi)90個污水處理廠的污泥泥質(zhì)數(shù)據(jù)，分析了污泥的營養(yǎng)成分和重金屬含量的實際情況。

1 調(diào)研情況概述

為探索城鎮(zhèn)污泥土地利用的可行性和中期重點技術(shù)攻關(guān)方向，北京機械科學(xué)研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所在2013年度機科發(fā)展科技創(chuàng)新基金的支持下，開展了對我國城鎮(zhèn)污泥泥質(zhì)情況調(diào)研工作。本次調(diào)研共涉及25個城市、90座污水處理廠，處理規(guī)模從1000t/d至100萬t/d，其中10萬t/d以下規(guī)模的有49座，10萬～40萬t/d規(guī)模的25座，40萬t/d以上規(guī)模的有16座，合計總處理規(guī)模為1632.05萬t/d。被調(diào)研污水處理廠的規(guī)模與地域分布情況見表1。

表1 調(diào)研污水處理廠規(guī)模與地域分布情況一覽表

本次調(diào)研共采集到樣本數(shù)據(jù)91組，其中有效樣本數(shù)據(jù)88組，主要來源分為三類：1）采樣檢測或污水處理廠提供運行數(shù)據(jù)，共34組，占比39%；2）專項研究報告（非公開），共32組，占比36%；3）公開文獻，共22組，占比25%。

為盡量消除數(shù)據(jù)處理的誤差，本次研究采用污水處理廠運行或設(shè)計水量（注：非污泥產(chǎn)量）作為基數(shù)，統(tǒng)計計算得到平均值。

重金屬指標(biāo)比對標(biāo)準(zhǔn)采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486-2009），對于介于指標(biāo)超過堿性土壤（pH≥6.5）對應(yīng)限值為超標(biāo)，低于酸性土壤（pH＜6.5）對應(yīng)限值為達標(biāo)。

2 污泥營養(yǎng)成分分析

2.1 有機質(zhì)

本次研究共獲得有機質(zhì)有效樣本79份，其中大于70%的7份，60%～70%之間的12份，50%～60%之間的16份，40%～50%之間的21份，30%～40%之間的14份，小于30%的9份。污泥中有機質(zhì)含量的平均值為51.43%，這一指標(biāo)與發(fā)達國家相比較低。從數(shù)據(jù)上分析我國污泥有機質(zhì)含量的地域差異較大，污泥有機質(zhì)含量總體上是大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.2 氮

本次研究共獲得有機質(zhì)有效樣本62份，污泥中TN含量平均值為3.58%。從數(shù)據(jù)上分析，我國污泥TN含量地域差異較大，與污泥的有機質(zhì)含量類似，總體上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.3 磷

本次研究共獲得有機質(zhì)有效樣本62份，污泥中TP含量平均值為2.32%，部分污水處理廠的脫水污泥呈現(xiàn)TP含量高于TN含量的現(xiàn)象，這可能與污水處理采用除磷工藝并且運行狀態(tài)良好有關(guān)。從數(shù)據(jù)上分析，我國污泥TP含量的地域差異較大，與污泥有機質(zhì)和TN含量類似，總體上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.4 鉀

本次研究共獲得有機質(zhì)有效樣本64份，污泥中TK含量平均值為1.42%。K在污水處理工藝中為非重點關(guān)注成分，但在數(shù)據(jù)中體現(xiàn)，共有5份樣本數(shù)據(jù)呈現(xiàn)TK含量高于TN、TP含量的現(xiàn)象。從數(shù)據(jù)上分析，我國污泥TK含量地域差異較大，與污泥有機質(zhì)和TN、TP含量類似，總體上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

3 重金屬含量分析

3.1 銅

本次研究共獲得84份有效樣本，其中確認(rèn)超標(biāo)3份、臨界5份、達標(biāo)76份、達標(biāo)率為90.48%。污泥中Cu的平均濃度為493.27mg/kg，超標(biāo)樣本分別位于華東、華北、東北地區(qū)，其中最高檢測指標(biāo)為10,531mg/kg。

3.2 鋅

本次研究共獲得81份有效樣本，其中確認(rèn)超標(biāo)8份、臨界4份、達標(biāo)69份、達標(biāo)率85.19%。污泥中Zn的平均濃度為1794.70mg/kg，超標(biāo)樣本分別位于東北、華中、華東、華北地區(qū)，其中最高檢測指標(biāo)為14,285mg/kg。

3.3 鎳

本次研究共獲得68份有效樣本，其中確認(rèn)超標(biāo)9份、臨界11份、達標(biāo)48份、達標(biāo)率70.59%。污泥中Ni的平均濃度為120.15mg/kg，超標(biāo)樣本分別位于華東、華北地區(qū)，其中最高檢測指標(biāo)為615.42mg/kg。Ni的平均指標(biāo)處于標(biāo)準(zhǔn)臨界限值附近，且超標(biāo)臨界現(xiàn)象相對較為突出，應(yīng)給予高度關(guān)注。

3.4 鎘

本次研究共獲得87份有效樣本，其中確認(rèn)超標(biāo)2份、臨界11份、達標(biāo)74份、達標(biāo)率85.06%。污泥中Cd的平均濃度為2.80mg/kg，超標(biāo)樣本全部來自華東地區(qū)，其中最高檢測指標(biāo)為49.64mg/kg。Cd是本次研究中獲得有效樣本數(shù)量最多的重金屬，這體現(xiàn)了相關(guān)方對Cd影響的高度關(guān)注。

3.5 汞

本次研究共獲得55份有效樣本，其中臨界20份、達標(biāo)35份、達標(biāo)率63.64%。污泥中Hg的平均濃度為5.66mg/kg，有20份樣本處于5～15mg/kg范圍，其中最高檢測指標(biāo)為13.56mg/kg。Hg的穩(wěn)定達標(biāo)率在所有重金屬中最低，平均指標(biāo)處于標(biāo)準(zhǔn)臨界限值附近，超標(biāo)臨界現(xiàn)象相對最為突出，應(yīng)給于高度關(guān)注。但還有一個值得注意的現(xiàn)象，所有樣本中均未出現(xiàn)絕對超標(biāo)現(xiàn)象，這有可能與Hg具有揮發(fā)遷移的特性有關(guān)。

3.6 鉛

本次研究共獲得87份有效樣本，其中臨界3份、達標(biāo)84份、達標(biāo)率96.55%。污泥中Pb的平均濃度為93.01mg/kg，沒有出現(xiàn)絕對超標(biāo)現(xiàn)象，其中最高檢測指標(biāo)為729mg/kg，穩(wěn)定達標(biāo)率較高，在本次研究中體現(xiàn)的風(fēng)險較低。

3.7 鉻

本次研究共獲得75份有效樣本，其中確認(rèn)超標(biāo)2份、臨界1份、達標(biāo)72份、達標(biāo)率96.00%。污泥中Cr的平均濃度為266.68mg/kg，超標(biāo)樣來自華東、華北地區(qū)，其中最高檢測指標(biāo)為2960mg/kg。

3.8 砷

本次研究共獲得63份有效樣本，其中確認(rèn)超標(biāo)1份、達標(biāo)62份、達標(biāo)率98.41%。污泥中As的平均濃度為28.98mg/kg，超標(biāo)樣來自華北地區(qū)，其中最高檢測指標(biāo)為301mg/kg。

3.9 硼

本次研究共獲得20份有效樣本，全部達標(biāo)，達標(biāo)率100%。B也是本次研究中獲得有效樣本數(shù)量最少的重金屬，高達標(biāo)率和低監(jiān)測率意味著B的環(huán)境風(fēng)險相對其它重金屬物質(zhì)較低。

4 我國城鎮(zhèn)污泥營養(yǎng)成分與重金屬含量總體評價

4.1 污泥營養(yǎng)成分總體評價

我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥營養(yǎng)成分總體含量較高，按照全國城鎮(zhèn)污泥年產(chǎn)生量3000萬噸計算，蘊藏有機質(zhì)資源超過300萬噸，氮素資源超過20萬噸，磷素資源超過13萬噸，鉀素資源超過8萬噸（見表2）。

表2 我國90座城鎮(zhèn)污水處理廠污泥營養(yǎng)物質(zhì)成分匯總

通過調(diào)研數(shù)據(jù)匯總分析，我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中的營養(yǎng)成分呈現(xiàn)以下特點：

（1）總體呈現(xiàn)“北高南低、大高小低”的特點，無論是有機質(zhì)含量還是N、P、K等營養(yǎng)元素，均呈現(xiàn)大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

（2）有機質(zhì)含量低于發(fā)達國家，這也是厭氧消化工藝在國內(nèi)運行體現(xiàn)整體經(jīng)濟性較差的原因之一，但該指標(biāo)可以滿足高溫好氧發(fā)酵工藝對于有機質(zhì)指標(biāo)的要求，且平均值51.43%也能夠滿足《有機肥料》（NY525-2012）中有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥45%的要求。

（3）總養(yǎng)分平均值為7.32%，高于《有機肥料》（NY525-2012）中總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥5%的要求，尤其是P、K資源豐富，具有資源化土地利用的潛力。

（4）N、P、K體現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，部分污水處理廠污泥中的P、K含量大大超過N，具有更高的資源化市場利用前景。

4.2 污泥重金屬成分總體評價

我國城鎮(zhèn)污水處理廠的重金屬成分總體含量處于可控范圍內(nèi)，比照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486-2009）標(biāo)準(zhǔn)限值，各項重金屬指標(biāo)總體符合園林綠化土地利用標(biāo)準(zhǔn)要求（見表3）。

通過對調(diào)研數(shù)據(jù)的匯總分析，我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中的重金屬成分呈現(xiàn)以下特點：

（1）比照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486-2009）標(biāo)準(zhǔn)限值，重金屬風(fēng)險由大到小排序：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B。

（2）Hg、Ni成分超標(biāo)率排在前兩名且平均值趨于臨界應(yīng)加強監(jiān)控，Cd排在第三名也應(yīng)引起注意，這與2014年4月發(fā)布的《全國土壤污染情況調(diào)查公報》無機污染物點位超標(biāo)率結(jié)果近似（注：第一名Cd7.0%，第二名Ni4.8%，第五名Hg1.6%）。

（3）工業(yè)發(fā)達地區(qū)高于工業(yè)欠發(fā)達地區(qū)，尤其是長江三角洲、東北老工業(yè)基地部分地區(qū)污泥的重金屬問題相對較重。

（4）在88個樣本中，一座污水處理廠如出現(xiàn)污泥超標(biāo)現(xiàn)象，一般僅體現(xiàn)在某一種重金屬指標(biāo)上，因此為通過管理手段或技術(shù)手段解決問題提供了基礎(chǔ)。應(yīng)從政策、管理、技術(shù)層面同步推進保障措施，積極探索適合國情的新模式。

（1）探索創(chuàng)新排水管理模式，對于高污染風(fēng)險的企業(yè)可以采用分時排水許可措施，使大部分時間的污泥成分穩(wěn)定達標(biāo)。

（2）探索創(chuàng)新污泥中重金屬去除技術(shù)，有針對性地在污水處理廠內(nèi)設(shè)置重金屬處理系統(tǒng)，防止其進入土壤后更加難以去除。

（3）探索創(chuàng)新土地利用模式，與污泥處理項目同期劃定土地利用管理區(qū)，加強對該區(qū)域的監(jiān)控，將風(fēng)險限制在一定范圍內(nèi)。

表3 90座城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中重金屬成分匯總表

5 結(jié)語

本次研究由于華南、西南、西北地區(qū)的采樣數(shù)據(jù)較少，因此更主要反映的是東北、華北、華中、華東等地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠脫水污泥的重金屬及營養(yǎng)物質(zhì)含量?？傮w上城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥泥質(zhì)是適合土地利用的，特別對于華北、華中、東北等經(jīng)濟欠發(fā)達而土地資源相對豐富的地區(qū)，污泥土地利用更可先行一步。同時，還

[1] “十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃[R].

[2] 全國土壤污染情況調(diào)查公報 [R]. 2014-4-17.

[3] 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)（GB/T23486-2009）[S].

[4] 有機肥料（NY525-2012）[S].

[5] 王濤.城市污泥堆肥施用及重金屬問題探討[J].上海環(huán)境科學(xué)，2009，28（1）： 37-40.

[6] 王濤.基于GI理念的城鎮(zhèn)污泥土地利用解決方案[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（8）： 61-64.

Analysis on Urban Sludge Nutrition Element and Heavy Metal Content in China

WANG Tao1,2
(1. Institute of Environmental Technology & Equipment, China Academy of Machinery Sciences, Beijing 100044;
2. Engineering & Technical Center for Organic Solid Waste Treatment and Resource Utilization of Machinery Industry, Beijing 100044, China)

The sludges contain a great deal nutrition elements in China urban sewage treatment plants and at the same time, contain heavy metal elements. Based on the nutrition element and heavy metal content in sludge, and after collecting and analyzing the sludge argillite data in 90 sewage treatment plants of the country, the paper comes to the conclusion: The sludge argillite in urban sewage treatment plants is adapted to land use as a whole. The heavy metal risk lists from big to small order as Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B. The paper suggests that we should probe into and innovate the water drainage management mode and mode of heavy metal removal technique in sludge as well as land use mode.

sludge; nutrition element; heavy metal; disposal; land use

X703

A

1006-5377（2015）04-0042-04