宋現(xiàn)財， 李文運， 趙樂軍， 周抒宇

(1.天津市政工程設計研究總院有限公司，天津300392；2.天津水務集團有限公司，天津300042)

城市給水水源主要來自江河湖泊等地表水體，水體中的微生物、有機物、無機顆粒等物質(zhì)經(jīng)過調(diào)節(jié)池沉淀后會產(chǎn)生大量沉積物，調(diào)節(jié)池底泥。隨著我國城鎮(zhèn)化速度加快,外地調(diào)水工程的規(guī)模日益增加[1]，其處理和處置問題越來越突出,已經(jīng)成為部分供水企業(yè)的沉重負擔。一方面，不同于城市污水處理廠污泥，調(diào)節(jié)池底泥以江河泥沙為主[2]，未投加藥劑或投加很少藥劑處理，有毒有害物質(zhì)少，為其處置方法兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益提供可能。另一方面，由于近年來城市生態(tài)文明建設的加速推進，城市綠化大面積展開，致使對綠化種植土的需求缺口不斷擴大。

基于此，將供水底泥改良后用作綠化種植土不僅能夠降低底泥處理的社會成本，還可以緩解城市園林建設缺少種植土的難題。筆者通過調(diào)研分析天津市及周邊綠化施工企業(yè)對種植土的需求、價格變動、重點關(guān)注事項以及對供水底泥的接受程度等情況，同時為今后解決給水廠污泥的處理處置，調(diào)研中也對園林綠化企業(yè)是否有意愿使用給水廠污泥進行了調(diào)研，提出了3種應用模式，以期為解決底泥資源化和擴展綠化種植土來源提供思路借鑒。

1 市場環(huán)境分析

課題組通過問卷調(diào)查、實地走訪、電話調(diào)研等[3-4]方式對天津市及周邊10余家綠化施工企業(yè)進行調(diào)研，主要成果如下。

1.1 種植土使用需求

調(diào)研完成后，8家綠化施工企業(yè)提供了可靠數(shù)據(jù)。受企業(yè)規(guī)模影響，每年對種植土的需求量差別較大(如圖1所示)，最大為210 000 t，最小為12 000 t，平均年需求量達到71 750 t，總體需求量比較大，這與大城市中心城區(qū)綠化需要外來土以及天津市鹽堿地條件下植物種植需要換土有關(guān)。

圖1 綠化施工企業(yè)每年種植土需求量Fig.1 Annual planting soil demand of landscape engineering enterprises

此外，種植土的需求呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性。絕大部分企業(yè)春季種植土需求量最大，平均占比63%，主要是因為春季種植更有利于提高植物的存活率，對種植土的需求量也最大，有些企業(yè)如天津*菌只在春季有種植土需求。夏季和秋季種植土需求占比均為11%，主要用于植物補種、補充水土流失以及受工期影響的景觀工程種植。冬季種植土需求占比為15%，這可能是因為除了受工期影響的景觀工程種植，部分企業(yè)有儲存種植土的需求。

1.2 種植土價格

如圖2所示，受地域、來源和市場供需影響，不同企業(yè)購買的種植土價格有一定差別，最便宜的為20～30元/t，中等價格為30～40元/t，天津企業(yè)購買種植土的價格普遍在40～50元/t。這是因為河北省城市周邊土資源相對豐富，價格較低，而天津市受鹽堿地影響，種植土需求量大，供給相對不足，造成價格升高，2022年種植土價格平均達到50.5元/t。另外，分析2020—2022年價格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大部分企業(yè)的種植土購買價格呈現(xiàn)逐年上升趨勢，平均價格分別為42.4，46.1和50.5元/t，年均增長9%。

圖2 種植土價格Fig.2 Price of planting soil

1.3 綠化施工企業(yè)重點關(guān)注種植土指標

為調(diào)查園林種植施工企業(yè)對種植土泥質(zhì)的重點關(guān)注指標，選取《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)中pH、有機質(zhì)、陽離子交換量、有效磷、水解性氮、全鹽量、可溶性氯、速效鉀等指標，同時選取《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)中有毒有害的重金屬指標，包括銅、鉻、鎳、鋅、鉛、鎘、砷、汞，作為備選進行調(diào)查。

從企業(yè)反饋數(shù)據(jù)來看(圖3)，企業(yè)對種植土土源的要求通常不考慮《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)中有毒有害的重金屬指標，這可能與所購置土源一般不涉及污水處理廠污泥改良土有關(guān)。在《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)規(guī)定的指標中，主要關(guān)注pH、有機質(zhì)、全鹽量、水溶性氮和可溶性氯。絕大部分企業(yè)關(guān)注pH指標，認為這是購買和判定種植土合格與否的核心指標，也是關(guān)系到種植土到貨后是否需要再次改良的關(guān)鍵。7家天津企業(yè)關(guān)注全鹽量指標，這是因為天津市土壤普遍含鹽量高，過高的含鹽量不利于植物存活，以至于很多原土需要更換為含鹽量符合標準的種植土才能種植。4家企業(yè)關(guān)注有機質(zhì)含量，這主要是因為種植土有機質(zhì)含量決定了后期有機肥的投加量。1家企業(yè)關(guān)注可溶性氯，因為有些植物對氯比較敏感，當吸收量達到一定程度會明顯影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)，比如瓜果類和一些藥材類植物。1家企業(yè)關(guān)注水解性氮，因為氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，影響植物發(fā)育。

圖3 企業(yè)重點關(guān)注的種植土指標Fig.3 Planting soil indicators focused by enterprises

1.4 綠化施工企業(yè)對水廠底泥的接受情況

根據(jù)圖4的調(diào)查結(jié)果， 對于“若調(diào)節(jié)池底泥經(jīng)泥質(zhì)檢測后可直接使用，綠化工程是否接受?”這一問題，有7家企業(yè)明確表示不會接受，主要擔心底泥不符合種植土對“土壤”特性的要求，滲透性、密實度、孔隙度、土壤塊徑等指標不滿足要求，影響植物生長。有2家企業(yè)表示在送貨上門并且明顯低于市場價的情況可以考慮使用，說明如果能提供底泥符合相關(guān)標準證明的情況下，有些企業(yè)愿意嘗試使用供水底泥作為園林種植土。

對于“底泥改良后滿足《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)要求情況下，綠化工程是否愿意接受？”的問題，各企業(yè)態(tài)度不同。4家企業(yè)明確表示不使用底泥，主要原因是擔心其不具備土壤特性，在未明確種植效果的情況下，擔心影響植物種植率而發(fā)生違約。4家企業(yè)表示在送貨上門并且明顯低于市場價的情況下可以考慮使用，1家企業(yè)表示在僅承擔運費的情況下可以使用。底泥完成土壤化改良且滿足《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)要求的情況下，可以打消相當一部分企業(yè)的顧慮，有較多企業(yè)產(chǎn)生嘗試使用的興趣。

對于“是否接受改良后給水廠污泥(給水廠處理后排出泥，性狀紅色，含鐵鋁)？”的問題，7家企業(yè)明確表示不使用，主要擔心重金屬污染、泥質(zhì)感官效果不佳；2家企業(yè)表示在不承擔任何費用的情況下可以嘗試使用。說明企業(yè)普遍對供水廠經(jīng)過加藥處理的給水廠污泥改良有很大顧慮，但在一定的經(jīng)濟刺激下，這種顧慮存在打消的可能。

圖4 對調(diào)節(jié)池底泥及給水廠污泥的接受情況Fig.4 Acceptance of sediment and waterworks sludge cake

2 運行模式與經(jīng)濟性分析

課題組通過調(diào)研園林綠化施工企業(yè)，總結(jié)形成3種供水底泥改良為種植土的運作模式(圖5)。由于所有參加調(diào)研企業(yè)均表示不負責運輸，所以運輸送貨的環(huán)節(jié)均安排在供水企業(yè)。

圖5 底泥/污泥改良為種植土運作模式Fig.5 Operation mode of sediment improvement into planting soil

第一種模式，調(diào)節(jié)池底泥濃縮干化后，由水廠購入農(nóng)作物秸稈、綠植枯枝落葉及標準種植土等改良輔料，在水廠完成摻拌和儲存，用戶需要時，由水廠負責將已改良的種植土運送至用戶指定地點。這種模式的優(yōu)點是種植土質(zhì)量便于掌控，直接根據(jù)市場需求和價格出售種植土，有可能獲得較高利潤；缺點是對水廠場地、人員要求較高，也存在一定的市場需求波動風險。

第二種模式，供水企業(yè)負責將底泥濃縮干化后根據(jù)用戶需要直接運送至用戶指定地點，作為一種潛在種植土的土源，由用戶根據(jù)園林種植需要和自身方便獲取的改良輔料情況進行摻拌改良，改良過程在用戶提供的場地完成。這種模式的優(yōu)點是供水企業(yè)直接出售底泥，不承擔后續(xù)場地、人員及市場波動風險，缺點是可能獲取的利潤較低。

第三種模式與第一種模式較為類似，底泥的改良過程在供水企業(yè)完成，區(qū)別在于改良所用輔料由用戶提供，這種模式除了包含第一種模式的優(yōu)點外，還便于與用戶形成穩(wěn)固的合作關(guān)系，保證銷量的穩(wěn)定；缺點是較第一種模式收益會受到影響。

課題組對供水底泥改良為園林種植土的經(jīng)濟性進行了分析，結(jié)果見圖6。

圖6 供水底泥改良為種植土效益分析Fig.6 Benefit analysis of improving water supply sediment into planting soil

如果不對底泥進行改良資源化利用，直接將其進行填埋處理，費用約300元/t，給供水企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟負擔，且采用填埋的方式，會占用污泥填埋場空間，經(jīng)濟效益和社會效益不佳。

如果按照前述模式一進行運作，根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，天津市普通種植土價格按照50元/t計算，依據(jù)課題組試驗結(jié)果，選定底泥與普通種植土1∶1混合改良，改良后成本約25元/t，運輸成本按照B=1元/(t·km)計算，改良后的種植土運送至客戶指定地點的成本線為L1，當L1升至成本線300元/t后，供水企業(yè)進入負收益區(qū)間，經(jīng)濟不可行，此時對應的運輸距離為D1=275 km，也就是當改良后運輸距離大于275 km后，經(jīng)濟不可行(由于調(diào)研企業(yè)對改良后底泥的價格接受普遍為免費或低于市場價，為了便于分析，暫時按照免費考慮)。如果按照底泥與秸稈腐熟物2∶1混合改良，秸稈腐熟物按照180元/t計算，改良后成本大約為60元/t，運輸成本按照B=1元/(t·km)計算，改良后的種植土運送至客戶指定地點的成本線為L2，當L2升至成本線300元/t后，供水企業(yè)進入負收益區(qū)間，經(jīng)濟不可行，此時對應的運輸距離為D2=240 km，也就是當改良后運輸距離大于240公里后，經(jīng)濟不可行。

如果按照前述模式二進行運作，供水企業(yè)主要承擔運輸成本，按照B=1元/(t·km)計算，改良后的種植土運送至客戶指定地點的成本線為L0，當L0升至成本線300元/t后，供水企業(yè)進入負收益區(qū)間，經(jīng)濟不可行，此時對應的運輸距離為D0=300 km。

第三種模式的經(jīng)濟性分析方法與第一種模式類似，主要取決于供水企業(yè)與用戶商談關(guān)于改良輔料的價格。

供水企業(yè)的收益情況可以按下式計算：

Yi=300-Di·B-Ci+Ji

(1)

式中Yi為每噸收益，元/t；Di為運輸距離，km；Ci為改良成本，元/t；Ji為售價，元/t。

按照平均運輸距離20 km測算，改良成本按照40元/t計算，售價按照低于市場價的20元/t計算，最后得到每噸底泥收益為260元。具有良好的經(jīng)濟效益，并附帶產(chǎn)生良好環(huán)境效益和社會效益。

3 主要結(jié)論

通過問卷調(diào)查、實地走訪、電話調(diào)研等方式對調(diào)節(jié)池底泥改良后用于綠化種植土的市場環(huán)境和經(jīng)濟性進行了分析，獲得如下結(jié)論。

① 綠化種植施工企業(yè)對種植土需求量較大，而且具有明顯季節(jié)性，春季需求量最大，占比63%，種植土全年平均市場價格在30～50元/ t，且有逐年增長的趨勢。

② 綠化種植施工企業(yè)重點關(guān)注種植土指標包括pH、全鹽量、有機質(zhì)、水解性氮、可溶性氯等指標，其中pH、全鹽量是最關(guān)注的指標；對于使用調(diào)節(jié)池底泥改良的種植土普遍有顧慮，但如果滿足《綠化種植土壤》(CJ/T340—2016)要求且低于市場價格的情況下，較多企業(yè)愿意嘗試使用。

③ 通過調(diào)研，總結(jié)獲得3種調(diào)節(jié)池底泥改良為種植土的運作模式，可根據(jù)市場需求采用不同模式進行運作以提高底泥的資源化利用效率和經(jīng)濟收益。

④ 對調(diào)節(jié)池底泥改良為綠化種植土的經(jīng)濟性進行了分析，判定在供水企業(yè)承擔運費且改良土免費的情況下，運送距離300 km以內(nèi)均可實現(xiàn)正收益；采用種植土和秸稈腐熟物改良后的最遠運送距離分別為275和240 km；考慮天津市地域?qū)嶋H和市場售價，底泥正收益可達到260元/ t，具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。