污泥,污泥,何去何从?

 

 
 
 

 

近日,国家发改委等三部门发布了《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》(后文简称《方案》),旨在进一步明晰实施污泥无害化处理、处置,推进资源化利用。正如《方案》中所提及,污泥处理、处置一直是污水处理的短板,也是业内讨论和实践探索的重点,几乎每次与之相关的政策文件发布都会引起业内很大反响和讨论。犹如2021年发布的《有机肥料》(NY/T 525-2021),就引发了业内对污泥土地利用路径“禁止”的担忧和热点讨论,毕竟从道理上看,污泥土地利用是最经济的资源化和最环境友好的处置方式,也符合国家循环经济策略。尽管争议以“土地利用”≠“(商品)有机肥”之共识收尾,但业内对污泥土地利用之路径一直耿耿于怀。

图1 《方案》中污泥处理处置结构示意图

(图片来自原文)

 

 

本次发布的《方案》所设定目标与“十四五”规划《纲要》保持一致,即,到2025年,城市污泥无害化处置率要达90%以上。同时,补充了地级及以上城市达到95%以上更高目标。而且,《方案》明确了不同情景下污泥处理、处置立体方式,对不同污泥处理、处置方式也进行了层次结构的清晰定位。

 

 

《方案》在阐述污泥处理、处置结构中,仍然将污泥土地利用放在“C位”,并用了“积极推广”一词。在推动污泥土地利用方面,实际上我国已进行了长时间的努力,早就确立了相应的标准规范来指导污泥土地利用,包括《农用污泥污染物控制标准》GB 4284-2018、《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》CJ/T309、《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》GB 24600、《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》GB/T 23486等,限定了用于不同土地时的泥质性质条件、施用频率和监测/风险控制方法。这些标准规范制定或多或少参考了西方在污泥土地利用方面的实践经验。

40 CFR Part 503(简称503)标准是美国在1993年制定用于指导污水处理厂污泥处理、处置的标准规范。在503中,污泥使用了Biosolids(生物固体)名称,这似乎从名称上就开始了污泥无害化处置。其中,该标准把污泥分为两类(Class A和Class B,《农用污泥污染物控制标准》同样也分为了两级),A级生物固体,质量最高,任何不完全符合A级的则属于B级生物固体。两类最主要的区别在于A级生物固体中病原菌数量应保证在检测限以下。当然,A级生物固体在质量(EQ)、污染浓度、累积污染物负荷率和年污染物负荷率方面都有着严格规定。因此,在土地利用实践中,A级污泥应用场景更广泛、也更安全,较受青睐。那么,美国污泥处置中土地利用途径接受度如何呢?

据最新数据统计,美国年污泥处置量(2018年)约为582.3万t(干重),约53%用于土地利用,另外一半主要是填埋和焚烧。相比于2004年,土地利用处置率提升了4个百分点。其中,处理至Class A级别的污泥处置量为27%,提升了5%。从土地利用场景来看,主要用于玉米种植,收获后用于动物饲料和生物质能源,另外也用于干草等植物肥料。需要说明的是,2018年污泥土地利用处置所占比例相比于2004年并没有太大变化,2021年数据甚至有所下降(图2)。同时,报告也提及,污水处理厂运营者其中一个最大担忧就是污泥土地利用处置空间持续开拓,面临着周围农场接受度下降难题。另外,随着美国对PFAS新型污染重视,污泥土地利用何去何从也充满了不确定性。

图2 2021美国污泥处理处置途径情况统计 

(图片来自USEPA网站)

 

 

尽管“积极推广”表明了我国污泥处理、处置在土地利用路径上的决心,但也透露了土地利用途径的“尴尬”境地,即,污泥土地利用优势有目共睹,但实践举步维艰,即,理想很丰满、现实很骨感。对于土地资源丰富的美国来说,污泥土地利用处置似乎也变得越来越发困难,何况是土地资源更为紧张的中国。“推广”往往意味着相关主体较多,并未形成有效共识,接受度和二次污染风险是最大的两个原因,污染可控,但接受度却不受污水处理厂控制。事实上,现在我国农民连人粪尿、牲畜粪便都不用作肥料回田(与化肥相比作物产量很低!),以至于人粪尿进入污水而需要农村污水处理。在此情形下,他农民怎么会接受污泥?!显然,目前倒给农民钱都不会使用污泥施肥,这已被数实践所证明!。这也就是《农用污泥污染物控制标准》GB 4284-2018虽规定污泥可以回田,但实际难以真正回田的根本原因。因此,人们无需担心“政策”不让污泥回田,而是农民根本就不愿意使用!结果导致化肥充斥整个农业肥料市场,加剧了磷危机现象。尽管全球目前都在为控制气候变化和磷危机而努力,但人类本世纪内不会被“热死”,但有可能因过度磷危机而被“饿死”!

有鉴于此,《方案》将污泥土地利用限定在非农用的林/绿地。即使在林地领域,如何架起污泥与林地之间的桥梁也是一道难题。按照《有机肥料》(NY/T 525-2021)“禁止选用粉煤灰、钢渣、污泥、生活垃圾(经分类陈化后的厨余废弃物除外)、含有外来入侵物种物料和法律法规禁止的物料等存在安全隐患的禁用类原料”之规定,污泥作为肥料不允许进入农资销售系统,只能依赖污水处理厂作为“个体户”去联系林地利用主体,这无疑也是困难之事。即使政府部门以行政命令方式强行推广林地使用,这恐怕也是后患无穷的事情。要知道,污泥中含有约50%的无机质,林地施用污泥短时间内还凑合,但长期施用会致使无机质(沙、土)堆积,从而抬高林地地平线。结果,遇有降雨径流,会引发污泥中的有机物(COD)、氮(N)、磷(P)等营养物进入地表水体,诱发黑臭水体、富营养化现象。这种情形对城市绿地来说问题尤为严重,会对城市水体景观带来潜在威胁。

 

 

至于污泥填埋,长期以来一直是我国城市普遍采用的处置方式,因为这是最为经济的方法。对我国广大东部经济发达的城市而言,目前不是要“合理压缩”填埋规模,其实是填埋“无地自容”,所谓“压缩”应该是针对西部城市或东部小城镇。结果,无论是“无地自容”还是“合理压缩”都会使污泥处置走向“非经济”处置方式,如,污泥堆肥(但回田回地均难以前行!)、厌氧消化、干化焚烧。

 

 

      在“非经济”污泥处置中,因“双碳”目标而使很多人觉得污泥厌氧消化的春天来了,应该让污泥厌氧消化发扬光大,毕竟大多数欧洲国家一直沿用至今。然而,污泥厌氧消化转化甲烷(CH4)取决于进水有机物(COD)浓度多寡,这对我国普遍低下的进水COD而言污泥转化甲烷实现碳中和似乎显得杯水车薪,况且厌氧消化后至少还有约50%的有机物残留需要进一步处置。在回田回地无望情况下,最后显然只能应用干化焚烧最后一招。

 

 

于是,《方案》有了“有序推进”污泥焚烧之策。但是,污泥焚烧有厌氧消化后干化焚烧和越过厌氧消化直接干化焚烧之说!无论哪种焚烧方式,国人往往“谈烧色变”,一是因为它属于“最不经济”的方式,二是担心焚烧尾气中含有二恶英、重金属、氮化化物等有毒有害气体。从有机能源最大回收和综合经济角度,越过厌氧消化直接干化焚烧污泥应该是最优的,这已成为香港、上海、广东、成都等地的社会实践。况且,污泥焚烧灰分中聚积了90%的进水磷负荷,可以从中“轻松”回收磷和金属。至于污泥焚烧尾气问题,并无需过虑,800 ℃以上焚烧温度二恶英一般并不会产生,重金属、氮化化物等也很容易得到控制,不然,欧洲国家几十年的垃圾、污泥焚烧早就被老百姓反对停掉了。

总之,《方案》发布再次警醒了对污泥无害化和资源化处理、处置的思考和实践。因地制宜是原则、资源能源化则是重点。在污泥回田,填埋越来越无出路的前景下,“土葬”变“火葬”乃必然发展趋势。所以,只有认清形势,才能高屋建瓴地选择一步到位或分段建设的正确污泥处理、处置路线。否则,跟随欧洲国家老路行事只能是让自己不断修订和升级污泥处理、处置方法,到头来花的钱一点也不比直接干化焚烧要少!

 
 
 
 
 

向上滑动阅览参考文献

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来源:水业碳中和资讯

撰文:郝晓地 刘然彬 张焕伦

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创建时间:2022-10-08 13:55
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