城市污水系統與肥料工業的關系

摘 要：生活污水和工業廢水的排放量隨著世界工業生產的發展和城市人口的增加而日益增多，城市污水污泥是污水處理的副產品，因而污泥的產出量也日益增加。現如今，為了避免二次污染和合理、高效地利用污泥中的有效成分，污泥的處理問題已上升為世界問題之一。目前填埋、焚燒、投海和肥料化利用是污泥的主要處理方式。該文從污泥的泥質評價及可行性分析、城市污泥的綜合利用、污水污泥的處理現狀以及污泥應用所產生的環境問題等幾個方面進行了分析，得出結論：若將處理后的污泥作為一種有機肥料使用，將成為一種對中國而言十分有應用前景的污泥利用和處置途徑。

關鍵詞：城市污水 肥料工業 復合肥料

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0149-02

近幾年來，國家對城市污水處理廠建設的投入年益增長，相應的，城市污水處理率也得到了不斷提高，各地的污水資源化也有了一定的發展規模，然而隨之產生的副產品——剩余污泥也給城市的環境保護工作提出了新挑戰[1]。解決污水系統的問題，也即是解決污泥的問題。自從世界上第一個污水處理廠于1887年在英國倫敦建立以來，雖然污水處理業得以迅速發展，但同時新的廢棄物——污泥的產量也大大增加[2]。污泥，即是污水中的固體部分，是對污水進行處理過程中所產生的沉淀物質以及污水表面漂出的浮沫所得的殘渣。隨著工業的迅速發展和城市化進度加快，工業廢水與生活污水的排放量日益增多，由此污泥的產出量也迅速增加。再加之我國環境保護起步較晚，雖然目前污水處理率較低（1999年為4.5%），但就全國而言，年產污泥也有107萬噸（以干物質計）[3]。據1996年統計，世界上十二個發達國家對污泥的處置方式，農用占45.3%，填埋占38%，焚燒占10.5%，排海占6.0%。西歐的污泥處置以填埋為主，約占45%，加拿大以焚燒為主，約占40%，美國和英國以農用為主，分別為30%和42%。目前，露天堆放、直接作農肥以及運往垃圾填埋場填埋是國內城市污水處理廠的污泥經二級中溫消化處理后的泥餅處置的主要方法。但大多數污泥還是直接運往垃圾填埋場填埋[4]。

事實上，作為復合肥料而言，污泥的養分種類非常完全。它不僅含有豐富的氮、磷、鉀成分，還含有有機質和腐殖質，甚至部分污泥還含有鈣、鎂、鐵、鉬、鋅、銅等多種元素。經過數據分析得知，城市污水處理廠污泥中的氮、磷、鉀及有機質的含量要比農村的廄肥高出2～3倍[5]（氮0.8%～0.9%，磷0.3%～0.4%，鉀0.2%～0.35%，有機質16%～20%）。此外，污泥中還含有能促進植物生長的礦質元素，如鈣、鐵、鎂、硼、硫等，因而污泥又是一種優質的肥料和土壤改良劑。綜上所述，利用科學的手段利用污泥，既能使污泥中的有益組分得以發揮，又能抑制其有害組分尤其是其中的重金屬組分的危害，故污泥問題是我國乃至全世界環境界都在研究的重大課題之一。

1 城市污泥的農用資源化可行性分析

城市污泥是污水處理過程中無法避免的伴生物。污泥中含有豐富的有機營養成分，如氮、磷、鉀等，因而污泥的農用價值十分受人重視。但污泥中含有的一些重金屬影響了污泥的農用資源化利用（表1、表2）。

經過測定分析，城市污泥中含有大量的有機物成分及重金屬、部分菌類等。其氮、磷含量均較農家肥料含量高。倘若能夠去除污泥中的重金屬和菌類，即可符合農作物的施用條件，從而污泥就具有很高的資源價值及制造肥料的可行性[6]。

2 城市污泥處理現狀

目前厭氧消化、熱處理、好氧消化、加熱干化和加堿穩定[7-8]是中國城市目前主要使用的污泥穩定處理工藝。污泥穩定的目的簡而言之即是使得后續對其能夠更方便地進行處置及利用，具體途徑是通過對污泥的處理使其成為穩定（即不易腐敗）的產物、消滅部分病原體、減少污泥中的臭味等。衛生填埋、土地利用和焚燒等是常用的污泥處置方式[9]。

焚燒可殺死病原體，消除有害物，將污泥中的有機物全部碳化。焚燒的優點是處理速度快、可以回收能量、減少污泥體積和儲存時間等，使得污泥能夠最大程度的減量化、最完全穩定化和最徹底的無害化，但缺點在于會造成空氣污染，因為焚燒時會產生二噁英、二氧化硫等氣體，而且其一次性投資和處理成本都高于其它處理污泥方式，就目前中國國情而言，經濟還不夠發達，故而焚燒處理所占的比例較低[10]。

污泥填埋是早期處理污泥的方式。填埋處理污泥操作方便且技術簡單，一般是在垃圾填埋場直接填埋，但隨城市化速度的加快，垃圾和污泥量大大增加。倘若直接掩埋，污泥中的有害成分可能造成地下水資源的嚴重污染，且填埋處理這種方法占用土地面積過大，致使多數垃圾填埋場不接受污泥，因而這種處理方式終將會被淘汰。

污泥是一種較好的土壤改良劑。農用污泥不僅可利用土壤的自凈能力對污泥進行無害化處理，且土壤結構也可被污泥的有效成分改善，從而促進植物的生長。但由于污泥本身還是還有較高重金屬等有害物質，因而歐洲大部分發達國家已經開始立法禁止食用污泥肥料類的農產品，使得這些農產品不得進入超級市場[11]。對于我國而言，污泥的農用也是困難重重，因此這種處理方式將被邊緣化[12]。

3 綜合利用城市污泥

城市污泥按照其有效成分和利用途徑可分以下四類：（1）肥料；（2）飼料；（3）能源；（4）化工建筑材料。

3.1 污泥堆肥化

污泥處理途徑中很重要的一種即是城市污泥高溫好氧堆肥。污泥單獨堆肥、污泥與粉煤灰混合堆肥和污泥與城市生活垃圾混合堆肥等是目前采用的主要污泥制肥技術。它的優點在于污泥經過高溫堆肥后，不僅惡臭得以消除，病原菌得以殺死，且通過轉化重金屬的賦存狀態，重金屬的生物有效性還可得以降低[13]。

3.2 農業利用

污泥中含有氮、鉀、鈣、鎂、磷等較豐富的植物必需營養元素，尤其是有機質含量較高，因而是一種良好的有機肥，但若直接用作農業，要符合以下三個條件：（1）符合衛生要求，不得有病毒或傳染細菌等；（2）總氮含量應符合要求，含氮量過高也不行；（3）污泥中所含重金屬離子濃度應符合農業部頒布的《農用污泥標準》（GB4284-8）中規定。黎青慧等研究結果還表明：單施污泥可使玉米增產10.58%、白菜增產8.76%；而污泥與化肥配合施用，能使玉米、白菜的增產率分別高達21.74%和21.55%，結果表明污泥用作農業具有較高價值[14]。

3.3 污泥制作建筑材料

污泥制造建筑材料的資源化利用具有顯著的優勢：利用污泥生產建材不但可以實現能源、資源的充分利用，還可將其中的有毒有害物質分解或固化。而建材行業原料的高需求量又可就地消費大量污泥，因而對于有機物含量偏低、不宜農用的污泥是一種有效的處理方式，故而具有應用前景十分可觀[15]。

此外，還有一些注意事項需要謹記。

（1）對不同性質的污泥應予以分類，將可做肥料的和不可做肥料的分開使用。

（2）對于已經確定是污泥復合有機肥的，還需區別出可用于瓜果蔬菜與僅可用于糧食作物或作為生態用肥的污泥。

（3）同一類污泥肥料適用于土壤的和不能用或不宜施用于土壤的要分清楚。

（4）同類污泥哪些適用于糧食作物，哪些適用于經濟作物或僅作生態用肥。

4 堆肥化后農用相關的環境問題

堆肥是把一定比例的稻草、木屑、秸桿或生活垃圾等調理劑和膨松劑加入污泥中，利用在潮濕環境中微生物的群落對多種有機物進行氧化分解并將其轉化為類腐質類。該方法的缺點在于病原體仍可能存活于堆肥處理后的污泥產品中，且產品的含水率較高，可達30%～40%，也可使病原體復活，故其使用安全性不能得以保證。剩余污泥如果長期按照農用的方式使用，污泥中的重金屬離子、有毒有機物會造成土壤以及水體的二次污染：（1）重金屬會造成作物及土壤的二次污染；（2）污泥中存活的病原體會造成環境危害；（3）氮磷等物質在濃度過高的情況下會污染地下水資源。針對這類不良后果，發達國家對其使用制定了嚴格的使用標準。因此在目前相關技術尚未成熟的情況下剩余污泥的農用還是很有局限性的。盡管堆肥化存在的問題尚未得到根本解決：如其中的重金屬和毒性有機物的存在，但程永高[16]通過對堆肥成品的二次堆肥試驗，已可以較好地在污泥中完成污泥穩定化過程。程永高的研究結果表明：二次堆肥殺滅了病原微生物、降解了易腐有機物，堆肥成品足夠松散且無惡臭，達到了無害化污泥要求，因而污泥動態堆肥裝置是較為理想的機械化堆肥裝置。張增強的研究結果也表明只要施用得當，重金屬，鹽分和地面徑流等相關的環境問題可以得到控制。張增強研究了堆肥化中重金屬的形態變化，該研究表明污泥經過堆肥化后，減少了水浸提態重金屬的量，總體而言交換態和有機結合態重金屬含量有所增加，而殘渣態量不同的重金屬變換不盡相同，但是其重金屬總量要遠高于不同浸提劑。薛澄澤等]的研究結果表明，在堆肥化中添加劑的作用下重金屬的含量可以相應減少7.3%～16%，而生物有效率均小于1%，最重要的是重金屬在土壤中僅僅停留在表層，未向下移動。

5 結論

目前中國乃至全世界所面臨的環境領域的難題之一便是城市污水系統的處理。污水產生污泥，而污泥處理不當直接排入環境會造成環境污染，也會造成資源和能源的浪費。但污泥也是可以實現一定的環境和經濟效益的：如經過減容、穩定和無害化處理之后，將其作為資源加以綜合利用。但各地處理自己區域的污泥時不應盲從，而是立足于本地區的實際情況，因地制宜地將污泥化害為利，變廢為寶，從而實現城市污泥的資源化利用。對中國而言，我國是一個農業大國，同時化肥又供不應求，每年僅進口化肥這一項花費便高達20多億元，即便如此，每年仍有10%左右的缺口。而倘若污泥能夠得到充分利用，將污泥堆肥化后制成肥料特別是高效有機復混肥，既可以為我國的農業提供充足的有機肥料，化解肥料危機，也為污泥找到了一條揚長避短、化害為利、興利抑弊的合理出路，經濟效益、社會效益和生態效益都會極為顯著。但若想實現這一偉大目標，還需要科研部門、環保部門、污泥使用者等等各個部門通過各個環節的通力合作才能真正實現。

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