國外污泥土地利用研究進展綜述

熊 俊，徐 斌，余江勇

（廣東東籬環境股份有限公司，廣州 510335）

隨著我國經濟快速發展，人民生活水平逐步提高，城市污水產生量也不斷上升。統計數據顯示，2018年全國城市污水處理廠處理能力為1.69億m3/d，累計處理污水497.6億m3。隨著城市污水處理廠污水處理效率的提高，污泥產生量也不斷增加，2018年我國城市污水處理廠干污泥產生量達到1 176萬t。美國、巴西、中國、俄羅斯和日本等國是全球主要的污泥生產國，全球產生的城市污泥總計接近19億t[1]。污泥若不及時處置，將對附近水體、空氣和土壤環境產生嚴重危害，并威脅居民身體健康[2]。為此，國家近幾年不斷出臺相關政策，用以規劃和指導污泥處理處置。2012年，國務院出臺《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，首次對污泥處理提出明確指標；2017年，國家發展和改革委員會、住房和城鄉建建設部共同發布《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，明確提出“至2020年底，地級及以上城市污泥無害化處置率達到90%，其他城市達到75%”的目標；2020年7月，國家發展和改革委員會、住房和城鄉建建設部聯合發布《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》，強調要加快推進污泥無害化處置和資源化利用，選擇適宜的處置技術路線，加快壓減污泥填埋規模，鼓勵采用“生物質利用+焚燒”處置模式，污泥經無害化處理滿足相關標準后，用于土地改良、荒地造林、園林綠化和農業利用。

1 國內外污泥主要處置方式

目前，我國污泥處置行業正蓬勃發展，污泥主要處置方式包括土地利用、焚燒利用、衛生填埋和建材利用[3]。不同國家污泥處置方式差別較大，美國污泥處置方式主要為污泥農用和污泥填埋，兩項處置方式占比超過60%；日本人口密度高，土地資源稀缺，污泥處置以焚燒和熱解為主；歐盟污泥處置方式主要包括污泥農用、焚燒和熱解[4]。本文將重點闡述國外近幾年污泥用于土地利用的研究進展，以便國內相關研究人員借鑒，并根據當地污泥性質、污泥政策和經濟條件對污泥處置做出合理決策。

2 國外污泥土地利用研究進展

國外污泥土地利用研究主要集中在污泥農用、污泥林用以及污泥土壤改良領域。

2.1 污泥農用

污泥農用研究主要包括兩個方面，一是探討污泥制肥料的潛力，二是分析施用污泥肥料對農田植物的影響。

2.1.1 污泥制肥料的潛力

污泥包含大量有機物，是豐富的營養來源。然而，污泥直接施用于土壤受到重金屬含量的限制，并且污泥通常包括病原微生物和有毒化合物，存在環境安全風險。研究發現，在污泥中通過添加礦物肥料生產改性的有機礦物肥料（OMF）似乎適用于土壤，這種新型OMF對作物的產量響應與常規化肥相當，相對于化學肥料的主要優勢是養分釋放更為緩慢[5]。關于土壤安全方面的污泥制肥也有人做了相關研究。有研究以意大利北部35個污水處理廠收集的130個污泥樣本為基礎，連續兩年測定污泥中壬基酚（NP）、壬基酚乙氧基化物（NPnEOs）和鄰苯二甲酸酯（DEHP）的含量，以確定其是否適合作為土壤肥料，結果表明，大多數被分析的樣品中所含的NP、NPnEOs和DEHP的含量都不高于歐洲污泥委員會所規定的限度，該研究認為歐盟提出的用于農業土壤肥料的污泥中所選物質的限值是偏保守的，用意是避免對土壤動物產生負面影響[6]。芬蘭學者研究了生物灰、污泥和石灰的共制粒，顆粒中的營養素（Ca、K和P）的含量相當高，重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn）含量很低，可以在林地中施用，不足之處是污泥的添加降低了顆粒的抗壓強度[7]。波蘭學者根據當地11個污水處理廠污泥堆的化學成分，將污水污泥與家禽垃圾灰、生物質灰和礦物肥料混合，然后用無機酸制粒，開發了適用于油菜作物的有機礦物肥料，氮、磷、鉀元素含量為24%～34%，并且符合當地法律對重金屬含量的要求[8]。

2.1.2 施用污泥肥料對農田植物的影響

污泥肥料能施用于糧食作物。在農田中施用污泥肥料可以加快黑小麥的生長速度，提高地上生物量的積累，污泥施用量為18 t/hm2時肥效最好[9]。向污泥中添加適當的礦物肥料，然后將混合物作為大麥和小麥的肥料，大麥產量可超過3 800 kg/hm2，小麥產量可超過2 800 kg/hm2，由微生物或重金屬引起的風險在可控范圍內[10]。一項長達10年的試驗表明，在熱帶土壤中施用污泥并未增加土壤有機質，通過長期監測玉米各項生理指標，研究發現，污泥可以有效地替代磷肥和微量元素[11]。

污泥肥料也能施用于經濟作物。污泥肥料可施用于蔬菜，日本一項研究表明污泥堆肥可以促進小松菜生長，其促進效果與化肥類似[12]。沙特阿拉伯的研究者用摻入不同污泥含量（0、10、20、30、40、50 g/kg）的農田土壤種植黃瓜，并測定黃瓜的重金屬含量和生物量，發現污泥含量為40 g/kg的土壤對比對照組，其黃瓜的所有形態參數和生物量都顯著增加；當污泥含量達到50 g/kg時，黃瓜苗高、根長、葉片數量、節間和果實的數量、葉面積以及生物量則減少；隨著污泥施用量的增加，黃瓜組織中大部分重金屬的濃度均增加，值得注意的是，根中的Cr和Fe、葉中的Fe和果實中的Cu達到植物毒性水平，其余重金屬濃度則在正常范圍內[13]。波蘭學者通過6年的田間試驗探討了利用煙煤灰（AC）、生物質灰（AB）和城市污水污泥（MSS）的混合物作為草-豆混作系統常量營養元素的來源，發現AB-MSS共同施用極大地提高了K的吸收；與AC處理相比，AC-MSS處理增加了K和Mg的吸收；當將AC或AB添加到MSS中時，相對于MSS處理，Ca的吸收增加。煙煤灰或生物質灰和城市污水污泥聯合應用，提高了生產率，促進常量營養元素的循環利用，提高了污水污泥處置的可持續性，并能減少對礦物肥料的依賴[14]。污泥堆肥還能促進花卉生長，有研究利用天竺葵進行污泥堆肥和牛糞的對比試驗，污泥堆肥組的天竺葵發育了22.8個芽（均值，下同）和8.2個花芽，牛糞組則發育了19.4個芽和4.4個花芽[15]。污泥中較高的N和P含量可以促進向日葵的生長，相比施用化學肥料的植物，在以30、60、120 t/hm2的比例施用污泥肥料的處理中，向日葵的產量分別提高了2.4倍、5.0倍和8.0倍[16]。

2.2 污泥林用

污泥中的營養元素同樣能被林地植物利用。在不肥沃的熱帶土壤中使用污泥施肥能增加桉樹木材產量。在巴西桉樹人工林進行的一個為期44個月的田間試驗表明，與僅施用氮肥和磷肥相比，施用污泥的木材體積顯著增加，不施用污泥生產150 m3/hm2的木材量的時間為45個月，施用污泥則可以減少兩個月，污泥可以作為不肥沃的熱帶土壤的N肥和P肥[17]。一項阿爾及利亞的研究結果與此類似，污泥施用對桉樹生長具有積極作用。該試驗將一年樹齡的桉樹幼苗移植于不同污泥質量比（0%、20%、40%和60%）的盆中，在種植的6個月內進行了高度、基部直徑、中部直徑和葉片數的測量，結果對照植物和污泥處理組植物的高度和葉子數量差異顯著。60%污泥組桉樹高度為493.77 mm±241 mm，葉片數為68.81±6.20，而對照高度桉樹為342.89 mm±128.07 mm，葉片數為40.00±3.80[18]。

2.3 污泥改良土壤

施用污泥會對土壤理化性質及生物學性質產生影響。將污泥肥料施用于葡萄園砂質土壤，土壤pH從8.5降至8.0，電導率由0.1 dS/m增至0.7 dS/m，有機物含量從1.2%增加到2.2%。污泥肥料的利用增加砂質土壤中常量營養元素和微量營養元素的含量，但由于砂質土壤對污染物的截留能力較低，污染物可能會污染敏感地區地下水，造成安全隱患[19]。將污泥、褐煤廢土渣、褐煤灰和鉀肥的混合物施用于輕質土壤，土壤pH從5.5增加到6.0，吸附能力由5.8 cmol（+）/kg增 至8.0 cmol（+）/kg，C/N從11∶1升至14∶1，用該污泥混合物施肥使得草原米草第一年產量提高1.6倍，第三年提高2.7倍[20]。波蘭一項持續24年的田間試驗表明，施用污泥提高了土壤中銅和鋅的總濃度，但并未提高其生物有效性，這可能是由于土壤pH和有機物含量較高所致。施用污泥增加了土壤微生物活性和生物量，但同時提高了抗生素抗性（ARG）基因和可移動遺傳元件（MGE）基因含量，產生了傳播抗藥性的風險[21]。污泥也能用于采石場土壤修復，西班牙的一項試驗表明，在污泥施用6個月后，采石場土壤中有機質含量增加，電導率和重金屬含量沒有顯著增加，植物覆蓋度很高，可有效控制土壤侵蝕；兩年后，雜草植物仍然存在，但演替物種已在不同程度上定居于采石場，將適量的污泥用作土壤改良劑不會影響采石場的生態演替[22]。

3 結語

污泥土地利用是我國未來污泥處置的重要方式之一，其具有資源循環利用率高、處置能耗低和二次污染相對較低等優點，但仍需要考慮污泥土地利用的風險控制。要嚴格按照相關標準規定，合理進行污泥土地利用，同時需要對施用污泥的土壤進行長期監測，以研究施用污泥對土壤的累積影響，為進一步制定科學合理的污泥處置方案提供數據支撐。