城市污泥是我國當(dāng)前亟待解決的環(huán)境問題。隨著城市污水處理事業(yè)迅速發(fā)展，城市污水處理廠排放的城市污泥數(shù)量還會迅速增多。按照原國家計委的有關(guān)規(guī)劃，到2010 年，我國的城市污水處理率將達到40~50%，屆時污水處理廠將達到近2000 座。而城市污泥的處理和處置一直是限制我國污水處理行業(yè)健康發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。由于缺乏經(jīng)濟有效的城市污泥處置和資源化利用技術(shù)，致使城市污泥處置問題成為我國污水處理廠的沉重負擔(dān)，甚至于影響污水處理廠的正常運轉(zhuǎn)。

　　城市污泥雖然含有大量有機質(zhì)、植物養(yǎng)分，可以提供植物生長發(fā)育的有益養(yǎng)分。但是，同時它也含有病原菌、寄生蟲(卵)，并且容易腐爛發(fā)臭；如果處理不當(dāng)，則可能造成二次污染。目前國外污泥處置方法有四類：填埋、焚燒、投海和土地利用。前三種處理方法中，投海已被國際公約所禁止，其余兩中方法由于環(huán)境壓力和經(jīng)濟壓力等原因也在減少，而污泥的資源化利用則越來越受到重視。但是，污泥作為肥料銷售往往因運輸成本太高和操作不便而很難形成市場。對于重金屬不超標(biāo)的城市污泥，如果在穩(wěn)定化和無害化處理的基礎(chǔ)上，將其加工成有機肥或復(fù)合肥才具有穩(wěn)定的產(chǎn)品市場。

　　通過10 多年的科技攻關(guān)，尤其是在“九五”國家重點科技項目“城市污泥堆肥化及其復(fù)合肥生產(chǎn)成套技術(shù)”、科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化基金項目“畜禽糞便自動控制堆肥處理成套技術(shù)示范與推廣”、北京市重點農(nóng)業(yè)科技示范推廣項目“畜禽糞便無害化處理及綜合利用新技術(shù)”、國家計委專項課題“中國農(nóng)用化肥消費比例預(yù)測與區(qū)域優(yōu)化配置”、國家“十五”環(huán)境863 課題“有機廢棄物堆肥處理及其在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用”、科技部“科技奧運2008 行動計劃”項目“有機廢棄物自動控制快速堆肥與草皮專用肥生產(chǎn)成套技術(shù)”等項目的重點支持下，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)室開發(fā)出利用“高效、低耗、自動控制堆肥及其復(fù)合肥生產(chǎn)成套技術(shù)”，并建立示范廠。
　　
　　一、城市污泥直接農(nóng)用的潛在環(huán)境風(fēng)險

　　1、病原菌

　　 一般城市污泥中都含有大量病原菌，如沙門氏菌屬、弧菌屬、埃希氏菌屬、核菌屬、鉤端螺旋體、脊髓灰質(zhì)炎病毒、人腸道孤病毒、腺病毒、呼吸道腸道病毒、甲肝病毒等細菌和病毒，如果不進行滅菌處理，則可能增加導(dǎo)致傷寒、副傷寒、腸炎、霍亂、鉤端螺旋體病、脊髓灰質(zhì)炎，頭痛，肌肉疼痛，嘔吐，腦膜炎、腹瀉，肝炎、感冒、呼吸道感染、呼吸道感染、結(jié)膜炎等疾病的風(fēng)險。根據(jù)我們的研究結(jié)果，以方莊城市污水處理廠的城市污泥為例，其脫水污泥中的病原菌含量很高，如其大腸菌群為4000000 個/克城市污泥，蛔蟲卵為600 個/千克，活卵率為100%。因此，將未經(jīng)滅菌等無害化預(yù)處理的城市污泥直接用于農(nóng)田或生產(chǎn)肥料是不安全的。我國的《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284-84)也明確規(guī)定，生污泥必須經(jīng)過高溫堆肥或消化處理才能施用于農(nóng)田。

　　雖然目前有的工藝也采用外加熱或其他物理方法對城市污泥進行滅菌和烘干處理，這些方法也可以殺滅病原菌、雜草種子和起到脫水效果，但是由于對城市污泥中不穩(wěn)定的有機質(zhì)沒有進行很好的穩(wěn)定化處理，因此施用到農(nóng)田后會抑制種子發(fā)芽、引起作物燒苗和惡臭等農(nóng)業(yè)和環(huán)境問題，同時這類處理工藝的能耗和經(jīng)濟成本太高，因此在實際生產(chǎn)中不宜提倡和推廣應(yīng)用。

　　2、重金屬

　　人們一直都擔(dān)心污泥中會含有大量重金屬，因此把重金屬問題看作是限制污泥農(nóng)用的一個主要障礙。但實際上，從我國的情況來看這一問題并不象人們所想象的那么嚴(yán)重。其理由主要有幾個方面：

　　根據(jù)我們對國內(nèi)不同學(xué)者關(guān)于城市污泥重金屬報道結(jié)果的總結(jié)(詳細資料略)，我國的城市污泥重金屬含量普遍低于歐美等國家。即使象高碑店污水處理廠這樣在北京屬于重金屬含量最高的污水處理廠，所產(chǎn)生的城市污泥重金屬也大大低于歐美。隨著環(huán)境污染管理制度和法規(guī)的完善與實施，工業(yè)污水達標(biāo)排放率不斷提高，對工業(yè)污水的治理力度和治理技術(shù)水平也顯著提高，同時其他各種管理和技術(shù)水平也不斷進步，使得近年來城市污水處理廠排放的污泥中重金屬水平顯著下降。從表2 中關(guān)于不同年代的中國、美國、加拿
大城市污泥重金屬含量的比較可以看出，無論是在我國還是在美國、加拿大，隨著年代的推移城市污泥中重金屬含量不斷減少的趨勢都非常明顯。

　　我國《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于重金屬的控制標(biāo)準(zhǔn)本身就存在不科學(xué)、不合理的地方。在表2 列出的幾個國家和地區(qū)的污泥農(nóng)用重金屬的控制標(biāo)準(zhǔn)，我國標(biāo)準(zhǔn)所允許的重金屬濃度差不多都最低，因此與歐美國家的標(biāo)準(zhǔn)相比，我國的標(biāo)準(zhǔn)過于嚴(yán)格，甚至天津市不得考慮制定自己的地方標(biāo)準(zhǔn)(郭媚蘭等，1993)。實際上，在80 年代初制定這一國家標(biāo)準(zhǔn)時，我國在城市污泥農(nóng)用方面的研究工作積累很少，因此所制定的標(biāo)準(zhǔn)固然會受到種種局限。在經(jīng)過近20 年的實踐檢驗和研究積累后，我國該重新修訂《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》。

　　雖然很多人都擔(dān)心施用城市污泥會導(dǎo)致環(huán)境污染問題，但是美國的一些長期定位試驗結(jié)果卻表明，施用經(jīng)過無害化處理的城市污泥對土壤和農(nóng)產(chǎn)品不會產(chǎn)生不良影響，因此試驗證明這種擔(dān)心是不必要的。甚至為了打消市民對城市污泥的偏見，美國增在白宮的草皮上帶頭使用進過無害化處理的城市污泥。
鑒于社會公眾和某些科學(xué)家對城市污泥在心理上難以接受，而且過去人們對“城市污泥(sewage sludge)”始終報有偏見等原因，因此一些從事水處理的學(xué)術(shù)團體[如世界水環(huán)境聯(lián)合會(WEF)、美國Northwest Biosolids Management Association 等]和科學(xué)家都將其稱為“生物固體(biosolid)”，并且在學(xué)術(shù)刊物中廣泛使用生物固體一詞。

　　二、解決城市污泥農(nóng)用風(fēng)險的技術(shù)方案

　　根據(jù)我們的研究，在肥料生產(chǎn)中所用的城市污泥原料必須經(jīng)過高溫堆肥處理，要求達到除臭、穩(wěn)定化、殺滅病原菌和雜草種子等無害化處理；同時要求其有機質(zhì)含量至少應(yīng)達到30%，否則很難達到使復(fù)合肥中的氮肥緩慢釋放、養(yǎng)分供應(yīng)均衡和提高養(yǎng)分利用效率的效果。

　　城市污泥中含有大量有機質(zhì)以及一定量的、植物生長所必需的大量和微量營養(yǎng)元素，因此城市污泥是一種肥效較好的廉價肥源。但是城市污泥直接作為肥料施用，由于其肥效有限而不能很好地滿足作物生長的要求，加之運輸成本較高而很難被市場普遍接受；同時由于城市污泥中含有病原菌等污染物，如果不經(jīng)滅菌等處理而直接施用，則會增加對農(nóng)田、水體、食物和人類的污染風(fēng)險。

　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，用合格的城市污泥生產(chǎn)肥料是一條有效的資源化利用途徑。城市污泥中含有有益于植物生長的養(yǎng)分和大量的有機質(zhì)，對改良和培肥土壤具有良好的效果。目前我國化肥生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足，每年要花費250 多億元進口大量化肥。即便如此，化肥的缺口仍高達10%左右。而且復(fù)合肥是國內(nèi)外化肥工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。如果用經(jīng)過處理的污泥生產(chǎn)復(fù)合肥，則可以明顯降低復(fù)合肥的生產(chǎn)成本，提高化肥生產(chǎn)能力。因此，既可以使其轉(zhuǎn)化為一種良好的資源，又可以解決其處置出路及二次污染問題，不僅有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化肥工業(yè)和環(huán)境保護，更重要的是對城市污水處理行業(yè)的快速、健康發(fā)展具有重大意義。

　　1、城市污泥生產(chǎn)有機肥和有機-無機復(fù)合肥的工藝路線

　　利用城市污泥生產(chǎn)有機肥和有機無機復(fù)合肥的主要工藝流程如下(圖1)：(1)根據(jù)具體的堆肥環(huán)境條件，將一定比例的調(diào)理劑與城市污泥混勻；(2) 根據(jù)我們建立的四階段堆肥發(fā)酵理論，通過CTB 快速堆肥系統(tǒng)(Compsoft V1.0)進行自動檢測和控制，分別培養(yǎng)堆體的耐高溫微生物，并使堆體在最短的時間內(nèi)達到無害化所需的溫度(50℃)，并維持國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所需時間(5－7 天)；(3)將堆肥產(chǎn)品進行篩分，使調(diào)理劑與堆肥產(chǎn)品分離，篩分出來的調(diào)理劑經(jīng)過處理后可以回用；(4)篩分后的污泥堆肥可以制作有機肥或制備復(fù)合肥；(5)根據(jù)“中國肥料-產(chǎn)量效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(Fertbase)”中的數(shù)據(jù)，按照用肥地點的土壤和作物情況，設(shè)計出最佳的專用復(fù)合肥配方；(6)按照設(shè)計的專用肥配方，將不同比例的原料進行配料，混合、造粒、過篩、包裝，即可生產(chǎn)出合格的有機-無機復(fù)合肥產(chǎn)品。

　　 試驗表明，采用該技術(shù)可以使堆體的溫度都達到了國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB7959-87)所規(guī)定的堆肥殺菌溫度(50°C)以上，并控制在60°C 以下。根據(jù)實際測定結(jié)果，采用本工藝進行堆肥，產(chǎn)品無害化的合格率達到95%以上。用該技術(shù)生產(chǎn)的有機肥和有機-無機復(fù)合肥產(chǎn)品符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　經(jīng)過國家化肥質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、農(nóng)業(yè)部微生物肥料質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土肥測試中心的鑒定，采用上述技術(shù)生產(chǎn)的復(fù)合肥產(chǎn)品，其氮、磷、鉀養(yǎng)分含量等各項技術(shù)指標(biāo)均達到《復(fù)混肥料》國家標(biāo)準(zhǔn)(GB15063-94)，重金屬含量低于《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284-84)，蛔蟲卵、大腸菌值等病原菌指標(biāo)全部符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB7959-87)的要求。

　　2、肥料產(chǎn)品的肥效

　　幾年來，肥料產(chǎn)品先后在農(nóng)、林、牧、園林等領(lǐng)域30 種作(植)物了上進行肥效試驗和環(huán)境安全性評價，解決了產(chǎn)品在糧食、蔬菜、草皮和草坪、花卉中應(yīng)用的配套技術(shù)，同時也證明該復(fù)合肥的增產(chǎn)效果優(yōu)于普通復(fù)合肥，生產(chǎn)成本降低15～20％(表4)，其性能價格比優(yōu)于目前市場上銷售的普通復(fù)合肥。

　　采用本工藝生產(chǎn)的有機-無機復(fù)合肥中，所添加的化肥可以迅速釋放，而城市污泥堆肥中所含的大量有機質(zhì)(最高可達45％)，具有改良土壤、培肥地力、抗旱和供肥平穩(wěn)等特點，肥效比普通復(fù)合肥持續(xù)時間更長，而且對化肥中的氮素具有一定的固定作用，使化肥帶入的氮素緩慢釋放，提高其養(yǎng)分利用效率。 
                                                                                            表1 用城市污泥生堆肥產(chǎn)有機-無機復(fù)合肥的應(yīng)用效果

　　此外，采用這種快速堆肥技術(shù)生產(chǎn)的城市污泥堆肥，可以作為基質(zhì)及土壤改良劑，能夠廣泛用于荒地、育苗基質(zhì)、苗圃、觀賞植物、草皮、草地、公園、高速公路綠化帶和高爾夫球場，以及尾礦堆、采石場、露天煤坑的復(fù)墾等。

　　3、肥料產(chǎn)品對作物衛(wèi)生品質(zhì)的影響評價

　　從表2 可以看出，與不施肥的對照處理以及施用普通化肥和商品復(fù)合肥的處理相比，用城市污泥堆肥生產(chǎn)的有機-無機復(fù)合肥對蔬菜的Cu、Zn、Pb 吸收沒有明顯的差異。因此，即便是在象蔬菜這樣對衛(wèi)生品質(zhì)要求較高的作物上，施用這種新型有機-無機復(fù)合肥也依然是安全的。

表2 施用用城市污泥堆肥生產(chǎn)的有機-無機復(fù)合肥對蔬菜重金屬含量的影響

　　注：1) 重金屬含量按蔬菜鮮重計算；
　　　　2) 同一試驗中標(biāo)記不同小寫英文字母表示差異達到α=0.05的顯著水平。

        結(jié)語

        通過10 多年的多學(xué)科攻關(guān)研究，開發(fā)出適合我國國情的高效低耗堆肥與復(fù)合肥生產(chǎn)成套技術(shù)，并且建立了日處理50 噸城市污泥的示范廠。這一技術(shù)可以為解決污水處理廠的城市污泥等有機廢棄物處置及出路問題提供經(jīng)濟可行的新途徑，實現(xiàn)城市污泥的穩(wěn)定化、無害化，資源化，不僅有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化肥工業(yè)和環(huán)境保護，更重要的是對我國污水處理行業(yè)的健康、快速發(fā)展具有重要意義。
 

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