我國城鎮污泥營養成分與重金屬含量分析

王 濤

（1.機械科學研究總院環保技術與裝備研究所，北京 100044；

2.機械工業有機固廢處理與資源化利用工程技術研究中心，北京 100044）

我國城鎮污泥營養成分與重金屬含量分析

王 濤1，2

（1.機械科學研究總院環保技術與裝備研究所，北京 100044；

2.機械工業有機固廢處理與資源化利用工程技術研究中心，北京 100044）

我國城鎮污水處理廠的污泥中含有大量營養成分，同時也含有重金屬成分，對于污泥中營養成分和重金屬的含量情況，匯總并分析了國內90個污水處理廠的污泥泥質數據后，得出結論：總體上城鎮污水處理廠的污泥泥質是適合土地利用的，重金屬風險由大到小排序為：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B；建議在開展污泥土地利用工作的同時，應探索創新排水管理模式、污泥中重金屬去除技術，以及土地利用模式。

污泥；營養成分；重金屬；處置；土地利用

前言

隨著我國城鎮污水處理率的不斷提高，污泥問題已被提到空前的高度并給予關注。《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》指出：到2015年，直轄市、省會城市和計劃單列市的污泥無害化處理處置率應達到80%。

污泥作為污水處理廠的副產物，若處置不當，將會造成二次污染。業內有一句俗語：“治水不治泥，等于白治理”。但目前解決污泥問題的最大障礙在于污泥處置的技術路線仍不明朗：填埋法無法持續已瀕臨被淘汰，焚燒、建材利用則由于污染空氣和鄰避效應的不斷蔓延而舉步維艱，目前有希望工業化推廣的污泥處置方法僅剩下土地利用。

污泥土地利用具有先天優勢，一般城鎮污水處理廠的污泥，有機質含量較高，對于大量使用化肥的土壤具有調節化學、生物結構，增強地力的重要作用，污泥中富含的N、P、K成分為植物生長提供必要的營養。但污泥土地利用同樣面臨著困難——公眾普遍擔心：污泥中含有重金屬物質，對于土壤環境可能造成污染，并可能通過食物鏈進入人體帶來傷害。

本文通過匯總調研國內90個污水處理廠的污泥泥質數據，分析了污泥的營養成分和重金屬含量的實際情況。

1 調研情況概述

為探索城鎮污泥土地利用的可行性和中期重點技術攻關方向，北京機械科學研究總院環保技術與裝備研究所在2013年度機科發展科技創新基金的支持下，開展了對我國城鎮污泥泥質情況調研工作。本次調研共涉及25個城市、90座污水處理廠，處理規模從1000t/d至100萬t/d，其中10萬t/d以下規模的有49座，10萬～40萬t/d規模的25座，40萬t/d以上規模的有16座，合計總處理規模為1632.05萬t/d。被調研污水處理廠的規模與地域分布情況見表1。

表1 調研污水處理廠規模與地域分布情況一覽表

本次調研共采集到樣本數據91組，其中有效樣本數據88組，主要來源分為三類：1）采樣檢測或污水處理廠提供運行數據，共34組，占比39%；2）專項研究報告（非公開），共32組，占比36%；3）公開文獻，共22組，占比25%。

為盡量消除數據處理的誤差，本次研究采用污水處理廠運行或設計水量（注：非污泥產量）作為基數，統計計算得到平均值。

重金屬指標比對標準采用《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》（GB/T23486-2009），對于介于指標超過堿性土壤（pH≥6.5）對應限值為超標，低于酸性土壤（pH＜6.5）對應限值為達標。

2 污泥營養成分分析

2.1 有機質

本次研究共獲得有機質有效樣本79份，其中大于70%的7份，60%～70%之間的12份，50%～60%之間的16份，40%～50%之間的21份，30%～40%之間的14份，小于30%的9份。污泥中有機質含量的平均值為51.43%，這一指標與發達國家相比較低。從數據上分析我國污泥有機質含量的地域差異較大，污泥有機質含量總體上是大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.2 氮

本次研究共獲得有機質有效樣本62份，污泥中TN含量平均值為3.58%。從數據上分析，我國污泥TN含量地域差異較大，與污泥的有機質含量類似，總體上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.3 磷

本次研究共獲得有機質有效樣本62份，污泥中TP含量平均值為2.32%，部分污水處理廠的脫水污泥呈現TP含量高于TN含量的現象，這可能與污水處理采用除磷工藝并且運行狀態良好有關。從數據上分析，我國污泥TP含量的地域差異較大，與污泥有機質和TN含量類似，總體上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.4 鉀

本次研究共獲得有機質有效樣本64份，污泥中TK含量平均值為1.42%。K在污水處理工藝中為非重點關注成分，但在數據中體現，共有5份樣本數據呈現TK含量高于TN、TP含量的現象。從數據上分析，我國污泥TK含量地域差異較大，與污泥有機質和TN、TP含量類似，總體上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

3 重金屬含量分析

3.1 銅

本次研究共獲得84份有效樣本，其中確認超標3份、臨界5份、達標76份、達標率為90.48%。污泥中Cu的平均濃度為493.27mg/kg，超標樣本分別位于華東、華北、東北地區，其中最高檢測指標為10,531mg/kg。

3.2 鋅

本次研究共獲得81份有效樣本，其中確認超標8份、臨界4份、達標69份、達標率85.19%。污泥中Zn的平均濃度為1794.70mg/kg，超標樣本分別位于東北、華中、華東、華北地區，其中最高檢測指標為14,285mg/kg。

3.3 鎳

本次研究共獲得68份有效樣本，其中確認超標9份、臨界11份、達標48份、達標率70.59%。污泥中Ni的平均濃度為120.15mg/kg，超標樣本分別位于華東、華北地區，其中最高檢測指標為615.42mg/kg。Ni的平均指標處于標準臨界限值附近，且超標臨界現象相對較為突出，應給予高度關注。

3.4 鎘

本次研究共獲得87份有效樣本，其中確認超標2份、臨界11份、達標74份、達標率85.06%。污泥中Cd的平均濃度為2.80mg/kg，超標樣本全部來自華東地區，其中最高檢測指標為49.64mg/kg。Cd是本次研究中獲得有效樣本數量最多的重金屬，這體現了相關方對Cd影響的高度關注。

3.5 汞

本次研究共獲得55份有效樣本，其中臨界20份、達標35份、達標率63.64%。污泥中Hg的平均濃度為5.66mg/kg，有20份樣本處于5～15mg/kg范圍，其中最高檢測指標為13.56mg/kg。Hg的穩定達標率在所有重金屬中最低，平均指標處于標準臨界限值附近，超標臨界現象相對最為突出，應給于高度關注。但還有一個值得注意的現象，所有樣本中均未出現絕對超標現象，這有可能與Hg具有揮發遷移的特性有關。

3.6 鉛

本次研究共獲得87份有效樣本，其中臨界3份、達標84份、達標率96.55%。污泥中Pb的平均濃度為93.01mg/kg，沒有出現絕對超標現象，其中最高檢測指標為729mg/kg，穩定達標率較高，在本次研究中體現的風險較低。

3.7 鉻

本次研究共獲得75份有效樣本，其中確認超標2份、臨界1份、達標72份、達標率96.00%。污泥中Cr的平均濃度為266.68mg/kg，超標樣來自華東、華北地區，其中最高檢測指標為2960mg/kg。

3.8 砷

本次研究共獲得63份有效樣本，其中確認超標1份、達標62份、達標率98.41%。污泥中As的平均濃度為28.98mg/kg，超標樣來自華北地區，其中最高檢測指標為301mg/kg。

3.9 硼

本次研究共獲得20份有效樣本，全部達標，達標率100%。B也是本次研究中獲得有效樣本數量最少的重金屬，高達標率和低監測率意味著B的環境風險相對其它重金屬物質較低。

4 我國城鎮污泥營養成分與重金屬含量總體評價

4.1 污泥營養成分總體評價

我國城鎮污水處理廠污泥營養成分總體含量較高，按照全國城鎮污泥年產生量3000萬噸計算，蘊藏有機質資源超過300萬噸，氮素資源超過20萬噸，磷素資源超過13萬噸，鉀素資源超過8萬噸（見表2）。

表2 我國90座城鎮污水處理廠污泥營養物質成分匯總

通過調研數據匯總分析，我國城鎮污水處理廠污泥中的營養成分呈現以下特點：

（1）總體呈現“北高南低、大高小低”的特點，無論是有機質含量還是N、P、K等營養元素，均呈現大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

（2）有機質含量低于發達國家，這也是厭氧消化工藝在國內運行體現整體經濟性較差的原因之一，但該指標可以滿足高溫好氧發酵工藝對于有機質指標的要求，且平均值51.43%也能夠滿足《有機肥料》（NY525-2012）中有機質質量分數≥45%的要求。

（3）總養分平均值為7.32%，高于《有機肥料》（NY525-2012）中總養分質量分數≥5%的要求，尤其是P、K資源豐富，具有資源化土地利用的潛力。

（4）N、P、K體現不平衡現象，部分污水處理廠污泥中的P、K含量大大超過N，具有更高的資源化市場利用前景。

4.2 污泥重金屬成分總體評價

我國城鎮污水處理廠的重金屬成分總體含量處于可控范圍內，比照《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》（GB/T23486-2009）標準限值，各項重金屬指標總體符合園林綠化土地利用標準要求（見表3）。

通過對調研數據的匯總分析，我國城鎮污水處理廠污泥中的重金屬成分呈現以下特點：

（1）比照《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》（GB/T23486-2009）標準限值，重金屬風險由大到小排序：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B。

（2）Hg、Ni成分超標率排在前兩名且平均值趨于臨界應加強監控，Cd排在第三名也應引起注意，這與2014年4月發布的《全國土壤污染情況調查公報》無機污染物點位超標率結果近似（注：第一名Cd7.0%，第二名Ni4.8%，第五名Hg1.6%）。

（3）工業發達地區高于工業欠發達地區，尤其是長江三角洲、東北老工業基地部分地區污泥的重金屬問題相對較重。

（4）在88個樣本中，一座污水處理廠如出現污泥超標現象，一般僅體現在某一種重金屬指標上，因此為通過管理手段或技術手段解決問題提供了基礎。應從政策、管理、技術層面同步推進保障措施，積極探索適合國情的新模式。

（1）探索創新排水管理模式，對于高污染風險的企業可以采用分時排水許可措施，使大部分時間的污泥成分穩定達標。

（2）探索創新污泥中重金屬去除技術，有針對性地在污水處理廠內設置重金屬處理系統，防止其進入土壤后更加難以去除。

（3）探索創新土地利用模式，與污泥處理項目同期劃定土地利用管理區，加強對該區域的監控，將風險限制在一定范圍內。

表3 90座城鎮污水處理廠污泥中重金屬成分匯總表

5 結語

本次研究由于華南、西南、西北地區的采樣數據較少，因此更主要反映的是東北、華北、華中、華東等地區城鎮污水處理廠脫水污泥的重金屬及營養物質含量。總體上城鎮污水處理廠的污泥泥質是適合土地利用的，特別對于華北、華中、東北等經濟欠發達而土地資源相對豐富的地區，污泥土地利用更可先行一步。同時，還

[1] “十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃[R].

[2] 全國土壤污染情況調查公報 [R]. 2014-4-17.

[3] 城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質（GB/T23486-2009）[S].

[4] 有機肥料（NY525-2012）[S].

[5] 王濤.城市污泥堆肥施用及重金屬問題探討[J].上海環境科學，2009，28（1）： 37-40.

[6] 王濤.基于GI理念的城鎮污泥土地利用解決方案[J].中國環保產業，2013（8）： 61-64.

Analysis on Urban Sludge Nutrition Element and Heavy Metal Content in China

WANG Tao1,2
(1. Institute of Environmental Technology & Equipment, China Academy of Machinery Sciences, Beijing 100044;
2. Engineering & Technical Center for Organic Solid Waste Treatment and Resource Utilization of Machinery Industry, Beijing 100044, China)

The sludges contain a great deal nutrition elements in China urban sewage treatment plants and at the same time, contain heavy metal elements. Based on the nutrition element and heavy metal content in sludge, and after collecting and analyzing the sludge argillite data in 90 sewage treatment plants of the country, the paper comes to the conclusion: The sludge argillite in urban sewage treatment plants is adapted to land use as a whole. The heavy metal risk lists from big to small order as Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B. The paper suggests that we should probe into and innovate the water drainage management mode and mode of heavy metal removal technique in sludge as well as land use mode.

sludge; nutrition element; heavy metal; disposal; land use

X703

A

1006-5377（2015）04-0042-04