国外污泥土地利用研究进展综述

熊 俊，徐 斌，余江勇

（广东东篱环境股份有限公司，广州 510335）

随着我国经济快速发展，人民生活水平逐步提高，城市污水产生量也不断上升。统计数据显示，2018年全国城市污水处理厂处理能力为1.69亿m3/d，累计处理污水497.6亿m3。随着城市污水处理厂污水处理效率的提高，污泥产生量也不断增加，2018年我国城市污水处理厂干污泥产生量达到1 176万t。美国、巴西、中国、俄罗斯和日本等国是全球主要的污泥生产国，全球产生的城市污泥总计接近19亿t[1]。污泥若不及时处置，将对附近水体、空气和土壤环境产生严重危害，并威胁居民身体健康[2]。为此，国家近几年不断出台相关政策，用以规划和指导污泥处理处置。2012年，国务院出台《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，首次对污泥处理提出明确指标；2017年，国家发展和改革委员会、住房和城乡建建设部共同发布《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，明确提出“至2020年底，地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%，其他城市达到75%”的目标；2020年7月，国家发展和改革委员会、住房和城乡建建设部联合发布《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》，强调要加快推进污泥无害化处置和资源化利用，选择适宜的处置技术路线，加快压减污泥填埋规模，鼓励采用“生物质利用+焚烧”处置模式，污泥经无害化处理满足相关标准后，用于土地改良、荒地造林、园林绿化和农业利用。

1 国内外污泥主要处置方式

目前，我国污泥处置行业正蓬勃发展，污泥主要处置方式包括土地利用、焚烧利用、卫生填埋和建材利用[3]。不同国家污泥处置方式差别较大，美国污泥处置方式主要为污泥农用和污泥填埋，两项处置方式占比超过60%；日本人口密度高，土地资源稀缺，污泥处置以焚烧和热解为主；欧盟污泥处置方式主要包括污泥农用、焚烧和热解[4]。本文将重点阐述国外近几年污泥用于土地利用的研究进展，以便国内相关研究人员借鉴，并根据当地污泥性质、污泥政策和经济条件对污泥处置做出合理决策。

2 国外污泥土地利用研究进展

国外污泥土地利用研究主要集中在污泥农用、污泥林用以及污泥土壤改良领域。

2.1 污泥农用

污泥农用研究主要包括两个方面，一是探讨污泥制肥料的潜力，二是分析施用污泥肥料对农田植物的影响。

2.1.1 污泥制肥料的潜力

污泥包含大量有机物，是丰富的营养来源。然而，污泥直接施用于土壤受到重金属含量的限制，并且污泥通常包括病原微生物和有毒化合物，存在环境安全风险。研究发现，在污泥中通过添加矿物肥料生产改性的有机矿物肥料（OMF）似乎适用于土壤，这种新型OMF对作物的产量响应与常规化肥相当，相对于化学肥料的主要优势是养分释放更为缓慢[5]。关于土壤安全方面的污泥制肥也有人做了相关研究。有研究以意大利北部35个污水处理厂收集的130个污泥样本为基础，连续两年测定污泥中壬基酚（NP）、壬基酚乙氧基化物（NPnEOs）和邻苯二甲酸酯（DEHP）的含量，以确定其是否适合作为土壤肥料，结果表明，大多数被分析的样品中所含的NP、NPnEOs和DEHP的含量都不高于欧洲污泥委员会所规定的限度，该研究认为欧盟提出的用于农业土壤肥料的污泥中所选物质的限值是偏保守的，用意是避免对土壤动物产生负面影响[6]。芬兰学者研究了生物灰、污泥和石灰的共制粒，颗粒中的营养素（Ca、K和P）的含量相当高，重金属（As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn）含量很低，可以在林地中施用，不足之处是污泥的添加降低了颗粒的抗压强度[7]。波兰学者根据当地11个污水处理厂污泥堆的化学成分，将污水污泥与家禽垃圾灰、生物质灰和矿物肥料混合，然后用无机酸制粒，开发了适用于油菜作物的有机矿物肥料，氮、磷、钾元素含量为24%～34%，并且符合当地法律对重金属含量的要求[8]。

2.1.2 施用污泥肥料对农田植物的影响

污泥肥料能施用于粮食作物。在农田中施用污泥肥料可以加快黑小麦的生长速度，提高地上生物量的积累，污泥施用量为18 t/hm2时肥效最好[9]。向污泥中添加适当的矿物肥料，然后将混合物作为大麦和小麦的肥料，大麦产量可超过3 800 kg/hm2，小麦产量可超过2 800 kg/hm2，由微生物或重金属引起的风险在可控范围内[10]。一项长达10年的试验表明，在热带土壤中施用污泥并未增加土壤有机质，通过长期监测玉米各项生理指标，研究发现，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经济作物。污泥肥料可施用于蔬菜，日本一项研究表明污泥堆肥可以促进小松菜生长，其促进效果与化肥类似[12]。沙特阿拉伯的研究者用掺入不同污泥含量（0、10、20、30、40、50 g/kg）的农田土壤种植黄瓜，并测定黄瓜的重金属含量和生物量，发现污泥含量为40 g/kg的土壤对比对照组，其黄瓜的所有形态参数和生物量都显著增加；当污泥含量达到50 g/kg时，黄瓜苗高、根长、叶片数量、节间和果实的数量、叶面积以及生物量则减少；随着污泥施用量的增加，黄瓜组织中大部分重金属的浓度均增加，值得注意的是，根中的Cr和Fe、叶中的Fe和果实中的Cu达到植物毒性水平，其余重金属浓度则在正常范围内[13]。波兰学者通过6年的田间试验探讨了利用烟煤灰（AC）、生物质灰（AB）和城市污水污泥（MSS）的混合物作为草-豆混作系统常量营养元素的来源，发现AB-MSS共同施用极大地提高了K的吸收；与AC处理相比，AC-MSS处理增加了K和Mg的吸收；当将AC或AB添加到MSS中时，相对于MSS处理，Ca的吸收增加。烟煤灰或生物质灰和城市污水污泥联合应用，提高了生产率，促进常量营养元素的循环利用，提高了污水污泥处置的可持续性，并能减少对矿物肥料的依赖[14]。污泥堆肥还能促进花卉生长，有研究利用天竺葵进行污泥堆肥和牛粪的对比试验，污泥堆肥组的天竺葵发育了22.8个芽（均值，下同）和8.2个花芽，牛粪组则发育了19.4个芽和4.4个花芽[15]。污泥中较高的N和P含量可以促进向日葵的生长，相比施用化学肥料的植物，在以30、60、120 t/hm2的比例施用污泥肥料的处理中，向日葵的产量分别提高了2.4倍、5.0倍和8.0倍[16]。

2.2 污泥林用

污泥中的营养元素同样能被林地植物利用。在不肥沃的热带土壤中使用污泥施肥能增加桉树木材产量。在巴西桉树人工林进行的一个为期44个月的田间试验表明，与仅施用氮肥和磷肥相比，施用污泥的木材体积显著增加，不施用污泥生产150 m3/hm2的木材量的时间为45个月，施用污泥则可以减少两个月，污泥可以作为不肥沃的热带土壤的N肥和P肥[17]。一项阿尔及利亚的研究结果与此类似，污泥施用对桉树生长具有积极作用。该试验将一年树龄的桉树幼苗移植于不同污泥质量比（0%、20%、40%和60%）的盆中，在种植的6个月内进行了高度、基部直径、中部直径和叶片数的测量，结果对照植物和污泥处理组植物的高度和叶子数量差异显著。60%污泥组桉树高度为493.77 mm±241 mm，叶片数为68.81±6.20，而对照高度桉树为342.89 mm±128.07 mm，叶片数为40.00±3.80[18]。

2.3 污泥改良土壤

施用污泥会对土壤理化性质及生物学性质产生影响。将污泥肥料施用于葡萄园砂质土壤，土壤pH从8.5降至8.0，电导率由0.1 dS/m增至0.7 dS/m，有机物含量从1.2%增加到2.2%。污泥肥料的利用增加砂质土壤中常量营养元素和微量营养元素的含量，但由于砂质土壤对污染物的截留能力较低，污染物可能会污染敏感地区地下水，造成安全隐患[19]。将污泥、褐煤废土渣、褐煤灰和钾肥的混合物施用于轻质土壤，土壤pH从5.5增加到6.0，吸附能力由5.8 cmol（+）/kg增 至8.0 cmol（+）/kg，C/N从11∶1升至14∶1，用该污泥混合物施肥使得草原米草第一年产量提高1.6倍，第三年提高2.7倍[20]。波兰一项持续24年的田间试验表明，施用污泥提高了土壤中铜和锌的总浓度，但并未提高其生物有效性，这可能是由于土壤pH和有机物含量较高所致。施用污泥增加了土壤微生物活性和生物量，但同时提高了抗生素抗性（ARG）基因和可移动遗传元件（MGE）基因含量，产生了传播抗药性的风险[21]。污泥也能用于采石场土壤修复，西班牙的一项试验表明，在污泥施用6个月后，采石场土壤中有机质含量增加，电导率和重金属含量没有显著增加，植物覆盖度很高，可有效控制土壤侵蚀；两年后，杂草植物仍然存在，但演替物种已在不同程度上定居于采石场，将适量的污泥用作土壤改良剂不会影响采石场的生态演替[22]。

3 结语

污泥土地利用是我国未来污泥处置的重要方式之一，其具有资源循环利用率高、处置能耗低和二次污染相对较低等优点，但仍需要考虑污泥土地利用的风险控制。要严格按照相关标准规定，合理进行污泥土地利用，同时需要对施用污泥的土壤进行长期监测，以研究施用污泥对土壤的累积影响，为进一步制定科学合理的污泥处置方案提供数据支撑。