我国城镇污泥营养成分与重金属含量分析

王 涛

（1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所，北京 100044；

2.机械工业有机固废处理与资源化利用工程技术研究中心，北京 100044）

我国城镇污泥营养成分与重金属含量分析

王 涛1，2

（1.机械科学研究总院环保技术与装备研究所，北京 100044；

2.机械工业有机固废处理与资源化利用工程技术研究中心，北京 100044）

我国城镇污水处理厂的污泥中含有大量营养成分，同时也含有重金属成分，对于污泥中营养成分和重金属的含量情况，汇总并分析了国内90个污水处理厂的污泥泥质数据后，得出结论：总体上城镇污水处理厂的污泥泥质是适合土地利用的，重金属风险由大到小排序为：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B；建议在开展污泥土地利用工作的同时，应探索创新排水管理模式、污泥中重金属去除技术，以及土地利用模式。

污泥；营养成分；重金属；处置；土地利用

前言

随着我国城镇污水处理率的不断提高，污泥问题已被提到空前的高度并给予关注。《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》指出：到2015年，直辖市、省会城市和计划单列市的污泥无害化处理处置率应达到80%。

污泥作为污水处理厂的副产物，若处置不当，将会造成二次污染。业内有一句俗语：“治水不治泥，等于白治理”。但目前解决污泥问题的最大障碍在于污泥处置的技术路线仍不明朗：填埋法无法持续已濒临被淘汰，焚烧、建材利用则由于污染空气和邻避效应的不断蔓延而举步维艰，目前有希望工业化推广的污泥处置方法仅剩下土地利用。

污泥土地利用具有先天优势，一般城镇污水处理厂的污泥，有机质含量较高，对于大量使用化肥的土壤具有调节化学、生物结构，增强地力的重要作用，污泥中富含的N、P、K成分为植物生长提供必要的营养。但污泥土地利用同样面临着困难——公众普遍担心：污泥中含有重金属物质，对于土壤环境可能造成污染，并可能通过食物链进入人体带来伤害。

本文通过汇总调研国内90个污水处理厂的污泥泥质数据，分析了污泥的营养成分和重金属含量的实际情况。

1 调研情况概述

为探索城镇污泥土地利用的可行性和中期重点技术攻关方向，北京机械科学研究总院环保技术与装备研究所在2013年度机科发展科技创新基金的支持下，开展了对我国城镇污泥泥质情况调研工作。本次调研共涉及25个城市、90座污水处理厂，处理规模从1000t/d至100万t/d，其中10万t/d以下规模的有49座，10万～40万t/d规模的25座，40万t/d以上规模的有16座，合计总处理规模为1632.05万t/d。被调研污水处理厂的规模与地域分布情况见表1。

表1 调研污水处理厂规模与地域分布情况一览表

本次调研共采集到样本数据91组，其中有效样本数据88组，主要来源分为三类：1）采样检测或污水处理厂提供运行数据，共34组，占比39%；2）专项研究报告（非公开），共32组，占比36%；3）公开文献，共22组，占比25%。

为尽量消除数据处理的误差，本次研究采用污水处理厂运行或设计水量（注：非污泥产量）作为基数，统计计算得到平均值。

重金属指标比对标准采用《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T23486-2009），对于介于指标超过碱性土壤（pH≥6.5）对应限值为超标，低于酸性土壤（pH＜6.5）对应限值为达标。

2 污泥营养成分分析

2.1 有机质

本次研究共获得有机质有效样本79份，其中大于70%的7份，60%～70%之间的12份，50%～60%之间的16份，40%～50%之间的21份，30%～40%之间的14份，小于30%的9份。污泥中有机质含量的平均值为51.43%，这一指标与发达国家相比较低。从数据上分析我国污泥有机质含量的地域差异较大，污泥有机质含量总体上是大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.2 氮

本次研究共获得有机质有效样本62份，污泥中TN含量平均值为3.58%。从数据上分析，我国污泥TN含量地域差异较大，与污泥的有机质含量类似，总体上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.3 磷

本次研究共获得有机质有效样本62份，污泥中TP含量平均值为2.32%，部分污水处理厂的脱水污泥呈现TP含量高于TN含量的现象，这可能与污水处理采用除磷工艺并且运行状态良好有关。从数据上分析，我国污泥TP含量的地域差异较大，与污泥有机质和TN含量类似，总体上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

2.4 钾

本次研究共获得有机质有效样本64份，污泥中TK含量平均值为1.42%。K在污水处理工艺中为非重点关注成分，但在数据中体现，共有5份样本数据呈现TK含量高于TN、TP含量的现象。从数据上分析，我国污泥TK含量地域差异较大，与污泥有机质和TN、TP含量类似，总体上大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

3 重金属含量分析

3.1 铜

本次研究共获得84份有效样本，其中确认超标3份、临界5份、达标76份、达标率为90.48%。污泥中Cu的平均浓度为493.27mg/kg，超标样本分别位于华东、华北、东北地区，其中最高检测指标为10,531mg/kg。

3.2 锌

本次研究共获得81份有效样本，其中确认超标8份、临界4份、达标69份、达标率85.19%。污泥中Zn的平均浓度为1794.70mg/kg，超标样本分别位于东北、华中、华东、华北地区，其中最高检测指标为14,285mg/kg。

3.3 镍

本次研究共获得68份有效样本，其中确认超标9份、临界11份、达标48份、达标率70.59%。污泥中Ni的平均浓度为120.15mg/kg，超标样本分别位于华东、华北地区，其中最高检测指标为615.42mg/kg。Ni的平均指标处于标准临界限值附近，且超标临界现象相对较为突出，应给予高度关注。

3.4 镉

本次研究共获得87份有效样本，其中确认超标2份、临界11份、达标74份、达标率85.06%。污泥中Cd的平均浓度为2.80mg/kg，超标样本全部来自华东地区，其中最高检测指标为49.64mg/kg。Cd是本次研究中获得有效样本数量最多的重金属，这体现了相关方对Cd影响的高度关注。

3.5 汞

本次研究共获得55份有效样本，其中临界20份、达标35份、达标率63.64%。污泥中Hg的平均浓度为5.66mg/kg，有20份样本处于5～15mg/kg范围，其中最高检测指标为13.56mg/kg。Hg的稳定达标率在所有重金属中最低，平均指标处于标准临界限值附近，超标临界现象相对最为突出，应给于高度关注。但还有一个值得注意的现象，所有样本中均未出现绝对超标现象，这有可能与Hg具有挥发迁移的特性有关。

3.6 铅

本次研究共获得87份有效样本，其中临界3份、达标84份、达标率96.55%。污泥中Pb的平均浓度为93.01mg/kg，没有出现绝对超标现象，其中最高检测指标为729mg/kg，稳定达标率较高，在本次研究中体现的风险较低。

3.7 铬

本次研究共获得75份有效样本，其中确认超标2份、临界1份、达标72份、达标率96.00%。污泥中Cr的平均浓度为266.68mg/kg，超标样来自华东、华北地区，其中最高检测指标为2960mg/kg。

3.8 砷

本次研究共获得63份有效样本，其中确认超标1份、达标62份、达标率98.41%。污泥中As的平均浓度为28.98mg/kg，超标样来自华北地区，其中最高检测指标为301mg/kg。

3.9 硼

本次研究共获得20份有效样本，全部达标，达标率100%。B也是本次研究中获得有效样本数量最少的重金属，高达标率和低监测率意味着B的环境风险相对其它重金属物质较低。

4 我国城镇污泥营养成分与重金属含量总体评价

4.1 污泥营养成分总体评价

我国城镇污水处理厂污泥营养成分总体含量较高，按照全国城镇污泥年产生量3000万吨计算，蕴藏有机质资源超过300万吨，氮素资源超过20万吨，磷素资源超过13万吨，钾素资源超过8万吨（见表2）。

表2 我国90座城镇污水处理厂污泥营养物质成分汇总

通过调研数据汇总分析，我国城镇污水处理厂污泥中的营养成分呈现以下特点：

（1）总体呈现“北高南低、大高小低”的特点，无论是有机质含量还是N、P、K等营养元素，均呈现大城市高于中小城市，北方城市高于南方城市。

（2）有机质含量低于发达国家，这也是厌氧消化工艺在国内运行体现整体经济性较差的原因之一，但该指标可以满足高温好氧发酵工艺对于有机质指标的要求，且平均值51.43%也能够满足《有机肥料》（NY525-2012）中有机质质量分数≥45%的要求。

（3）总养分平均值为7.32%，高于《有机肥料》（NY525-2012）中总养分质量分数≥5%的要求，尤其是P、K资源丰富，具有资源化土地利用的潜力。

（4）N、P、K体现不平衡现象，部分污水处理厂污泥中的P、K含量大大超过N，具有更高的资源化市场利用前景。

4.2 污泥重金属成分总体评价

我国城镇污水处理厂的重金属成分总体含量处于可控范围内，比照《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T23486-2009）标准限值，各项重金属指标总体符合园林绿化土地利用标准要求（见表3）。

通过对调研数据的汇总分析，我国城镇污水处理厂污泥中的重金属成分呈现以下特点：

（1）比照《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T23486-2009）标准限值，重金属风险由大到小排序：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B。

（2）Hg、Ni成分超标率排在前两名且平均值趋于临界应加强监控，Cd排在第三名也应引起注意，这与2014年4月发布的《全国土壤污染情况调查公报》无机污染物点位超标率结果近似（注：第一名Cd7.0%，第二名Ni4.8%，第五名Hg1.6%）。

（3）工业发达地区高于工业欠发达地区，尤其是长江三角洲、东北老工业基地部分地区污泥的重金属问题相对较重。

（4）在88个样本中，一座污水处理厂如出现污泥超标现象，一般仅体现在某一种重金属指标上，因此为通过管理手段或技术手段解决问题提供了基础。应从政策、管理、技术层面同步推进保障措施，积极探索适合国情的新模式。

（1）探索创新排水管理模式，对于高污染风险的企业可以采用分时排水许可措施，使大部分时间的污泥成分稳定达标。

（2）探索创新污泥中重金属去除技术，有针对性地在污水处理厂内设置重金属处理系统，防止其进入土壤后更加难以去除。

（3）探索创新土地利用模式，与污泥处理项目同期划定土地利用管理区，加强对该区域的监控，将风险限制在一定范围内。

表3 90座城镇污水处理厂污泥中重金属成分汇总表

5 结语

本次研究由于华南、西南、西北地区的采样数据较少，因此更主要反映的是东北、华北、华中、华东等地区城镇污水处理厂脱水污泥的重金属及营养物质含量。总体上城镇污水处理厂的污泥泥质是适合土地利用的，特别对于华北、华中、东北等经济欠发达而土地资源相对丰富的地区，污泥土地利用更可先行一步。同时，还

[1] “十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划[R].

[2] 全国土壤污染情况调查公报 [R]. 2014-4-17.

[3] 城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质（GB/T23486-2009）[S].

[4] 有机肥料（NY525-2012）[S].

[5] 王涛.城市污泥堆肥施用及重金属问题探讨[J].上海环境科学，2009，28（1）： 37-40.

[6] 王涛.基于GI理念的城镇污泥土地利用解决方案[J].中国环保产业，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