案例：城市生活污泥土地利用潜力分析
导 读：污泥土地利用是我国鼓励和推广的污泥资源化路径。我国圩畈地区水土资源丰富，产业结构以农林业为主，为污泥土地资源化利用孕育了良好的条件。以圩畈地区典型城市六安市为例，充分挖掘城区及周边土地资源，结合其泥质特征，提出了污泥土地利用实施路径，包括现有处理工艺提升方案、科学的施用方法、跨界的商业模式和合理的价格机制。
引用本文：梅晓洁,方宁,颜莹莹，等. 我国圩畈地区典型城市生活污泥土地利用潜力分析［J］. 给水排水，2023，49（9）：50-56，62
01、污泥土地利用的潜力分析
1.1 泥质特征分析
污泥泥质是限制污泥土地利用的重要因素。我国在2008-2011年间先后发布了针对不同土地利用方式（土地改良、林地、园林绿化）的泥质标准，表1未明确给出针对不同植被、不同使用场景的施用方式、施用频率和污染物累积限值，过量施用或不规范施用可能会加大环境生态风险。现有法律法规和标准也未有与污泥土地利用相关的环境风险评价指导性文件和管控措施。这也是农业农村部一直以来禁止污泥进入耕地的原因之一。
表1 六安市可用于污泥土地利用的资源分布
污泥具有污染和资源的双重属性。一方面，污泥中富含生物质能源和氮磷资源，如污水中90%以上的磷富集在污泥中，可替代工业肥料的40%~50%；再如污泥中的碳源可转化为沼气发电利用。另一方面，污泥中检测出重金属、多环芳烃、抗生素、微塑料等有毒有害物质，限制其进入食物链。相关研究表明，随着我国污水源头控制的加强，污水中的污染物浓度在逐年减少，为污泥土地资源化利用提供了条件。
六安市现有城北污泥处理厂一座，主要处理生活污水污泥，设计处理规模280 t/d，采用预脱水-厌氧消化-离心脱水-深度脱水-太阳能干化/低温干化工艺，出厂污泥量约150 t/d。自一期建成投运以来，出厂泥质特征如图1。其中，pH在5.6~7.6，均值为6.8；EC值在0.8~3.5 mS/cm，均值为2.26 mS/cm；总养分含量在3.2%~10.2%，均值为6.3%；有机质在20%~47%，均值为33%；种子发芽指数在40%~66%，均值为53%。参照污泥园林用泥质标准，在EC值和种子发芽指数上略有差距，如使用污泥产品进行园林利用，仍需要进一步稳定化和产品化处理。
图1 六安市污泥处理产物性质特征
图2分析了污泥处理产物中的重金属含量。参照污泥园林用泥质标准，8种重金属含量远低于标准限值；此外，团队其他研究表明，污泥经厌氧消化处理后，产物中多环芳烃、抗生素和消毒副产物的含量分别在0.31~0.65 mg/kg、0.75~0.98 mg/kg和2.5~4.5 μg/kg，也均处于较低浓度水平，未呈现明显的污染属性。基于六安市的泥质特征，对现有处理工艺进行适当改进，根据不同土壤需求科学制定合理的污泥掺混量，污泥处理产物园林利用具备实际可行性。
图2 六安市污泥处理产物重金属含量分析
1.2 土地资源潜力分析
六安市主城区绿地面积4.75万亩，绿地率达39.33%，其中，公园绿地1.49万亩，生产绿地0.57万亩。据调研，主城区30 km范围内可利用的土地资源如表1。根据土地用途分为乔灌草种植地、矿山修复地、防护绿地、公园绿地和其它城市绿地，可利用面积达0.8万亩。根据污泥园林用标准，每年累积施用量不超过30 t/hm²（以干基计）。每年可消纳污泥处理产物4万t（含水率60%），约合110 t/d。同时，依托“皖中苗木第一乡”的肥西县及周边大量苗木种植基地，在六安市城区60 km范围内可利用的苗木种植基地约上万亩，土地资源十分丰富，可作为消纳污泥处理产物的载体。此外，距离六安市80 km的中部花木城有数百家园艺公司，其将营养土和苗木销往全国，为污泥土地利用提供了广阔的渠道。
根据《六安市创建全国绿化模范城市实施方案》（2018~2025年），六安市主城区及周边区县近3年拟新建的城市绿地统计见表2，方案规划有近8万亩城市绿地，可考虑作为污泥土地利用施用点。
表2 六安市2021-2025年拟建设的城市绿地
02、污泥土地利用实施路径
2.1 污泥处理工艺提升
处置决定处理，处理必须满足处置要求。以土地利用为主的处置方式，污泥必须经过充分地稳定化和无害化。有研究指出，厌氧消化污泥的干化产物有明显臭味，且种子发芽指数偏低，对植物幼苗的成活与生长有一定风险。好氧发酵因其工艺简单和便宜一直是小规模污水处理厂污泥处理选择的工艺，其对有机物的减量更加彻底，产物可作为营养基质进行土地资源化利用。国外土地利用相关案例表明，处理产物的质量等级越好，越容易获得使用者和当地政府的信任，污泥土地利用道路也越通畅。
基于六安市污泥处理厂出厂泥质不能够达到园林标准的问题，以土地消纳为最终出路，需要提升现有处理产物的质量和品质。通过厌氧消化产物后腐熟工艺提升其稳定化水平，进一步降低含水率，利用高温作用去除病虫卵和杂草籽，同时对难降解有机物进一步减量。发酵产物再复配其它辅料（椰糠、珍珠岩、粘土等），形成污泥基质土。改进后的处理工艺如图3所示。经过12~15 d的高温后腐熟，温度曲线如图4a所示，再经过15 d的陈化，产物如图4b，其各项指标如表3，除EC值略超标准外，其余指标均在标准限值以内。经调查，六安市本底土壤的电导率为0.2~0.5 mS/cm，污泥基质土的掺混量在10%以内（质量比，下同）可使土壤电导率不高于1 mS/cm，施入20%的污泥基质土土壤电导率在2 mS/cm以下。在林业行业标准《绿化用有机基质》（GB/T 33891-2017）中规定，有机基质的EC值在2.5 mS/cm以内都是适宜植物生长的，因此，本研究认为施入10%~20%的污泥基质土，不会对土壤和植物造成不利影响。
图3 六安市污泥处理现有工艺与提升工艺路线
图4 消化污泥后腐熟温度曲线和发酵产物
2.2 科学的施用方法
污泥基质土的土地安全消纳，离不开正确的施用方法与合规的污染限值。一方面通过一次施用量和污染物浓度限值来约束，另一方面通过累积施用量和累积污染物浓度来控制。通过土壤跟踪监测，及时调整施用量和施用频率。我国相关标准规定，污泥处理产物林地利用时，年累积施用量不超过30 t/(hm²·年)（以干基计），连续不超过15年。挪威针对污泥中重金属含量的等级，规定施用量在5~10 t/(hm²·年)，连续不超过10年。研究表明，施用量5%~10%较适宜禾本植物的生长，施用量20%~30%较适宜乔灌木的生长。本研究提出污泥基质土的掺混量不应超过20%，作为一次性施入的参考依据。
污泥基质土的施用有2种方式：撒施基肥和撒施追肥。撒施基肥是对种植土壤进行一次性改良，适用于土地复垦、荒地改良、城市新建绿化用地等场景，宜根据土壤本底情况，按照10%~20%的掺混比与土壤一次性混合均匀。撒施追肥是在植物养护期，根据植物需要进行有针对性的追肥，具体方式可以为撒施、穴施、沟施、环状施肥等。施用量宜参照国家相关标准执行，每公顷每年不超过30 t（干基）。试验研究表明，乔灌木对污泥基质土的耐受性高于花卉和草本。在种植禾本植物时，污泥基质土的施用量宜控制在15 t/(hm²·年)以内。除了施用量和施用年限的规定，还应根据土壤环境容量对累积污染物总量来控制，然而我国相关标准尚不完善，需要通过长期的跟踪评估来制定合理的限值。
表3 工艺各环节产物性质特征
2.3 跨界的商业模式
污泥基质土的市场化是打通污泥土地利用“最后一公里”的关键。当前，污泥基质土在园林行业的推广受到施用季节不稳定、使用单位无资质、监管机制不完善等因素的影响，导致污泥产量与市场需求不匹配、产业链不畅通、责任主体缺失等问题。
本研究提出适用于污泥基质土土地利用的商业模式，如图5所示。通过建立污泥处置责任主体，将污泥或污泥处理产物进行回收、再加工，制成具有商品属性的产品。污泥处置责任主体与下游产业公司签署产品销售合同，通过市场交易行为获取收益，并提供产品使用培训、售后服务、风险跟踪评估等服务；此外，还可以与电商平台合作，将资源化产品通过互联网电销售卖给城市里的千家万户。
图5 适用于污泥基质土土地利用的商业模式
经市场调研，江苏某企业以“互联网+电商”的模式，已实现有机基质土的线上销售，年销售额1.5亿元，市场占有率约50%。虽然污泥基质土暂时缺少行业标准和监管体系，市场对污泥基质土的种类和品质尚有包容性，但电销模式打通了污泥资源化的“最后一公里”，同时兼顾了污泥产量与市场消纳的稳定性，具有一定的借鉴意义。
2.4 合理的价格机制
污泥基质土的市场化也离不开合理的价格机制与可持续的盈利模式。在持续推进“污染者付费”、“将污泥处理处置费纳入市民生活水价”的基础上，还应进一步明确污泥处理处置责任主体、付费主体与上下游产业链的盈利模式。本研究提出适用于污泥基质土土地利用的上下游产业链盈利模式，如图6所示。首先，应明确污泥处理处置费用应由污染者付费的基本原则，政府部门负责定价排污费、制定产品质量标准以及出台市场监管制度，排污费由政府收取并按照定价标准支付给污泥产生单位；污泥产生单位需严格管控污水的来源，保证泥质达标出厂，并通过水处理工艺的提质增效，实现污泥源头减量从而降本盈利，同时作为污泥处理处置付费主体，应按照政府定价标准支付费用给污泥处置单位；污泥处置单位应合理确定处理工艺降本增效，并确保产品质量与产品售后跟踪、评估等服务，同时在市场营销的过程中获取产品收益，实现部分成本回收。
图6 适用于污泥基质土土地利用的价格机制
基于六安市的现状，尚缺少污泥处置责任主体单位，污泥处理处置费仍采用政府付费或财政补贴的形式，缺少激励机制与可持续的盈利模式。在政府监管方面，亟需建立产品质量标准与市场监管体系，形成“污染者付费-处理者控源-处置者收益”的上下游产业链盈利模式。
03、结论与建议
（1）长江中下游圩畈地区水土资源丰富，产业结构以农林业为主，为污泥土地资源化利用孕育了良好的条件。六安市以“国家级园林城市”的优势，具有较好的污泥土地利用潜力。六安市主城区30 km范围内可利用的土地资源面积达0.8万亩，60 km范围内可利用的苗木种植基地约上万亩，近3年在城区及周边区县规划有近8万亩城市绿地，为消纳污泥处理产物提供了重要载体。
（2）因地制宜提升现有处理工艺和处理产物质量。六安市污泥主要为生活来源，重金属、新污染物等均处于较低浓度水平，但泥质指标中EC值和种子发芽指数与园林用泥质标准的要求仍有差距。通过后腐熟工艺和产品加工工艺提升其稳定化水平，同时进一步降低污染物含量，产物可用来土地改良和园林利用。污泥基质土的质量等级越好，越容易获得使用者和当地政府的信任。
（3）科学推进污泥土地利用方式和规范施用量。污泥基质土的施用方式有2种，针对有土地复垦、荒地改良需求和城市新建绿化用地的场景，宜根据土壤本底值，按照质量比10%~20%与土壤一次性混合均匀。针对已有城市绿地或林地，根据植物种类和种植需要，按照施用量15~30 t/(hm²·年)进行追肥。同时应遵守国家标准对累积施用年限的规定，对土壤质量进行跟踪评估，及时调整施用量。
（4）建立污泥处置责任主体和城市污泥管家模式。圩畈地区中小型城市的污泥处理处置尚处于起步阶段，缺乏污泥处置责任主体和基于管家模式的保障措施。建立集方案咨询、规划设计、建设运营、产品服务于一体的污泥处置责任主体，衔接好上游污泥产生单位与下游市场的需求；建立污泥管家模式，搭建基于物联网技术的城市污泥土地利用管控平台，从污泥“产生”到“入土”全过程监管，为环境管理和执法部门提供决策服务。
（5）进一步完善污泥土地利用法律法规和标准。我国现行法律和标准在污泥土地利用方面以鼓励为主，未有相应的法律文件为依据。污泥土地利用存在多部门协同和跨行业市场行为，目前未得到相关行业（如林业局、农业局等）的政策支持与经营许可。国家或地方应加强在污泥土地利用方面的法规、政策、标准、规范方面的顶层设计，衔接好跨部门之间的管理职责，做到有法可依、有规可循。
