發達國家污泥監管的發展現狀及前景分析
污水處理系統就好比人類社會的“腎臟”,凈化人類生產生活過程中產生的污水。污水處理廠在處理污水的同時,不可避免地會產生作為副產物的污泥。通常污泥處置的三種主要途徑為:農用、填埋和通過熱處理過程減量(如焚燒和熱解)。另外還包括一些其它處置的方法:如表層堆積、景觀土地利用、土壤修復、傾倒入海(已被很多地方禁止)等。下圖顯示了不同國家和地區污泥處置方法的選擇和其人口密度的關系,雖然兩者并不總是相互關聯。
污泥的產生量不僅僅會因為每個國家的人口規模、人均產率以及污水處理的程度(如一級處理、二級處理或三級處理)而有所差異。此外,污泥產率不僅和進水的水量有關,而且也和處理方法有關,一些污泥產率低的處理工藝有可能伴隨著更高的能耗。
立法監管的目的是保護公眾健康和環境,全世界在污泥管理立法方面并沒有建立統一的優化方案。接下來我們將介紹一些發達國家和地區在污泥管理和立法監管的情況。
美國
美國是人口密度相對較低的國家,污泥(Biosolid)能被大量的用于農業。為了促進污泥的土地利用,從上世紀70年代開始,美國廢棄物法案對污泥采取了不同的體系,帶動了長期和多層次的污泥風險評估,最終在1993年頒布了“StandardsfortheUseorDisposalofSewageSludge”(40CRFPart503rule)。
該法案對污泥中的化學污染物制定了標準,同時也包括了一系列污泥處理與處置的管理與技術,以及相應配套的監控、記錄和匯報等要求。在該法案下,污泥不再被認為是廢棄物,而被視為潛在的營養鹽來源。然而,近十年來,來自美國公眾針對污泥再利用的質疑越來越多。
在一些州,民眾的反對非常強烈以致于污泥農用被完全禁止。污泥中潛在的能量近些年也被關注,但在能量回收方面仍缺乏相應的配套立法。如2011年,污泥焚燒爐被劃為與固廢焚燒爐同類,這種更嚴格的立法實際上阻礙了從污泥中回收能源的實踐。
美國環保署(USEnvironmentalProtecitonAgency,EPA)1993年的污泥監管條例對污泥利用提出了指導性建議。條例規定所用施用于土地的污泥都必須滿足污染物濃度上限(theceilingconcentrationsforpollutants,ClassB)標準。
下表顯示了EPA污泥法令中規定的污泥中10種重金屬的濃度上限,其中任何一項重金屬濃度超標都將使污泥不能再用于土地施用,污泥同時還需要滿足針對這些重金屬的累積污染物負荷率限值(cumulativepollutantloadingratelimits)或者年污染物負荷率限值(annualpollutantloadingratelimits)中的一項。EPA希望通過這里這些規定鼓勵處理廠采取預處理等方式來盡可能減少污泥中的污染物含量。
多年來,有些州在污泥土地利用上的政策發生了很多改變。如德克薩斯州和佛羅里達州針對施用于土地的污泥標準限定更加嚴格,近些年德克薩斯污泥土地利用案例驟降75%。在佛羅里達,隨著對磷的管理和病原菌去除有了新要求,石灰穩定污泥法被限制使用,很多州也在考慮采用類似的法令。
此外,EPA已經識別了九種污染物(鋇、鈹、4-氯苯胺、熒蒽、錳、硝酸鹽、亞硝酸鹽、芘和銀)和其它一些有機微型污染物,正在考慮將上述指標納入將來的污泥標準限值中。同時,由于公眾的反對,美國中大西洋地區、加利福尼亞州和佐治亞州的一些地區正考慮禁止污泥土地施用。
EPA對固體廢物(solidwaste)進行了重新界定,將污水廠污泥包括其中,并要求出臺針對污泥焚燒企業的監管標準。污泥焚燒顯然成為了新法規的監管對象,這可能會導致更多的污水廠為降低成本而選擇填埋作為污泥處置的方案。
日本
日本是世界上人口密度最高的國家之一。從1970年開始,污泥減量化已經強制實施。90年代中期,污泥填埋已經被完全禁止。由于土地有限,熱法處理污泥變得非常流行,如焚燒、氣化、干化和碳化等。由于日本希望實現能源和資源的獨立,該趨勢促使了日本從污泥中回收能源和資源。
日本在制定從污泥中回收資源和能源的戰略規劃方面做了很多先驅性的工作。1970年日本的《廢物管理與公共清潔法》對熱法處理污泥中的焚燒灰進行了規定,而污泥焚燒過程中產生的氣態污染物受1965年的《環境污染保護條例》和1968年的《空氣污染控制法》的相關規定。
但污泥被用于建筑材料時,受2001年《土壤污染對策法》中的相關規定,該法案對建筑材料中有毒物質的滲出做了限制。2000年修訂的《肥料管理條例》對用于肥料的污泥中的重金屬制定了規范。
21世紀初,為了發展和應用污泥回用的相關技術,日本政府啟動了一系列的創新項目,以實現污泥“零排放”(ZeroSludge),最大化回收污泥中的能源(GreenEnergy)。
日本近些年的政策和立法促使污泥的有效管理側重資源和能源的回收。如廣島市用污泥制生物炭、東京將污泥氣化、神戶將污泥生物沼氣作為汽車燃料和黑布市將污泥和餐廚垃圾共消化產甲烷等案例。在2012年,實施上網電價補貼(Feed-inTariff)政策,強制發電公司購買綠色能源。
日本還制定了國家戰略,回收污泥中的磷,磷酸銨鎂已經成為商品化的有機肥料。在一些城市,污泥和餐廚垃圾的共消化后產生的污泥,只要質量符合“肥料法”的要求,可直接用作肥料。
澳大利亞和新西蘭
由于澳大利亞人口密度低、土壤往往缺乏肥力,因此澳大利亞更傾向于污泥土地利用;焚燒由于高投資與運行成本,在澳大利亞已經不被認為是好的選擇。新西蘭也是污泥土地利用率很高的國家,然而污泥填埋在新西蘭仍然盛行。2012年,傾倒入海的污泥占全國污泥總量的10%。
澳大利亞和新西蘭針對污泥的立法,主要關注在污泥的土地利用方面,它們的立法基本參照了美國EPA的503法案。然而除了重金屬和病原體外,兩國還對污泥中多種有機物的濃度進行了規定。在澳大利亞,污泥(biosolid)被劃為廢棄物進行管理;而2014年西南威爾士州對用于資源回收的污泥進行了例外管理,不再屬于廢棄物管理的范疇,這一措施有益于污泥的土地利用的可能性。此外,昆士蘭州也修改了立法,將污泥視為資源。
歐盟
歐盟污泥指南(SewageSludgeDirective86/278/EEC)規定了污泥農用的最低條件。該指南1986年生效,設定了污泥中重金屬含量的限值。歐洲各國基于該指南制定本國的污泥農用監管法規,這些監管法規通常要比指南本身更加嚴格。
從1986年開始,歐盟的指南“SewageSludgeDirective”就開始關注污泥的管理,目的是促進污泥在農田利用的同時,保護公眾和環境(土壤、植物、地表水和地下水)的健康。該指南對一些有毒污染物做了基本的限制。隨著對污泥中有毒物質的深入研究和進一步認識,歐盟有可能出臺更為嚴格的立法,特別是針對污泥中的重金屬和一些新型污染物。
例如奧地利、捷克、丹麥、法國、德國和瑞典對可吸附有機鹵化物(absorbableorganichalogens)、鄰苯二甲酸二己酯(DEHP)、直鏈烷基苯磺酸鹽、多環芳烴(PAHs)、壬基酚(NP/NPE)、多氯聯苯(PCB)、多氯代二惡英(PCDD),多氯代苯并呋喃(PCDF)等有機微型污染物的含量做出了限制。歐盟污泥指南促使歐盟各成員國在污泥管理中對病原體、有機微型污染物等采取了非常嚴格的標準。
農田利用仍是一些歐盟國家污泥處置方式。但在經濟相對發達的國家,如比利時、荷蘭、德國和丹麥等,則更傾向于污泥的熱處理方法。奧地利、比利時、荷蘭和德國對污泥中的重金屬濃度設定了很低的限值;而丹麥、法國、芬蘭、意大利、盧森堡、波蘭等國則在沙門氏菌、大腸桿菌、糞鏈球菌、腸病毒、寄生蟲卵等細菌、病原體指標的監管上更加嚴格。
歐盟各國對重金屬、病原體、微型污染物的不同規定導致污泥農用的方式和最終的污泥處理形式有很大差異。西班牙(65%)、英國(65%)、法國(50%)的污泥都用于農業,而希臘和愛爾蘭則幾乎全部進行填埋。荷蘭和瑞士高達90%的污泥會進行焚燒,結合熱能和電能回收系統的熱處理工藝正逐漸在歐洲成為未來的發展趨勢。
進入21世紀以來,歐盟關于污泥處置指南的修訂更專注生物固廢的立法及其對能源戰略的重視。循環型經濟的理念已經成為一系列指南修訂的順應趨勢,如有害固廢和肥料法規,可持續磷資源利用戰略等。此外歐盟期望在2020年達到可再生能源占比20%的目標,因此污泥消化產沼氣已經盛行。
相對其他國家,歐盟將污泥視為廢棄物的監管方式被認為是極嚴格和保守的。即使歐盟的相關政策鼓勵磷的可持續利用,但是由于污泥被視為廢棄物,從污泥中回收的磷還未被看做是一種真正的磷肥原材料。非歐盟的瑞士,已經針對從污水和動物糞便中回收磷制定了行動計劃。荷蘭、丹麥和德國已經鼓勵污泥和有機廢物的共消化。瑞典也設立了2015年從污水中回收60%的磷的目標,然而其他歐盟國家還相對緩慢。
德國
德國是人口密度較高的國家,污泥主要通過焚燒處理。從上世紀90年代開始,污泥的土地利用在德國越來越少,甚至有些州已經完全禁止污泥土地利用,而是轉向焚燒處理。通過熱處理和化學處理的方式處置污泥,已經被認為是替代土地利用的有效手段。德國由于經濟發達,可以支撐上述相對昂貴的污泥處置方式,因此德國自身在這些方面的研究也走在了世界前列。
在1992年,德國參照歐盟的86/278/EEC指南頒布了本國的污泥法令,該法令對污泥農用時重金屬和有機物的濃度進行了規定。而污泥熱處理(焚燒)則受制于《聯邦排放控制條例》。污泥與有機廢物的共同焚燒在德國也很常見。然而考慮到后續從焚燒灰中回收磷,最近污泥單獨焚燒變得愈發普遍。德國目前正在修改相關法令,污泥的土地利用將越來越受到限制。
英國
即使人口密度很高,英國仍傾向于污泥的農用。英國于1989年設立了《污泥農用條例》,該條例規定了污泥農用是土壤中重金屬的濃度限值。為了確保污泥農用的安全性,英國建立了“SafeSludgeMatrix”(SSM),將各利益相關方都加入進來,分別對經過傳統處理和強化處理后污泥中病原體的控制進行分類管理。在污泥農用時,危害分析和關鍵環節控制點(HACCP)的方法也被引入。英國強力推薦有機廢物(包括污泥)的厭氧消化處理,以最大限度的回收有機質能源。
污泥管理的發展趨勢
循環型經濟的理念已經成為全球的發展趨勢,對待環境問題也是如此。污水處理廠已經被逐漸認為是生產水資源的工廠、營養鹽的工廠和能源的工廠,而不僅僅是傳統意義上的“管道末端”處理廠。雖然從總體上看污泥產量在過去十幾年間仍在增長,但是很多國家已經開始設立更為嚴格的監管標準,旨在降低污泥產量和實現污泥資源化。
例如德國,根據2012年的統計數據,其干污泥產量從250萬噸/年減少為200萬噸/年。同時,提高污泥的沼氣產率是減緩溫室效應的有效手段之一,熱氧化、熱水解、酶法水解和濕法氧化等技術手段已經被歐盟27國,以及后續在美國的污泥管理政策和立法中被推薦。全球已經形成關于污泥管理的新趨勢,將污泥視為資源和能源的來源并且盡量降低其對氣候變化的影響,污泥的立法和監管也正在適應這一趨勢。
由于處理污水和污泥的工藝和監管標準不同,各國的污泥產量和產率也各不相同。美國和歐洲的干污泥產量分別約為7百萬噸和1千萬噸。在歐洲,馬其他的污泥產率最低,為0.5gdrysolids/PExd,而奧地利最高,為97gdrysolids/PExd。污泥中除了含有常規的有機物和營養鹽外,可能還會含有更為復雜的有機污染物,如藥品、表面活性劑、多環芳烴等,一些重金屬類的物質也可能會在污泥中積累。因此在發達國家,環境和健康風險評價是污泥立法前必不可少的步驟。
污泥中的磷資源在一些完全依靠進口磷肥的國家得到了特別的重視。歐盟的一些國家希望用立法的形式培育污水或污泥中磷回收應用的市場。有序發展的市場,將成為污泥資源回收利用的先決條件。污泥的化學、物理和生物等指標的標準化,以及優秀管理實踐指南是污泥管理立法的關鍵所在。
公眾接受度也是影響污泥管理的最重要因素之一。人類在食物鏈中利用動物糞便其實已經有很長的歷史,但是這種實踐一直飽受質疑。人們對污泥利用的安全性也同樣抱有懷疑態度。目前已經存在歐盟的CEN/TC208和ISOTC275等體系,就是為了促進污泥管理的可持續性,并且提高公眾對污泥利用的信心和接受度。
自1991年開始,美國已經用“生物固體”(Biosolid)一詞代替“污泥”,從理念上改變了對傳統污泥的定義,這一命名大大促進了污泥的土地利用并改善了公眾接受度。目前澳大利亞和新西蘭也廣泛用“Biosolid”一詞代替“污泥”。