上海超純水設(shè)備解讀：德國(guó)污水污泥處置為我國(guó)污水污泥的處置的經(jīng)驗(yàn)借鑒
【上海水處理設(shè)備網(wǎng)www.m.gu-qin.com】德國(guó)于2017年10月3日通過(guò)了對(duì)《污水污泥條例》修訂，核心內(nèi)容是要求從污水污泥或其焚燒灰中回收磷。按德國(guó)污水污泥處置的相關(guān)立法，只有符合《污水污泥條例》肥料條例》限值要求，才允許污水污泥排放并進(jìn)行土壤利用。分析了德國(guó)磷的供需矛盾及磷回收潛力及方法，介紹了德國(guó)經(jīng)濟(jì)型磷回收情況。從德國(guó)污水污泥處置途徑的發(fā)展來(lái)看，由于協(xié)同焚燒投資相對(duì)較低，德國(guó)曾是發(fā)展的主流方向，但隨著《污水污泥條例》執(zhí)行，德國(guó)將逐步轉(zhuǎn)向單獨(dú)焚燒處置，2029年必將基本廢棄協(xié)同焚燒處置方式。德國(guó)污水污泥處置處置經(jīng)驗(yàn)可為我國(guó)污水污泥的處置處置提供有益借鑒。
1德國(guó)污泥處置現(xiàn)狀
2016年德國(guó)鄉(xiāng)村污水處置廠共產(chǎn)生約180萬(wàn)t污水污泥干基，其中大部分進(jìn)行了焚燒處置。自2005年6月1日德國(guó)禁止有機(jī)污泥填埋處置以來(lái)，污水污泥熱處置量增加了約64%相應(yīng)地，其在農(nóng)業(yè)與景觀工程方面加以土地利用的比例則逐年下降。2012年該比例還在45%以上，但隨著土地利用質(zhì)量要求的不時(shí)提高與肥料法規(guī)定的應(yīng)用限制，2016年該比例已下降到僅35%
德國(guó)于2017年10月3日通過(guò)了對(duì)《污水污泥條例》修訂，其核心內(nèi)容是要求從污水污泥或其焚燒灰中回收磷。按新條例，城鎮(zhèn)污水處置廠污泥需進(jìn)行磷回收處理。對(duì)于人口當(dāng)量大于10萬(wàn)的污水處置廠，過(guò)渡期的截止期限在2029年1月1日；510萬(wàn)人口當(dāng)量的污水處置廠的期限在2032年1月1日，期限日之前，污水處置廠污水污泥可按現(xiàn)狀遵循肥料法繼續(xù)用作土壤肥料；過(guò)渡期之后，含磷量大于20g/kg總固體的污水污泥須采用磷回收工藝，要求從污水污泥總固體中回收50%以上的磷，或?qū)⑽鬯勰喾贌抑械牧缀拷档偷饺狈?span>20g/kg總固體或需從中回收80%以上的磷。人口當(dāng)量≤5萬(wàn)的小型污水處置廠產(chǎn)生的污水污泥則不受制于該新修訂條例。上海超純水設(shè)備
2污水污泥處置相關(guān)局部立法
2.1循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》
德國(guó)污水污泥處置的法律依據(jù)是2012年2月24日發(fā)布的循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》該法于2012年6月1日實(shí)施，于2017年7月20日進(jìn)行了修訂，其目的于通過(guò)加強(qiáng)廢物減量及廢物回收，以繼續(xù)地改善廢物管理中的環(huán)境及氣候維護(hù)和資源化。德國(guó)執(zhí)行歐盟廢棄物框架指令（2008/98/EC引入了五層次等級(jí)系列。該法案按此規(guī)定了五層級(jí)廢物等級(jí)系列，依次包括減量、預(yù)備再利用、回收、能源性利用等其他利用、消除�；谠摰燃�(jí)系列，廢物生產(chǎn)和管理中應(yīng)優(yōu)先考慮那些有助于人類和環(huán)境保護(hù)的最佳措施，同時(shí)需要考慮廢棄物處置的全生命周期。此外，還須特別考慮預(yù)期排放量、自然資源維護(hù)水平、使用或提取的能源、產(chǎn)物及擬回收廢棄物或其衍生物中污染物的積累。
循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》第11條要求應(yīng)由條例規(guī)范污水污泥管理，以確保污水污泥利用平安合理。修訂版《污水污泥條例》即以此為基礎(chǔ)。
循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》第121條規(guī)定，建立自愿定期質(zhì)量保證機(jī)制，以促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，并確保在污水污泥的生產(chǎn)及管理中保護(hù)好人類及環(huán)境。修訂版《污水污泥條例》對(duì)此進(jìn)行了規(guī)定。
2.22017修訂版《污水污泥條例》
修訂版《污水污泥條例》于2017年10月3日正式生效，整體取代1992年舊版條例。條例首次對(duì)污水污泥或污水污泥焚燒灰提出了磷回收要求。條例除上述磷回收的核心內(nèi)容以外，還有以下污水污泥相關(guān)規(guī)定：
1條例第1條規(guī)定了污水污泥在農(nóng)業(yè)、農(nóng)藝、林業(yè)或園藝土壤中的應(yīng)用。
2條例第3條規(guī)定了污水污泥生產(chǎn)方有義務(wù)盡可能高效利用污水污泥，并力求回收含磷，以將回收的磷或含磷的污泥焚燒灰應(yīng)用至循環(huán)經(jīng)濟(jì)中去。
3條例第4及第5條規(guī)定了污水污泥生產(chǎn)方的核實(shí)義務(wù)，須支付土壤及污水污泥測(cè)試費(fèi)用，并委托第三方取樣測(cè)試。第4條規(guī)定了首次污水污泥土地利用前及其之后每隔10年須進(jìn)行一次土壤測(cè)試，分析土壤類型、重金屬、pH磷酸鹽含量及多氯聯(lián)苯和苯并（a芘。第5條規(guī)定了污水污泥生產(chǎn)方對(duì)污水污泥的調(diào)查義務(wù)，要求對(duì)每250t干基進(jìn)行每年412次的分析，分析內(nèi)容包括：砷、鉛、鎘、鉻、六價(jià)鉻、銅、鎳、汞、鉈和鋅含量，含鹵有機(jī)化合物，總氮含量和銨含量，磷含量，殘?jiān)�，有機(jī)物，氧化鈣，鐵含量，pH
4條例第7條規(guī)定，只有符合《污水污泥條例》及《肥料條例》限值要求，才允許污水污泥排放并進(jìn)行土壤利用，主要限值見(jiàn)表1
5條例第14條規(guī)定，3年內(nèi)每公頃施用的污水污泥干基量不得超過(guò)5t
6條例第15條規(guī)定，若使用土壤為如下情形，則不允許污水污泥的土地利用：牧場(chǎng)和永久草地，耕地牧草區(qū)域，除谷物用途和產(chǎn)沼以外的玉米耕地，用于喂食甜菜的耕地，蔬菜、水果或啤酒花耕地，庭院、菜園或小花園，林業(yè)區(qū)域，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類水保護(hù)區(qū)，自然維護(hù)區(qū)，各州公園，各州自然歷史遺跡，自然紀(jì)念碑，受維護(hù)景觀和受保護(hù)的生物群落。
2.3歐盟污水污泥指令
該指令規(guī)定了污水污泥及土壤中重金屬的限值，以及每年可施用于土壤的重金屬限值，如一種或多種重金屬的濃度逾越指令規(guī)定限值，則禁止使用污水污泥；指令規(guī)定了需要分析的其他參數(shù)，并規(guī)定了污水污泥應(yīng)檢查的最小時(shí)間間隔；指令還包括了一些應(yīng)用限制，如不得對(duì)生長(zhǎng)季節(jié)的水果和蔬菜作物施用污水污泥；指令還規(guī)定，歐盟成員國(guó)須每3年提交一份報(bào)告，以說(shuō)明該法令的執(zhí)行情況，其中須演講污水污泥發(fā)生量、農(nóng)業(yè)使用量及其組分。
2.4肥料法
肥料法于2017年進(jìn)行修訂。以下簡(jiǎn)要介紹了污水污泥利用相關(guān)內(nèi)容。
2.4.1肥料法案》
肥料法案》于2017年5月15日進(jìn)行修訂，其中特別規(guī)定了肥料、土壤改良劑、植物助劑和栽培基質(zhì)的營(yíng)銷和使用要求。該法案的目的確保作物的營(yíng)養(yǎng)，維持并提高土壤肥力，防止或防止由本法案所指的肥料和其他基質(zhì)對(duì)人類和動(dòng)物造成危害。法案要求確保在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中養(yǎng)分的可持續(xù)性及資源的高效利用，特別是應(yīng)盡可能防止對(duì)環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)損失，要求施肥須有良好的專業(yè)作業(yè)，并須結(jié)合植物要求以及土壤在類型、數(shù)量和施用時(shí)間方面的養(yǎng)分含量要求。
2.4.2肥料應(yīng)用條例》
現(xiàn)行的肥料應(yīng)用條例》于2017年6月2日生效，條例規(guī)定了肥料應(yīng)用方面良好專業(yè)作業(yè)的要求，并對(duì)肥料在農(nóng)用作出了規(guī)定：最高施肥量不得逾越每100g土壤P2O5量大于20mg磷素釋放量；從2020年起3年平均每公頃只允許50kg氮，從2023年起6年每公頃只能允許10kg磷。
2.4.3肥料條例》
2009年1月9日的肥料條例》于2017年5月26日末次修訂。按該條例，污水污泥屬于有機(jī)肥料，污水污泥焚燒灰和磷回收中的各種回收物料認(rèn)定為磷酸鹽肥料。
2.5第17號(hào)聯(lián)邦排放控制條例》17.BImSchV
2013年5月2日的17.BImSchV適用于單獨(dú)焚燒或協(xié)同焚燒污水污泥的處置廠。為限制排放，條例對(duì)總粉塵、硫氧化物、氯化氫、氟化氫、氮氧化物、汞及其化合物、一氧化碳、有機(jī)化合物和重金屬規(guī)定了限值。條例的基本要求是確保后燃室溫度850℃以上，并持續(xù)2s以上，以將焚燒灰中的有機(jī)物含量降低至低于3%TOC或5%灼減率。其中該條例的第10條對(duì)于熱輸出功率50MW以上的焚燒廠的年均排放限值進(jìn)行了規(guī)定，要求其NOx排放濃度不得超越100mg/m3汞及其化合物（以汞計(jì)）濃度不得超越0.01mg/m3
2.6空氣質(zhì)量控制技術(shù)指引》
該指引涵蓋了商業(yè)和工廠大氣污染物的排放要求。關(guān)于污水污泥處置，針對(duì)污水污泥干化有相應(yīng)規(guī)定，要求污水污泥干化廠在干燥過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣可直接源頭收集，并送入廢氣凈化裝置，并須控制氨、總粉塵、氣態(tài)無(wú)機(jī)氯化合物、有機(jī)物質(zhì)、異味物質(zhì)的排放濃度上海超純水設(shè)備。
2.7填埋條例》
2009年4月27日的填埋條例》對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、封場(chǎng)等進(jìn)行了規(guī)范。條例于2017年9月27日形成修訂版。根據(jù)廢物的危險(xiǎn)性質(zhì)，該條例明確了以下5個(gè)具有不同特性的填埋類別：
0級(jí)：惰性廢物填埋（幾乎為零污染的礦物廢物）
Ⅰ級(jí)：非危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)（有機(jī)含量極低的極低污染礦物廢物）
Ⅱ級(jí)：非危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)（有機(jī)含量低的低污染礦物廢物）
Ⅲ級(jí)：危險(xiǎn)廢物填埋；
Ⅳ級(jí)：地下填埋。
德國(guó)，原則上不允許在0級(jí)和Ⅰ級(jí)處置有機(jī)碳含量超過(guò)1%廢物，包括污水污泥。
3磷的供需矛盾
磷僅以結(jié)合態(tài)存在于自然界中，通常以磷酸鹽的形式存在磷酸鹽不可再生，大部分取自磷礦。磷礦的臨時(shí)供應(yīng)則取決于礦藏的可利用性及其技術(shù)利用經(jīng)濟(jì)性。
全球?qū)α踪Y源的需求正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。世界人口的增長(zhǎng)和發(fā)展中國(guó)家人民對(duì)更高生活水平的追求促進(jìn)了磷需求。特別是肉類消費(fèi)需求增加促進(jìn)了全球磷消費(fèi)。
堆積礦的原磷質(zhì)量下降是一個(gè)重要問(wèn)題，因其含有毒重金屬（特別是鎘含量高達(dá)147mg/kgP和核素（特別是高達(dá)687mg/kgP鈾）根據(jù)目前的一項(xiàng)研究，磷資源供不應(yīng)求的需磷高峰”預(yù)計(jì)將發(fā)生在2051~2092年之間。
按統(tǒng)計(jì)，約95%礦藏由10個(gè)國(guó)家控制，地球上80%以上的經(jīng)濟(jì)可開(kāi)采磷礦位于非洲。歐洲唯一的磷礦在芬蘭，其23億t儲(chǔ)量占全球儲(chǔ)量缺乏1%按相關(guān)資料，截至2011年底，國(guó)磷礦資源也僅占世界磷礦資源總量的5.7%且富磷礦比例較低，全國(guó)磷礦平均品位（P2O5僅17%左右，有預(yù)測(cè)表明我國(guó)中、高品位磷礦石僅能支持30年左右地國(guó)內(nèi)需求，由此可見(jiàn)我國(guó)磷礦石資源的稀缺性將不時(shí)逐年提升。
德國(guó)完全依賴于進(jìn)口原磷，因此磷是一種戰(zhàn)略資源。德國(guó)早在2000年已實(shí)現(xiàn)了污水脫氮除磷及其深度處置，污水中約90%含磷排至污泥之中。隨著污水污泥土地利用率的明顯下降，1991年到2016年污水污泥的熱處理（干化、焚燒）率從10%增加到65%但污水污泥焚燒后的灰分不能直接進(jìn)行磷的土地利用，如灰分中的磷直接用于土壤，則植物很難吸收，不只肥效低，而且還會(huì)引起土壤板結(jié)。因此，德國(guó)高度重視回收污水污泥中的磷資源，并于近年開(kāi)發(fā)出諸多磷回收技術(shù)上海超純水設(shè)備。
4磷回收潛力及方法
鑒于上述情況，德國(guó)多年來(lái)一直致力于開(kāi)發(fā)合適的磷回收技術(shù)。早在20042011年，作為德國(guó)聯(lián)邦政府資源維護(hù)建議的一部分，聯(lián)邦教育與研究部和當(dāng)時(shí)的聯(lián)邦環(huán)境、自然維護(hù)與核平安部開(kāi)展了磷回收技術(shù)的工藝開(kāi)發(fā)以及大規(guī)模實(shí)施。此時(shí)，考慮的物質(zhì)流是市政污水污泥、市政污水、剩余糞肥等。
表2顯示了德國(guó)某些物料流的磷回收潛力。
2013年聯(lián)邦政府決定停止將污水污泥用作肥料，而要求從中回收磷和其他養(yǎng)分，強(qiáng)調(diào)了污水、污水污泥和污水污泥焚燒灰作為磷回收技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。各種研究項(xiàng)目中，開(kāi)發(fā)了濕式化學(xué)法、熱化學(xué)等工藝以從污水污泥、污泥液和污水污泥灰中回收磷。
磷回收大多采用濕式化學(xué)法，如采用沉淀工藝回收磷酸銨鎂（MA P俗稱鳥(niǎo)糞石）濕式化學(xué)法通�？苫厥瘴鬯幹脧S進(jìn)水中5%30%磷，因在大多數(shù)情況下僅回收污泥液中的局部磷。該方法實(shí)施起來(lái)往往相對(duì)簡(jiǎn)單，利息也較低，且作為氮磷化肥具有良好的植物吸收性。
與濕式化學(xué)沉淀工藝相比，熱處理工藝在技術(shù)上相對(duì)較為復(fù)雜，利息相對(duì)較高。但該方法都能使污水處置廠進(jìn)水中磷的回收率高達(dá)90%以上，而且在污水污泥焚燒過(guò)程中焚毀了污水污泥中的有機(jī)污染物。
磷回收物料的植物吸收性因采用工藝不同而有很大差異。污水污泥的單獨(dú)焚燒相對(duì)占優(yōu)，因?yàn)樵摿谆厥占夹g(shù)取得磷的濃度相對(duì)較高，且重金屬等污染物濃度可控。如德國(guó)對(duì)近180萬(wàn)t/年的污水污泥的焚燒完全基以單獨(dú)焚燒，并對(duì)后續(xù)磷進(jìn)行回收，那么理論上每年可從焚燒灰中回收5萬(wàn)t左右的磷。這相當(dāng)于當(dāng)前農(nóng)業(yè)礦物磷消耗量的40%由于污水污泥焚燒灰是合法認(rèn)可的肥料，只要符合《肥料條例》限值要求，便可直接用作肥料。
除單獨(dú)焚燒以外，污水污泥的氣化、熱解或碳化也經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，并進(jìn)行了大規(guī)模的試驗(yàn)以回收污水污泥中的磷。但到目前為止，尚不能確定磷的回收水平。
表3給出了全球磷回收工藝的概況，其中諸多在德國(guó)開(kāi)發(fā)。但迄今為止，大多數(shù)工藝尚僅在實(shí)驗(yàn)室或中試裝置中進(jìn)行，工業(yè)規(guī)模實(shí)施的還較少。
4德國(guó)經(jīng)濟(jì)型磷回收情況
磷回收技術(shù)可使各種“廢物流”中的磷實(shí)現(xiàn)回收并予以利用。德國(guó)在該領(lǐng)域的研究和發(fā)展處于領(lǐng)先地位。而加拿大、日本和美國(guó)等國(guó)則在大規(guī)模工程實(shí)施方面處于領(lǐng)先地位，如Ostara珍珠工藝等多種工藝已經(jīng)大規(guī)模實(shí)施并已成功運(yùn)行了若干年。
德國(guó)也有大量不同的磷回收技術(shù)以從污水污泥、污泥液和污水污泥灰中回收磷，但大多數(shù)工藝尚處于試驗(yàn)階段。表4描述了德國(guó)磷回收技術(shù)的局部統(tǒng)計(jì)情況。
采用磷回收技術(shù)回收的磷肥中的鎘、鈾含量比磷礦中少得多。
研究標(biāo)明，使用鐵鹽作為沉淀劑所引起的高鐵含量對(duì)植物生長(zhǎng)具有負(fù)面影響。使用生物除磷工藝的污水處置廠的磷回收物證明具有提供良好的植物吸收性。通常，沉淀過(guò)程中的磷回收物比污水污泥灰中的磷回收物有更好的植物吸收性，但污水污泥灰中的磷回收物不含殘存有機(jī)物。磷回收物的肥效取決于土壤類型、植物種類、污水處置中磷沉淀類型等因素上海超純水設(shè)備。
目前，大多數(shù)含磷再生物的回收利息比磷肥的市場(chǎng)價(jià)格高出許多倍，尚只有濕式化學(xué)沉淀法才干相對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
表5簡(jiǎn)要比擬了濕式化學(xué)法和熱回收法磷回收工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。表6總結(jié)了目前可用的污水污泥利用途徑的優(yōu)缺點(diǎn)。
6結(jié)語(yǔ)
1德國(guó)，磷被認(rèn)知為一種戰(zhàn)略資源。德國(guó)于2017年10月3日通過(guò)了對(duì)《污水污泥條例》修訂，新條例的核心內(nèi)容是要求從污水污泥或其焚燒灰中回收磷。
2按《污水污泥條例》人口當(dāng)量大于10萬(wàn)的污水處置廠從2029年1月1日開(kāi)始、510萬(wàn)人口當(dāng)量的污水處置廠從2032年1月1日開(kāi)始，須對(duì)含磷量大于20g/kg干基的污水污泥采用磷回收工藝，要求從污水污泥干基中回收50%以上的磷，或?qū)⑽鬯勰喾贌抑械牧缀拷档偷饺狈?span>20g/kg干基或需從中回收80%以上的磷，通知全面禁止污泥農(nóng)用。
3按德國(guó)污水污泥處置的相關(guān)立法，只有符合《污水污泥條例》及《肥料條例》限值要求，才允許污水污泥排放并進(jìn)行土壤利用。
4從污泥處置途徑的發(fā)展來(lái)看，由于污泥協(xié)同焚燒投資較低，德國(guó)曾是發(fā)展的主流方向，但隨著《污水污泥條例》執(zhí)行，將逐步轉(zhuǎn)向單獨(dú)焚燒處置，2029年將基本廢棄協(xié)同焚燒處置方式，并在過(guò)渡期后將全面實(shí)現(xiàn)從污水污泥中回收磷資源。
5隨著磷資源稀缺性的不時(shí)提升，國(guó)應(yīng)借鑒德國(guó)經(jīng)驗(yàn)，從全球磷平衡角度立法研究污泥處置處置磷回收途徑，高瞻遠(yuǎn)矚、統(tǒng)籌規(guī)劃、近遠(yuǎn)期結(jié)合。當(dāng)務(wù)之急須防止與磷回收技術(shù)相沖突的燃煤電廠等污泥協(xié)同焚燒引起的投資浪費(fèi)及其控制因子欠缺下存在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。
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