中華人民共和國污水污泥處理標準
發布時間:2014-12-31 編輯:廣州綠世界環保
一、 任務來源根據建設部建標[2005]81號文,上海市政工程設計研究總院會同上海市城市排水有限公司、上海市園林科學研究所和上海市園林集團有限公司共同編制了本行業標準。二、 編制目的及意義 城鎮污水處理廠污泥含有豐富的有益植物生長的物質,如有機質、氮、磷、鉀和各種微量元素,也含有有害物質,如重金屬、病原菌、有機污染物等。同時,由于污水處理廠原生污泥含水率較高,直接用于園林綠化會影響施工操作和作物生長,若能使污泥經過適當處理后,用于園林綠化,不僅能改善綠地土壤性質,促進植物生長,還能使污泥中污染物質遠離人類食物鏈,節約化肥。就上海而言,從2005年到2020年中心城將增加80km2的綠地面積,所需要的綠化介質土和綠化養護土的量都是驚人的。經研究,污水處理廠污泥完全可以用于綠化介質土和綠化養護土,但我們需要為污泥園林綠化利用制訂一定的準入標準,避免其可能的環境風險,這樣也會更有利于污泥園林綠化利用的推廣和應用。目前我國這方面的標準是一片空白,不能滿足實際需要。三、 編制過程2005年3月28日 建設部任務下達。2005年9月12日 在北京召開了《城鎮污水處理廠污泥》系列行業標準編制組第一次工作會議。會上針對《城鎮污水處理廠污泥處置(園林綠化用泥質)》草稿及編制說明,征求了專家意見。2005年12月19日 針對《城鎮污水處理廠污泥處置(園林綠化用泥質)》(草稿),在上海召開專家意見征求會。 2006年6月21日 完成《城鎮污水處理廠污泥處置(園林綠化用泥質)》初稿(2006-6-21)及編制說明。
四、 主要技術內容1 關于本標準適用范圍的規定2 關于規范性引用文件的規定 下列標準中的條文通過本標準的引用即成為本標準的條文,與本標準同效。在標準正文中,引用文件不注明日期,說明當下述標準被修訂時,應使用其最新版本。GB18918 城鎮污水處理廠污染物排放標準GB4284 農用污泥中污染物控制標準GB15618 土壤環境質量標準GB/T 14848 地下水質量標準3 關于本標準涉及到的主要術語和定義的規定3.1 關于“城鎮污水處理廠污泥”的定義本標準的“城鎮污水處理廠污泥”的定義沿用了同系列標準《城鎮污水處理廠污泥處置 分類》中的定義。城鎮污水處理廠中的柵渣、浮渣和沉砂池砂礫由于處置手段與生活垃圾更為相象,因此排除在本標準所指污泥之外。 3.2 關于“污泥處置”的定義本標準的“污泥處置”的定義沿用了同系列標準《城鎮污水處理廠污泥處置 分類》中的定義:對處理后污泥的消納過程,一般包括土地利用、填埋、建筑材料利用和焚燒等。
3.3 關于 “污泥土地利用”的定義本標準“污泥土地利用”的定義沿用了同系列標準《城鎮污水處理廠污泥處置 分類》中的定義:將處理后的污泥作為肥料或土壤改良材料,用于園林、綠化或農業等場合的處置方式。3.4 關于 “污泥園林綠化”這個術語的定義本標準的“園林綠化”的本義參考了《城市規劃基本術語標準GB/T 50280-98》內的定義,“污泥園林綠化”指處理后污泥用于城市綠地系統或郊區林地的建造和養護過程。4 污泥質量準入標準的相關規定4.1 關于外觀和嗅覺的規定比較疏松,是根據上海程橋污水處理廠污泥用于園林綠化的工程實例的現場調研資料整理而得到的要求。無明顯臭味是污泥利用的基本需要,也是污泥穩定化后的基本特征。4.2 關于理化指標和營養指標的規定 本部分指標的制定,結合了土壤學和農業用肥理論,利用了上海市科委的重大課題“城市污水廠污泥在上海園林綠化上的應用”的研究成果。4.2.1關于理化指標的規定 選取了pH和含水率兩個指標。研究成果表明,用于園林綠化的污泥pH值范圍定為5.5~8.5之間較為適宜。根據污泥用于園林綠化的實踐經驗,污泥的含水率越低,越便于運輸和現場操作,但考慮到污泥處理技術的限制,污泥用于園林綠化含水率指標規定為不得大于45%。4.2.2 關于營養指標的規定營養指標選取了兩個指標:總養分(總氮+有效五氧化二磷+總氧化鉀)和有機質含量。表1為某些污水處理廠污泥總養分和有機質含量的典型值。由表中可見,污水污泥總養分和有機質等指標基本達到了普通有機農肥的標準。根據“城市污水廠污泥在上海園林綠化上的應用”的研究成果,并綜合考慮經濟性和操作性,總養分(總氮+有效五氧化二磷+總氧化鉀)不得小于40g/kg干重,規定有機質含量不得小于200 g/kg干重。 表1 污水污泥中有機質及總養分含量(g/kg,干重)城市 污水處理廠 總氮 有效五氧化二磷 總氧化鉀 總養分(總氮+有效五氧化二磷+總氧化鉀) 有機質北京 高碑店 29.4 7.1 7 43.5 482 酒仙橋 20.2 5.2 6 31.4 467 方莊 ― 12.6 7 ― 568 北小河 ― 6.9 12.5 ― 356山西太原 楊家堡 14.2 4.7 3.4 22.3 281 北郊 27.6 10.4 4.9 42.9 403 殷家堡 18.9 10.6 3.5 33 305 鎮城底 2.5 12.5 4.3 19.3 ― 古交 7.8 2.2 6.1 16.1 92江蘇常州 城西 48.3 6.6 4.8 59.7 595 城北 51.6 17.8 3.2 72.6 311江蘇蘇州 城西 48.2 13 4.4 65.6 387 新區 32.6 6.9 5.7 45.2 379安徽合肥 王小鄂 48 12 ― ― 381 琥珀山莊 33 7 ― 696廣西桂林 七里店 ― ― ― ― 635 桂林市 48.3 21.1 8.5 77.9 396云南昆明 第一污水廠 34 51.3 9 94.3 379 第二污水廠 26.2 16 10.5 52.7 352 第四污水廠 29 46.1 4.3 79.4 322浙江杭州 四堡 11 11.5 7.4 29.9 318江蘇無錫 無錫市 21.7 10.5 5.8 38 333廣東廣州 大坦沙 18 4.9 7.4 30.3 317廣東佛山 鎮安 29.6 18.4 10.3 58.3 290深圳 濱河 19.9 12.2 12.4 44.5 262遼寧沈陽 北部 22.6 15.1 12.4 50.1 356天津 紀莊子 32.6 14 9.1 55.7 414香港 大浦 12.9 34 ― 46.9 453陜西西安 北郊 15.2 9.6 ― 24.8 222總計 平均值±標準差 27.1±13.5 14.3±11.6 6.9±2.7 48.3±27.8 384±127美國 城市污泥平均值 26 8.1 4 38.1 534中國 純豬糞平均值 20.7 9 11.2 40.9 714中國 豬廄肥平均值 9.4 4.7 9.5 23.6 302普通有機農肥典型值 15~30 4~10 9~1.7
4.3 關于安全指標的規定本部分指標的制定,借鑒了美國和歐洲國家的相關標準,利用了上海市科委的重大課題“城市污水廠污泥在上海園林綠化上的應用”的研究成果,選取了污染物限值和衛生防疫安全兩方面的指標。4.3.1關于污染物濃度限值的規定污泥土地利用中重金屬污染因子主要有鎘、汞、鉛、鉻、砷、鎳、鋅和銅。制定重金屬濃度限值的依據為:防止直接吸入污泥導致人患病和中毒;防止污泥對作物本身的毒性;防止污泥對土壤微生物和動物的有害影響;防止污泥通過植物吸收或動物吸收進入人體而產生有害影響。我國現行的污泥農用標準中的重金屬限值見表2,其對于污泥用于園林綠化有一定借鑒作用。而美國EPA土地利用標準(如表3所示)在重金屬濃度控制方面不僅有最高濃度限制,還有月平均濃度限制、累計負荷限制和年污染負荷。
表2 我國現有的污泥農用標準中的重金屬限值 序號 控制項目 最高允許含量(mg/kg干污泥) 在酸性土壤上(pH<6.5) 在堿性土壤上(pH≥6.5) 農用污泥中污染物控制標準 城鎮污水廠污染物排放標準 農用污泥中污染物控制標準 城鎮污水廠污染物排放標準1 總鎘 5 5 20 202 總汞 5 5 15 153 總鉛 300 300 1000 10004 總鉻 600 600 1000 10005 總砷 75 75 75 756 總鎳 100 100 200 2007 總鋅 500 2000 1000 30008 總銅 250 800 500 1500
表3 美國污泥土地施用過程中的重金屬限值污染物 最高濃度限制1),2)mg/kg 濃度限制(月平均)3)mg/kg 累積負荷CPLRkg/ha 年污染負荷APLRkg/ha/y總鎘 85 39 39 2.0總汞 57 17 17 0.85總鉛 840 300 300 15總鉻 3 000 1 200 1 200 總砷 75 41 41 2.0總鎳 420 420 420 21總鋅 7 500 2 800 2 800 140總銅 4 300 1 500 1 500 75總鉬 75 - 4) - 4) - 4)總硒 100 36 36 5.0適用范圍 所有污泥 直接施用或袋裝施用污泥 直接施用污泥 袋裝施用污泥5)選自 503.13表1 503.13表3 503.13表2 503.13表4
另外,一些生產部門排放的污水中含有一定的有機污染物,如聚氯二酚、多環芳烴以及農藥的殘留物。這些物質在污水和污泥的處理過程中會得到一定程度的降解,但一般難以完全除去,在污泥的使用時還需考慮其可能產生的危害。我國1984年頒布的《農用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84)增加了硼、礦物油和苯并(a)芘的限值,《城鎮污水廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中增加了石油類、對多氯代二苯并二惡英/多氯代二苯并呋喃、可吸附性有機鹵素(AOX)、多氯聯苯(PCB)等的濃度限值。污泥用于園林綠化時,其污染物控制標準限值制訂過程中,曾考慮過參照EPA的part503的內容,不僅對有最高濃度限制,還有月平均濃度限制、累計負荷限制和年污染負荷。但考慮到園林綠化的特點和標準的可操作性,本標準的污染物濃度限值基本沿用了《城鎮污水廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的農用標準,只是放寬了鋅在堿性土壤中的濃度限值,如表4所示。表4 污泥用于園林綠化時污染物濃度限值1)序號 控制項目 最高允許含量(mg/kg干污泥) 在酸性土壤上(PH<6.5) 在堿性土壤上(PH>=6.5)1 總鎘 5 202 總汞 5 153 總鉛 300 10004 總鉻 600 10005 總砷 75 756 總鎳 100 2007 總鋅 2000 40008 總銅 800 15009 硼 150 15010 石油類 3000 300011 苯并(a)芘 3 312 多氯代二苯并二惡英/多氯代二苯并呋喃(PCDD/PCDF 單位:ng 毒性單位/kg 干污泥) 100 10013 可吸附有機鹵化物(AOX)(以Cl 計) 500 50014 多氯聯苯(PCB) 0.2 0.21) 本表指標1~6和8~14引用于GB18918-2002,當GB18918-2002被修訂后,引用其最新版本。
4.3.2 關于衛生防疫安全的規定污泥中可能含有一定量的病原微生物和寄生蟲卵,在污泥的應用中,可通過各種途徑傳播,污染土壤、空氣、水源,并可能危及人畜健康,需要在衛生防疫安全方面制定一些指標。表5為美國和法國的污泥土地施用過程中的病原菌限值,包括有機物減量、糞大腸桿菌、沙門氏菌、腸道病毒和寄生蟲卵5個指標。考慮到我國的國情、與原有標準的銜接和本標準的可操作性,本標準選取了糞大腸菌群菌值這個指標。其具體指標值的確定,利用了上海市科委的重大課題“城市污水廠污泥在上海園林綠化上的應用”的研究成果,見表6。 表5 美國和法國的污泥土地施用過程中的病原菌限值限制項目 美國EPA 40 CFR 503 法國Arrêté du 8/1/98有機物減量 38 %糞大腸桿菌 <1000 CFU/g TS 沙門氏菌 <3 MPN/4g TS <8 MPN/10g TS腸道病毒 <1 MPN/4g TS <3 MPN/10g TS寄生蟲卵 <1 ova/4g TS <3 ova/10g TS
表6 衛生防疫安全指標控制項目 指 標糞大腸菌群菌值 >0.01 [1]糞大腸菌群菌值含義是含有一個糞大腸菌的被檢樣品克數或毫升數,該值越大,含菌量越小。
4.4 關于種子發芽指數的規定本部分指標的制定,主要依據了上海市科委的重大課題“城市污水廠污泥在上海園林綠化上的應用”的研究成果。5 關于污泥施用的其他規定5.1 關于污泥用于園林綠化面積較大且比較集中時的施用率規定污泥施用率應根據兩方面計算確定:按土壤環境標準確定施用率和按作物吸收養分量確定施用率。北京市環境保護科學研究院郝得文等人提出計算污泥施用率的程序和計算模式,用以確定污泥施用率。污泥施用率的計算程序見圖1。
圖1 污泥施用率的計算程序(1) 按土壤環境標準確定施用率按照給定的土壤環境質量標準、土壤中重金屬的背景含量、重金屬年殘留率和污泥污染物限值可以確定污泥在該土壤中的施用率,見表7。
表7 供設計選擇的污泥施用率類型污泥施用率類型 代號 施用率一次性最大污泥施用率 S1 S1=(Wh-B)•Ts/C安全污泥施用率 S2 S2=Wh(1-K)•Ts/C控制性安全污泥施用率 S3 S3=(KWh-BKj)(1-Kj)•Ts/C注:表中Wh-給定的土壤環境質量標準,mg/kg ;B-該土壤重金屬的背景含量,mg/kg;K-該土壤重金屬的年殘留率,%;Ts-耕層土壤干重,t/(km2•a);C-污泥限制性重金屬含量,mg/kg;j-給定的年限。(2)按作物吸收養分量確定施用率按作物吸收養分量確定施用率可以按需氧量和需磷量分別計算確定,按計算中較低施用率控制,根據我國國情,以需氮量計算為主要依據。1) 污泥中可利用氮的計算氮負荷率(Nitrogen loading rates)主要根據商業肥料中提供的有效氮來確定。由于城市污泥是一種釋放較慢的有機肥料,因此,氨的化合物和有機氮量必須根據式5-1計算: (式5-1)式中 :污泥施用年內植物可利用氮量,g氮/kg; :污泥中硝酸鹽的百分含量; : 氨的損失中揮發系數。對于液體污泥地表利用取0.5,對脫水污泥地表利用取0.75,對污泥地面下注入利用取1.0; :污泥中氨的百分含量; :有機氮的礦化系數。對于消化污泥,溫暖天氣情況下取0.5,在涼爽天氣情況下取0.4,在寒冷天氣或者堆肥污泥取0.3; :污泥中有機氮的百分含量,小數; :轉化系數,1000g/kg干基。
2) 氮負荷率的污泥施用率的計算Lsn=U/Np (式5-2)式中:Lsn-氮負荷率的污泥施用率 kg/(ha•a)U -單位土地作物的氮吸收典型值 kg/haNp-污泥的含氮率 g/kg
美國部分地區單位土地作物的氮吸收典型值kg/(ha•a)見表8和表9。 表8 草料作物單位土地的氮吸收典型值 單位:kg/(ha•a)草料作物 紫花苜蓿 雀麥草 黑麥草 果園草 高牛毛草吸收典型值 220~670 130~220 180~280 250~350 145~325注:表8數據來自美國EPA的有關文件
表9 樹木單位土地的氮吸收典型值 單位: kg/(ha•a)樹木 混合闊葉林 紅松 白云杉 白楊 火炬松 雜交白楊 花旗松吸收典型值 東部森林:225南部森林:280五大湖區森林:110 東部森林:110 東部森林:225 東部森林:110 南部森林:225~280 五大湖區森林:110西部森林:300 西部森林:225注: 表9數據來自美國EPA的有關文件 5.2 關于污泥園林綠化面積較小時的施用率規定污泥用于園林綠化的面積較小時,可以參照現行污泥農用標準的施用率。《農用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84)中有一定的規定:施用符合本標準污泥時,一般每年每畝用量不超過2000kg(以干污泥計)。污泥中任何一項無機化合物含量接近于本標準時,連續在同一塊土壤上施用,不得超過20年。5.3 關于污泥施用地點的相關規定選擇污泥施用地點的重要因素有:地形、土壤的參數、地下水位、距水井等敏感區域的距離等。在本標準中對這些方面只作原則上的規定,其具體參數可在今后制訂的技術規程中確定。美國EPA污泥土地利用設計手冊中對地形、土壤的參數、地下水位、距敏感區域的控制距離都作了具體的規定。(1)地形地形影響污泥施用的關鍵指標是坡度。坡度較大的地方,施用的污泥有可能被地表徑流侵蝕。因此,需要對施用地點的坡度進行限制。林地因為植被的保水性較好,不易形成徑流,最高坡度限制可放寬至30%。表10 坡度對污泥土地利用的影響坡度,% 影響0~3 理想坡度;污泥無論是否經過脫水,都沒有被徑流侵蝕的危險。3~6 可以接受的坡度;污泥有被徑流侵蝕的風險;污泥無論是否經過脫水,直接施用于土地表面都是可以接受的。6~12 當沒有徑流控制措施時,流質污泥不適于直接施用于土地表面;脫水污泥基本上可以直接施用于土地表面。12~15 當沒有徑流控制措施時,流質污泥不適于土地利用;脫水污泥若施用時立即與土壤混合,是可以接受的。超過15 只有少數的特殊場合適宜污泥的土地利用。
(2)土壤的參數通常,污泥土地利用的適宜土質為①壤質土;②滲透性較差,或者適中;③不少于0.6m的土壤厚度;④中性或偏堿性(PH>6.5);⑤排水通暢。(3)地下水位為防止施用的污泥污染地下水,地下水位以上的土層厚度必須有所限制,一般來說這個厚度不少于1m。由于地下水位隨季節波動,短時期內0.5m的厚度,也是可以接受的。污泥施用的地點,必須進行現場勘測,以掌握充足的地下水信息。(4)距敏感區域的距離為減少污泥土地利用的環境風險,必須控制污泥施用地點距一些敏感區域的距離。敏感區域包括:居所、水井、地表水、公路、私人的不動產等區域。表11是美國加利福尼亞州在這方面的規定。表11 污泥施用距敏感區域的控制距離敏感區域 最小距離(m)私人不動產的邊界 3居民用水井 150非居民用水井 30公路 15地表水(濕地、溪流、池塘、湖泊、地表含水層、沼澤等) 30農用灌溉系統的干管 10居民供水的主要干管 60地表水的引水口 750滿足居民用水的水庫 120
5.4 關于污泥施用季節的規定規定了污泥施用季節宜在秋天或冬天,在多雨季節或炎熱夏季不宜施用。6 關于取樣和監測的規定6.1 規定取樣的一般要求。6.2 規定監測分析方法的一般要求。6.3 關于種子發芽指數的測試方法。7 關于標準實施和管理的規定7.1規定了本標準的管理和監督部門。7.2各省、自治區和直轄市可以根據總量控制要求和環境影響評價結果制定嚴于本標準的地方污染物排放標準。
五、 參考文獻(1) 上海市科委的重大課題“上海市污泥處理處置關鍵技術研究與應用”的子課題“城市污水廠污泥在上海園林綠化上的應用”的研究成果。 (2) GB18918-2002 城鎮污水處理廠污染物排放標準(3) GB4284-84 農用污泥中污染物控制標準(4) 美國EPA 的40CFR Part503條文- STANDARDS FOR THE USE OR DISPOSAL OF SEWAGE SLUDGE (5) WEF and ASCE Design of Municipal Wastewater Treatment Plants(fourth edition) Vol 3 (6) GB15618-95 土壤環境質量標準(7) GB/T 14848―93 地下水質量標準(8) GB/T 50280-98 城市規劃基本術語標準(9) 李艷霞,陳同斌等. 中國城市污泥有機質及養分含量與土地利用. 生態學報,2003,23(11):2464-2474(10) 陳同斌 黃啟飛 高定等,中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢,環境科學學報,2003年9月,p561-569(11) WEF and ASCE Design of Municipal Wastewater Treatment Plants(fourth edition) Vol 3 (12) Metcalf & Eddy,Inc. Wastewater Engineering Treatment and Reuse(fourth Edition),2002
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