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土壤污染物控制与安全标准的量化

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学社编辑 发表于 2019-9-3 08:54 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
污水灌溉与污泥土地利用之比较——土壤污染物控制与安全标准的数量化解读
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  r' q' @% u( U      人不能不喝水,也不能不吃饭。自然界中维系人类生存的有两个基本要素:淡水和土壤。粮食和蔬果的生产,是水与土结合完成的,此外,维持大规模持续产出还需要第三个要素:肥料。污泥农用的初衷正在于此。! A8 O& g. a1 J( I6 i2tech.cn
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       将人畜粪便、有机质废物还田,是数千年来农业实践的自然循环。以此为标榜,从表面上看似乎无懈可击。但随着人类社会进入工业、后工业时代,作为有机质来源的废弃物中,质和量的构成都发生了重大变化,高浓度的污染物对土壤以及食品安全的负面影响已显露端倪,甚至有些地方这种威胁已十分严重。近年来频发的毒大米事件就是一个例证。
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5 F9 p& \7 y; R' u" H       污泥来自污水处理。污泥的土地利用在我国始于八十年代的小规模试验,最近几年才有一些上规模的好氧堆肥项目陆续建成,应该说还处于市场化的开始阶段。土地利用方面的理论和实践当以美国最为“发达”(见笔者《神奇的污泥魔法——美国503污泥处置法规背后的故事》)。  K% A4 A5 S5 N2tech.cn

8 ?, ^3 s3 h# u# ?* B: j将污水用于农业灌溉,在时间还是规模上,我国才堪称“世界独步”。从上世纪五十年代开始,历经数十年的大规模实践,全国污灌面积达数千万亩之多,研究文献亦可谓汗牛充栋。  b0 y% c' p- @5 {2tech.cn
无论污泥还是污水,无论是作为固体肥料还是作为水肥,一旦进入土壤,其中的污染物都并未消失。区别只在于初始的形态,一个是稀释在水中,一个是浓缩在污泥中。同样施用于土壤,从污染物当量看,两者存在直接的关联。
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: E* i5 w. ]% x) P; W$ R/ h  {本文拟从污泥与污水中污染物浓度的构成,污泥土地利用和污水污灌所形成的污染物在土壤中累积的角度,对比研究我国与德国、美国在污泥土地利用和土壤质量保护方面法规的异同,对污泥土地利用的安全性进行一次深入的探讨。' i' n: d5 D) K0 o* ~2 L1 X2tech.cn

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一、污灌是什么?

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# k3 {% p! F0 ~, ^+ e  C# x污灌的定义可有广、狭之分。狭义是指将不经处理的市政、工业污水进行农田灌溉,经过污水处理的合格再生水不在其内。广义则包括来自工业和市政污水处理厂的合格再生水。由于水体被偷排的工业、市政污水所污染,采用水质严重不合格的江河湖水,实际上也应归入狭义范畴。在国外文献和标准中所讨论的污灌,其实是仅指污水处理后的合格再生水。+ o% L. Y6 E$ F8 I  ]3 t3 S2tech.cn

% B$ A* n  t. w$ M4 U# i8 C将不加处理的市政污水乃至工业污水直接用于农田灌溉,是我国自上世纪五十年代以来大力推广的应用。“彼时,在国家级层面上倡导污灌有两个主要原因:一是给农业发展提供水肥,二是在处理设施匮乏的情况下给城市污水寻找出路。1958年全国第一次污水灌溉农田会议召开后,青岛、大连、太原、北京、天津、西安、石河子等一些北方缺水的城市,相继开展了城市污水回用试验。污灌区主要分布在城市近郊等周边地区及排污河沿岸。随着其后污灌技术的迅猛铺开,全国范围内陆续形成了五大污灌区,分别是天津污灌区、北京污灌区、辽宁沈抚污灌区、山西整明污灌区及新疆石河子污灌区”(焦建《污灌凶猛》 载《财经》2011年22期)。$ V( T! ?' G6 B8 J1 v: s& H% {5 Q2tech.cn
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历年有关污灌面积的统计有较大出入,但总体上来说数量惊人:& w5 ?4 u1 J0 q- m7 |8 ^7 Q2tech.cn

$ }1 B% L5 E' P6 K) F8 g5 M  p“1963年全国污水灌溉面积仅有4.2万公顷,1978年为33.3万公顷,到1980年猛到133.3万公顷,到20世纪90年代初已经达到300万公顷。据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计,1998年我国利用污水灌溉的农田面积为361.84万公顷(折合5427万亩),占我国总灌溉面积的7.33%,约占地表水灌溉面积的10%,该面积比20世纪80年代初第一次污水灌溉普查时加了1.6倍”。(陈朝阳《污水灌溉对黄河滩区土壤环境影响初探》)) S/ m- y4 G" D2tech.cn
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“我国污灌面积由1978年的约4000 平方公里增加到2003年的30000平方公里,约占全国总灌溉面积的10%”(折合4500万亩。苏杨《中国农村环境污染调查》,载人民网2006年1月18日)。; w! e1 G0 c0 W3 I. a) |0 L9 R2tech.cn

" {( v" ?. Y# U+ L2 C“早在1993年中国农村的污水灌溉面积就达2.36亿亩(1573万公顷),占全国总耕地面积的16.5%和总灌溉面积的36.6%。其中超过农田灌溉水质标准的达395万公顷,折合播种面积609.4万公顷。到了1998年情况有所好转,但农村的污灌面积也不容乐观,达5427万亩,占全国总灌溉面积的7.3%。1999年污水排放量达401亿m3,污水的水质发生明显的变化,水中污染物浓度增高,有毒有害的成分增加。造成土壤、作物及地下水的严重污染”(2004年环境状况报告)。
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1 ]& v/ {2 b9 D; }8 Z污灌导致土壤污染,应该说也十分惊人:5 U( C6 e9 B/ S. F5 n. O2tech.cn

+ g* ?6 r4 n4 z9 F“早在1974年时,中科院沈阳应用生态研究所已经发现:使用工业废水多年的沈阳张土污灌区的大米遭到镉污染,糙米镉含量最高达到2.6毫克/千克,后来米质差到完全不能食用,只能用来制作浆糊,而张土污灌区也只好改做开发区”(焦建《污灌凶猛》)。: T% r: _5 j2 s0 i. o. \( a2tech.cn

$ C! I( s# u2 M; ~“早在上世纪80年代中期,天津资环所现任副所长王正祥就曾参与过天津市园田土壤和蔬菜中8种重金属,即汞、铜、锌、铅、铬、镍、砷、锡的含量状况调研。调查结果表明,施用城市垃圾肥的土壤,有5种重金属含量高于背景值,其中汞达到背景值的30多倍;而污灌区土壤,8种重金属含量全部高于背景值,其中镉超出10倍,汞超出125倍”。(《中国人的食品正遭受“重金属”毒害污染》,载南方都市报2010年9月25日)
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“沈抚污水灌区是我国最大的石油污水灌区,位于辽宁省沈阳、抚顺两市之间。灌渠修建于20 世纪60 年代,每日引自抚顺市工业废水和生活污水约40 万t 。沈抚灌区的工业废水主要来自抚顺市石油及化工、发电、钢厂等30 余家重点污染源的排水。其主要污染特点为石油类有机污染,污染物含量变化较大。多年的监测结果显示石油类和挥发酚分别超过国家标准70 倍和200 倍之多。污水主要用来灌溉农田。& a( j% i* O6 C2tech.cn

  d1 Z% B7 @1 p% [自20 世纪80 年代起,随着人们对污水灌溉危害认识和政府重视的加强,污灌区逐步开始了清水灌溉改造和清污分流工程建设,……污灌40 年来,该区也产生了很多环境问题。由于长期污灌,在深井子镇的灌渠上游地区,造成了水稻秧苗生长速度缓慢、烂根、粒瘪等现象,产出的大米有浓重的石油味和芳香族化合物气味,污染严重。同时该地域的地下水和地表水水质也受到了严重的影响。据统计,该地区有400 多眼井受到不同程度的污染,浅层地下水有浓重的异味及油污”。(刘小楠等《我国污水灌溉现状及典型区域分析》载中国农村水利水电2009年06期)
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- O# p5 N3 ^# N1 w6 O& j“据农业部此前进行的全国污灌区调查显示:在约140万公顷的受调查污灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8%,其中轻度污染的占46.7%,中度污染的占9.7%,严重污染的占8.4%”。(焦建《污灌凶猛》)
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3 K8 |) [# k( p" v. I污灌尚属“主动”污染,是可统计对象,而因水体污染所造成的事实上的“被动”污灌的影响,则可能更触目惊心:: L, y) I9 ~/ C& K3 }$ r2tech.cn

. q6 L# S' J$ P9 c- S- N“淡水资源污染波及全国。如果从淡水资源人均占有量上说,中国缺水主要是指北方区域的话,那么,淡水资源的污染却是一个具有全国性的问题。而且,越是丰水区和大城市,越是人口密集地区,往往污染越是严重。结果丰水区出现水质性缺水的现象。这是中国淡水资源更为严重的问题。最近,中国水利部门对全国约700条大中河流近10万km的河段进行水质检测,结果是近1/2的河段受到污染,1/10的河段被严重污染,不少河水已失去使用价值。另据调查,目前全国有90%以上的城市水域,受到不同程度的污染;在部分流域和地区,水污染已从江河支流向干流延伸、从地表向地下渗透、从陆域向海域发展、从城市向农村蔓延、从东部向西部扩展。近年来中国废水、污水排放量以每年18亿t的速度增加,全国工业废水和生活污水每天的排放量近1.64亿t,其中约80%未经处理直接排入水域”(苗硕《中国淡水资源现状与保护措施探讨》)。8 b) R$ G) Y; i( o1 s. c7 T+ A. x2tech.cn

0 U. R) A' Z: L( T& p3 I水利部发布的《中国水资源公报2000》指出,我国700多条、11.4万公里的河长中,Ⅰ-Ⅱ 类河长只占28.9%,Ⅲ类河长占29.8%,“人体不可触摸的”Ⅳ河长占16.1%,“丧失了使用价值的”Ⅴ类和劣Ⅴ类河长为25.2%。$ s' \1 ]6 I3 k9 o2tech.cn

0 {5 B4 [1 B/ u1 S, z- W4 O在水源被严重污染的情况下,无需政府大力推广,污灌事实上已成为无法回避的常态。4 o( [8 Y( {! L( Y2tech.cn
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中国18亿亩的可耕地中,灌溉面积约7.4亿亩,其中到底多少属于纯污灌区,多少是清污混合灌区,多少是间歇污灌区,总面积是2.36亿亩还是5427万亩,数字已经不再重要,重要的是我们知道:污灌对耕地土壤已经事实上造成了严重污染。$ `  h/ S- p1 x. {2tech.cn
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污灌造成两大后果:一是食品污染,近年来多次被媒体报道的“镉大米事件”就是水体被污染,使农民赖以灌溉的水源被污染,从而产出的稻米也被污染的典型事例。二是地下水污染,国土资源部报告显示,2010年国土资源部和水利部联合对全国182个城市开展地下水水质监测工作。结果表明,在4110个水质监测点中,较差-极差级的监测点占57.2%(《全国六成城市遭污染 地下水危机倒逼治污市场加速启动》)。
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二、污灌的标准

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0 p+ z" U$ z7 k. t% `( g污灌是十九世纪末国外曾采用过的一种城市废水处理途径。在缺水地区,它已成为一种值得推荐的资源再利用方法。不过,值得注意的是,国外所有的污灌,都是以处理后的污水为对象。
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; J2 G* u" l# w/ u- C世界上污水回用比例最高的是以色列,回用率高达70%,其污灌(农用)水质的立法最有代表性。以色列环境部2003年版的标准中,对无限制灌溉用的回用水规定了38项指标,其中:BOD 10,TSS 10,COD 10,汞 0.002,铬0.1,铅 0.1,镉 0.01(单位mg/l,转引自欧盟文件Development of Tools and Guidelines for the Promotion of the Sustainable Urban Wastewater Treatment and Reuse in the Agricultural Production in the Mediterranean Countries, 2005)。
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我国早在1961年就出台过《污水灌溉农田卫生管理试行办法》。1985年农业部发布了《农田灌溉水质标准》(试行),并于1992年和2005年两次修订。92年版GB 5084-1992规定的检测指标是29项,其中BOD 80,TSS 150,COD 200,汞 0.001,铬0.1,铅 0.1,镉 0.005。现行版本GB 5084-2005的检测指标减少为16项,其中BOD 60,TSS 80,COD 150,汞 0.001,铬0.1,铅 0.2,镉 0.01。% ?) y1 K8 Z( x* x3 ^* |2tech.cn

: D8 h+ P, k# s从重金属污染物看,我国标准似乎比以色列还严格,但实际上,真正能检测的指标(BOD、COD、TSS)却极为宽松。正是由于这些指标的宽松,在对应的污水处理深度下,重金属污染物的大部分是无法从水中除去的。于是形成了我国污灌的一大特色:标准是有,但不可执行,或根本不执行,也从未有过有效的监管体系。污灌造成了事实上的大面积土壤污染。: B' F# _, x  E% r! P* N2tech.cn
现在轮到污泥了。究竟建立怎样的标准是安全的?有什么监测体系能确保新的污泥标准被不折不扣的执行呢?* a) ]0 A7 t& C5 i2tech.cn
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三、环境立法的目标

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8 ?7 \6 o, C* h业内有这样一种说法:标准就是游戏规则,参与制定处置标准,就能在今后的竞争中立于不败之地。9 a1 k  p, q/ e6 Y0 Y' g0 {2tech.cn
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这句话从技术推销角度看也许是如此。比如现在我国的垃圾处理标准鼓励焚烧,于是国外所有的焚烧技术厂家都杀进了中国来分一杯羹。污泥标准鼓励土地利用,于是堆肥马上有“火”起来的迹象。不过,这种认识从环境角度看是有问题的,因为环境立法的终极目标不是设立准入门槛或发放污染物排放配额,而是要确保最起码的人民健康生活的环境质量。
: Z! C: d6 I, E& n( r! T+ Y) ?/ _. P5 U就像所有的人学开车,首先要学交规。交规只是笼统地说不要超速,并列出不同公路等级的几个车速限值,开车人应随时根据路边的交通标志和路况调整车速,如果在闹市也以120公里/小时的最高车速开下去,那是一定要出事的。
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环境标准也类似,一般会定出几个限值,这些限值有高低之分,需要结合具体适用条件来执行。制定农用污泥的最高污染物限值有没有意义呢?当然有意义。但是,这并不意味着污泥满足了该浓度限值,在规定的最高施用量和最长期限内就可以敞开施用了。终极的限制标准其实是来自污染物的归宿地——土壤的健康状况,也即土壤质量标准所确定的目标。
& F' L1 H7 |) A! q8 H这就是环境立法中存在的所谓“行为责任”与“状态责任”的关系问题。- d; n: }. `3 K$ z+ I1 T2tech.cn

: E6 D) }+ ~1 Y$ l: T1984年城建部颁布了《GB4284-84农用污泥中污染物控制标准》,限定污泥施用的期限为20年,干基污泥施用量2000公斤/亩(30吨/公顷.年)。2009年,仍是住建部颁布了《CJ-T 309-2009 城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(以下简称CJ-T 309-2009),将污泥分为A、B两级,分别对应食物链和非食物链,规定年累积施用量7.5吨/公顷,最高连续施用10年。# Q. c& q+ H" M. ^6 ^" K; X2tech.cn

( W( c$ f0 L* F' t# x; U) X就污泥土地处置而言,城建部/住建部代表的是污泥产出方,是行为责任人,它的目标是要将污泥给出去,给到农用土地中去。而这里的“状态责任”人是谁呢?应该是农业部或国土资源部,因为农用土地如果被污染,应该是他们的责任。但迄今为止,农业部或国土部未参与制定和颁布任何有关污泥土地利用的标准。) `  u. t3 G1 F  ~2tech.cn
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不难看出,污泥农用标准的制定颁布本身,已显示存在“行为责任”与“状态责任”的矛盾。
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( L. H; X' b4 O! q5 p2 x- [如果随意倾倒污泥,造成了土壤污染,按照我国现行的执法原则,全部责任在实施倾倒的“行为责任”人一方。但是,事实上,环境健康和安全不是行为责任人能完全负责的,一旦污染,行为责任人顶多被罚款,极个别的可能还会蹲班房(如北京门头沟污泥倾倒案),但已造成的损害会持续(无法治理),而更大范围的环境损害仍会继续发生。2011年我国城镇污水处理能力已达1.36亿立方米/日,理论上每年应有3000-4000万吨污泥产出,以目前现有的处置项目和能力考虑,绝大部分实际上仍在非法弃置中,弃置到哪里当然根本无法统计。
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其实,我国早在1995年就有了《土壤环境质量标准 GB15618-95》,但大量土壤仍被严重污染,除了污灌外,还有矿区污染、石油污染、固体废弃物堆放污染(这其中就包括了污泥)、工业三废污染耕地,共计2000万公顷(2006年国家环保总局全国首次土壤污染状况调查数据)。显然,矿区、石油、工业、城镇废弃物污染的行为责任,是无法追溯到地矿部、石油部、化工部、冶金部、住建部这些部门头上,并让他们来买单的,换句话说,我国环境方面的立法如果仍以行为责任为对象,一个根本性的矛盾仍将难以解决:被弃置对象(土壤)的法律主体及其责任不明确。
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在污泥处置方面,德国的立法有可资借鉴之处。1998年3月17日颁布的《联邦土壤保护法》(Federal Soil Protection Act - BBodSchG of 17 March 1998),其管辖对象的第一条就是统筹管理《封闭物质循环和废弃物管理法》(Closed Substance Cycle and Waste Management Act)、《化肥法》(Fertilizer Act)及其附属条例,其中包括1992年4月15日颁布的《污水厂污泥条例》(Sewage Sludge Ordinance)。, n! [- c# w1 `- j2tech.cn

6 A8 C0 w# F+ j7 g, ?# g该法案规定,被污染土地的肇事者、土地所有者、占用者、继承者均须承担将被污染的土地无条件恢复并使其无害化的责任。它将环境保护/土壤保护的管理责任落实在“状态责任方”而非“行为责任方”,对于法规的可执行性有极为重要的意义。
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在德国,污泥的土地利用只能在非常严格的监督下才能进行。法律明确规定了将执行的监督权授予第三方。污水厂污泥条例中,首先禁止施用混入工业污水的污泥,禁止施用未经处理的生污泥,也禁止对果园、菜园、永久性草场、森林用地、自然保护区、水源地、陡坡等施用污泥。可施用的污泥分为两档,一档是污染物浓度极低的污泥,只规定首次施用前需要检测污泥中的污染物浓度和每10年为期监测土壤健康状况,污泥指标为(单位mg/kg 干基):汞1,铬100,铅100,镉1.5。干基施用量为每三年每公顷5吨。另一档是污染物浓度较高的污泥,指标为:汞8,铬900,铅900,镉10。对此它特别明确规定,这种指标的污泥施用必须由第三方授权机构进行高频度的检测(每两个月至6个月,根据机构的要求进行)。
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尤为重要的是,土壤保护法中规定了年度进入土壤的污染物最高限值,这也是判断土壤是否被污染的一个基准值。《联邦土壤保护和污染站点条例》(Federal Soil Protection and Contaminated Sites Ordinance, BBodSchV)第5节规定,从各种途径(土、水、植物)向土壤输入污染物有一个上限,高于该值将被认为是对土壤构成污染(单位:克/公顷.年):汞1.5,铬300,铅400,镉6。
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如果仅比较污泥的污染物最高限值,人们可能会发现CJ-T 309-2009甚至比德国还严格(王海燕等《国内外污水处理厂污泥标准对比研究与建议》,载给水排水2010.10),但实际上,这种解读有失准确,因为它忽略了与此相关的另两个关键限值:年污染物输入量、污泥施用量。CJ-T 309-2009未规定污染物的输入量,仅规定了污泥的最高施用量和时间:7.5吨/公顷·年,最长连续十年。通过计算比较(见后),我们会发现,CJ-T 309-2009的A级污泥标准,在污泥施用量上其实是德国的4.5倍,在污染物施用量方面分别是3.75倍(镉)和15倍(汞)。: R3 [4 z& s) q6 Z& j( @2 d5 A2tech.cn

1 o% X6 f: ^5 X$ W5 J9 n前面的论述已阐明,污水未经处理就直接进入土壤(污灌)是不可行的,这一点已为惨痛的经验所证实。那么,将污水中的污染物拿出来,浓缩成污泥后再进入土壤,要怎样才能保证土壤是安全的呢?" q7 g/ ~, I  V2 z2tech.cn
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要回答这个问题,有必要进行一些量化分析。
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四、量化比较
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* X/ J7 k7 R  H# J/ ^7 X0 y5 x1、比较方法% Q1 D$ s+ d- Q4 |- Q. q  k% l2tech.cn
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1)施用污泥的土壤污染物浓度2 X& ~8 l# b" e' l5 b3 @4 p4 F5 Z7 L2tech.cn
污泥是污水处理所产生的。污水进水中的污染物经过处理,其中的大部分会被凝缩在污泥中。
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根据标准,确定污泥的污染物浓度(如汞、镉)。2 G: \! C& `* j" O2tech.cn
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农业耕作的表层土壤取厚度取30厘米(参考Federal Soil Protection and Contaminated Sites Ordinance),干基密度取1250公斤/立方米,由此得到土壤质量。
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  F6 H* W; W/ o8 B根据标准所规定的污泥施用量,得到污染物输入量,并进而得到累积污染物浓度。可考虑经由作物、水汽途径污染物的散失量为总量的一个百分比(如15%)。4 Z2 R1 u: S" h3 U2tech.cn

3 J; i& y- f! i0 G& }+ V* ^同理,考虑有机质的输入量及其降解率(如有机质含量60%,降解率50%)。- R6 D! q: r  K8 U/ G0 Q- [2tech.cn
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考虑当地土壤的污染物本底浓度,由此得到施用期末的土壤中累积污染物浓度。将此浓度与《GB15618-95土壤环境质量标准》的二级标准“为保障农业生产,维护人体健康的土壤限制值” (0.30 mg/kg)进行比较(这里未选择德国标准,而是选择了中国标准进行比较,是因为德国土壤保护法中对土壤镉含量的规定要严格得多:对种植小麦或镉累积作用明显的蔬菜,镉的行动值为0.04 mg/kg,其它为0.1 mg/kg,见Federal Soil Protection and Contaminated Sites Ordinance, Clause 2.2)。! V9 x/ ]* v& X- r2tech.cn

, N4 d3 G' O2 Z2)污灌的污染物浓度; B. i' Y) g# [/ }( j2tech.cn
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已知污泥的平均含固率(如20%),可得到折算的湿泥量。
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常见市政污水产泥量为70~100吨/10万吨级,取典型值80吨,则污泥量可换算为污水量,作为未经处理的污灌水量。1 |5 d1 z& @  V! d8 x- Y2tech.cn
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农业灌溉水量根据作物类型和气候而变化,一般在每年600~1200mm/平方米,如水稻种植在1000mm/平方米,这里取800mm,换算为灌溉水量。
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+ E. a+ _+ j  d* p将污泥中的污染物总量除以折算污水量,得到污灌水的平均污染物浓度。' g5 l4 `; t+ W7 \+ u2tech.cn
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经过二级处理,原进水中的污染物中只有一部分进入了污泥(参考欧盟文献《Pollutants in urban waste water and sewage sludge》,选择PTE removals and transfer to sewage sludge during conventional urban wastewater treatment表中的二级污水处理污染物去除比例的取值)。根据该比例,反推得到原进水的污染物负荷。
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将污水处理前后的污染物负荷与《GB20922-2007城市污水再生利用农田灌溉用水水质》中的数值进行比较,以判断污泥土地利用的污染物施用负荷和折算为污灌的污染物负荷对土壤的影响。
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6 G# z  D/ o" S& M% u) c$ o8 d2、计算结果
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! r5 @! S& i" |4 Z4 Y以镉为例,让我们来看一下德国标准的数量概念。
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根据欧盟文献(Background values in European soils and sewage sludges II, p58),德国粘土质耕地的镉背景值为0.25mg/kg (50% percentile)。根据德国污泥农用标准,干基污泥中镉浓度不得超过1.5mg/kg,施用年限为30年(Sewage Sludge Ordinance - Klärschlammverordnung – AbfKlärV关于污泥施用记录保存的规定)。污泥所携带的污染物折算为处置湿泥量555公斤/亩.年,相当于694吨未经处理的污水,年度污染物施用量0.0025公斤/公顷.年,此值是美国503标准1.9公斤/公顷.年的0.1%,是德国年度施用量0.0060公斤/公顷.年的42%。德国标准中污泥施用速度限值为5吨/公顷.3年,则干基污泥的施用量不超过1.66吨/公顷.年,是CJ-T 309-2009标准7.5吨/公顷.年的22%。
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当农业灌溉用水量取值为800毫米/平方米.年时,灌溉用水量533立方米/亩.年,污泥中污染物的折算污水当量694吨比灌溉需求高了30%,这意味着污染物向土壤中转移的速度甚至比污灌还快。在污染物的累积施用量4995毫克/亩中,镉的去除率约64%,则污水进水的镉浓度在0.0004mg/l,出水应在0.0001mg/l左右。这一数据远低于典型的回用水指标(如国标的0.005mg/l)。30年期末土壤镉的最高累积浓度约0.267mg/kg,与污染物土壤安全浓度(GB15618-95二级)0.300mg/kg较为接近。     2 w6 `0 s- z8 g7 F, e$ ^2 ~- [2tech.cn
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       再对CJ-T 309-2009标准进行计算如下:
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. k5 \! |9 ?8 ?# H$ ^- ?% L假设我国耕地的镉背景值为0.20mg/kg(注意,此值低于我们选择的德国背景值一大截)。根据污泥农用标准,干基污泥中镉浓度不得超过3.0mg/kg,施用年限为10年。污泥所携带的污染物折算为处置湿泥量2500公斤/亩.年,相当于3125吨污水,年度污染物施用量0.00225公斤/公顷.年,此值是美国503标准1.9公斤/公顷.年的1.2%,是德国年度施用量0.0060公斤/公顷.年的375%。CJ-T 309-2009的污泥施用速度为7.5吨/公顷.年,是德国标准的450%。
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当农业用水量取值为800毫米/平方米.年时,灌溉用水量533立方米/亩.年,污泥中污染物折算的污水当量3125吨是灌溉需求的586%,这意味着污染物向土壤中转移的速度比污灌更快、更集中。在污染物的累积施用量15000毫克/亩中,污水进水的镉浓度在0.0008mg/l,出水应在0.0003mg/l左右。10年期末土壤镉的实际最高累积浓度约0.250mg/kg,接近GB15618-95的二级标准)0.300mg/kg。      ) M8 C4 e4 h; M" B2tech.cn

+ G" r! p7 G' D6 k, A5 f       实际上,我国市政污泥泥质的实际情况远没有CJ-T 309-2009标准所预计的这么乐观,镉、汞等重金属一般均大幅度超标。比较典型的镉浓度值应该在5~20mg/kg,汞浓度在8-20 mg/kg以上。关于这一点不难得知:污泥既然是污水污染物的浓缩,如果知道进水的污染物负荷,污泥的污染物负荷也就不难推知。6 @% t- ]$ ?8 D+ K8 v; M5 W3 n2tech.cn

1 n; {9 S  l, c4 m8 Z& M; G仍假设某地土壤镉背景值0.20mg/kg,干基污泥镉浓度8mg/kg,仍维持CJ-T 309-2009标准的施用量7.5吨/公顷.年,则施用年限只需7.4年,土壤中的镉浓度就会达到GB15618-95的二级标准的上限0.300mg/kg。此时的年度污染物输入量是德国标准的10倍,污泥施用量是德国的4.5倍。在土壤中累积的29600毫克/亩污染物,相当于污水进水镉浓度在0.002mg/l,出水0.0007mg/l。
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8 d8 I1 n" T3 n根据周启星等《沈阳张士污灌区镉循环的分室模型与污染防治对策研究》,1982-1991期间污灌污水的镉浓度在0.002~0.023 mg/l。尽管1984年以后的镉污染物浓度已低至0.002,但该灌区难以逆转的镉污染早已形成。污水镉污染浓度的下限0.002mg/l尚且造成污染,0.023mg/l的污水所可能产生污泥的镉浓度将不会低于90mg/kg!GB5084-2005给出的镉浓度限值0.005mg/l如折算为污泥应在20mg/kg左右。从这些数据看,对污泥的重金属含量做出过于乐观的判断(平均值2.8mg/kg,70%统计样本,见陈同斌等《中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势》,载环境科学杂志2003.9),恐为时过早。这种背景下,污泥的土地利用恐极易造成土壤重金属的污染。
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五、结论与讨论
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我国最近一个时期食品安全事故频仍,与耕地大面积污染有关,未加任何处理的污灌就是罪魁祸首之一。污灌教训近在眼前,而与污灌同一污染源的污泥,目前正在积极拓展农用的空间。我们根据简单的原理分析和计算就可发现,污泥的土地利用其实与污灌极为类似,其向土壤中输入污染物的速度和污染程度只有过之而无不及。
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从立法层面看,污泥处置不应是一场小孩子们玩的丢手绢游戏,能以击鼓传花的方式,把问题兑到别人手里就算完了。行为责任与状态责任的关系不理顺,土壤安全的责任主体不落实,日益普及的“毒大米”问题就会如噩梦般挥之不去。) J% o' i7 w! |0 ~0 J2tech.cn
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在这方面,德国标准体系的可借鉴之处在于,它以土壤保护法为框架,统管废弃物循环、污泥土地利用处置等相关法规,政策上具有协调一致性,所规定的污染物控制指标有严格的计算依据,可保证长期应用而不会造成土壤安全问题。
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# k2 Q; t* W  G( O4 J相比之下,我国污泥标准的制定有自扫门前雪、各自为政之嫌,标准的取值可能过于乐观,而与实际情况偏离(污灌水质指标镉浓度0.005mg/l对应的污泥镉浓度20mg/kg,农用污泥指标镉浓度仅3mg/kg,对应的水质镉浓度0.0008,标准之间就有5倍以上的差别);一些指标表面上看,给人以世界最先进的印象,实则不然,控制指标偏宽而非偏严,有为开拓处置出路而牺牲环境质量的倾向(德国可处置30年以上,我国仅10年)。
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德国立法的优点在于,以状态责任为基点,责任界限十分清楚。污染者付费作为一种原则当然是正确的,但当污染者无能力负责时,土地的所有者、继承者就对土壤安全负有全部、直接、不可推卸的责任。当所有者也没有能力负责时,公共资金即国家必须负责,但国家有权在土地出售时优先获得偿付。
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农业土地的经营者可以使用各种来源的有机质,污灌也好(水途径),有机肥也好(土壤途径),来自垃圾可以,来自污泥也行,但三十年内的一切施用、检测记录必须完整保存。国家鼓励公民举报可能被污染的土地,由国家组织进行监测,一旦确认污染,必须立即停止使用,并自费恢复到未污染的状况。所以土地一旦污染,产权所有者的财产将意味着大幅贬值。在如此严峻的责任、严格的管理下,一般消费者自然不必有吃到毒大米的担忧。
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5 U0 M: j  B- h' W/ Y6 e. y德国污泥土地利用处置法明确禁止混入工业污水的污泥农用,且禁止污泥用于果蔬、草场、森林,这一点可能与国人的常识相悖。CJ-T 309-2009标准中明确的施用对象就是“农田、果园或牧草地等”。因为我们一向以为只要不直接入人的口,只要该农产品不是生吃的,污泥用在哪里都无妨,特别是森林、草地这样的似乎远离人类食物链的地方。这种差别其实最深刻地体现了德国人对生态保护的准确理解上,因为草场、森林的生态系统比耕地要脆弱得多。2 @; o. P2 C2 \: g3 |2tech.cn
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环境立法不是发放污染配额,也不是授予企业一次申请、有效期内无条件有效的“营业执照”。环境立法的好坏,主要表现在它对环境质量保护的尺度是否准确、适度,体现的实际是一种终极人文关怀和科学精神,这不是简单照抄别人一两个概念、三两个数值就能办到的,何况有时候抄走了样是很可能误事的。在大跃进的凯歌声中催生的污灌就是一例,“污灌示范显示出的粮食丰产的诱人成果,使农民欣喜若狂。争相引污灌溉,并将沈抚灌渠称之为‘大米河’、‘幸福河’。然而正是这所谓的‘大米河’、‘幸福河’流淌出的‘金水’,酿出了之后岁月里农民们吃不尽的苦果,黑土地的厄运也由此拉开序幕(臧福民等《厄运降在黑土地——关于沈阳污灌问题的忧思》,中国环境报2008.4.22)。
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- |+ T6 c: [% g3 K; |7 v有人也许会问:德国标准是否过于严格了呢?因为欧盟标准(86-278-EEC Sludge Applied for Agricultural Soil)所规定的值要比德国标准宽松得多,比如它规定镉的土壤上限浓度为1-3mg/kg,农用污泥的镉上限值为20-40mg/kg,年度输入的污染物镉限值为0.15公斤/公顷.年,期限10年。) ?( U9 R: v9 k& h3 [& I* y) F2tech.cn
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笔者以为,欧盟标准出台于1986年,那时正是污泥开始大量产生,亟需为其寻找处置出路的时刻(有点类似于美国503出台时的背景),是特殊年代、情景下的产物。德国污泥标准始编于1992年,1999年被置于土壤保护法的框架下,并历经1997、2002、2003、2006、2009、2010年与多项相关法律参订而成,其技术上的考量应该更新、更完善。
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尤为重要的是,我国污灌的惨痛教训也实际证明了法规趋严的必要性。对于土壤镉背景值0.20mg/kg,以20mg/kg污泥农用(等同于0.005mg/l的污灌),以7.5吨/公顷.年的施用速度,要达到>0.30mg/kg的轻度污染,理论上只需要2.5年;达到1.0mg/kg的中度污染也只需要20年。沈阳张士污灌区从1958到1974年发现重度污染,也就十几年而已。7 ^& N5 z0 ~3 }2tech.cn

0 F9 G7 D% e3 h! j6 Y如果土壤在十几年后不得不弃耕,在中国要找到足够的耕地来处置污泥,恐怕会是一个Mission Impossible。据官方统计资料,过去几十年的污灌应对330万公顷,即约5000多万亩耕地的污染负责,它相当于红线耕地面积18亿亩的3%,灌溉土地的10%。迄今为止,美国用于污泥处置的农田也就占耕地的1%。土地农用的提倡者们不妨自问:中国有多少耕地可以“牺牲”来做污泥处置呢?
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统一、协调、可执行的立法是第一步,严格的执法和监督体系是第二步。德国法规中所要求的监管体系,即第三方权威性监督、对应标准的高检测频率及其可能导致的高成本,在弄虚作假成风的我国,被认真执行的几率能有多少?7 ]( t5 {3 v2 x! U4 b2tech.cn
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要避免食品污染,须保证土壤安全。要保证土壤安全,应该避免进一步污染损害土壤。我国现阶段工业和消费的构成,使得污泥充满变数,至少到目前为止,污泥恐怕很难被看作是一种稳定、安全的有机质来源。. A6 z; @3 i2 v5 G8 A2tech.cn

8 s" `0 U+ ~, u, p. L印第安古语有云:土地不是我们从祖先那里继承来的,而是从我们的子孙那里借来的。美国的503标准对污染物向土壤转移的控制值比德国标准宽了何止百倍(镉输入速度美国1.9公斤/公顷,德国0.006公斤/公顷;汞美国0.85公斤/公顷,德国0.002公斤/公顷),其立法理念与这句古语的精神颇有不合,不论也罢。但中国的土地是今日的炎黄子孙自己的吧?我们是否考虑过要善待自己的子孙呢?
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