北極星水處理網訊:導讀：德國於2017年10月3日通過了對《汙水汙泥條例》的修訂，核心內容是要求從汙水汙泥或其焚燒灰中回收磷。按德國汙水汙泥處置的相關立法，只有符合《汙水汙泥條例》《肥料條例》的限值要求，才允許汙水汙泥排放並進行土壤利用。分析了德國磷的供需矛盾及磷回收潛力及方法，介紹了德國經濟型磷回收情況。從德國汙水汙泥處置途徑的發展來看，由於協同焚燒投資相對較低，在德國曾是發展的主流方向，但隨著《汙水汙泥條例》的執行，德國將逐步轉向單獨焚燒處理，到2029年必將基本廢棄協同焚燒處理方式。德國汙水汙泥處理處置經驗可為我國汙水汙泥的處理處置提供有益借鑑。
1 德國汙泥處理現狀
2016年德國城市汙水處理廠共產生約180萬t汙水汙泥幹基，其中大部分進行了焚燒處理。自2005年6月1日德國禁止有機汙泥填埋處置以來，汙水汙泥熱處理量增加了約64%。相應地，其在農業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，但隨著土地利用質量要求的不斷提高與肥料法規定的應用限制，2016年該比例已下降到了僅35%。
德國於2017年10月3日通過了對《汙水汙泥條例》的修訂，其核心內容是要求從汙水汙泥或其焚燒灰中回收磷。按新條例，城鎮汙水處理廠汙泥需進行磷回收處理。對於人口當量大於10萬的汙水處理廠，過渡期的截止期限在2029年1月1日；5～10萬人口當量的汙水處理廠的期限在2032年1月1日，在期限日之前，汙水處理廠汙水汙泥可按現狀遵循肥料法繼續用作土壤肥料；在過渡期之後，含磷量大於20 g/kg總固體的汙水汙泥須採用磷回收工藝，要求從汙水汙泥總固體中回收50%以上的磷，或將汙水汙泥焚燒灰中的磷含量降低到不足20 g/kg總固體或需從中回收80%以上的磷。人口當量≤5萬的小型汙水處理廠產生的汙水汙泥則不受制於該新修訂條例。
2 汙水汙泥處置相關部分立法
2.1 《循環經濟法》
德國汙水汙泥處置的法律依據是2012年2月24日發布的《循環經濟法》。該法於2012年6月1日實施，於2017年7月20日進行了修訂，其目的在於通過加強廢物減量及廢物回收，以持續地改善廢物管理中的環境及氣候保護和資源化。德國執行歐盟廢棄物框架指令（2008/98/EC），引入了五層次等級系列。該法案按此規定了五層級廢物等級系列，依次包括減量、預備再利用、回收、能源性利用等其他利用、消除。基於該等級系列，在廢物生產和管理中應優先考慮那些有助於人類和環境保護的最佳措施，同時需要考慮廢棄物處理的全生命周期。此外，還須特別考慮預期排放量、自然資源保護程度、使用或提取的能源、產物及擬回收廢棄物或其衍生物中汙染物的積累。
《循環經濟法》第11條要求應由條例規範汙水汙泥管理，以確保汙水汙泥利用安全合理。修訂版《汙水汙泥條例》即以此為基礎。
《循環經濟法》第12（1）條規定，建立自願定期質量保證機制，以促進循環經濟，並確保在汙水汙泥的生產及管理中保護好人類及環境。修訂版《汙水汙泥條例》對此進行了規定。
2.2 2017修訂版《汙水汙泥條例》
修訂版《汙水汙泥條例》於2017年10月3日正式生效，整體取代1992年舊版條例。條例首次對汙水汙泥或汙水汙泥焚燒灰提出了磷回收要求。條例除上述磷回收的核心內容以外，還有以下汙水汙泥相關規定：
（1）條例第1條規定了汙水汙泥在農業、農藝、林業或園藝土壤中的應用。
（2）條例第3條規定了汙水汙泥生產方有義務儘可能高效利用汙水汙泥，並力求回收含磷，以將回收的磷或含磷的汙泥焚燒灰應用至循環經濟中去。
（3）條例第4及第5條規定了汙水汙泥生產方的核實義務，須支付土壤及汙水汙泥測試費用，並委託第三方取樣測試。第4條規定了在首次汙水汙泥土地利用前及其之後每隔10年須進行一次土壤測試，分析土壤類型、重金屬、pH、磷酸鹽含量及多氯聯苯和苯並（a）芘。第5條規定了汙水汙泥生產方對汙水汙泥的調查義務，要求對每250 t幹基進行每年4～12次的分析，分析內容包括：砷、鉛、鎘、鉻、六價鉻、銅、鎳、汞、鉈和鋅含量，含滷有機化合物，總氮含量和銨含量，磷含量，殘渣量，有機物，氧化鈣，鐵含量，pH。
(4)條例第7條規定，只有符合《汙水汙泥條例》及《肥料條例》的限值要求，才允許汙水汙泥排放並進行土壤利用，主要限值見表1。
(5)條例第14條規定，3年內每公頃施用的汙水汙泥幹基量不得超過5 t。
(6)條例第15條規定，若使用土壤為如下情形，則不允許汙水汙泥的土地利用：牧場和永久草地，耕地牧草區域，除穀物用途和產沼以外的玉米耕地，用於餵食甜菜的耕地，蔬菜、水果或啤酒花耕地，庭院、菜園或小花園，林業區域，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類水保護區，自然保護區，各州公園，各州自然歷史遺蹟，自然紀念碑，受保護景觀和受保護的生物群落。
2.3 歐盟汙水汙泥指令
該指令規定了汙水汙泥及土壤中重金屬的限值，以及每年可施用於土壤的重金屬限值，如一種或多種重金屬的濃度超過指令規定限值，則禁止使用汙水汙泥；指令規定了需要分析的其他參數，並規定了汙水汙泥應檢查的最小時間間隔；指令還包括了一些應用限制，如不得對生長季節的水果和蔬菜作物施用汙水汙泥；指令還規定，歐盟成員國須每3年提交一份報告，以說明該法令的執行情況，其中須報告汙水汙泥產生量、農業使用量及其組分。
2.4 肥料法
肥料法於2017年進行修訂。以下簡要介紹了汙水汙泥利用相關內容。
2.4.1 《肥料法案》
《肥料法案》於2017年5月15日進行修訂，其中特別規定了肥料、土壤改良劑、植物助劑和栽培基質的營銷和使用要求。該法案的目的是確保作物的營養，維持並提高土壤肥力，防止或避免由本法案所指的肥料和其他基質對人類和動物造成危害。法案要求確保在農業生產中養分的可持續性及資源的高效利用，特別是應儘可能避免對環境的營養損失，要求施肥須有良好的專業作業，並須結合植物要求以及土壤在類型、數量和施用時間方面的養分含量要求。
2.4.2 《肥料應用條例》
現行的《肥料應用條例》於2017年6月2日生效，條例規定了肥料應用方面良好專業作業的要求，並對肥料在農用作出了規定：最高施肥量不得超過每100 g土壤P2O5量大於20 mg的磷素釋放量；從2020年起3年平均每公頃只允許50 kg氮，從2023年起6年每公頃只能允許10 kg磷。
2.4.3 《肥料條例》
2009年1月9日的《肥料條例》於2017年5月26日末次修訂。按該條例，汙水汙泥屬於有機肥料，汙水汙泥焚燒灰和磷回收中的各種回收物料認定為磷酸鹽肥料。
2.5 《第17號聯邦排放控制條例》(17. BImSchV)
2013年5月2日的17.BImSchV適用於單獨焚燒或協同焚燒汙水汙泥的處理廠。為限制排放，條例對總粉塵、硫氧化物、氯化氫、氟化氫、氮氧化物、汞及其化合物、一氧化碳、有機化合物和重金屬規定了限值。條例的基本要求是確保後燃室溫度850 ℃以上，並持續2 s以上，以將焚燒灰中的有機物含量降低至低於3% 的TOC或5%的灼減率。其中該條例的第10條對於熱輸出功率50 MW以上的焚燒廠的年均排放限值進行了規定，要求其NOx的排放濃度不得超過100 mg/m³，汞及其化合物（以汞計）的濃度不得超過0.01 mg/m³。
2.6 《空氣品質控制技術指引》
該指引涵蓋了商業和工廠大氣汙染物的排放要求。關於汙水汙泥處理，針對汙水汙泥幹化有相應規定，要求汙水汙泥幹化廠在乾燥過程中產生的廢氣可直接源頭收集，並送入廢氣淨化裝置，並須控制氨、總粉塵、氣態無機氯化合物、有機物質、異味物質的排放濃度。
2.7 《填埋條例》
2009年4月27日的《填埋條例》對垃圾填埋場的建設、運營、封場等進行了規範。條例於2017年9月27日形成修訂版。根據廢物的危險性質，該條例明確了以下5個具有不同特性的填埋類別：
0級：惰性廢物填埋（幾乎為零汙染的礦物廢物）；
Ⅰ級：非危險廢物填埋場（有機含量極低的極低汙染礦物廢物）；
Ⅱ級：非危險廢物填埋場（有機含量低的低汙染礦物廢物）；
Ⅲ級：危險廢物填埋；
Ⅳ級：地下填埋。
在德國，原則上不允許在0級和Ⅰ級處置有機碳含量超過1%的廢物，包括汙水汙泥。
3 磷的供需矛盾
磷僅以結合態存在於自然界中，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。磷礦的長期供應則取決於礦藏的可利用性及其技術利用經濟性。
全球對磷資源的需求正在穩步增長。世界人口的增長和發展中國家人民對更高生活水平的追求促進了磷需求。特別是，肉類消費需求增加促進了全球磷消費。
沉積礦的原磷質量下降是一個重要問題，因其含有毒重金屬（特別是鎘含量高達147 mg/kg P）和 核素（特別是高達687 mg/kg P的鈾）。根據目前的一項研究，磷資源供不應求的 「需磷高峰」預計將發生在2051~2092年之間。
按統計，約95%的礦藏由10個國家控制，地球上80%以上的經濟可開採磷礦位於非洲。歐洲唯一的磷礦在芬蘭，其23億t的儲量佔全球儲量不足1%。按相關資料，截至2011年底，我國磷礦資源也僅佔世界磷礦資源總量的5.7%，且富磷礦比例較低，全國磷礦平均品位（P2O5）僅17%左右，有預測表明我國中、高品位磷礦石僅能支持30年左右地國內需求，由此可見我國磷礦石資源的稀缺性將不斷逐年提升。
德國完全依賴於進口原磷，因此磷是一種戰略資源。德國早在2000年已實現了汙水脫氮除磷及其深度處理，汙水中約90%的含磷排至汙泥之中。隨著汙水汙泥土地利用率的明顯下降，1991年到2016年汙水汙泥的熱處理（幹化、焚燒）率從10%增加到65%，但汙水汙泥焚燒後的灰分不能直接進行磷的土地利用，如灰分中的磷直接用於土壤，則植物很難吸收，不僅肥效低，而且還會引起土壤板結。因此，德國高度重視回收汙水汙泥中的磷資源，並於近年開發出諸多磷回收技術。
4 磷回收潛力及方法
鑑於上述情況，德國多年來一直致力於開發合適的磷回收技術。早在2004～2011年，作為德國聯邦政府資源保護倡議的一部分，聯邦教育與研究部和當時的聯邦環境、自然保護與核安全部開展了磷回收技術的工藝開發以及大規模實施。此時，考慮的物質流是市政汙水汙泥、市政汙水、剩餘糞肥等。
表2顯示了德國某些物料流的磷回收潛力。
2013年聯邦政府決定停止將汙水汙泥用作肥料，而要求從中回收磷和其他養分，強調了汙水、汙水汙泥和汙水汙泥焚燒灰作為磷回收技術的發展重點。在各種研究項目中，開發了溼式化學法、熱化學等工藝以從汙水汙泥、汙泥液和汙水汙泥灰中回收磷。
磷回收大多採用溼式化學法，如採用沉澱工藝回收磷酸銨鎂（MAP，俗稱鳥糞石）。溼式化學法通常可回收汙水處理廠進水中5%～30%的磷，因在大多數情況下僅回收汙泥液中的部分磷。該方法實施起來往往相對簡單，成本也較低，且作為氮磷化肥具有良好的植物吸收性。
與溼式化學沉澱工藝相比，熱處理工藝在技術上相對較為複雜，成本相對較高。但該方法都能使汙水處理廠進水中磷的回收率高達90%以上，而且在汙水汙泥焚燒過程中焚毀了汙水汙泥中的有機汙染物。
磷回收物料的植物吸收性因採用工藝不同而有很大差異。汙水汙泥的單獨焚燒相對佔優，因為該磷回收技術取得磷的濃度相對較高，且重金屬等汙染物濃度可控。如德國對近180萬t/年的汙水汙泥的焚燒完全基以單獨焚燒，並對後續磷進行回收，那麼理論上每年可從焚燒灰中回收5萬t左右的磷。這相當於當前農業礦物磷消耗量的40%。由於汙水汙泥焚燒灰是合法認可的肥料，只要符合《肥料條例》限值要求，便可直接用作肥料。
除單獨焚燒以外，汙水汙泥的氣化、熱解或碳化也經過了多年的發展，並進行了大規模的試驗以回收汙水汙泥中的磷。但到目前為止，尚不能確定磷的回收程度。
表3給出了全球磷回收工藝的概況，其中諸多在德國開發。但迄今為止，大多數工藝尚僅在實驗室或中試裝置中進行，工業規模實施的還較少。
4 德國經濟型磷回收情況
磷回收技術可使各種「廢物流」中的磷實現回收並予以利用。德國在該領域的研究和發展處於領先地位。而加拿大、日本和美國等國則在大規模工程實施方面處於領先地位，如Ostara珍珠工藝等多種工藝已經大規模實施並已成功運行了若干年。
在德國也有大量不同的磷回收技術以從汙水汙泥、汙泥液和汙水汙泥灰中回收磷，但大多數工藝尚處於試驗階段。表4描述了德國磷回收技術的部分統計情況。
採用磷回收技術回收的磷肥中的鎘、鈾含量比磷礦中少得多。
研究表明，使用鐵鹽作為沉澱劑所引起的高鐵含量對植物生長具有負面影響。使用生物除磷工藝的汙水處理廠的磷回收物證明具有提供良好的植物吸收性。通常，沉澱過程中的磷回收物比汙水汙泥灰中的磷回收物有更好的植物吸收性，但汙水汙泥灰中的磷回收物不含殘存有機物。磷回收物的肥效取決於土壤類型、植物種類、汙水處理中磷沉澱類型等因素。
目前，大多數含磷再生物的回收成本比磷肥的市場價格高出許多倍，尚只有溼式化學沉澱法才能相對經濟運行。
表5簡要比較了溼式化學法和熱回收法磷回收工藝的優缺點。表6總結了目前可用的汙水汙泥利用途徑的優缺點。
6 結語
（1）在德國，磷被認知為一種戰略資源。德國於2017年10月3日通過了對《汙水汙泥條例》的修訂，新條例的核心內容是要求從汙水汙泥或其焚燒灰中回收磷。
（2）按《汙水汙泥條例》，人口當量大於10萬的汙水處理廠從2029年1月1日開始、 5～10萬人口當量的汙水處理廠從2032年1月1日開始，須對含磷量大於20 g/kg幹基的汙水汙泥採用磷回收工藝，要求從汙水汙泥幹基中回收50%以上的磷，或將汙水汙泥焚燒灰中的磷含量降低到不足20 g/kg幹基或需從中回收80%以上的磷，通知全面禁止汙泥農用。
（3）按德國汙水汙泥處置的相關立法，只有符合《汙水汙泥條例》及《肥料條例》的限值要求，才允許汙水汙泥排放並進行土壤利用。
（4）從汙泥處置途徑的發展來看，由於汙泥協同焚燒投資較低，在德國曾是發展的主流方向，但隨著《汙水汙泥條例》的執行，將逐步轉向單獨焚燒處理，到2029年將基本廢棄協同焚燒處理方式，並在過渡期後將全面實現從汙水汙泥中回收磷資源。
（5）隨著磷資源稀缺性的不斷提升，我國應借鑑德國經驗，從全球磷平衡角度立法研究汙泥處理處置磷回收途徑，高瞻遠矚、統籌規劃、近遠期結合。當務之急須避免與磷回收技術相衝突的燃煤電廠等汙泥協同焚燒引起的投資浪費及其控制因子欠缺下存在的環境汙染風險。
原標題:給水排水 |德國汙水汙泥處理處置政策及磷回收詳解
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