多源污泥是廣義的城市污泥，是城市建設發展過程中產生的固體廢棄物，是長江大保護治理的重要組成部分，包括污水污泥、通溝污泥、河湖底泥、工程泥漿等，其特點是組分復雜、產量巨大、含水率高。污水污泥是污水處理后的產物，其年產生量超過7000×104t；通溝污泥是指排水管網養護過程中清掏出來的沉積物；河湖底泥是江河、湖泊、水庫等水體底部長期積存的沉積物。開展長江經濟帶典型城市多源污泥泥質特性研究，構建多源泥質基礎數據庫，可為多源污泥協同處理處置規劃、設計提供重要參考。
1、材料與方法
1.1 樣品采集
污水污泥取自長江經濟帶典型城市23座生活污水處理廠，共采集109個污泥樣品；通溝污泥取自主城區排水管網系統或通溝污泥處理貯存點，共采集69個通溝污泥樣品；河湖底泥來源于當地污染較為嚴重的河道或湖泊，共有38個河湖底泥樣品，污泥樣品密封保存寄回實驗室后，于4℃下保存待測。
1.2 測試方法
有機質參考《城市污水處理廠污泥檢驗方法》（CJ/T221—2005）中的重量法測定；重金屬采用微波高壓消解/電感耦合等離子體發射光譜法測定；熱值參考《煤的熱值測定方法》（GB/T213—2008），采用快速量熱儀進行測定，即污泥彈筒熱值，高位熱值就是將污泥中氣態水換算成液態水熱值，通過公式換算分別可得空氣干燥基高位發熱量（kJ/kg）和空氣干燥基低位發熱量（kJ/kg）。
磷、鉀元素采用電感耦合等離子體發射光譜法測定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定。取0.01g樣品，加入100mL無氨水、50mL堿性過硫酸鉀溶液混勻進行加熱消解。在紫外分光光度計上，以無氨水做參比，在220nm與275nm處測定吸光度，計算總氮濃度，然后換算成養分含量，以%計。
污泥中砂含量參照德國DWA標準方法測定，將污泥樣品在105℃烘干，600℃灼燒，剩余殘渣用32%的鹽酸浸泡，快速濾紙過濾，同時用32%的鹽酸反復淋洗濾渣，直至濾液顏色基本不變為止。
采用氣相色譜儀串聯三重四極桿質譜儀測試樣品的PAHs含量，預處理方式：取0.1g凍干研磨后樣品，加入10mL由正己烷和丙酮混合組成的提取液，密閉反應管，并在60℃條件下超聲提取30min，分離上清液，并在固相中加入提取液重復提取2次。收集合并上清液，在常溫下氮吹濃縮，最終用正己烷定容至1mL，隨后加入10µL內標溶液作為待測樣品。
2、結果與分析
2.1 多源污泥基礎特性
多源污泥中的有機質含量見圖1。污水污泥有機質含量大多在30%~50%波動，平均值僅為40%，遠低于歐洲國家60%~70%的水平，這主要是由于污水處理廠進水COD濃度較低所致。通溝污泥成分復雜，有機質含量變化較大，范圍為5%~90%，推測與周邊產業和作業方式有關。河湖底泥有機質含量普遍較低，在5%~15%左右，較低的有機質含量決定了其不適合焚燒，長江沿線河湖眾多，水體流速緩慢，水體污染物易沉積在河湖底泥中。
污水污泥樣品來自不同的污水處理廠，同一污水處理廠也多次采樣，其含砂量見表1。脫水污泥含砂量在20%~40%，變化范圍較大，九江、蕪湖、六安、鎮江4座城市污水污泥含砂量的平均值分別為26.36%、33.44%、34.20%、31.07%。污泥中砂粒如不能有效去除，不僅會加劇設備磨損，堵塞排泥管道，而且會導致污泥中有機質含量低，影響厭氧消化效率。進水水質、污水處理工藝對污泥泥質具有顯著影響，進水中砂粒粒徑小于沉砂池設計規范中規定值，大部分砂粒無法通過沉砂池有效去除，污水處理廠平均除砂率低于15%，導致了污泥含砂量高、有機質含量低。調研的污水處理廠有機負荷約為0.05kgBOD5（/kgMLSS·d），接近《室外排水設計標準》中延時曝氣氧化溝工藝的有機負荷，即0.03~0.08kgBOD5（/kgMLSS·d），部分活性污泥在池內進行內源呼吸，剩余污泥量較少，有機質含量較低。
通溝污泥含砂量較高，且變化幅度較大，易造成管網淤塞，應定期清淤。污水污泥養分含量約為6%~8%，其養分含量相對較高，高于《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（CJ248—2007）規定的3%。通溝污泥養分含量約為2%~5%，河湖底泥養分含量約為1%~3%，其養分含量相對較低，大部分僅能達到《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T24600—2009）標準。
2.2 多源污泥熱值
污水污泥空干基熱值平均為6603kJ/kgDS，中位值為6104kJ/kgDS；通溝污泥空干基熱值平均為5418kJ/kgDS，中位值為1155kJ/kgDS；河湖底泥空干基熱值平均為731kJ/kgDS，中位值為664kJ/kgDS。典型城市多源污泥空干基熱值見圖2。污水污泥含有一定水分，這些水分在焚燒過程中將轉變為蒸汽，并以汽化潛熱的形式帶走部分能量。污水處理廠脫水污泥含水率在75%～82%之間，經過深度脫水工藝處理后含水率一般為50%～60%，這些水分嚴重影響污泥焚燒，故污泥收到基低位熱值對污泥焚燒處理企業更有參考意義。
根據1個標準大氣壓下水的汽化潛熱（2512kJ/kg）可以確定污泥水分蒸發帶走的能量，利用公式計算出不同含水率狀況下的污泥收到基低位熱值。針對污泥焚燒，《城鎮污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質》（GB/T24602—2009）對其理化特性做出一定限制，污泥自持燃燒的低位熱值約3500kJ/kg，故濃縮脫水污泥需要干化至含水率為30%~40%后方可自持焚燒。
污泥有機質完全焚燒至灰分釋放的熱量體現在污泥干基熱值上，污泥干基熱值計算如下：
Q=2.5×102×(100p-5)（1）
式中：Q為污泥干基熱值，kJ/kgDS；2.5×102、5為污泥熱值換算系數；p為污泥中有機質含量。
根據實際測得的有機質含量與污泥干基熱值，經擬合可得：
Q=223p-1146（2）
污泥熱值與有機質含量直接相關，有機質含量越大，污泥熱值越高，反之則越低。河湖底泥中有機質含量一般低于10%，其熱值也較低，不到1000kJ/kgDS；污水污泥的有機質含量范圍為30%~50%，其熱值一般在5500~11000kJ/kgDS。通溝污泥的有機質含量變化范圍較大。在實際測量過程中，由于取樣存在不確定性，會導致污泥熱值與有機質的關系不會是線性一一對應，在實際工程中，若污泥處置途徑為干化焚燒，需要密切監測污泥中有機質含量與含水率變化。
2.3 多源污泥中重金屬
多源污泥中重金屬可能對生態環境造成潛在危害，評估方法有內梅羅指數法、潛在生態風險評估等。其中，內梅羅指數（P）是一種兼顧極值或突出最大值的計權型多因子環境質量指數，分為Ⅰ～Ⅴ等5個等級，對應的判別標準依次為P≤0.7、0.7<P≤1.0、1.0<P≤2.0、2.0<P≤3.0、P>3.0，分別代表清潔（安全）、尚清潔（警戒限）、輕度污染、中度污染、重度污染。
參考《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB36600—2018）中第一類用地篩選值，內梅羅指數法中Cu、As、Pb、Cd、Ni、Hg的C0取值分別為2000、20、400、20、150、8mg/kg，由于該標準中給定Cr為六價鉻，而本次調研中測得的是總鉻，此外，該標準并沒有對Zn做出限制，故評估時不考慮這2種重金屬。值得注意的是，C0的取值會極大影響評估結果，本次評估只是相對一般建設用地的泥質標準而言，若參考當地背景值進行評估，則會產生不同結果。污水污泥、通溝污泥、河湖底泥樣品分別為90、54、38個，其重金屬含量見表2。
污水污泥中Zn、Cu、As、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg含量均值分別為515.9、130.3、15.8、26.4、0.6、146.7、42.7、0.7mg/kg，95%以上滿足《農用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）A級標準，可以考慮農用，部分污泥樣品的As、Cr、Zn含量較高，這與西安、北京等地結果較為一致。污水污泥的內梅羅綜合污染指數為0.58，處于清潔水平。通常認為，污泥經過厭氧或堆肥處理后，重金屬的含量會有所增加，調研過程中，4次采集某污泥厭氧處理廠干化沼渣，Zn、Cu、As、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg含量的均值分別為484.62、87.72、20.33、24.61、0.66、87.37、26.11、0.24mg/kg，也滿足GB4284—2018的A級標準要求。
通溝污泥上述8種重金屬含量均值分別為245.2、37.8、10.2、33.4、0.4、37.1、27.3、1.5mg/kg，滿足《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB36600—2018）中第一類用地的篩選值，即通溝污泥可用于城市建設用地。通溝污泥的內梅羅綜合污染指數為0.38，處于清潔水平。
河湖底泥中上述8種重金屬濃度均值分別為212.3、42.8、9.1、28.8、0.5、50.5、20.2、1.0mg/kg，均滿足《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB36600—2018）第一類用地的篩選值，即河湖底泥可用于城市建設用地。河湖底泥的內梅羅綜合污染指數為0.34，處于清潔水平。
多數重金屬的評價方法通常采用土壤背景值作為C0，得到的污泥內梅羅綜合污染指數較高，為重污染或高風險，但在實際應用過程中，應該根據污染物去向，比如土地利用、園林利用或建設用地，選擇合適的評估方法，這樣得到的結果會更為合理。
2.4 多源污泥中微量污染物
污水污泥、通溝污泥、河湖底泥的多環芳烴測試樣本分別為45、30、10個，多源污泥中多環芳烴含量見表3。河湖底泥中多環芳烴含量較低，受到的污染較輕，明顯低于通溝污泥，且低環PAHs占比大，可看成當地本底值。通溝污泥的多環芳烴含量最高，可以歸結于市區汽車尾氣、餐飲廢棄物沉積到通溝污泥中，進而進入污水系統，由于污水系統的生化作用可以降解部分多環芳烴，導致污水污泥中多環芳烴濃度較低。2019年開始實施的《農用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）中對污泥中的PAHs含量做出了一定限制（A級污泥產物<5mg/kg，B級污泥產物<6mg/kg），污水污泥中的PAHs濃度滿足該規定。
共測試29個污水污泥樣品，檢測了包括磺胺類、四環素、喹諾酮類在內的13種抗生素，共有22個樣品被檢出抗生素，檢出率為75.86%，13種抗生素濃度之和平均為61µg/kg。羅紅霉素、阿奇霉素、環丙沙星、氧氟沙星是幾種常被檢出的抗生素，羅紅霉素和阿奇霉素屬于大環內酯類抗生素，在臨床應用上較為常見；環丙沙星和氧氟沙星屬于喹諾酮類抗生素，被廣泛應用于畜牧、水產等養殖業。共測試8個通溝污泥樣品，有6個樣品被檢出抗生素，13種抗生素濃度之和平均為9µg/kg，通溝污泥中，阿奇霉素和氧氟沙星兩種抗生素被檢出。共測試10個河湖底泥樣品，有7個樣品被檢出抗生素，13種抗生素濃度之和平均為10µg/kg，河湖底泥中，紅霉素、羅紅霉素、阿奇霉素、氧氟沙星四種抗生素被檢出，其中阿奇霉素含量普遍高于氧氟沙星，而氧氟沙星含量略高于紅霉素，羅紅霉素含量最低。通溝污泥和河湖底泥中的抗生素含量遠低于污水污泥，這說明抗生素主要來源于人類活動。整體而言，抗生素的濃度處于µg/kg級，含量較小，風險較低。
2.5 多源污泥協同治理思路
多源污泥具有不同的產生特性。從來源看，污水污泥來源固定，通溝污泥、河湖底泥則來源分散；從產生頻率和產量看，污水污泥是連續穩定產生的，通溝污泥間歇、少量產生，河湖底泥產生具有間歇性，產生量大。在各類污泥中，污水污泥產生量和來源較為穩定，多源污泥協同處理應以污水污泥為核心。
依據“分質協同、分類利用”的總體原則，按照有機質含量高低分類處理，3種污泥有機質含量從高到低依次是污水污泥、通溝污泥、河湖底泥。可將污水污泥與城市其他有機固廢協同厭氧消化處理，并根據不同城市特征與需求，探索產物的多途徑利用方式，例如礦山生態修復、填埋場修復、城市園林綠化、建材利用。通溝污泥可采用預處理—多級篩分—泥水分離—固化等工藝，分離出的有機物與污水污泥協同處理，無機砂石作為道路路基材料、制作防汛沙袋或作為其他建材產品加工原料，泥餅可加工為工程回填土、透水磚、陶粒等。河湖底泥處理工藝與通溝污泥類似，可充分利用已有通溝污泥處理站點，經脫水固化處理后，作為工程土或其他建筑工程材料。同時規劃應急處置設施，充分利用現有燃煤電廠、垃圾焚燒廠、填埋場為多源污泥提供托底應急處置。
3、結論
①污水污泥有機質含量為30%~50%，含砂量高，其干基熱值一般在5500~11000kJ/kgDS，養分含量為6%~8%，重金屬含量較低，遠低于《農用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）A級標準，雖然經過后續厭氧消化或好氧發酵后，重金屬含量會有所提高，但其土地利用風險依然較小。
②通溝污泥成分復雜，有機質含量范圍約5%~90%，熱值和養分含量較低，僅能達到土地改良用泥質標準，且不穩定，不適宜土地利用；河湖底泥有機質含量普遍較低，含量通常小于10%，其熱值也較低，不到1000kJ/kgDS。
③污水污泥中13種抗生素的檢出率較高，但濃度低，風險較小。污水污泥、通溝污泥、河湖底泥的16種多環芳烴之和均值為0.401、2.108、0.813mg/kg，濃度低，風險較小。
④污水污泥處理處置主流工藝技術在我國均有廣泛示范，在此基礎上，可按照有機-無機分類原則積極探索多源污泥協同處理路徑。（來源：上海勘測設計研究院有限公司，中國長江三峽集團有限公司長江生態環境工程研究中心，同濟大學環境科學與工程學院）
