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北极星水处理网：导言：德国于2017年10月3日通过了《污水污泥条例》的修订，核心内容是要求从污水污泥或其焚烧灰中回收磷。根据德国污水污泥处置相关立法，污水污泥只有符合《污水污泥条例》和《肥料条例》的限值要求，才允许排放和用于土壤。分析了德国磷的供需矛盾和磷回收的潜力及方法，介绍了德国经济的磷回收。从德国污水污泥处置发展来看，由于协同焚烧投资相对较低，一度是德国发展的主流方向。但随着《污水污泥条例》的实施，德国将逐步转向单独焚烧处理，到2029年，协同焚烧处理方式将基本被废弃。 德国污水污泥处理处置的经验可以为我国污水污泥处理处置提供有益借鉴。
1 德国污泥处理现状
2016年，德国市政污水处理厂产生约180万吨干污泥，其中大部分被焚烧处理。自2005年6月1日德国禁止填埋有机污泥以来，污泥热处理量增长了约64%。与此相应，农业和景观工程用地比例逐年下降，2012年该比例还在45%以上，但随着土地使用质量要求的不断提高和《肥料法》规定的应用限制，2016年该比例已降至仅为35%。
德国于2017年10月3日通过了《污水污泥条例》修订案，核心内容是要求从污水污泥或其焚烧灰中进行磷回收。根据新规定，城镇污水处理厂的污泥必须进行磷回收处理。对于人口当量10万以上的污水处理厂，过渡期截止时间为2029年1月1日；人口当量5万至10万的污水处理厂，过渡期截止时间为2032年1月1日。在截止日期之前，污水处理厂的污水污泥可以继续按照《肥料法》原封不动地作为土壤肥料使用； 过渡期后，含磷量大于20g/kg总固体的污水污泥必须采用磷回收工艺，要求从污水污泥总固体中回收50%以上的磷，或将污水污泥焚烧灰中的磷含量降低到20g/kg总固体以下或从中回收80%以上的磷。人口当量≤5万的小型污水处理厂产生的污水污泥不受新修订法规的约束。
2 与污水污泥处置相关的法律法规
2.1 循环经济法
德国污水污泥处置的法律基础是2012年2月24日颁布的《循环经济法》，该法于2012年6月1日实施，2017年7月20日修订，其目的是通过加强废物减量和废物回收利用，不断提高废物管理中的环境与气候保护以及资源利用率。德国实施欧盟废物框架指令（2008/98/EC），并引入了五级层次结构。该法规定了五级废物层次结构，包括减量、再利用准备、回收、能源利用等其他用途和消除。基于这一层次结构，应优先考虑废物生产和管理中对人类和环境保护做出贡献的最佳措施，并考虑废物处理的整个生命周期。此外，还应特别考虑预期排放量、自然资源保护程度、使用或提取的能源以及待回收的废物或其衍生物中污染物的积累。
《循环经济法》第十一条要求，对污水污泥的管理应当建立法规制度，保障污水污泥的安全、合理利用。此次修订的《污水污泥条例》正是以此为基础制定的。
《循环经济法》第 12(1) 条规定建立自愿定期质量保证机制，以促进循环经济，确保在污水污泥生产和管理过程中保护人类和环境。修订后的《污水污泥条例》对此作出了规定。
2.2 2017年修订的《污水污泥条例》
《污水污泥条例》修订版于2017年10月3日生效，取代1992年旧版条例。《条例》首次对污水污泥或污水污泥焚烧灰提出了磷回收要求。除了前文提到的磷回收的核心内容外，《条例》还有以下污水污泥相关规定：
（1）该条例第1部分对污水污泥在农业、农艺、林业或园艺土壤上的使用进行了规定。
（2）《条例》第三条规定，污泥产生者有义务对污泥进行高效利用，并努力回收其中的磷，将回收的磷或者含磷污泥焚烧灰渣用于循环经济。
（3）《条例》第四、五条规定了污泥产生者的核查义务，污泥产生者必须自费进行土壤和污泥检测，并委托第三方抽取样品检测。第四条规定，污泥首次用于土地用途前以及此后每10年必须进行土壤检测，分析土壤类型、重金属、pH值、磷酸盐含量以及多氯联苯和苯并（a）芘等。第五条规定了污泥产生者对污泥的调查义务，要求每年每250吨干基进行4至12次分析。分析内容包括：砷、铅、镉、铬、六价铬、铜、镍、汞、铊和锌含量、卤代有机物、总氮含量和铵含量、磷含量、残渣量、有机物、氧化钙、铁含量、pH值等。
（4）《条例》第7条规定，污水污泥的排放和在土壤中的使用，必须符合《污水污泥条例》和《肥料条例》规定的限值，主要限值如表1所示。
（5）条例第十四条规定，每公顷施用污泥干物质量，三年内不得超过5吨。
（6）条例第15条规定，如果使用的土地是牧场和永久草地、可耕牧场、除用于谷物目的和沼气生产以外的玉米耕地、用于饲养甜菜的耕地、蔬菜、水果或啤酒花的耕地、庭院、菜园或园地、森林地区、I、II和III类水资源保护区、自然保护区、国家公园、国家自然历史遗址、自然纪念物、受保护的景观和受保护的生物群落，则不允许将污水污泥用于土地利用。
2.3 欧盟污水污泥指令
该指令规定了污水污泥和土壤中重金属的限值，以及每年可施用于土壤的重金属限值。如果一种或多种重金属的浓度超过指令规定的限值，则禁止使用污水污泥；指令还规定了其他需要分析的参数，并规定了对污水污泥进行检查的最小时间间隔；指令还包括一些应用限制，如污水污泥不得在生长季节施用于果蔬作物；指令还规定，欧盟成员国必须每三年提交一份报告，说明该指令的执行情况，必须报告污水污泥的产生量、农业用途及其成分等。
2.4 施肥方法
2017年《肥料法》进行了修改，下面就污水污泥的利用做一下简单的介绍。
2.4.1 肥料法
《肥料法》于2017年5月15日进行了修订，具体规定了肥料、土壤改良剂、植物助剂和栽培基质的营销和使用要求。该法的目的是保证作物的营养，保持和提高土壤肥力，防止或避免本法所称的肥料和其他基质对人类和动物造成的危害。该法要求确保农业生产中营养的可持续性和资源的高效利用，特别是尽可能避免营养物质向环境中流失，要求施肥采用良好的专业规范，在种类、数量和施用时间等方面结合植物需求和土壤养分含量需求。
2.4.2 施肥规定
现行《化肥施用管理条例》于2017年6月2日开始施行。条例规定了化肥施用的良好专业规范要求，并对农业使用化肥作出规定：化肥施用量最高不得超过每100克土壤毫克以上的磷释放率；从2020年起，三年内平均每公顷仅允许施用50公斤氮，从2023年起，六年内平均每公顷仅允许施用10公斤磷。
2.4.3 肥料法规
2009年1月9日颁布的《肥料条例》最近一次修订是在2017年5月26日。根据该条例，污水污泥被视为有机肥料，污水污泥焚烧灰和磷回收的各种再生材料被视为磷肥。
2.5 联邦排放控制法规第 17 号（17.）
2013年5月2日第17号法规，适用于单独或组合焚烧污水污泥的处理厂。为限制排放，该法规对总粉尘、硫氧化物、氯化氢、氟化氢、氮氧化物、汞及其化合物、一氧化碳、有机化合物和重金属设定了限值。该法规的基本要求是确保加力燃烧器温度在850℃以上，持续时间大于2秒，使焚烧灰中的有机物含量降低到3%TOC以下或5%燃点率以下。该法规第10条规定了热输出功率大于50MW的焚烧厂的年平均排放限值，要求NOx的排放浓度不超过100mg/m3，汞及其化合物的浓度（以汞计）不超过0.01mg/m3。
2.6 空气质量控制技术指南
该指南涵盖了商业和工业大气污染物的排放要求。关于污水污泥处理，对污水污泥干化有相应的规定，要求污水污泥干化厂在干化过程中产生的废气应在源头直接收集并送至废气净化装置，并须控制氨气、总粉尘、气态无机氯化合物、有机物、恶臭物质的排放浓度。
2.7 垃圾填埋场法规
2009年4月27日的《垃圾填埋条例》对垃圾填埋场的建设、运营和关闭进行了规范。该条例于2017年9月27日进行了修订。根据废物的危险性质，该条例定义了以下五种具有不同特点的垃圾填埋场类别：
0级：惰性废物填埋场（几乎零污染的矿物废物）；
I类：无害废物填埋场（污染极低、有机含量极低的矿物废物）；
II类：无害废物填埋场（有机含量低、污染程度低的矿物废物）；
III类：危险废物填埋；
第四级：地下垃圾填埋场。
在德国，原则上不允许处置有机碳含量超过1%的0级和I级废物，包括污水污泥。
3.磷资源供需矛盾
磷在自然界中仅以结合状态存在，通常以磷酸盐的形式存在。磷酸盐是不可再生的，主要从磷酸盐岩中获得。磷酸盐岩的长期供应取决于矿床的可用性及其技术使用的经济可行性。
全球对磷资源的需求量稳步增长，世界人口的增长和发展中国家人民对更高生活水平的追求拉动了磷的需求，特别是肉类消费需求的增加，拉动了全球磷的消费量。
沉积矿石中原磷质量的下降是一个主要问题，因为其中含有有毒重金属（尤其是镉，含量高达147毫克/千克磷）和核素（尤其是铀，含量高达687毫克/千克磷）。根据目前的一项研究，预计磷资源短缺的“磷需求峰值”将出现在2051年至2092年之间。
据统计，全球约95%的矿藏被10个国家控制，全球80%以上的经济可开采磷矿位于非洲。欧洲唯一的磷矿在芬兰，其储量为23亿吨，不到全球储量的1%。据有关数据显示，截至2011年底，我国磷矿资源仅占世界磷矿资源总量的5.7%，富磷矿比例较低，全国磷矿平均品位（P2O5）仅为17%左右，预测我国中、高品位磷矿仅能支撑国内需求30年左右。可见，我国磷矿资源的稀缺性仍将逐年加剧。
德国原料磷完全依赖进口，磷属于战略资源。早在2000年德国就已实现污水脱氮除磷及深度处理，污水中约90%的磷排入污泥。随着污水污泥土地利用率明显下降，1991—2016年污水污泥热处理（干化、焚烧）率由10%上升至65%。但污水污泥焚烧后的灰渣不能直接用于磷土地利用，灰渣中的磷若直接用于土壤，植物难以吸收，不仅肥效低，还会造成土壤板结。因此德国非常重视污水污泥中磷资源的回收，近年来开发了多项磷回收技术。
4 磷回收潜力及方法
针对上述情况，德国多年来一直致力于开发合适的磷回收技术。早在2004-2011年，作为德国联邦政府资源保护倡议的一部分，联邦教育和研究部以及当时的联邦环境、自然保护和核安全部就进行了磷回收技术的工艺开发和规模化实施。此时考虑的物质流为城市污水污泥、城市污水、残余粪肥等。
表 2 显示了德国一些物质流的磷回收潜力。
2013年，联邦政府决定停止使用污水污泥作为肥料，并要求从中回收磷和其他营养物质，强调污水、污水污泥和污水污泥焚烧灰是磷回收技术开发的重点。在各种研究项目中，已经开发了湿化学方法、热化学过程和其他工艺来从污水污泥、污泥液和污水污泥灰中回收磷。
磷回收多采用湿化学法，如采用沉淀法回收磷酸铵镁（MAP，俗称鸟粪石）。湿化学法通常可以回收污水处理厂进水中5%~30%的磷，因为大多数情况下污泥中的磷只被部分回收。这种方法往往实施起来比较简单，成本也较低，作为氮磷肥料，植物吸收性好。
与湿式化学沉淀工艺相比，热处理工艺技术相对复杂，成本较高，但该法可使污水处理厂进水中磷的回收率达到90%以上，且污水污泥中的有机污染物在污水污泥焚烧过程中被焚烧殆尽。
磷回收物料的植物吸收性因所采用的工艺不同而有很大差异。污水污泥单独焚烧相对具有优势，因为磷回收技术可以达到较高的磷浓度，重金属等污染物浓度可控。例如，德国每年单独焚烧近180万吨污水污泥，并回收后续的磷。理论上每年可以从焚烧灰中回收约5万吨磷。这相当于目前农业矿物磷消耗量的40%。由于污水污泥焚烧灰是法律认可的肥料，只要符合《肥料法规》的限量要求，就可以直接作为肥料使用。
除了单纯的焚烧法以外，近年来人们也开发了污泥的气化、热解或碳化等方法，并进行了大规模的试验以回收污泥中的磷。然而，到目前为止，人们仍不清楚磷的回收程度。
表3概述了全球磷回收工艺，其中许多工艺都是在德国开发的。但迄今为止，这些工艺大部分仅在实验室或中试工厂进行，很少有工艺实现工业规模应用。
4 德国经济的磷回收
磷回收技术使各种“废流”中的磷都能被回收利用，德国在该领域的研发处于领先地位，加拿大、日本、美国等国家在规模工程实施方面处于领先地位，珍珠法等各种工艺已大规模实施并成功运行数年。
在德国，也有大量不同的磷回收技术用于从污泥、污泥液和污泥灰中回收磷，但大多数工艺仍处于实验阶段。表4描述了德国磷回收技术的一些统计数据。
利用磷回收技术回收的磷肥中镉、铀的含量比磷矿中低得多。
研究表明，使用铁盐作为沉淀剂导致的铁含量过高对植物生长有负面影响。采用生物除磷工艺从污水处理厂回收磷已被证明能提供良好的植物吸收。一般来说，沉淀工艺回收磷比污水污泥灰回收磷的植物吸收效果好，但污水污泥灰回收磷不含残留有机物。磷回收的肥料效果取决于土壤类型、植物种类和污水处理中磷沉淀的类型等因素。
目前大多数含磷再生剂的回收成本高于磷肥市场价格的许多倍，只有湿化学沉淀法才能相对经济地操作。
表5简要比较了湿化学法和热回收法磷回收工艺的优缺点。表6总结了目前可用的污水污泥利用途径的优缺点。
六，结论
（1）在德国，磷被视为战略资源。2017年10月3日，德国通过了《污水污泥条例》修订案，新条例的核心内容是要求从污水污泥或其焚烧灰中回收磷。
（2）根据《污水污泥管理条例》，人口当量10万以上的污水处理厂自2029年1月1日起，必须对磷含量大于20g/kg干基的污水污泥采用磷回收技术；人口当量5万至10万的污水处理厂自2032年1月1日起，必须对磷含量大于20g/kg干基的污水污泥采用磷回收技术，该技术要求从污水污泥干基中回收50%以上的磷，或将污水污泥焚烧灰中的磷含量降至20g/kg干基以下，或从中回收80%以上的磷。通知全面禁止将污水污泥用于农业。
（3）根据德国污水污泥处置相关立法规定，污水污泥只有满足《污水污泥条例》和《肥料条例》的限值要求，才可以排放并在土壤中利用。
（4）从污泥处置方式发展来看，由于污泥协同焚烧投资低，在德国曾一度是主流发展方向。但随着《污水污泥条例》的实施，将逐步转向单独焚烧处理。到2029年，协同焚烧处理方式将基本被摒弃，过渡期过后，将从污水污泥中完全回收磷资源。
（5）随着磷资源稀缺性不断加大，我国应借鉴德国经验，从全球磷平衡角度对污泥处理处置的磷回收路径进行立法，着眼长远，统筹兼顾，近期与远期相结合，避免与磷回收技术相冲突的燃煤电厂污泥混烧造成的投资浪费，以及缺乏控制因素带来的环境污染风险。