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污泥处置:40 CFR Part 503解读与启示

2020-07-21 11:09:20 中国标准化 作者:王涛 简映等

摘要:40 CFR Part 503是美国污泥处理处置的法律基石,也是全世界污泥领域学者研究、参考、借鉴的对象。文章介绍了40 CFR Part 503的编制背景,对土地利用、地表处置、减少病原体和对病媒的吸引、焚烧等四个部分重点内容进行了分析解读,概括总结了这个标准出台二十多年来的实施效果,并给出了中国污泥法规标准制定的四点启示。最后,提出观点:现实情况与科学思维在某些条件下存在矛盾性,如何利用当下“现实情况”最大程度实现“科学思维”,是现阶段污泥相关管理部门、专家学者在法律法规标准编制过程中应认真考虑的问题。

0.前言

40 CFR Part 503全称:美国联邦法典(Code of Federal Regulations:CFR),第40卷环境保护(Title 40-Protection of Environment),第一章环境保护署(Chapter 1-ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY),第O分章污水污泥(Subchapter O-SEWAGE SLUDGE),第503部分:污水污泥利用和处置标准(Part503-STANDARDS FOR THE USE OR DISPOSAL OF SEWAGE SLUDGE)。

40 CFR Part 503是美国污泥处理处置的法律基石,也是全世界污泥领域学者研究、参考、借鉴的对象。我国污泥处理处置事业经过二十多年努力发展到今天,“新技术”仍显现层出不穷的态势,技术路线日益纷繁复杂,法规政策标准愈加千头万绪,而行业发展方向却好似“雾里看花、水中捞月”。在这种情况下,有必要重新审视一下与我国情况(纬度、国土面积、污水污泥总产生量等)近似的美国所走过的污泥处理处置道路,特别应重新解读一下40 CFR Part 503,看看对于我们现在的工作能否带来新的启示。

1.编制背景

1972年美国国会正式通过了《清洁水法》(Clean Water Act :CWA),该法案全面规范了美国国家排水系统基本准则。1987年,在对CWA第405(d)节进行修订时,要求美国环保署(EPA)制定污泥污染物控制标准;并规定第402节(国家污染物排放控制系统,NPDES)许可证范围扩大至污泥处理处置。

1988年,美国国会正式通过了《禁止海洋弃置法》(Ocean Dumping Ban Act:ODBA),规定1992年1月1日之后禁止向海洋倾倒污泥。

1988年,EPA开展了“全国污泥普查”(National Sewage Sludge Survey:NSSS),普查分两个部分:一是调查了479座公立市政污水处理厂(Publicly Owned Treatment Works:POTWs)污泥处理处置系统技术和财务信息,二是对208座POTWs的污泥样本中的176个进行了泥质分析,涉及411种污染物浓度。此次调查信息成为制定40 CFR Part 503的依据,发表于《Statistical Support Documentation for the 40 CFR Part 503-Final Standard for the Use or Disposal of Sewage Sludge》(1992)。

1989年,40 CFR Part 503(征求意见稿)发布。

1993年2月19日,40 CFR part 503正式发布,并规定每两年修订一次。40 CFR part 503涉及土地利用、地表处置以及焚烧等三种处置方法,从污染物限值、运行标准、管理条例三个方面进行了全面规范。结构上40 CFR part 503分为总则、土地利用、地表处置、减少病原体和对病媒的吸引、焚烧等五个正文部分,以及年污泥利用率计算和病原体灭活方法等两个附录。

注:40 CFR Part 503不适用于工业污泥、危废性质污泥、高PCB污泥、焚烧灰、砂砾和栅渣、给水处理及化粪池底泥;不适用于污泥混烧;不适用于污泥处理工艺以及选择何种方式处置或利用污泥,具体方式应因地制宜。

2.土地利用(Land Application)规则解读

40 CFR part 503中条款10至18是污泥土地利用方面规定,共同构成“Subpart B-LAND APPLICATION”,包括:适用性、术语定义、总则、污染物浓度限值、管理实践、操作标准(减少病原体及对病媒的吸引)、监测频率、记录保存、报告。其中,503.13“污染物浓度限值”是这一部分的核心内容。

40 CFR part 503在1993年版本中,围绕10种污染物限值给出了503.13 Table1-4,在1995年修订的版本中,内容有所调整,去除了对Cr的浓度限值要求,减少了对Mo的要求水平,并一直沿用至今。

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503.10适用性主要是规定针对不同污泥以及消纳土地,如何使用上述限值标准。简化后可以用下图表示。

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相对于技术指标,40 CFR part 503在管理手段方面更具特色:将污泥分为散装污泥和袋装污泥并分别管理;将土地分为三类:(1)农用地、森林、再生地,(2)公众接触场所,(3)草坪或住宅花园,管理要求逐渐趋严;监测频率依照规模增大而增加;此外,对纪录内容及保存均详细列明规定,可操作性很强。

3.地表处置(Surface Disposal)规则解读

这里地表处置指不规范填埋。规范填埋须遵守40 CFR Part 258:CRITERIA FOR MUNICIPAL SOLID WASTE LANDFILLS相关规定。

40 CFR part 503中条款20至28是地表处置方面规定,共同构成“Subpart C-SURFACE DISPOSAL”,章节设置与土地利用完全相同。其中,503.23“污染物浓度限值”是这一部分的核心内容。

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4.减少病原体和对病媒的吸引(Pathogens & Vector Attraction Reduction)规则解读

“减少病原体和对病媒的吸引”可理解为我们所讲的无害化处理。

40 CFR part 503中条款30至33是减少病原体和对病媒的吸引方面规定,共同构成“Subpart D-PATHOGENS AND VECTOR ATTRACTION REDUCTION”,包括:范围、术语定义、病原体、减少对病媒的吸引四部分。其中,503.32“病原体”、503.33“减少对病媒的吸引”是这一部分的核心内容。

4.1减少病原体

病原体是指能够引发疾病的生物,比如某些细菌、病毒和寄生虫。503.32条款根据病原体浓度(单位质量中的病原体数量),将污泥分为A,B两个等级:

(1)A级污泥

A级污泥必须同时从处理效果和处理工艺上达到杀灭病原体的标准。

处理效果方面,A级污泥要求病原体浓度低于检测水平(粪大肠杆菌数<1000个/gDS或沙门氏菌数<3个/4gDS)。少量的A级污泥(该等级污泥同时也达到“清洁污泥”污染物浓度指标和降低对病媒吸引的要求)可以不受限制地被销售或被发送。

处理工艺方面,A级污泥要求处理过程包括一定时间的高温阶段。常规的处理工艺包括:

1)55摄氏度高温堆肥,静态堆式堆肥至少3天,条跺式堆肥至少15天。

2)55到60摄氏度高温好氧消化,停留时间至少15天以上。

3)在80摄氏度条件下,热干化至含固率90%或更高。

4)在pH值大于12的情况下堆放72小时以上,其中12小时温度需达到52摄氏度,污泥产品的含固率达50%以上。

(2)B级污泥

B级污泥是以“工艺”为基础设定限值,即B级污泥的病原体浓度限值是根据目前广泛应用的常规污泥消化技术能够达到的水平设定的。因此,B级污泥只有在经过批准后,方可用于特殊用途土地。

B级污泥的常规工艺要求包括:

1)在20摄氏度或更高温度下,好氧消化40天以上。

2)在35-55摄氏度,厌氧消化15天以上。

3)石灰稳定过程应使pH值达到12或以上,并持续至少2个小时。

4)空气干燥至少3个月。

使用上述工艺条件处理的污泥均达到B级污泥标准。另外,其它任何工艺处理的污泥如果在每连续2周内检测七次以上, 其粪大肠杆菌的浓度均小于200万/gDS,也可视为达到B级污泥标准。

4.2减少对病媒的吸引

病媒,也称生物传播媒介,是指可能携带病原体的动物,如老鼠、苍蝇、蚊子、鸟类等容易被生污泥吸引的生物。减少生污泥对病媒的吸引就减少了病原体向人类或其它可能的寄主(植物或动物)传播的可能性。

40 CFR part 503列举了12种减少对生物媒介吸引水平的方法,详见下表。

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5.焚烧(Incineration)方面规定解读

40 CFR part 503中条款40至48是焚烧方面规定,共同构成“Subpart E-INCINERATION”,章节设置与土地利用基本相同,只有503.14操作标准(总烃)略有差异。其中,503.43“污染物浓度限值”是这一部分的核心内容,针对不同类型焚烧炉尾气,规定了砷As、铍Be、镉Cd、铬Cr、铅Pb、汞Hg、镍Ni等七种重金属排放浓度限值(详见下表)。

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2有关Pb的指标根据国家空气质量标准规定计算确定。

此外,还规定了总碳氢化合物或一氧化碳的最高体积浓度不超过100ppm,并实行实时监控。

6.实施效果和启示

40 CFR part 503自发布实施以来,在规范管理方面取得理想效果,特别是在促进了土地利用处置方式的推广方面。1988年美国污泥采用土地利用的比例为33.5%,而且30.3%的POTWs的污泥处于“Unknown transfers”状况;1998年污泥土地利用比例上升到53%,基本消除“Unknown transfers”状况;2010年这一数字已经达到61.5%。

当然,40 CFR part 503在实施过程中也遇到一些问题,甚至法律诉讼。一方面来自企业,例如:1994年,一家制革企业(Leather Industries of America, Inc)状告EPA制定标准过严,阻碍了制革污泥土地利用的出路,最终哥伦比亚巡回法院判定EPA对相关限值进行修改或再次评审。另一方面来自居民,例如1999年,美国最大的污泥处置企业——Synagro公司遭遇New Hampshire州一起因金黄色葡萄球菌感染而引起的死亡索赔案件,原告认为与污泥施用有关,该案件于2000年最终达成庭外和解。

鉴于40 CFR part 503的公众关注度与社会影响,依据CWA405(d)(2)(c)要求,EPA每两年对标准实施情况进行技术评估,包括对原有指标的评价和新污染物质的调查与补充。

40 CFR part 503发布至今已二十多年,从标准的构架、内容、编制与修订,给我们带来很多启示:

启示一:美国作为世界上最发达的国家,污泥处置仍集中于土地利用、填埋和焚烧,相关处理技术也围绕厌氧/好氧消化、好氧堆肥、热干化、石灰稳定等传统技术,技术路线体现了简化与成熟可靠的统一。

启示二:技术标准采用联邦法典形式,减少了管理部门纷争,为采用者提供明确清晰的使用依据。

启示三:技术标准与管理标准合二为一,系统性强,可操作性强,方便采用者使用,也方便执法者管理。

启示四:一部标准涵盖多种技术,串联起处理与处置,即简化标准体系,又强调了技术间的相关性,方便采用者根据自身情况客观使用。

7.结语

40 CFR part 503并不是“完美无缺”的,甚至存在一些争议,但这丝毫不影响它的先进性和示范性。我们在对比国内标准与国外标准限值数量多少、具体数值差异的时候,应首先考虑一下我们的依据是否可靠,是否适应我国现有的国情。现实情况与科学思维在某些条件下存在矛盾性,如何利用当下“现实情况”最大程度实现(并非完全实现)“科学思维”,是现阶段污泥相关管理部门、专家学者在法律法规标准编制过程中应认真考虑的问题。

参考文献

[1]U.S. Environmental Protection Agency. 40 CFR part 503- Standard for the Use or Disposal of Sewage Sludge [S].Federal Register ,58[32]:9248-9415.

[2] U.S. Environmental Protection Agency. Statistical Support Documentation for the 40 CFR Part 503-Final Standard for the Use or Disposal of Sewage Sludge[R].1992.

[3]王涛.我国固体废物标准体系现状及标准化工作建议[J].中国标准化,2018,(10)上:121-125.

[4]王涛,林阳.城镇污水处理厂污泥处置标准浅析[J].中国环保产业,2010,(11):28-31.

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