王志杰，何品晶,3，章 驊，彭 偉，邵立明,3，呂 凡,2

（1.同濟(jì)大學(xué)固體廢物處理與資源化研究所，上海 200092；2.上海污染控制與生態(tài)安全研究院，上海 200092；3.上海多源固廢協(xié)同處理和能源化工程技術(shù)研究中心，上海 200092）

1 引言

厭氧消化作為一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢棄物穩(wěn)定化和能量回收的技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)外處理城市易腐生活垃圾及農(nóng)業(yè)畜禽糞便的主流方式。在《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法（2020 年修訂版）》頒布后，全國(guó)開始全面推行生活垃圾分類制度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城鄉(xiāng)生活垃圾中易腐垃圾占36.5%～76.0%（wt）［1］，而厭氧消化是主流的易腐垃圾處理技術(shù)［2］。因此實(shí)行生活垃圾分類后，全國(guó)將新建大量集中化易腐垃圾厭氧消化處理設(shè)施并投入使用，《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》（發(fā)改環(huán)資〔2021〕642 號(hào)）明確要求要“有序開展廚余垃圾處理設(shè)施建設(shè)”。相應(yīng)地，消化殘余物的產(chǎn)生量也將急劇增加，大量產(chǎn)生的消化殘余物如何經(jīng)濟(jì)合理地處理和資源化利用成為突出問題。

圖1 顯示了當(dāng)前消化殘余物的多種處理利用途徑［3］，消化殘余物經(jīng)固液分離后分為沼液和沼渣。根據(jù)不同技術(shù)的成熟度，沼液的常用處理方式主要包括兩類：①當(dāng)作污水處理，使得沼液可以達(dá)到相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，如GB 16889—2008 生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)、DB 31/425—2009 污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；②實(shí)現(xiàn)資源化利用，用于生產(chǎn)有機(jī)肥產(chǎn)品或直接作為有機(jī)肥使用。當(dāng)前我國(guó)易腐垃圾厭氧消化沼渣的主要處理方式為：①干化焚燒或填埋；②生產(chǎn)有機(jī)肥產(chǎn)品或直接作為有機(jī)肥或土壤改良劑進(jìn)行土地利用；此外研究人員還對(duì)沼渣蟲體養(yǎng)殖開展了初步探索［4］。消化殘余物中含有大量植物易于吸收的氮、磷、鉀以及其他的宏量和微量營(yíng)養(yǎng)元素，在循環(huán)經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)背景下，土地利用被認(rèn)為是消化殘余物可持續(xù)利用的方式之一［5］，有助于保護(hù)有限的自然礦物資源，并大幅降低垃圾厭氧消化技術(shù)的碳排放量［6］。

圖1 消化殘余物的不同處理方式Figure 1 Different treatment methods of digestate

可用于厭氧消化的原料豐富多樣，厭氧消化技術(shù)有多種形式，不同厭氧消化處理廠的運(yùn)行狀態(tài)不一，這也導(dǎo)致消化殘余物的質(zhì)量參差不齊，消化殘余物直接進(jìn)行土地利用時(shí)存在一定的生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)，例如原料中可能存在鹽分、重金屬以及有機(jī)污染物，這些物質(zhì)在厭氧消化過程中不會(huì)被降解。施用到土地中的沼液或沼渣應(yīng)當(dāng)是安全的、高質(zhì)量的，有害物質(zhì)的含量不應(yīng)對(duì)動(dòng)、植物以及土壤生態(tài)造成威脅，因此需要制定和頒布相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范沼液和沼渣的安全施用，避免造成可能的土地污染。

包括我國(guó)在內(nèi)的許多厭氧消化產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，都已經(jīng)建立了保障生物質(zhì)廢物（主要是農(nóng)業(yè)廢棄物，部分包括生活源易腐垃圾）厭氧消化殘余物質(zhì)量以及土地施用安全性的管理框架。消化殘余物作為有機(jī)肥或土壤改良劑進(jìn)行土地利用時(shí)，通常要受到土壤保護(hù)法規(guī)、廢棄物管理法規(guī)、肥料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中一種或多種組合的監(jiān)管。在歐洲，最新的歐盟法規(guī)提案［7］針對(duì)不同類型的沼肥做了質(zhì)量規(guī)定，包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量、重金屬限值、無害化處理要求等，部分歐洲國(guó)家在此基礎(chǔ)上有自己更嚴(yán)格的國(guó)家法規(guī)［8］；在美國(guó)，消化殘余物作為有機(jī)肥土地利用的具體法規(guī)由各個(gè)州自行確立和管理［9］。此外，為了盡可能避免氨的流失和向大氣及水體的釋放，不同國(guó)家也有指導(dǎo)沼肥施用的最佳實(shí)踐指南，這些政策和指南旨在鼓勵(lì)和規(guī)范消化殘余物的土地利用，并確保安全和可持續(xù)的施用。

本研究系統(tǒng)梳理了我國(guó)及國(guó)外代表性國(guó)家或地區(qū)消化殘余物土地利用的相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，具體比較分析了原料的選擇與管控、工藝過程、沼肥產(chǎn)品質(zhì)量要求以及有害物質(zhì)限值等。此外，針對(duì)氮的安全施用量及施用方式，介紹了不同國(guó)家的消化殘余物施用指南，探索了目前消化殘余物土地利用仍存在的限制及解決方案，以期為我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、指南的修訂和完善提供參考，促進(jìn)消化殘余物的資源化利用。

2 消化殘余物的性質(zhì)特征

在厭氧消化過程中，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分被轉(zhuǎn)化為無機(jī)形式，如有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮（NH3-N），有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為磷酸根，但消化過程中總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）的含量基本不變。表1 根據(jù)Peng 等［5］的研究結(jié)果列出了以易腐生活垃圾（Organic Fraction of Municipal Solid Waste，OFMSW）和餐廚垃圾為原料的消化殘余物和固液分離后沼液沼渣的相關(guān)性質(zhì)，主要包括消化殘余物土地利用時(shí)所關(guān)心的營(yíng)養(yǎng)成分、生物穩(wěn)定性和重金屬含量。固液分離后，沼液與沼渣的性質(zhì)很大程度上取決于原料的性質(zhì)、工藝原理、消化狀態(tài)和分離性能［10］，但通常而言，沼渣的總固體（Total Solid，TS；也稱為干物質(zhì)Dry Matter，DM）含量約為20%～30%，沼液的約為1%～6%，大部分有機(jī)氮、磷和纖維被分離到固相中，沼渣中的磷約占直接從消化罐中排出的殘余物的55%～65%，而約80%的氨氮和鉀被分離到沼液當(dāng)中［8］。固液分離后N、P 的不同賦存狀態(tài)使得沼液和沼渣可以分別以不同的劑量施用到對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求不同的土地中，有助于消化殘余物中植物營(yíng)養(yǎng)的管理和利用，沼渣作為磷肥單獨(dú)施用，也可降低儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>

表1 易腐生活垃圾和餐廚垃圾消化殘余物的性質(zhì)特征Table 1 Properties and characteristics of digestate from OFMSW and food waste

除了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，消化殘余物的生物穩(wěn)定性也是土地利用時(shí)所需關(guān)心的重要問題，可以通過四日呼吸耗氧量（Respiration Activity for 4 Days，RA4）、OUR、RBP 等指標(biāo)來衡量［11］，Ponsá 等［12］提出可安全應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的有機(jī)廢棄物OUR 限值為2 g/（kg·h），相對(duì)易降解的原料在運(yùn)行狀態(tài)良好的反應(yīng)器內(nèi)可以達(dá)到良好的生物穩(wěn)定性，例如表1所列的餐廚垃圾；而對(duì)于生物穩(wěn)定性較差的消化殘余物，需要補(bǔ)充后續(xù)的堆肥處理以進(jìn)一步穩(wěn)定其中的殘留有機(jī)物。重金屬在消化殘余物中的含量與原料類型具有非常密切的關(guān)系，通常在易腐生活垃圾和餐廚垃圾的消化殘余物中的濃度極低（表1），各國(guó)對(duì)土地利用時(shí)重金屬濃度的限制將在第4 節(jié)中展開。另外，由于餐廚垃圾來源于烹飪過的食物，烹飪過程往往會(huì)加入鹽以及含鹽的調(diào)味品，Lyu 等［13］在餐廚垃圾的消化殘余物中發(fā)現(xiàn)了濃度較高的Na+（137～159 mg/L）和Cl-（202～208 mg/L）。

3 國(guó)內(nèi)外消化殘余物質(zhì)量管理與土地利用管控政策標(biāo)準(zhǔn)匯總

3.1 國(guó)外法規(guī)

在歐洲，系統(tǒng)的廢棄物管理法規(guī)已實(shí)行了20余年［14］，在完善的廢棄物管理框架下，歐洲各國(guó)對(duì)厭氧消化的政策支持以及消化殘余物管理都較為成熟，消化殘余物可以根據(jù)質(zhì)量和法規(guī)要求歸類為“廢棄物”或“產(chǎn)品”［5］，歐盟成員國(guó)可以根據(jù)本國(guó)情況將歐盟的消化殘余物管理法規(guī)落實(shí)到國(guó)家法規(guī)中，部分國(guó)家還制定了完整的消化殘余物認(rèn)證體系，如德國(guó)、英國(guó)和瑞典［15-17］，這些國(guó)家允許經(jīng)過認(rèn)證的消化殘余物直接進(jìn)行土地利用，具體由各國(guó)根據(jù)原料準(zhǔn)入清單以及物理性質(zhì)和化學(xué)污染物濃度方面的質(zhì)量要求進(jìn)行評(píng)估，由于不同成員國(guó)的原料準(zhǔn)入清單存在差異，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，歐洲議會(huì)和理事會(huì)在2016 年提出了有機(jī)肥料質(zhì)量認(rèn)證體系［7］，消化殘余物被列為可用于生產(chǎn)有機(jī)肥的原料，旨在為合格的消化殘余物開發(fā)有價(jià)值的綠色市場(chǎng)。

美國(guó)環(huán)保署對(duì)消化殘余物的土地利用沒有明確的法規(guī)要求，具體的標(biāo)準(zhǔn)由各州自行確立，如紐約州法規(guī)6NYCRR Part 361［9］對(duì)可用于生產(chǎn)消化物的原料以及土地利用時(shí)的污染物限值做了詳細(xì)要求；環(huán)保署的養(yǎng)分管理計(jì)劃（Nutrient Management Plan，NMP）［18］則要求對(duì)氮、磷肥的土地施用進(jìn)行評(píng)估，以最大程度減少氮、磷向地表水的遷移，這與歐洲的硝酸鹽指令（Nitrates Directive，ND）［19］類似，消化殘余物的土地施用量都要受該計(jì)劃的限制。由于國(guó)土資源豐富，美國(guó)對(duì)消化殘余物管理的重視程度不及歐洲國(guó)家。澳大利亞同樣如此，不過新西蘭生物質(zhì)能協(xié)會(huì)最新制定的技術(shù)指南（Technical Guide 8，TG8）［20］，參考了英國(guó)的消化殘余物管理及認(rèn)證體系，為澳大利亞和新西蘭提供了一套消化殘余物認(rèn)證和肥料化利用的解決方案。表2 詳細(xì)匯總了上述國(guó)家與厭氧消化殘余物土地利用相關(guān)的政策標(biāo)準(zhǔn)。

表2 代表性國(guó)家消化殘余物土地利用政策匯總Table 2 Summary of land use policies for digestate in some representative countries

3.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)對(duì)消化殘余物的不同用途、去向或制成產(chǎn)品的質(zhì)量，做出了更細(xì)化的分類管理要求，如表3所示。

表3 我國(guó)沼液/沼渣土地利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯總Table 3 Summary of relevant standards for land application of biogas slurry/residue in China

若達(dá)不到用作肥料的標(biāo)準(zhǔn)要求，也可以用作農(nóng)田灌溉水，甚至作為廢水排放，但同樣需要處理以達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)土地利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場(chǎng)景主要是農(nóng)業(yè)大田，在此基礎(chǔ)上，GB/T 33891—2017 綠化用有機(jī)基質(zhì)補(bǔ)充了可作為園林綠化基質(zhì)的應(yīng)用場(chǎng)景。但大部分標(biāo)準(zhǔn)所針對(duì)的原材料主要為農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物，尤其是畜禽糞便和動(dòng)植物殘?bào)w，尚缺乏針對(duì)垃圾分類產(chǎn)生的餐廚垃圾和廚余垃圾為原料的消化殘余物的土地利用標(biāo)準(zhǔn)。

4 土地利用對(duì)于消化殘余物的質(zhì)量要求

4.1 原料管控

消化殘余物作為有機(jī)肥進(jìn)行土地利用時(shí)，需要保證其穩(wěn)定、安全且不含雜質(zhì)，而厭氧消化殘余物的性質(zhì)和質(zhì)量，首先取決于原料的組成和性質(zhì)，優(yōu)質(zhì)原料是生產(chǎn)安全的、利于土地利用的消化殘余物的重要起點(diǎn)。從進(jìn)入?yún)捬跸薜脑祥_始進(jìn)行源頭管理，是技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面上最為有效的措施，一方面需要保證原料不被有害化學(xué)物污染，另一方面還要確保原料易于被厭氧微生物利用，并可為微生物提供足夠營(yíng)養(yǎng)［27］。

依托于歐盟廢棄物分類管理體系及廢棄物清單［21］，歐洲國(guó)家對(duì)原料的管控原則整體上是相似的。歐洲國(guó)家的消化物認(rèn)證體系［15-17］中明確列出了適合用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)消化物的原料類型，即原料準(zhǔn)入清單，澳大利亞和新西蘭的技術(shù)指南（TG8）［20］也參考了該管理方式。以瑞典為例，允許的原料包括園林垃圾，來自家庭和餐館的餐廚垃圾，食品加工和銷售行業(yè)產(chǎn)生的食品垃圾、畜禽糞便、農(nóng)作物以及林業(yè)垃圾［16］；英國(guó)消化物質(zhì)量協(xié)議和德國(guó)生物質(zhì)廢物條例［15,17］則根據(jù)歐洲廢棄物清單和編號(hào)［21］做出了更詳細(xì)的分類。此外，歐洲委員會(huì)允許在有監(jiān)管的前提下，使用污水污泥和源頭分離的OFMSW 為原料，生產(chǎn)用于農(nóng)田土壤的消化殘余物，但不同國(guó)家對(duì)這兩種原料的接受程度差異較大，因?yàn)樗麄兛赡軙?huì)使得消化殘余物中的重金屬濃度超標(biāo)。意大利不允許OFMSW 為原料的消化殘余物直接用作肥料［28］；瑞典則嚴(yán)格地把污水污泥排除在準(zhǔn)入清單以外；英國(guó)沒有完全限制污泥的流入，但對(duì)污泥類型也有明確限制，通常只允許食品行業(yè)自有污水處理廠產(chǎn)生的污泥，市政污泥為原料的消化殘余物則需視為廢棄物，不允許進(jìn)行土地利用；而美國(guó)則允許在滿足污染物限值的前提下，直接對(duì)污泥進(jìn)行土地利用［29］，且美國(guó)并沒有類似于歐洲國(guó)家的原料準(zhǔn)入清單。

在歐洲，若原料為“動(dòng)物副產(chǎn)品”類別下的廢物，則須嚴(yán)格遵守歐盟的動(dòng)物副產(chǎn)品法規(guī)［22］要求進(jìn)行消化。在認(rèn)證體系下，原料供應(yīng)商需要對(duì)輸送給厭氧消化廠的原料做詳細(xì)的描述，需要包含來源、產(chǎn)甲烷潛力、物理化學(xué)性質(zhì)（pH、干物質(zhì)含量、有機(jī)質(zhì)含量）、化學(xué)和生物污染、土地利用潛在危害等［30］，厭氧消化廠則根據(jù)其描述的原料性質(zhì)及消化殘余物的預(yù)期用途，決定是否接受該原料。

厭氧消化在我國(guó)的實(shí)際情況是傳統(tǒng)上主要用于處理畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便，現(xiàn)在開始用于處理餐廚垃圾以及垃圾分類產(chǎn)生的廚余垃圾（即歐洲法規(guī)中的OFMSW），而其他類型的適合用于厭氧消化的原料分布較分散，缺乏有效的管理和收集。但從現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沼液和沼渣的定義來看，所針對(duì)的主要原料是畜禽糞便和農(nóng)業(yè)有機(jī)物，如NY/T 2065—2011 中，沼渣和沼液的定義是“畜禽糞便等廢棄物經(jīng)沼氣發(fā)酵后形成的固形物和液體”，NY/T 2596—2014 對(duì)沼肥的定義是“以農(nóng)業(yè)有機(jī)物經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生的沼液沼渣為載體，加工成的肥料”，《農(nóng)用沼液》（征求意見稿）對(duì)“農(nóng)用沼液”的定義中，原料除了畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈，還包括了農(nóng)村生活污水。然而在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系中，尚缺乏類似歐洲的原料準(zhǔn)入清單，已有標(biāo)準(zhǔn)更多關(guān)注終端產(chǎn)品的質(zhì)量，忽視了對(duì)源頭原料質(zhì)量的管理，面對(duì)日益增多的餐廚垃圾和廚余垃圾原料，還沒有針對(duì)性的土地利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 工藝過程

主流的厭氧消化技術(shù)包括中溫消化和高溫消化［31］，消化殘余物的質(zhì)量受到消化溫度、停留時(shí)間等過程參數(shù)的共同影響。保證特定溫度下足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，是確保消化殘余物生物穩(wěn)定以及病原體滅活的關(guān)鍵，但出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，在實(shí)際過程中，厭氧消化廠往往以盡可能短的保留時(shí)間追求盡可能高的產(chǎn)甲烷效率。針對(duì)有潛在生物污染的原料，為確保產(chǎn)品的穩(wěn)定和安全，操作者必須選擇適合對(duì)應(yīng)原料的工藝溫度和停留時(shí)間，中外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中均對(duì)此提出了要求。

歐盟衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［22］的基礎(chǔ)要求是溫度和停留時(shí)間的組合要相當(dāng)于在70 ℃下停留1 h，對(duì)應(yīng)高溫消化（52～55 ℃）的最短停留時(shí)間為10 h；由于在連續(xù)攪拌反應(yīng)器中有部分原料可能未能經(jīng)過完全的混合和降解就被排出消化罐，因此要求高溫消化罐的水力停留時(shí)間（HRT）至少為7 d，以保證原料中的所有組分均滿足最短10 h 的停留時(shí)間，中溫消化罐的HRT 則至少為14 d［27］，如果原料中包含動(dòng)物副產(chǎn)物，或者消化工藝過程不能滿足上述要求，則需要對(duì)原料進(jìn)行單獨(dú)的消毒處理。此外，瑞典消化液認(rèn)證體系要求對(duì)連續(xù)運(yùn)行過程中的溫度、pH、HRT、有機(jī)負(fù)荷等參數(shù)進(jìn)行記錄并存檔。

我國(guó)對(duì)厭氧處理工藝過程的要求中，CJJ 184—2012 要求餐廚垃圾在進(jìn)行厭氧消化前進(jìn)行濕熱或干熱預(yù)處理，其中濕熱處理在120～160 ℃下處理時(shí)間不少于20 min，干熱處理在95～120 ℃下處理時(shí)間不少于25 min；濕式工藝的消化物料含固率宜為8%～18%，停留時(shí)間不低于15 d，干式工藝的物料含固率宜為18%～30%，停留時(shí)間不低于20 d。GB 7959—2012 中要求中溫厭氧消化停留15 d以上，高溫厭氧消化停留8 d 以上。

對(duì)比可見，我國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)層面上對(duì)停留時(shí)間的要求實(shí)際上普遍高于歐洲國(guó)家，餐廚垃圾即便是在已經(jīng)經(jīng)過熱處理的前提下，不低于15 d 的停留時(shí)間仍高于歐盟要求的14 d；同樣，對(duì)于糞便的厭氧無害化處理，中溫和高溫的停留時(shí)間均比歐盟的最低要求長(zhǎng)，這對(duì)于產(chǎn)出的消化殘余物穩(wěn)定性和無害化更有利，而更長(zhǎng)的停留時(shí)間意味著更低的生產(chǎn)率和更高的運(yùn)營(yíng)成本。但是，已有的國(guó)外實(shí)踐表明他們實(shí)際運(yùn)行的停留時(shí)間一般為數(shù)十天，遠(yuǎn)高于其標(biāo)準(zhǔn)要求。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)尚未根據(jù)生物污染風(fēng)險(xiǎn)對(duì)厭氧消化的原料進(jìn)行分類，在滿足4.4部分所述無害化要求的前提下，不同原料的預(yù)處理過程、溫度與停留時(shí)間組合應(yīng)靈活選擇。

4.3 產(chǎn)品品質(zhì)

消化殘余物是否適合進(jìn)行土地利用，與其基本性質(zhì)密切相關(guān)，這些性質(zhì)包括干物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分含量等。對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的評(píng)估，也是歐洲國(guó)家消化物認(rèn)證體系的核心環(huán)節(jié)。表4 以最新的歐盟有機(jī)肥料管理提案［7］和瑞典消化物認(rèn)證規(guī)范［16］為參考，列出了其對(duì)有機(jī)肥料基本性質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)含量的要求，并對(duì)比了我國(guó)不同用途有機(jī)肥料的標(biāo)準(zhǔn)要求。歐盟有機(jī)肥料管理提案［7］僅提供了有機(jī)肥作為商品在市場(chǎng)中銷售的含水率及基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)含量要求，以TN、TP 和TK 的形式進(jìn)行了規(guī)定，此外除了有害物質(zhì)濃度需滿足4.4 所述要求外，并未對(duì)其他指標(biāo)做詳細(xì)要求。當(dāng)消化殘余物進(jìn)行土地利用時(shí)，歐洲大多數(shù)國(guó)家（如德國(guó)［17］、英國(guó)［15］等）的具體要求均與瑞典［16］一致，明確了干物質(zhì)含量、有機(jī)質(zhì)含量的要求，并對(duì)雜物和雜草種子含量進(jìn)行了限制，但沒有對(duì)養(yǎng)分含量做十分嚴(yán)格的要求，而是要求必須標(biāo)注和聲明其營(yíng)養(yǎng)成分，以確定準(zhǔn)確的養(yǎng)分施用劑量，并根據(jù)施用指南和養(yǎng)分管理計(jì)劃將消化殘余物整合到農(nóng)場(chǎng)的施肥計(jì)劃中。

表4 歐洲和中國(guó)有機(jī)基質(zhì)土地利用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Table 4 European and Chinese quality standards for organic substrate land application

相比之下，我國(guó)對(duì)用作肥料的消化殘余物均做出了養(yǎng)分含量的要求，以總養(yǎng)分（氮+五氧化二磷+氧化鉀）的形式標(biāo)注，除了有機(jī)/無機(jī)混肥以外，我國(guó)不同肥料/基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)分含量要求略低于歐盟的有機(jī)肥管理提案，但對(duì)于干物質(zhì)含量的要求顯著高于歐洲國(guó)家，這對(duì)沼渣的干化提出了更高的要求。此外在較新的標(biāo)準(zhǔn)［34-36］中，鹽分含量（可溶性鈉和可溶性氯）也成為限制指標(biāo)，特別是直接用作綠化或農(nóng)林基質(zhì)的沼渣，高鹽分含量可能造成燒苗以及土壤的鹽堿化；而餐廚垃圾中往往含有較高的鹽分，以其作為原料的消化殘余物鹽分含量將是后續(xù)土地利用中的受關(guān)注問題。值得注意的是，歐洲國(guó)家限制了消化殘余物土地利用時(shí)的RBP，這是保證施用到土地上的消化殘余物具有高生物穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，而我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中尚未出現(xiàn)該要求。

4.4 有害物質(zhì)濃度限制

適用于土地利用的消化殘余物除了要滿足上述營(yíng)養(yǎng)要求和基本性質(zhì)以外，更重要的是施用到環(huán)境中要保證健康和安全，包括：①確保對(duì)生物和環(huán)境安全，不含過高濃度的化學(xué)污染物；②確保不含任何致病性生物成分。

這些問題需要對(duì)有機(jī)和無機(jī)化學(xué)污染物、病原體的含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，由于重金屬和持久性有機(jī)污染物在厭氧過程中很難被降解，因此除了4.1 節(jié)所述的原料管控外，表5 和表6 列出了一些國(guó)家消化殘余物土地利用時(shí)的有害化學(xué)物質(zhì)濃度限值。

表5 生物質(zhì)廢物衍生產(chǎn)品土地利用的重金屬限值Table 5 Heavy metal limits for land application of biomass waste derivatives

表6 生物質(zhì)廢物衍生產(chǎn)品土地利用的有機(jī)污染物限值Table 6 Organic pollutants limits for land application of biomass waste derivatives

消化殘余物當(dāng)中的重金屬含量很大程度上取決于所使用的原料類型，污水廠污泥往往含有高濃度重金屬，Zhu 等［43］在以污水污泥為原料的消化殘余物中檢測(cè)到的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As 濃度（以干基計(jì)） 分別為1 158.28、2 743.49、217.51、 60.93、 10.48、 23.58 mg/kg， 其 中Pb、Cd、As 均超過了GB 38400—2019 中所限定的濃度，Cu、Zn 也遠(yuǎn)超GB 4284—1984 農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)的限定濃度，因而許多國(guó)家不允許市政污水廠污泥消化殘余物的土地利用，特別是歐洲國(guó)家；而由優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)原料生產(chǎn)的消化殘余物中的重金屬濃度水平通常遠(yuǎn)低于法規(guī)限值。相比以農(nóng)業(yè)殘留物為原料的沼液，Beggio 等［44］在以O(shè)FMSW 為原料的沼液中檢測(cè)到了更高濃度的Pb（以干基計(jì)）（18.6 mg/kg vs.4.66 mg/kg）和Hg（以干基計(jì)）（0.08 mg/kg vs.0.05 mg/kg），但濃度均符合表5 中各國(guó)的限值要求，以此為原料的消化殘余物土地利用，重金屬濃度可以認(rèn)為是安全的。值得注意的是，《農(nóng)用沼液》（征求意見稿）中針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)沼液中的重金屬濃度提出了不同的限值要求，對(duì)施用于糧食、果蔬等食用類作物的沼液中有害物質(zhì)濃度要求相對(duì)更高。

有機(jī)污染物在消化殘余物中的存在情況地域差異較大，這在很大程度上取決于不同國(guó)家對(duì)有機(jī)污染物的管控法規(guī)嚴(yán)格程度。在大多數(shù)歐洲國(guó)家，盡管在農(nóng)業(yè)中可以發(fā)現(xiàn)微量的其他殺蟲劑、抗生素和化學(xué)品，但其法規(guī)嚴(yán)格禁止使用持久性殺蟲劑，如DDT 和666，因此在農(nóng)業(yè)原料所生產(chǎn)的消化殘余物中不含這類污染物［8］，但在一些發(fā)展中國(guó)家，這類農(nóng)藥還在使用，其出現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品中的概率要高很多。

厭氧消化過程具有一定的消毒效果，能夠滅活消化罐內(nèi)原料混合物中存在的大多數(shù)常見病原體，對(duì)施用到土地中的消化殘余物，我國(guó)同其他國(guó)家的無害化要求對(duì)比見表7。根據(jù)不同的原料類型，消化廠可選擇不同的工藝過程（如4.2 所述）以保證產(chǎn)出的消化物符合表7 要求，出于防疫需要，歐盟法規(guī)1069/2009［22］要求對(duì)某些特定的動(dòng)物副產(chǎn)物（Animal By-Product，ABP）原料補(bǔ)充額外的消毒措施，其中死亡動(dòng)物以及屠宰的非食用動(dòng)物需高壓滅菌（133 ℃，300 kPa），食用類動(dòng)物及屠宰廢棄物需進(jìn)行巴氏消毒。我國(guó)NY/T 2374—2013 則要求沼液沼渣在進(jìn)行資源化利用前需要進(jìn)行額外的臭氧或紫外消毒處理。

表7 生物質(zhì)廢物衍生產(chǎn)品土地利用無害化要求Table 7 Harmless requirements for land application of biomass waste derivatives

5 施用規(guī)范

消化殘余物作為有機(jī)肥進(jìn)行土地利用時(shí)，除了滿足上述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和有害物質(zhì)濃度限值以外，施肥量和施肥時(shí)間還受到肥料施用管理法規(guī)和良好農(nóng)業(yè)規(guī)范的約束。

歐洲國(guó)家在硝酸鹽指令［19］的框架下，有關(guān)部門需根據(jù)土壤特性、種植的作物類型以及沼肥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量制定合理的施肥計(jì)劃，大部分歐盟成員國(guó)根據(jù)該指令，將土地上每年的氮輸入量限制在170 kg/hm2，成員國(guó)在證明不會(huì)導(dǎo)致污染的前提下可以適當(dāng)提高該限值，如丹麥為230 kg/hm2（以氮計(jì)），比利時(shí)和荷蘭為250 kg/ hm2（以氮計(jì)）。消化殘余物在進(jìn)行土地利用時(shí)會(huì)因氨的排放和硝酸鹽浸出造成氮的損失，養(yǎng)分流失到附近水域還會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，因此在硝酸鹽脆弱地區(qū)，良好農(nóng)業(yè)規(guī)范是要求農(nóng)民強(qiáng)制執(zhí)行的，這些規(guī)范［27］包括：①沼肥應(yīng)在植物生長(zhǎng)開始時(shí)（即春季）施用，冬季禁止施用；②靠近河道、陡坡、結(jié)冰以及積雪覆蓋的土地限制施用；③施用最佳天氣是潮濕、無風(fēng)且不降雨，干燥多風(fēng)天氣會(huì)增加蒸發(fā)和氨的流失，降雨則易導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)的淋溶流失；④應(yīng)采用管道或直接注入土壤進(jìn)行施肥，禁止廣泛散播（噴濺板散播）。

在非硝酸鹽脆弱地區(qū)，上述良好農(nóng)業(yè)規(guī)范由農(nóng)民自愿執(zhí)行。英國(guó)農(nóng)業(yè)和園藝發(fā)展協(xié)會(huì)出版的《養(yǎng)分管理指南》［46］提供了詳細(xì)的消化液的營(yíng)養(yǎng)成分信息、各種作物的營(yíng)養(yǎng)需求信息以及養(yǎng)分管理原則和實(shí)踐指南。

在美國(guó)，作為美國(guó)環(huán)保署集中式畜禽養(yǎng)殖管理規(guī)則的一部分，養(yǎng)殖場(chǎng)在申請(qǐng)國(guó)家污染物排放消除系統(tǒng)許可時(shí)需要制定和實(shí)施NMP［18］，該計(jì)劃必須包含生物質(zhì)廢物土地施用的最佳管理實(shí)踐（Best Management Practice，BMP）［26］，可最大程度地減少養(yǎng)分損失，指定以農(nóng)藝學(xué)比例施用有機(jī)養(yǎng)分，并需要保留適當(dāng)?shù)挠涗?。農(nóng)場(chǎng)主必須基于對(duì)農(nóng)田中氮、磷轉(zhuǎn)移潛力的具體評(píng)估，并針對(duì)每個(gè)農(nóng)田養(yǎng)分的形式、來源、數(shù)量、施用時(shí)間和方法，制定并實(shí)施NMP，最大程度地減少氮、磷向地表水中的遷移。BMP 還要求施用土地須距離開放的地表水水源或井口至少100 英里以上，或35 英里以上的植被緩沖帶（1 英里=1.609 344 km）；施用的有機(jī)肥料養(yǎng)分信息（N、P）每年測(cè)定1 次，受納土壤至少每5 年測(cè)定1 次。

我國(guó)類似的施用指南為農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2065—2011，該規(guī)范針對(duì)以畜禽糞便為原料制成的沼肥，包含了對(duì)沼肥理化性質(zhì)的要求，并描述了沼肥的施用方法以及施用量的確定方式，根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和作物對(duì)養(yǎng)分的需求量，給出了不同農(nóng)作物的具體施用量參照；沼渣宜作基肥一次性集中施用，沼液宜作追肥和葉面追肥，除此之外，沼渣還可用于配制營(yíng)養(yǎng)土和栽培食用菌，沼液還可用于農(nóng)作物浸種、防治農(nóng)作物病蟲害、無土栽培營(yíng)養(yǎng)液，針對(duì)每種用途，規(guī)范均給出了詳細(xì)的參考做法。《農(nóng)用沼液》（征求意見稿）進(jìn)一步細(xì)化了葉面施用和土壤施用時(shí)有益元素（Cu、Zn、Se、B）和鹽含量的要求，且對(duì)于雨水充沛區(qū)和干旱半干旱區(qū)的限值有所區(qū)別。相較而言，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沼肥品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)含量的要求比歐洲國(guó)家更加明確，但缺乏類似歐洲國(guó)家和美國(guó)的養(yǎng)分管理措施，沼肥施用量是根據(jù)不同作物和土壤類型的推薦參考值進(jìn)行確定的，而不是通過養(yǎng)分分析和計(jì)算。對(duì)于原料類型不同、性質(zhì)差異較大的消化殘余物，這種施用量確定方式并不具有普適性，可能因施用不當(dāng)造成營(yíng)養(yǎng)過剩，不但影響?zhàn)B分的利用率，還可能造成附近水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

6 問題及建議

1）對(duì)比歐洲消化殘余物認(rèn)證體系，盡管我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系在橫向上更加詳細(xì)，種類更加豐富，但缺乏從原料選擇到施用方式的全流程消化殘余物土地利用管理規(guī)范和指南，在其他國(guó)家，這些規(guī)范和指南往往是由社會(huì)組織在國(guó)家法規(guī)的框架下進(jìn)行整理和撰寫的，如英國(guó)農(nóng)業(yè)和園藝發(fā)展協(xié)會(huì)（Agriculture and Horticulture Development Board）、新西蘭生物質(zhì)能協(xié)會(huì)（BioEnergy Association），目前我國(guó)在《關(guān)于培育和發(fā)展團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)意見》（國(guó)質(zhì)檢標(biāo)聯(lián)〔2016〕109 號(hào)）指導(dǎo)下，來自社會(huì)團(tuán)體的優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)正在涌現(xiàn)，相關(guān)團(tuán)體應(yīng)參考?xì)W洲的消化殘余物認(rèn)證體系，對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合和匯編，以降低生產(chǎn)者選擇和參照標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性。

2）我國(guó)尚缺乏對(duì)原料的分級(jí)管控和分類收集，特別是對(duì)具有不同生物污染風(fēng)險(xiǎn)的原料，這在一定程度上影響了工藝過程的靈活選擇。例如歐盟國(guó)家對(duì)動(dòng)物副產(chǎn)物類的原料進(jìn)行單獨(dú)消毒處理，在處理量、處理效率及處理成本上具有顯著優(yōu)勢(shì)，而我國(guó)為了滿足表7 所述的無害化要求，工藝過程及后處理措施都更為嚴(yán)苛，對(duì)于低污染風(fēng)險(xiǎn)的原料，這會(huì)造成不必要的額外成本。原料分類收集和處理、原料準(zhǔn)入清單的建立仍是需要完善的方向。

3）總體而言，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)肥料品質(zhì)、有害物質(zhì)含量及無害化的要求都更嚴(yán)格，充分保證了消化殘余物施用到土地上的安全性，但嚴(yán)格的要求一定程度上降低了生產(chǎn)者對(duì)消化殘余物資源化利用的積極性，現(xiàn)有政策對(duì)消化殘余物的土地資源化利用鼓勵(lì)措施和市場(chǎng)引導(dǎo)力度不足，導(dǎo)致現(xiàn)階段我國(guó)大型厭氧消化廠的沼液主要采用了達(dá)標(biāo)排放的方式，沼渣主要輸送至焚燒廠進(jìn)行焚燒，大量營(yíng)養(yǎng)被浪費(fèi)，而且背離了利用厭氧消化技術(shù)實(shí)現(xiàn)有機(jī)垃圾碳減排的有利優(yōu)勢(shì)。因此，需要建立更強(qiáng)有力的資源化利用法律框架，提供官方可靠的質(zhì)量認(rèn)證，為沼肥產(chǎn)品建立一個(gè)健全和穩(wěn)定的市場(chǎng)，提高使用者對(duì)其質(zhì)量的信心。沼渣堆肥干化、沼液濃縮等方式可以進(jìn)一步提高沼肥的質(zhì)量，以滿足我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求，雖然這意味著額外的成本，但提高沼肥質(zhì)量、運(yùn)輸便攜性和適銷性，可使得產(chǎn)品以可觀的出售價(jià)格來彌補(bǔ)沼肥后處理的投入。

4）目前我國(guó)厭氧消化的處理對(duì)象和占比正在發(fā)生顯著變化，餐廚垃圾和家庭/集市廚余垃圾等易腐垃圾的處理需求迅速上升，但現(xiàn)行沼肥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大部分均針對(duì)農(nóng)業(yè)有機(jī)物消化殘余物，如畜禽糞便、動(dòng)植物殘?bào)w等，針對(duì)廚余垃圾的標(biāo)準(zhǔn)十分有限，有必要對(duì)早期標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新，補(bǔ)充并完善缺失的生物穩(wěn)定性要求，細(xì)化鹽含量限制，補(bǔ)充高鹽消化殘余物的處理措施。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)土地的營(yíng)養(yǎng)承載能力細(xì)化氮、磷的施用量計(jì)算方法及施用指南，而不是粗略給出消化殘余物施用量的經(jīng)驗(yàn)值和推薦值，以使養(yǎng)分利用率最大化，并避免過量施用可能造成的其他環(huán)境問題。