宋現(xiàn)財(cái)， 李文運(yùn)， 趙樂軍， 周抒宇

(1.天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300392；2.天津水務(wù)集團(tuán)有限公司，天津300042)

城市給水水源主要來自江河湖泊等地表水體，水體中的微生物、有機(jī)物、無機(jī)顆粒等物質(zhì)經(jīng)過調(diào)節(jié)池沉淀后會(huì)產(chǎn)生大量沉積物，調(diào)節(jié)池底泥。隨著我國城鎮(zhèn)化速度加快,外地調(diào)水工程的規(guī)模日益增加[1]，其處理和處置問題越來越突出,已經(jīng)成為部分供水企業(yè)的沉重負(fù)擔(dān)。一方面，不同于城市污水處理廠污泥，調(diào)節(jié)池底泥以江河泥沙為主[2]，未投加藥劑或投加很少藥劑處理，有毒有害物質(zhì)少，為其處置方法兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益提供可能。另一方面，由于近年來城市生態(tài)文明建設(shè)的加速推進(jìn)，城市綠化大面積展開，致使對綠化種植土的需求缺口不斷擴(kuò)大。

基于此，將供水底泥改良后用作綠化種植土不僅能夠降低底泥處理的社會(huì)成本，還可以緩解城市園林建設(shè)缺少種植土的難題。筆者通過調(diào)研分析天津市及周邊綠化施工企業(yè)對種植土的需求、價(jià)格變動(dòng)、重點(diǎn)關(guān)注事項(xiàng)以及對供水底泥的接受程度等情況，同時(shí)為今后解決給水廠污泥的處理處置，調(diào)研中也對園林綠化企業(yè)是否有意愿使用給水廠污泥進(jìn)行了調(diào)研，提出了3種應(yīng)用模式，以期為解決底泥資源化和擴(kuò)展綠化種植土來源提供思路借鑒。

1 市場環(huán)境分析

課題組通過問卷調(diào)查、實(shí)地走訪、電話調(diào)研等[3-4]方式對天津市及周邊10余家綠化施工企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，主要成果如下。

1.1 種植土使用需求

調(diào)研完成后，8家綠化施工企業(yè)提供了可靠數(shù)據(jù)。受企業(yè)規(guī)模影響，每年對種植土的需求量差別較大(如圖1所示)，最大為210 000 t，最小為12 000 t，平均年需求量達(dá)到71 750 t，總體需求量比較大，這與大城市中心城區(qū)綠化需要外來土以及天津市鹽堿地條件下植物種植需要換土有關(guān)。

圖1 綠化施工企業(yè)每年種植土需求量Fig.1 Annual planting soil demand of landscape engineering enterprises

此外，種植土的需求呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性。絕大部分企業(yè)春季種植土需求量最大，平均占比63%，主要是因?yàn)榇杭痉N植更有利于提高植物的存活率，對種植土的需求量也最大，有些企業(yè)如天津*菌只在春季有種植土需求。夏季和秋季種植土需求占比均為11%，主要用于植物補(bǔ)種、補(bǔ)充水土流失以及受工期影響的景觀工程種植。冬季種植土需求占比為15%，這可能是因?yàn)槌耸芄て谟绊懙木坝^工程種植，部分企業(yè)有儲(chǔ)存種植土的需求。

1.2 種植土價(jià)格

如圖2所示，受地域、來源和市場供需影響，不同企業(yè)購買的種植土價(jià)格有一定差別，最便宜的為20～30元/t，中等價(jià)格為30～40元/t，天津企業(yè)購買種植土的價(jià)格普遍在40～50元/t。這是因?yàn)楹颖笔〕鞘兄苓呁临Y源相對豐富，價(jià)格較低，而天津市受鹽堿地影響，種植土需求量大，供給相對不足，造成價(jià)格升高，2022年種植土價(jià)格平均達(dá)到50.5元/t。另外，分析2020—2022年價(jià)格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大部分企業(yè)的種植土購買價(jià)格呈現(xiàn)逐年上升趨勢，平均價(jià)格分別為42.4，46.1和50.5元/t，年均增長9%。

圖2 種植土價(jià)格Fig.2 Price of planting soil

1.3 綠化施工企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注種植土指標(biāo)

為調(diào)查園林種植施工企業(yè)對種植土泥質(zhì)的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)，選取《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)中pH、有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量、有效磷、水解性氮、全鹽量、可溶性氯、速效鉀等指標(biāo)，同時(shí)選取《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)中有毒有害的重金屬指標(biāo)，包括銅、鉻、鎳、鋅、鉛、鎘、砷、汞，作為備選進(jìn)行調(diào)查。

從企業(yè)反饋數(shù)據(jù)來看(圖3)，企業(yè)對種植土土源的要求通常不考慮《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)中有毒有害的重金屬指標(biāo)，這可能與所購置土源一般不涉及污水處理廠污泥改良土有關(guān)。在《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)規(guī)定的指標(biāo)中，主要關(guān)注pH、有機(jī)質(zhì)、全鹽量、水溶性氮和可溶性氯。絕大部分企業(yè)關(guān)注pH指標(biāo)，認(rèn)為這是購買和判定種植土合格與否的核心指標(biāo)，也是關(guān)系到種植土到貨后是否需要再次改良的關(guān)鍵。7家天津企業(yè)關(guān)注全鹽量指標(biāo)，這是因?yàn)樘旖蚴型寥榔毡楹}量高，過高的含鹽量不利于植物存活，以至于很多原土需要更換為含鹽量符合標(biāo)準(zhǔn)的種植土才能種植。4家企業(yè)關(guān)注有機(jī)質(zhì)含量，這主要是因?yàn)榉N植土有機(jī)質(zhì)含量決定了后期有機(jī)肥的投加量。1家企業(yè)關(guān)注可溶性氯，因?yàn)橛行┲参飳β缺容^敏感，當(dāng)吸收量達(dá)到一定程度會(huì)明顯影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)，比如瓜果類和一些藥材類植物。1家企業(yè)關(guān)注水解性氮，因?yàn)榈菢?gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，影響植物發(fā)育。

圖3 企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的種植土指標(biāo)Fig.3 Planting soil indicators focused by enterprises

1.4 綠化施工企業(yè)對水廠底泥的接受情況

根據(jù)圖4的調(diào)查結(jié)果， 對于“若調(diào)節(jié)池底泥經(jīng)泥質(zhì)檢測后可直接使用，綠化工程是否接受?”這一問題，有7家企業(yè)明確表示不會(huì)接受，主要擔(dān)心底泥不符合種植土對“土壤”特性的要求，滲透性、密實(shí)度、孔隙度、土壤塊徑等指標(biāo)不滿足要求，影響植物生長。有2家企業(yè)表示在送貨上門并且明顯低于市場價(jià)的情況可以考慮使用，說明如果能提供底泥符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)證明的情況下，有些企業(yè)愿意嘗試使用供水底泥作為園林種植土。

對于“底泥改良后滿足《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)要求情況下，綠化工程是否愿意接受？”的問題，各企業(yè)態(tài)度不同。4家企業(yè)明確表示不使用底泥，主要原因是擔(dān)心其不具備土壤特性，在未明確種植效果的情況下，擔(dān)心影響植物種植率而發(fā)生違約。4家企業(yè)表示在送貨上門并且明顯低于市場價(jià)的情況下可以考慮使用，1家企業(yè)表示在僅承擔(dān)運(yùn)費(fèi)的情況下可以使用。底泥完成土壤化改良且滿足《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)要求的情況下，可以打消相當(dāng)一部分企業(yè)的顧慮，有較多企業(yè)產(chǎn)生嘗試使用的興趣。

對于“是否接受改良后給水廠污泥(給水廠處理后排出泥，性狀紅色，含鐵鋁)？”的問題，7家企業(yè)明確表示不使用，主要擔(dān)心重金屬污染、泥質(zhì)感官效果不佳；2家企業(yè)表示在不承擔(dān)任何費(fèi)用的情況下可以嘗試使用。說明企業(yè)普遍對供水廠經(jīng)過加藥處理的給水廠污泥改良有很大顧慮，但在一定的經(jīng)濟(jì)刺激下，這種顧慮存在打消的可能。

圖4 對調(diào)節(jié)池底泥及給水廠污泥的接受情況Fig.4 Acceptance of sediment and waterworks sludge cake

2 運(yùn)行模式與經(jīng)濟(jì)性分析

課題組通過調(diào)研園林綠化施工企業(yè)，總結(jié)形成3種供水底泥改良為種植土的運(yùn)作模式(圖5)。由于所有參加調(diào)研企業(yè)均表示不負(fù)責(zé)運(yùn)輸，所以運(yùn)輸送貨的環(huán)節(jié)均安排在供水企業(yè)。

圖5 底泥/污泥改良為種植土運(yùn)作模式Fig.5 Operation mode of sediment improvement into planting soil

第一種模式，調(diào)節(jié)池底泥濃縮干化后，由水廠購入農(nóng)作物秸稈、綠植枯枝落葉及標(biāo)準(zhǔn)種植土等改良輔料，在水廠完成摻拌和儲(chǔ)存，用戶需要時(shí)，由水廠負(fù)責(zé)將已改良的種植土運(yùn)送至用戶指定地點(diǎn)。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是種植土質(zhì)量便于掌控，直接根據(jù)市場需求和價(jià)格出售種植土，有可能獲得較高利潤；缺點(diǎn)是對水廠場地、人員要求較高，也存在一定的市場需求波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

第二種模式，供水企業(yè)負(fù)責(zé)將底泥濃縮干化后根據(jù)用戶需要直接運(yùn)送至用戶指定地點(diǎn)，作為一種潛在種植土的土源，由用戶根據(jù)園林種植需要和自身方便獲取的改良輔料情況進(jìn)行摻拌改良，改良過程在用戶提供的場地完成。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是供水企業(yè)直接出售底泥，不承擔(dān)后續(xù)場地、人員及市場波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，缺點(diǎn)是可能獲取的利潤較低。

第三種模式與第一種模式較為類似，底泥的改良過程在供水企業(yè)完成，區(qū)別在于改良所用輔料由用戶提供，這種模式除了包含第一種模式的優(yōu)點(diǎn)外，還便于與用戶形成穩(wěn)固的合作關(guān)系，保證銷量的穩(wěn)定；缺點(diǎn)是較第一種模式收益會(huì)受到影響。

課題組對供水底泥改良為園林種植土的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖6。

圖6 供水底泥改良為種植土效益分析Fig.6 Benefit analysis of improving water supply sediment into planting soil

如果不對底泥進(jìn)行改良資源化利用，直接將其進(jìn)行填埋處理，費(fèi)用約300元/t，給供水企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，且采用填埋的方式，會(huì)占用污泥填埋場空間，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益不佳。

如果按照前述模式一進(jìn)行運(yùn)作，根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，天津市普通種植土價(jià)格按照50元/t計(jì)算，依據(jù)課題組試驗(yàn)結(jié)果，選定底泥與普通種植土1∶1混合改良，改良后成本約25元/t，運(yùn)輸成本按照B=1元/(t·km)計(jì)算，改良后的種植土運(yùn)送至客戶指定地點(diǎn)的成本線為L1，當(dāng)L1升至成本線300元/t后，供水企業(yè)進(jìn)入負(fù)收益區(qū)間，經(jīng)濟(jì)不可行，此時(shí)對應(yīng)的運(yùn)輸距離為D1=275 km，也就是當(dāng)改良后運(yùn)輸距離大于275 km后，經(jīng)濟(jì)不可行(由于調(diào)研企業(yè)對改良后底泥的價(jià)格接受普遍為免費(fèi)或低于市場價(jià)，為了便于分析，暫時(shí)按照免費(fèi)考慮)。如果按照底泥與秸稈腐熟物2∶1混合改良，秸稈腐熟物按照180元/t計(jì)算，改良后成本大約為60元/t，運(yùn)輸成本按照B=1元/(t·km)計(jì)算，改良后的種植土運(yùn)送至客戶指定地點(diǎn)的成本線為L2，當(dāng)L2升至成本線300元/t后，供水企業(yè)進(jìn)入負(fù)收益區(qū)間，經(jīng)濟(jì)不可行，此時(shí)對應(yīng)的運(yùn)輸距離為D2=240 km，也就是當(dāng)改良后運(yùn)輸距離大于240公里后，經(jīng)濟(jì)不可行。

如果按照前述模式二進(jìn)行運(yùn)作，供水企業(yè)主要承擔(dān)運(yùn)輸成本，按照B=1元/(t·km)計(jì)算，改良后的種植土運(yùn)送至客戶指定地點(diǎn)的成本線為L0，當(dāng)L0升至成本線300元/t后，供水企業(yè)進(jìn)入負(fù)收益區(qū)間，經(jīng)濟(jì)不可行，此時(shí)對應(yīng)的運(yùn)輸距離為D0=300 km。

第三種模式的經(jīng)濟(jì)性分析方法與第一種模式類似，主要取決于供水企業(yè)與用戶商談關(guān)于改良輔料的價(jià)格。

供水企業(yè)的收益情況可以按下式計(jì)算：

Yi=300-Di·B-Ci+Ji

(1)

式中Yi為每噸收益，元/t；Di為運(yùn)輸距離，km；Ci為改良成本，元/t；Ji為售價(jià)，元/t。

按照平均運(yùn)輸距離20 km測算，改良成本按照40元/t計(jì)算，售價(jià)按照低于市場價(jià)的20元/t計(jì)算，最后得到每噸底泥收益為260元。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，并附帶產(chǎn)生良好環(huán)境效益和社會(huì)效益。

3 主要結(jié)論

通過問卷調(diào)查、實(shí)地走訪、電話調(diào)研等方式對調(diào)節(jié)池底泥改良后用于綠化種植土的市場環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，獲得如下結(jié)論。

① 綠化種植施工企業(yè)對種植土需求量較大，而且具有明顯季節(jié)性，春季需求量最大，占比63%，種植土全年平均市場價(jià)格在30～50元/ t，且有逐年增長的趨勢。

② 綠化種植施工企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注種植土指標(biāo)包括pH、全鹽量、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、可溶性氯等指標(biāo)，其中pH、全鹽量是最關(guān)注的指標(biāo)；對于使用調(diào)節(jié)池底泥改良的種植土普遍有顧慮，但如果滿足《綠化種植土壤》(CJ/T340—2016)要求且低于市場價(jià)格的情況下，較多企業(yè)愿意嘗試使用。

③ 通過調(diào)研，總結(jié)獲得3種調(diào)節(jié)池底泥改良為種植土的運(yùn)作模式，可根據(jù)市場需求采用不同模式進(jìn)行運(yùn)作以提高底泥的資源化利用效率和經(jīng)濟(jì)收益。

④ 對調(diào)節(jié)池底泥改良為綠化種植土的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，判定在供水企業(yè)承擔(dān)運(yùn)費(fèi)且改良土免費(fèi)的情況下，運(yùn)送距離300 km以內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)正收益；采用種植土和秸稈腐熟物改良后的最遠(yuǎn)運(yùn)送距離分別為275和240 km；考慮天津市地域?qū)嶋H和市場售價(jià)，底泥正收益可達(dá)到260元/ t，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。