沼液的概念_成分和再利用途径及风险_韩敏

农学学报 2014,4(10):54-57 Journal of Agriculture

沼液的概念、成分和再利用途径及风险
韩 敏，刘克锋，王顺利，秦 岭，高程达
（北京农学院，北京 102206）
摘 要：沼液的无害化、资源化利用对养殖业、沼气能源、保护生态环境以及可持续发展都具有重要意
基 金 项 目 ：“十 二 五”国 家 科 技 支 撑 计 划 重 点 项 目“循 环 农 业 科 技 工 程”(2012BAD14B00)；北 京 市 教 育 委 员 会 科 研 基 地 建 设 (PXM2013- 014207000049)；北京市教育委员会科技成果转化和产业化(PXM2013-014207-000078)。 第一作者简介：韩敏，女，1990 年出生，在读硕士，主要从事农业废弃物处理和利用方向的研究。通信地址：102206 北京市昌平区回龙观镇北农路 7 号 北京农学院，E-mail：hanmin900911@。 通讯作者：高程达，男，1964 年出生，山西人，教授级工程师，博士，研究方向：农业生态环境保护。通信地址：102206 北京市昌平区回龙观镇北农路 7 号 北京农学院，E-mail：gaochd@。 收稿日期：2014-02-12，修回日期：2014-02-25。
Definition, Ingredient, Approaches and Risks for Reuse in Biogas Slurry Han Min, Liu Kefeng, Wang Shunli, Qin Ling, Gao Chengda
(Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China)
很明显，以上沼气发酵后残留液体均无法达到国
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韩 敏等：沼液的概念、成分和再利用途径及风险
家养殖业污染物的排放标准[14]。 2 沼液再利用的风险和途径
对于沼液的再利用，目前存在以下风险和途径：沼 液是农业废弃物再利用、生产沼气的、成分十分复杂的 液体，与过去相比，存在以下几个特点：过去，沼气的规 模比较小，一家一户的，沼液排放，以户为单位，施用到 农田里，从数量上可以得到自行消纳，而近年来养殖业 规模化程度不断提高和扩大，伴随而来大量的沼液，超 过了就近消化的容量，远不能像过去一样直接作为肥 料就地消纳，而且易流动，运输和贮存困难，容易影响 周边环境卫生，存在污染环境的风险。过去，畜禽养殖 沿用传统技术，不存在一些添加剂，诸如有害重金属、 抗生素、激素等，沼液中有害成分低，而现在的沼液中 含有害重金属、抗生素、激素，甚至严重超出国家相关 排放标准，存在污染和危害生态环境的风险。
沼液的无害化、资源化利用涉及到农业、能源、环 境等行业，将成为今后中国养殖业、沼气能源、农业环 境综合治理和可持续发展的突出问题。
沼液的再利用归纳为以下 2 个途径：一是作为肥 料或者养殖的原料而利用，原因是沼液含有一定成分 和量值的营养物质，可以被植物和动物利用：有报道采 用沼液浸种，能使农作物增产 5%以上[25-26]，有做叶面肥 喷施于果树、蔬菜，能显著增加叶绿素含量和产量[27-32]， 有用沼液作为无土栽培的营养基质，可以大大节约成 本[33]，也有用沼液做养殖，如喂猪和养鱼，使猪每天增 重 0.2 kg，并能降低猪发病率[34-36]，沼液能使鱼产量增 加 15%以上[37]；二是达标安全排放，如果将沼液不经处 理而排放，将会污染环境，给生态环境带来压力和风 险，对于这个问题，文献报道较少，在此提出沼液的达 标排放，原因是现实中存在不经处理而乱排放的现象 比较严重。达标排放处理的成本和代价比较高，相关 技术有待研究。 3 结论与建议
从上述沼液的概念出发，可知：沼液是一种很复杂
的混合物，上部可能存在悬浮物，液体中含有一定量的 已经产生但溶于液体或未释放的气体、矿物养分等无 机物、各种分子大小不一的有机物，以及泥土等沉淀 物。
对于沼液的成分测定分析，可以从 2 个不同角度 进行：一是按照液体肥料为目的进行测定分析；二是按 照畜禽养殖污染物排放为目的的测定分析。
从液体肥料和营养角度看，大多数文献报道比较 一致：沼液中含有一定量的植物生长和发育的必需营 养元素，如氮、磷、钾大量营养元素，钙中量元素和铜、 铁、锌、锰等微量元素。此外，沼液含有比较丰富的氨 基酸、有机酸、水解酶、维生素、激素，以及对病虫害有 抑制作用的物质[14-15]。另外有报道：沼液中还含有一些 对人体有害的重金属，如汞、镉、铬、砷、铅等 。 [16-17] 但 是，由于取样的方法、时间和地点的不同，所测定的营 养成分的量值存在比较大的差异：总氮、总磷、总钾一 般分别在 200~900 mg/L、30~100 mg/L、100~500 mg/L 的范围；锌、铜的浓度分别在＜10 mg/L 和＜5 mg/L 的 范围。钟攀等[18]研究发现，除 Pb 外，以猪粪为主要原 料，经厌氧发酵后所得的沼液中毒性重金属均存在不 同程度的超标现象，以 As 最严重，Cr、Hg、Cd 次之。武 丽娟等[19]对沼液中多种重金属含量进行了测定，其中 含 量 较 高 的 是 铜 和 锌 ，浓 度 分 别 为 2.18 mg/L 和 0.48 mg/L。总之，沼液中含有植物营养成分和有害重 金属，但是植物营养成分含量不高，而重金属含量因发 酵原料不同而出现较大差异，但是不可避免的有超标 现象。
中国多采用厌氧发酵工艺处理规模化畜禽养殖场 粪污[5]。厌氧发酵工艺在畜禽养殖场粪污的生物能源 开发-沼气方面得到比较广泛的应用，在实现养殖场粪 污资源化的同时，有效减少了养殖粪污的一次污染[6]。 然而，养殖粪污厌氧发酵产沼气的同时，还产生了大量
的、集中的、二次污染物——沼渣和沼液[7]。 沼渣是固体或者近似固体，相对容易运输，可以
外文文献中，与沼液相关的词如：biogas slurry、 fermentation slurry、digested slurry、anaerobic digested slurry、digested bio-slurry、digestate 等，名称和所指不 一，而大多数外文文献称其与厌氧发酵相关(anaerobic digested)，即厌氧发酵剩余物。可生物降解的废弃物 经过厌氧发酵以后的产物有 2 个：沼气及其残留物 (digestate)；有的称沼气的残留物(digestate)是固体物， 有的则称固体和液体。事实上，干法厌氧发酵生产沼 气的残留物以固体为主，一般的厌氧发酵生产沼气的 残留物以液体为主，所谓的 slurry。总之，是经过厌氧 发酵的产物。
处于畜禽养殖污染物排放的角度，测定指标包括： 生 物 需 氧 量 (BOD)、化 学 需 氧 量 (COD)、氨 态 氮 (NH3N)、全磷(TN)、悬浮物(SS)、粪大肠菌群数和蛔虫卵数 量。一般认为，沼液属于高浓度有机废水，各个指标量 值测定分析结果同样存在比较大的差异，一般的测定 结果为COD高达1000~5000 mg/L、氨氮600~1200 mg/L、 全氮 1000~1800 mg/L、浊度 150~300 NTU[20]。张晓军 等 研 [21] 究的用 UASB（“UASB”指升流式厌氧污泥床） 工艺处理的养猪场沼液 COD 达 2316 mg/L，氨态氮达 915 mg/L，全磷量为 135 mg/L；Ken Smith 等[22]的研究 也表明，厌氧发酵的沼液中含有大量的氨态氮以及磷 等元素；陈亮等[23]和陈志远等[24]分别用 USB（USB 为厌 氧反应器）和 CSTB（CSTB 为传统完全混合反应器）工 艺处理奶牛场沼液和鸡粪沼液，经处理的奶牛场沼液 COD 为 2928 mg/L，氨 态 氮 为 948 mg/L，全 磷 量 为 375 mg/L；而经处理的鸡粪沼液氨态氮高达5000 mg/L。
结合上述学者沼液的讨论，将沼液定义如下，供商 榷：沼液是厌氧发酵的产物之一，是指可生物降解的有 机废弃物（如人畜粪便或各种农林废弃物），在一定的 含水量、温度、甲烷细菌的条件及作用下，经密闭容器 进行厌氧发酵，产生甲烷、二氧化碳等气体后的残留 物，其中固体物质称沼渣，液体物质称沼液。
本概念强调原料是“可生物降解的有机物废弃物” 包括“人畜粪便或各种农林废弃有机物”，“温度、含水 量和甲烷细菌”、“密闭容器”是该生物化学反应的条 件，“厌氧发酵”是该过程中生物化学反应的实质，“甲 烷”为目标生成物，至于“二氧化碳等”、“残留物”是目 标生成物的副产品，该残留液即为沼液，而残留固体 物，即沼渣。 1.2 沼液的成分
加工制作有机肥料，回归到土壤，得到利用；沼液也可 以作为肥料直接施入土壤。但是，与沼渣不同，沼液 是含有复杂有机物的液体，贮藏和运输不像固体那样 容易，沼液的处理和再利用技术成为急需研究解决的 课题。
目前文献对沼液的概念还没有明确的定义，沼液 的化学成分有不同的报道，作为农业废弃物，沼液对 环境的影响和风险明显增大，诸如作为农林种植肥料 直接利用[8]、用于植物无土栽培[9]。但是，沼液经过工 艺处理 、不 [10] 处理排放方面的研究，还十分欠缺。因 此，笔者从沼液的概念、成分、再利用的途径和风险方
义。笔者认识到沼液处理的重要性和必要性，提出沼液的定义，根据沼液的成分，综述了沼液再利用存
在的问题和风险以及沼液再利用的途径，并提出了相关建议。
关键词：沼液；定义；成分；废弃物；环境污染风险；循环利用途径
Hale Waihona Puke 中图分类号：X703，X713，S811.5，S216.4
文献标志码：A
论文编号：2014-0071
Abstract: It is important for agriculture sustainable development that harmless and resource of digested slurry from biogas production. The author gave a definition of biogas slurry, and described its composition and characteristic, and pointed out that there were some problems and risks at current in utilization of biogas slurry, and two approaches of usage was proposed, such as fertilizer and discharge out. Technology of improving treatment was a serious problem at current. Some suggestions were put forward. Key words: Biogas Slurry; Definition; Ingredient; Residues; Risks of Environmental Pollution; Recycling Pathway