沼液还田安全风险分析与沼液无害化处理技术

沼液还田安全风险分析与沼液无害化处理技术

导读：笔者总结了目前国内禽畜粪便厌氧消化沼液还田的应用现状。沼液还田对于提高土壤肥力、农作物产量和品质均有积极作用，但大量施用时会对水土环境和农作物带来安全风险，本文对沼液还田安全风险进行了分析。

沼液是厌氧消化的产物，其处理处置是沼气工程需解决的关键问题之一。目前，国内外对沼液的处理处置大致分为还田利用型和达标治理型,其中我国主要采用沼液还田技术。

随着经济的发展，行业结构转型与技术革新等，当前的生物质废物与过去存在较大的差别。例如，集约化畜禽养殖行业，抗生素的大量使用，使得畜禽粪便理化性质发生了变化，重金属以及抗生素类有机污染物可能会影响沼液还田的安全性。因此，系统地分析和评价目前沼液还田的安全性，并采用适宜技术对沼液进行无害化处理变得十分重要。

一、沼液还田现状及其安全风险分析

沼液因其含有丰富的营养物质，是一种优质的有机肥料，在农业生产上具有良好的应用前景。与普通有机肥相比，畜禽粪便厌氧消化沼液中含有的氮、磷、钾分别高出22. 1%,17. 5% ,20. 1% ,同时含有多种微量元素，如铁、锌、锰等，氨基酸，B族维生素，腐殖酸，植物生长激素和数十种防止作物病虫害的活性物质。沼液的速效养分多，且不带活病菌和虫卵，容易被吸收。

1、沼液还田对土壤肥效的影响

长期施用化肥会导致土壤 pH 值降低，土壤酸性增加，产生板结，降低土壤肥力。沼液以肥料的方式进入土壤后，会对土壤进行改良。土壤中的有机质可以吸附阳离子，使土壤具有高效的保肥力和缓冲性，促进土壤微生物的均衡生长，同时还能疏松土壤，改善土壤的物理性状。

针对不同地区土壤的研究表明，沼液对于土壤中的有机质含量提升有一定的促进作用，使用沼液后，土壤中总氮（TN），速效氮（N），速效磷（P），速效钾（K）均有提高。另外，沼液中的腐殖酸对土壤团粒结构的形成也有重要的作用。

有研究显示，沼液与化肥配合使用，不但可以均衡土壤所需的营养元素，增强土壤的肥效，而且可以疏松土壤，增加土壤的透气性。

2、沼液还田对农作物产量的影响

研究显示，沼液对于提高农作物产量具有普遍意义，但是不同发酵原料的沼液对于不同种类农作物的增长原理需深入研究。

沼液对不同农作物产量的影响如表1 所示。

由表1可知，沼液与化肥搭配使用增产效果较好，原因可能是搭配使用后，营养元素更加均衡，尤其是氮素供应充足后产量明显增加。同时，随着沼液量的增加，增产效果也趋于上升，可能是因为氮素会挥发和融入水分下渗流失，及时补充沼液会弥补氮素含量。沼液中的微量元素和生长激素也会对农作物的生长有促进作用。

3、沼液还田对农作物品质的影响

农作物中的维生素、糖分、蛋白质、硝酸盐和矿物质等都是评价农作物品质的因素，维生素C是农作物中特有的物质，人体不能合成，需要从果蔬中摄入，因此维生素C的含量是评价作物的重要指标。

糖分和可溶性糖是影响口感的主要因素，这对果蔬非常重要，也是后续营养变化的重要影响因素。蛋白质含量也是评价谷物的重要因素之一，蛋白质高的谷物营养价值也随之升高。

表2是不同农作物施用沼液后的品质变化，可以看出施加沼液后大部分作物的品质有所提升，其中追肥和施加叶面肥对农作物的品质提升有很好的作用。然而，沼液施用存在一定的阈值，不同农作物对沼液的耐受值也不相同，在合理范围内施用沼液时，对农作物的各类营养成分均有促进作用。

4、沼液还田安全风险评价

①土壤和农作物

畜禽养殖废水中含有重金属和抗生素，厌氧发酵后会残留在沼液中。沼液作为液体肥料是否会污染土壤是沼液资源利用的关键。

沼液进入土壤后使得土壤中重金属的含量增加。随着 pH 值，时间，DOC（溶解有机碳）和 Eh（氧化还原电位）的变化，沼液作为有机肥进入土壤后会不断分解，会将重金属离子分离下来，形成易被植物吸收的形态，对土壤和农作物的质量产生影响。

有学者对连续 6 年施用沼液的土壤进行取样，发现 Cu,Zn 的含量明显升高，其他重金属含量也有增加。也有研究表明，在高沼液用量时，小白菜中的重金属含量相对于低沼液用量时有显着提高，但并未超标。

与化肥相比，虽然沼液中的重金属含量较低，但沼液的施灌量往往要大于化肥用量，从而带入土壤 - 农作物系统中的重金属含量略高。由此看出，适量的沼液灌溉对作物安全没有太大影响，但高强度的施灌水平仍存在重金属在作物中累积的风险。

②水环境

厌氧发酵后的沼液中存在氨氮和磷酸盐，沼液还田后通过土壤中水分的转移，对周边的地表水和地下水都有潜在的污染风险。

沼液中的氨氮在土壤的硝化细菌作用下会形成硝态氮，硝态氮会随土壤中的渗滤液流入下部水层，对地下水造成污染，引起水体的富营养化。同时如果硝化反应不完全时，会产生亚硝酸盐，会对动物和人体产生不良影响。有研究指出，土壤中积累的 NO3-N在降水或灌溉的作用下，会不断向下淋洗，直至污染地下水。

沼液的合理灌溉强度与沼液的养分含量、土壤、气候和植被等因素相关，应根据不同的情况施以不用强度的沼液肥料，避免造成水体的富营养化和亚硝酸盐的产生。

二、沼液无害化处理技术

1、沼液中氮、磷及COD的去除

沼液属于高浓度有机废水，其COD,氨氮，总氮含量可分别达到1000~5000mg·L-1,600~1200mg·L-1和1000~1800mg·L-1。然而，不同发酵原料产生的沼液成分不尽相同。

有学者对江苏21家禽畜养殖场大中型沼气工程实地调查发现，猪粪沼液中TN含量为400~700mg·L-1,TK100~300mg·L-1,TP30~60mg·L-1,而牛粪TP和TK分别超过300mg·L-1和500mg·L-1。

另有学者通过对不同发酵原料进行研究，发现以猪粪为发酵原料的沼液的TN含量，TP含量，TK含量最高，其值分别为%,%,%。有机质含量以牛粪原料最高,平均含量达%,鸡粪的有机质含量最低,平均含量仅为%。

常见的处理沼液中高浓度氮、磷及COD的技术工艺包括序批式活性污泥法（sequencingbatchreac-tor,SBR），鸟粪石沉淀处理法，氧化塘法，移动床生物膜反应器（movingbedbiofilmreactor,MBBR），以及多种工艺组合法等。