沼液的生態處理研究進展

陳 斌，張妙仙，單勝道

(浙江林學院 環境科技學院，浙江 臨安 311300)

畜牧業是中國農村經濟的支柱產業，但其排放的大量廢棄物會造成嚴重環境污染，尤其是畜牧養殖廢水污染物加劇了我國水資源短缺的矛盾，嚴重制約社會經濟的可持續發展。近年來，厭氧消化技術已成為減少畜禽糞便污染的主要途徑之一，雖然厭氧消化可以去除高濃度有機廢水的大量可溶性有機物 (去除率達 85% ～90%)［1］，但厭氧消化液(沼液)中仍然含有相當數量的有機污染物，屬高濃度有機廢水，若不妥善處理仍會造成大的環境污染。

1 沼液的營養特性

沼液是經過厭氧發酵后的殘留液體［2］，仍屬高濃度有機廢水，它主要包括發酵過程中產生的有機、無機鹽類，如銨鹽、鉀鹽、磷酸鹽等可溶性物質，其總固體含量小于1%［3］。沼液含有豐富的氮(0.03% ～0.08%)、磷 (0.02% ～0.07%)、鉀(0.05%～1.40%)等大量營養元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等中、微量營養元素，還含有豐富的氨基酸、B族維生素、各種水解酶、某些植物激素以及對病蟲害有抑制作用的物質或因子［4－5］。其中COD 達 600～1 500 mg·L－1、氨氮 600～1 200 mg·L－1、全氮1 000 ～1 800 mg·L－1、濁度 150 ～300 NTU、電導率 >6 000 μS·cm－1。如果沼液未經處理直接排放到環境中，必將造成極大危害。

2 沼液的處理與利用現狀

目前，沼液的處理與利用尚缺乏規范化的管理，除了因地制宜利用當地自然資源外，還需綜合考慮當地經濟發展水平和地域特點。如不合理地處理和利用沼液，就會造成二次污染。

2.1 處理

沼液處理技術可分為2大類:一是好氧微生物處理法，二是自然生物處理法。好氧處理法包括活性污泥法、生物濾池、生物轉盤接觸氧化法和間歇式活性污泥法等。好氧處理法具有處理能力強、適應性廣等優點。但其工藝構筑物復雜、機械設備多、維護工作量大、投資大、能耗高、運行維護費用高，規模小的養殖場難以承受，與我國經濟發展水平不相適應。

自然生物處理法主要包括:生物塘法和人工濕地處理。生物塘法具有運行費用低、操作簡便、高效除污等優點，能有效去除有機污染物、病菌和病毒，同時通過種植水生植物、養鴨和魚蝦貝類等實現污水資源化［6］。生物塘技術符合我國國情，但還存在諸多問題，包括生物塘結構不合理、凈化負荷低、普遍存在淤積問題等。濕地處理法具有建造及運行成本低、出水水質好、操作簡便等優點，選擇合適的植物品種還有美化環境的作用，是適合養殖廢水特點和我國農村經濟現狀的廢水處理新技術，尤其適用于解決我國生態型新農村建設面臨的水環境問題，具有廣闊的應用前景［7］。但其占地面積大，在土地稀缺的地方，難以實際應用。

2.2 利用

沼液利用也可以看作為沼液的一種處理技術。主要包括:沼液浸種、葉面噴施、沼液無土栽培、沼液養豬、沼液養魚等。

沼液浸種。就是利用沼液所含的生物活性物質和速效養分，對種子進行預處理。它不僅可以提高種子的發芽率和成苗率，還可增強秧苗的抗旱、抗病及抗逆性能。

沼液葉面噴施。沼液所含的厭氧微生物的代謝產物，特別是銅鐵鋅錳等微量元素以及多種生物活性物質，能迅速被植株吸收，有效調節作物生長代謝，為作物提供營養，還可抑制某些病蟲害。

蔬菜水培。湖南省農科院經過兩年的試驗，用沼液做營養液進行蔬菜水培，獲得較好效果。由于發酵液的營養成分隨發酵原料的不同而異，因此在使用時，應根據發酵液的營養成分分析結果，結合蔬菜的營養需求，補充適量的營養元素，最后用98%磷酸調節pH到微酸性才能使用。

沼液養豬。人畜糞便經沼氣發酵之后，其中的粗蛋白、粗纖維和脂肪在厭氧環境中，經微生物分解發酵，粗纖維分解成葡萄糖，粗蛋白分解成氨基酸，再加上其它的微量元素以及B族維生素等都可成為豬生長必需的營養來源。

沼液養魚。我國使用新鮮的有機肥養魚有悠久歷史，然而新鮮有機肥含有許多病原微生物，有機肥在轉變過程中，會大量消耗溶氧，造成氧氣不足。如果在施用之前有機肥先經過厭氧發酵，利用發酵后的沼液喂魚，就能取得較好的社會經濟效益。

3 污水的生態處理技術

污水生態處理技術是將污水有控制投配到生態系統中，利用土壤、植物 (動物)、微生物復合系統的物理、化學、生物學和生物化學特征對污水中的水、肥資源加以利用，對污水中的可降解污染物進行凈化，基于循環再生、和諧共存、整體優化和區域分異的生態學原理的生態處理技術［8］。

目前污水生態處理工藝主要包括:污水土地處理系統、生態塘處理系統、蚯蚓濾池處理系統等。這些處理工藝主要利用天然能源，通過污染物質在食物鏈中的轉移和轉化達到去除的目的，具有建設管理費用低、節約能耗等優點。

3.1 污水土地處理系統

污水土地處理系統由土壤 (介質)、植物、土壤-植物環境中的微生物組成，以土壤介質的凈化功能為核心，強調在污水污染成分處理過程中修復植物-微生物體系與處理環境或介質 (如土壤)的相互關系，特別注意對環境因子的優化與調控。土地處理系統包括慢滲生態處理系統、快滲生態處理系統、地表漫流生態處理系統、污水濕地生態處理系統、地下滲濾生態處理系統，其中污水濕地生態處理系統又稱人工濕地，目前研究最為深入、應用最廣泛。土地處理系統造價低，處理效果佳，其工程造價及運行費用僅為傳統工藝的10% ～50%［9］。

以人工濕地處理系統為例，土地生態處理系統對污水的凈化機理如下:系統中的填料 (介質)具有巨大的比表面積，易形成生物膜，污水流經顆粒表面時，其中的污染物質通過沉淀、過濾、吸附作用而被截留。

土地處理系統的局限性主要有: (1)占地面積較大，占地面積是傳統二級生物處理法的2～3倍;(2)污水會堵塞處理系統，使透水性變差;(3)底部需要設隔水層，一旦隔水層遭到破損，污水會滲入自然土壤中，污染地下水體; (4)污水會產生短流或在過水斷面上分布不均勻; (5)寒冷地區易受冰凍影響，熱帶地區易產生瘧疾等病原體;(6)國內的研究應用尚處于起步階段，工藝設計參數及應用實例較少，技術上有待進一步探索。

3.2 生態塘處理系統

生態塘系統通過塘內種植水生作物，進行水產和水禽養殖，建立人工生態系統，以太陽能為初始能源，將污水中的有機污染物降解和轉化［10］。生態塘處理系統包括厭氧塘、兼性塘、好氧塘等，本身既是污水處理單元又是利用單元，不僅可以去除污染物，而且以水生作物、水產的形式作為資源回收，在污水處理的同時實現污水的資源化利用，可將原來荒廢土地變為良田，如藕田、稻田、菜田、魚塘、蟹場等于一體的現代化生態農業基地和游覽勝地。生態塘處理系統能夠有效處理生活污水及有機工業廢水，對有機物和病原體有很好的去除效果。

生態塘系統中對凈化污水的機理不同。厭氧塘中大部分有機物質和部分難降解物質被兼性厭氧產酸菌分解成低分子有機物如有機酸類，部分污染物質被徹底降解為 CH4、CO2、NH3等。兼性塘主要由細菌和藻類組成，并存在一定數量的原生動物和后生動物。簡單有機物質在細菌的作用下進行好氧和厭氧作用，逐漸被降解、同化和轉化。好氧生態塘是由分解者、生產者和消費者構成的復雜生態系統，建立菌、藻→浮游動物→魚→鴨，藻→貝、螺，水草→鵝、鴨等各種食物鏈，形成一個十分復雜的食物網，各自形成獨特的物理化學和生物環境，大大增加了系統的生物多樣性。被細菌和真菌降解凈化的最終產物——無機化合物作為碳源、氮源和磷源，參與食物網中的新陳代謝過程，并從低營養級到高營養級逐級遷移轉化，最后轉變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產物。

生態塘處理系統的應用局限性是: (1)占地面積大，適合在有大面積荒地的地區推廣; (2)易出現短流現象，導致實際水力停留時間小于設計水力停留時間; (3)溫度較高時，易產生臭氣，孳生蚊蟲干擾居民生活，故而應遠離居民生活區;(4)對氮磷的去除效果不穩定。如果與其它工藝相結合，采用可調節的人工強化除氮磷方法，可以解決這一不足。

3.3 蚯蚓微生物濾池系統

蚯蚓生態濾池是濾床中建立的人工生態系統，由濾床填料、蚯蚓及布水系統等組成。系統利用蚯蚓和微生物的協同作用對污水中各種形態的污染物質進行處理和轉化。污水中的生物膜污泥和微生物通過食物鏈最終被有效地轉化為蚯蚓的增殖及其排泄物，而蚯蚓的機體及其排泄物又可成為其它微生物的分解利用對象，從而進行新一輪的生態循環［11］。它既可高效、低能耗地去除城鎮污水中的污染物質，又可避免剩余污泥等二次污染物的產生，是一種全新概念的污水處理工藝。

處理效果好。將蚯蚓引入傳統生物濾池不僅解決了濾床容易堵塞的問題，而且有利于污水和污泥的分解和吸收，從而提高濾床的有機處理負荷。經比較該系統的出水水質優于傳統二級活性污泥法。蚯蚓的存在，還可消滅飛蠅蟲卵和病原菌，改善環境衛生狀況。

物耗、能耗低。蚯蚓生態濾池處理污水的工藝流程簡單，大幅度簡化了污水處理流程，而且不需要復雜的機械設備和投加任何化學藥劑，運行管理和設備維修十分方便。

廢物的零排放。實現剩余污泥零排放，杜絕二次污染，其環境影響遠小于活性污泥法以及其它二級生物處理工藝。

污水處理的資源化。在蚯蚓生態濾池中，廢水中的固體懸浮物和增殖的微生物被小粒徑填料截留和吸附，成為蚯蚓的食物，一部分吸收后轉化為蚓糞。蚯蚓具有重要的飼用、食用和藥用價值，系統繁殖的蚯蚓可作為畜禽和魚類的高蛋白飼料;蚓糞含有豐富的氮、磷、鉀等營養元素，可作為農肥或園藝肥料。

4 小結

沼液的速效營養豐富，養分利用率高，能有效地被作物吸收利用，它含有豐富的可溶性無機鹽類，還含有厭氧發酵的生化產物，具有營養、抑菌、刺激、抗逆等功效。不過沼液利用尚缺乏規范化和程序化的管理，沼液利用不當會產生嚴重的二次污染。污水生態處理具有投資費用低、節能、運行和管理方便等優點，且環境友好，基本上不涉及化學能的投入和化學品的消耗。如果將污水的生態處理應用在沼液處理上，就可提高沼液的處理與回收利用水平，保護和改善生態環境，實施可持續發展。

［1］卞有生.生態農業中廢棄物的處理與再生利用 ［M］.北京:化學工業出版社，2005:271，287，550.

［2］Qin W，Egolfopoulos F N，Tsotsis T T.Fundamental and environmental aspects of land fill gas utilization for power generation ［J］.Chemical Engineering Journal，2001，82:157－172.

［3］葉子良，劉榮厚，郝元元.沼氣發酵接種物對沼氣及沼液成分的影響 ［J］.農機化研究，2007(6):24－27.

［4］劉榮厚，郝元元，葉子良.沼氣發酵工藝參數對沼氣及沼液成分影響的實驗研究 ［J］.農業工程學報，2006(增刊1):12－15.

［5］武麗娟.沼氣發酵原料及產物特性的分析 ［J］.農機化研究，2007(7):42－45.

［6］彭建華，陳文祥，陳會明.綜合生物塘處理養殖廢水初探［J］.水利漁業，2004(4):77－79.

［7］丁玲，沈耀良.人工濕地處理技術及其研究進展 ［J］.江蘇環境科技，2006(2):70－72.

［8］孫鐵珩，周啟星，張凱松.污水生態處理技術體系及應用［J］.水資源保護，2002(3):6－9.

［9］李慧，王俊嶺.污水的土地處理特性分析 ［J］.北方環境，2004(5):108－110.

［10］黃梅.我國生態塘污水處理工藝的研究與應用［J］.企業技術開發，2004(12):154－156.

［11］郝桂玉，黃民生，徐亞同.蚯蚓及其在生態環境保護中的應用 ［J］.環境科學研究，2004(3):39－52.