沼液的概念、成分和再利用途徑及風險

韓敏等

摘 要：沼液的無害化、資源化利用對養殖業、沼氣能源、保護生態環境以及可持續發展都具有重要意義。筆者認識到沼液處理的重要性和必要性，提出沼液的定義，根據沼液的成分，綜述了沼液再利用存在的問題和風險以及沼液再利用的途徑，并提出了相關建議。

關鍵詞：沼液；定義；成分；廢棄物；環境污染風險；循環利用途徑

中圖分類號：X703，X713，S811.5，S216.4 文獻標志碼：A 論文編號：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

0 引言

社會的不斷發展，人們生活需求的不斷提高，畜禽養殖業規模化發展，已成為中國農業發展的支柱產業之一，豬、羊飼養數量均居世界第一位，規模化養豬已達到養殖業的40%以上[1-2]。但是，隨著規模化養殖快速發展，養殖廢棄物（固體、液體和氣體）集中，且大量增加，每年生產的畜禽糞污已達30億t[3]，養殖廢棄物再利用和環境污染風險的問題日益突出[4]。

中國多采用厭氧發酵工藝處理規模化畜禽養殖場糞污[5]。厭氧發酵工藝在畜禽養殖場糞污的生物能源開發-沼氣方面得到比較廣泛的應用，在實現養殖場糞污資源化的同時，有效減少了養殖糞污的一次污染[6]。然而，養殖糞污厭氧發酵產沼氣的同時，還產生了大量的、集中的、二次污染物——沼渣和沼液[7]。

沼渣是固體或者近似固體，相對容易運輸，可以加工制作有機肥料，回歸到土壤，得到利用；沼液也可以作為肥料直接施入土壤。但是，與沼渣不同，沼液是含有復雜有機物的液體，貯藏和運輸不像固體那樣容易，沼液的處理和再利用技術成為急需研究解決的課題。

目前文獻對沼液的概念還沒有明確的定義，沼液的化學成分有不同的報道，作為農業廢棄物，沼液對環境的影響和風險明顯增大，諸如作為農林種植肥料直接利用[8]、用于植物無土栽培[9]。但是，沼液經過工藝處理[10]、不處理排放方面的研究，還十分欠缺。因此，筆者從沼液的概念、成分、再利用的途徑和風險方面進行綜述，提出相關建議，以期為農業廢棄物無害化、資源化循環利用、保護生態環境提供依據和支持。

1 沼液的概念、成分

1.1 沼液的概念

經查閱資料：《中國大百科全書——總索引》、《中國大百科全書——農業》以及《中國大百科全書——環境科學》上都未對沼液概念的解釋，全國科學技術名詞審定委員會網（http：//www.cnctst.gov.cn）也未見有收集沼液一詞。中文期刊文獻有學者們給沼液下了不同的定義：楊懷[11]將沼液定義為：沼液是作物秸稈和人畜糞便等有機物經過厭氧發酵后形成的殘余物，其生產可分3個階段：液化階段、產酸階段、產甲烷階段，最終將有機物轉化為甲烷和二氧化碳等氣體物質、固體沼渣和剩余液態部分沼液。袁怡[12]定義沼液為發酵沼氣后的水系物質。王月霞[13]將沼液定義為有機物質（如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等）在一定的溫度、水分以及厭氧條件下，通過微生物的分解代謝，形成沼氣以及有機殘渣和液體，這部分液體即為沼液。

外文文獻中，與沼液相關的詞如：biogas slurry、fermentation slurry、digested slurry、anaerobic digested slurry、digested bio-slurry、digestate等，名稱和所指不一，而大多數外文文獻稱其與厭氧發酵相關（anaerobic digested），即厭氧發酵剩余物。可生物降解的廢棄物經過厭氧發酵以后的產物有2個：沼氣及其殘留物（digestate）；有的稱沼氣的殘留物（digestate）是固體物，有的則稱固體和液體。事實上，干法厭氧發酵生產沼氣的殘留物以固體為主，一般的厭氧發酵生產沼氣的殘留物以液體為主，所謂的slurry。總之，是經過厭氧發酵的產物。

結合上述學者沼液的討論，將沼液定義如下，供商榷：沼液是厭氧發酵的產物之一，是指可生物降解的有機廢棄物（如人畜糞便或各種農林廢棄物），在一定的含水量、溫度、甲烷細菌的條件及作用下，經密閉容器進行厭氧發酵，產生甲烷、二氧化碳等氣體后的殘留物，其中固體物質稱沼渣，液體物質稱沼液。

本概念強調原料是“可生物降解的有機物廢棄物”包括“人畜糞便或各種農林廢棄有機物”，“溫度、含水量和甲烷細菌”、“密閉容器”是該生物化學反應的條件，“厭氧發酵”是該過程中生物化學反應的實質，“甲烷”為目標生成物，至于“二氧化碳等”、“殘留物”是目標生成物的副產品，該殘留液即為沼液，而殘留固體物，即沼渣。

1.2 沼液的成分

從上述沼液的概念出發，可知：沼液是一種很復雜的混合物，上部可能存在懸浮物，液體中含有一定量的已經產生但溶于液體或未釋放的氣體、礦物養分等無機物、各種分子大小不一的有機物，以及泥土等沉淀物。

對于沼液的成分測定分析，可以從2個不同角度進行：一是按照液體肥料為目的進行測定分析；二是按照畜禽養殖污染物排放為目的的測定分析。

從液體肥料和營養角度看，大多數文獻報道比較一致：沼液中含有一定量的植物生長和發育的必需營養元素，如氮、磷、鉀大量營養元素，鈣中量元素和銅、鐵、鋅、錳等微量元素。此外，沼液含有比較豐富的氨基酸、有機酸、水解酶、維生素、激素，以及對病蟲害有抑制作用的物質[14-15]。另外有報道：沼液中還含有一些對人體有害的重金屬，如汞、鎘、鉻、砷、鉛等[16-17]。但是，由于取樣的方法、時間和地點的不同，所測定的營養成分的量值存在比較大的差異：總氮、總磷、總鉀一般分別在200～900 mg/L、30～100 mg/L、100～500 mg/L的范圍；鋅、銅的濃度分別在<10 mg/L和<5 mg/L的范圍。鐘攀等[18]研究發現，除Pb外，以豬糞為主要原料，經厭氧發酵后所得的沼液中毒性重金屬均存在不同程度的超標現象，以As最嚴重，Cr、Hg、Cd次之。武麗娟等[19]對沼液中多種重金屬含量進行了測定，其中含量較高的是銅和鋅，濃度分別為2.18 mg/L和 0.48 mg/L。總之，沼液中含有植物營養成分和有害重金屬，但是植物營養成分含量不高，而重金屬含量因發酵原料不同而出現較大差異，但是不可避免的有超標現象。

處于畜禽養殖污染物排放的角度，測定指標包括：生物需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、氨態氮（NH3-N）、全磷（TN）、懸浮物（SS）、糞大腸菌群數和蛔蟲卵數量。一般認為，沼液屬于高濃度有機廢水，各個指標量值測定分析結果同樣存在比較大的差異，一般的測定結果為COD高達1000～5000 mg/L、氨氮600～1200 mg/L、全氮1000～1800 mg/L、濁度150～300 NTU[20]。張曉軍等[21]研究的用UASB（“UASB”指升流式厭氧污泥床）工藝處理的養豬場沼液COD達2316 mg/L，氨態氮達915 mg/L，全磷量為135 mg/L；Ken Smith等[22]的研究也表明，厭氧發酵的沼液中含有大量的氨態氮以及磷等元素；陳亮等[23]和陳志遠等[24]分別用USB（USB為厭氧反應器）和CSTB（CSTB為傳統完全混合反應器）工藝處理奶牛場沼液和雞糞沼液，經處理的奶牛場沼液COD為2928 mg/L，氨態氮為948 mg/L，全磷量為 375 mg/L；而經處理的雞糞沼液氨態氮高達5000 mg/L。

很明顯，以上沼氣發酵后殘留液體均無法達到國家養殖業污染物的排放標準[14]。

2 沼液再利用的風險和途徑

對于沼液的再利用，目前存在以下風險和途徑：沼液是農業廢棄物再利用、生產沼氣的、成分十分復雜的液體，與過去相比，存在以下幾個特點：過去，沼氣的規模比較小，一家一戶的，沼液排放，以戶為單位，施用到農田里，從數量上可以得到自行消納，而近年來養殖業規模化程度不斷提高和擴大，伴隨而來大量的沼液，超過了就近消化的容量，遠不能像過去一樣直接作為肥料就地消納，而且易流動，運輸和貯存困難，容易影響周邊環境衛生，存在污染環境的風險。過去，畜禽養殖沿用傳統技術，不存在一些添加劑，諸如有害重金屬、抗生素、激素等，沼液中有害成分低，而現在的沼液中含有害重金屬、抗生素、激素，甚至嚴重超出國家相關排放標準，存在污染和危害生態環境的風險。

沼液的無害化、資源化利用涉及到農業、能源、環境等行業，將成為今后中國養殖業、沼氣能源、農業環境綜合治理和可持續發展的突出問題。

沼液的再利用歸納為以下2個途徑：一是作為肥料或者養殖的原料而利用，原因是沼液含有一定成分和量值的營養物質，可以被植物和動物利用：有報道采用沼液浸種，能使農作物增產5%以上[25-26]，有做葉面肥噴施于果樹、蔬菜，能顯著增加葉綠素含量和產量[27-32]，有用沼液作為無土栽培的營養基質，可以大大節約成本[33]，也有用沼液做養殖，如喂豬和養魚，使豬每天增重0.2 kg，并能降低豬發病率[34-36]，沼液能使魚產量增加15%以上[37]；二是達標安全排放，如果將沼液不經處理而排放，將會污染環境，給生態環境帶來壓力和風險，對于這個問題，文獻報道較少，在此提出沼液的達標排放，原因是現實中存在不經處理而亂排放的現象比較嚴重。達標排放處理的成本和代價比較高，相關技術有待研究。

3 結論與建議

（1）沼液是厭氧發酵的產物之一，指可生物降解的有機廢棄物（如人畜糞便或各種農林廢棄），在一定的含水量、溫度、甲烷細菌的條件及作用下，經密閉容器進行厭氧發酵，產生甲烷、二氧化碳等氣體后的殘留物，其中固體物質稱沼渣，液體物質稱沼液。

（2）沼液的成分中既含有對植物有益的營養元素，也存在對環境和食品健康不利的因素，均不能直接施用或者直接排放；否則，存在污染環境和危害健康的風險。

（3）沼液的利用途徑有許多種，其中主要途徑有2個，即：作為肥料回歸土壤和達標安全排放。

（4）沼液無害化和資源化利用技術，將是今后擺在農業、能源、環境等行業的重要課題，亟待研究和解決。

（5）建議相關部門從源頭規范和控制飼料填加劑的使用，避免或減少食品及其下游畜禽糞便或沼液中有害重金屬、激素等污染環境的風險。

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