沼渣沼液的深加工与利用 精品.docx
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沼渣沼液的深加工与利用
§1沼渣、沼液利用现状概述
应用厌氧发酵生产沼气的研究历史已近百年，在我国随着沼气建设的发展，上世纪80年代，厌氧发酵残留物（沼渣液）的再利用已成为人们普遍关注的问题。
例如：
尝试直接利用沼液浸种、沼液育菇、沼液喷施果树和蔬菜，进而试用沼液养鱼、喂猪，配置优质沼肥和生化农药等。
实践证明，沼渣液功能的多样性、经济价值逐步被人们广泛认可，一定范围内得到推广和应用。
但仅限于农户沼气池产生出的沼渣液利用，对其机理的深入研究、规模化、规范化尚欠不足。
改革三十年来，农村产业结构调整，规模化集约化养殖业的迅猛发展，生态农业模式的建立，农村商品经济格局的形成，促使农业生产向高产、优质、高效方向大踏步的迈进。
在此形势下，大型养殖场粪水综合处理与利用的着力点不再单是开发利用可再生沼气能源，而更多的考虑是生态环境的保护、优化与资源全方位高效整合利用。
因而沼渣液深层次的加工、开发与利用已迫不及待的提到议事日程上来。
当然，工业高浓度有机废水（如淀粉厂、酿酒厂、糖厂乃至造纸厂）厌氧处理工程也在加速兴建，为避免二次污染环境，其沼渣液的处理也急需寻求更加科学合理的方法和途径预以解决。
§2沼渣、沼液深加工处理新理念、新途径
从辩证唯物主义观点看，一切物质、物种都是资源，物质是不灭的，它只有形态的变化，而无本质的改变。
因此，合理地调整生产过程中的相生与相斥关系，就能够达到一个生产过程的排泄物转变为另一生产过程的输入物，从而达到零排放目标，我们称之为“无废弃物生产过程”，即循环经济理念。
从上述论点出发观察和分析问题，应该摒弃工农业生产中的废弃物观念，因为它只是生产动态过程中的一个相对的物质转换形态，一切物质均可采用合理转化途径，使之成为人类赖以生存的有用的物质资源。
沼渣、沼液不例外的属于沼气生产过程中的一种辅产物。
大型沼气工程日排出大量沼渣液如不加合理转化、利用，必将形成二次面源污染和资源浪费，这是当前人们面临的不可回避的，而又必须解决的重大课题。
前面所述的户用小型沼气池的沼渣液利用方式，从理论以及方法上可行，但规模较大的沼气工程日排出的大量沼渣液，上述途径则行不通或效益不高。
总结、吸纳国内外的经验，必须走产业化、商品化的路子，形成产业链条和大力开拓市场，多途径，多渠道协调，才能有效地开发、利用沼渣液资源。
建立和谐的、统一的生态、经济的循环体系，其运行模式是类同的，但方法是多样化的。
我们倡导的“五环产业并举和互补型生态农业良性循环模式”即是一个农业种植、养殖、加工产业闭路循环的例证，其中的两个子体系—可再生沼气能源、有机复合肥料生产链，是在种、养、加产业链末端又延续了2个产业链，各自独立又相互关联，两者的结合即构成沼渣液利用的一种新途径。
（图10-2-1、图10-2-2）
因时、因地制宜的寻求科学的、合理的，行之有效的集成技术和先进方法，才能真正的解决沼渣液的出路。
沼渣液处理与利用的新思路、新理念、新方法、新技术及新途径可初步归纳为如下几个方面：
（一）部分回流至沼气发酵装置中再利用，以减少沼气发酵稀释水用量，同时兼顾截留、富集菌种和一定程度上提高新进物料的温度，一举多功。
从节约用水，源头上做到排污减量化，缩小工程投资规模，降低运行成本是十分有利的。
但需特别注意控制发酵物料浓度和酸碱度，回流量及时间要严格监控，以防止酸化和抑制产气。
（二）部分输送到周边村镇或相关企业作为其新建沼气工程发酵物料的补充料源和菌种富集，进行二级发酵产气（以村镇或企业自身所产的生物质物料为主，混配使用，但需考虑合理的运距），此种方式分散处理沼渣液，体现“藏气、藏肥于民”，互赢、互利，减轻大型沼气工程的排放压力。
（三）将沼渣液固液分离后，适当烘干，用作制取固体、液体有机复合肥料（二维）或生物有机复合肥料（三维），以高科技含量，高效、高附加值商品肥进入市场销售。
科学的配方、先进、可靠的生产工艺装备是前提，管理和开拓市场销路是关键。
合理确定市场价位，利润空间要适度，售后服务要到位。
作为替代国外进口的高档叶面肥，本产品可用于高尔夫球场、城市绿化带施肥以及花卉施肥，从效率、成本上具有优势竞争力。
图10-2-1五环产业并举和互补型生态农业良性循环模式图
*五环产业确指：
现代化种植、集约化养殖、深程度加工、可再生能源、有机复合肥。
简称“种、养、加、沼、肥”五环产业。
图10-2-2集约化规模畜禽养殖场能源与环保建设示范工程项目结构示意图。
五环产业链无废弃物生产过程、循环经济运行模式图
（四）部分用于设施农业（温室大棚）果蔬、花卉等的无土栽培营养液，土壤调节剂，勿须精细去除固体颗粒，养分稍许调配即可使用。
亦可作为浸种、育秧、育苗的基液。
此项测土施肥、均衡施肥技术的研发和推广，不少单位做了大量的前期工作，积累了不少经验，可以借鉴和进一步加以完善。
（五）大量的沼液可用于大田作物水肥耦合灌溉，根据不同作物生长期均衡施肥和灌溉，可依灌溉施肥季节用罐车运至田间施肥，也可在规划的田块修筑沼液贮存池，备作施肥季节使用，但输送的方式以及运输成本须认真核算。
（管道或罐车）
（六）将部分沼渣液作为氨化饲料制作的N源补充，部分替代（或混配使用）常规的氨源---碳酸氢铵、尿素，从而降低成本。
（七）利用沼渣液与秸秆燃烧炉（或气化炉）产生的焚灰（含钾）混配制取N、K有机复合肥，其成本可有效降低，（焚灰具备吸湿功能，可减少烘干能耗，减少常规K2O的复配用量）。
从扩大生物质能源保障率，将沼气与秸秆气化气结合，是极具互补性的，对缓解农村能源紧缺十分有利，也可利用气化气及其制取过程中的余热作有机复混肥烘干热源，较为方便经济。
（八）由于沼渣液经厌氧发酵后，高效灭菌，杀灭率达95﹪以上，（大肠杆菌，蛔虫卵）和对病虫害有一定的抑制作用，可用于人工草坪、绿化带的底肥或喷施肥，也可经深加工，工厂化处理后用作浸种液。
（九）沼渣液的遗传基因机理尚待深入研究，可否作为大牲畜、家禽饲料添加剂和鱼饲料需慎重对待。
（十）经固液分离后的沼液可进一步采取“五步净化法”达标排放和回收净化水，即用高扬程泵将沼液泵入高位塔曝气喷淋→再利用落差高速溢流挟气降解COD→挑流转动水轮曝气和回收动力→进入环流折流池曝气、沉降→流入太阳能蒸发器回收净水和污泥→最后流入生化塘净化（种植水生植物和养殖鱼虾）使水质达标。
（养殖业污物排放标准表N010-2-1表N010-2-2）。
此系统的多功能化，一机多用和一体化设计，不仅节能和提高了效率、效益，而且形成一个景观，美化环境。
图10-2-3
（十一）对于鸡、鸭、人粪制取沼气，可将沼渣液排入秸秆浸泡池，可有效提高产气量（秸秆放入网箱内），也可采用高效热碱处理方法浸泡秸秆、青草、干草等，其浸泡液用作调节发酵物料C/N，但需作技术经济比较，合理评价产投比。
（十二）在闲荒土地、湿地承载负荷允许的情况下，某些地方可以采取人工湿地消纳的方法处理COD≤1000mg/l以下的沼水，实施草田轮作，涵养水土，一举多得，关键是要对该地的土壤，地下水状况有充分的把握，以防止次生灾害的发生。
养殖业污物排放标准（参考值）
表NO10-2-1
国家及
地区
生化指标（mg/L）
细菌指标（个/L）
臭
味
BOD5
CODCR
SS
KN
TP
PH
大肠杆菌
蛔虫卵
上海
（1）
80
200
150
20
2
6.5～9
≤104Ⅲ级
2
2级
上海
（2）
400
600
400
60
5
日本
160
400
200
16
5.8～8.6
德国
30
170
台湾
50
50
注：
（1）排入水体
（2）排入市政管网、KN—凯式氮（mg/L）
TP—总氮（mg/L）
我国上海地区要求排放标准：
（1）非农灌季节满足2级（Ⅱ）水质排放标准，即CODCr＜80mg/L，BOD5＜40mg/L,TP＜0.5mg/L,KN＜20mg/L,SS＜70mg/L,PH6.0～8.5
（2）3级（Ⅲ）排放区水质排放标准，即CODcr＜100mg/L，BOD5＜60mg/L,TP＜0.5mg/L,KN＜20mg/L,SS＜100mg/L,PH6.0～8.5
农田灌溉水质标准（mg/L）
表NO10-2-2
序
号
标
物
分
类
作
值
准
目
项
水作
旱作
蔬菜
1
生物需氧量（BOD5）≤
80
150
80
2
化学需氧量（CODcr）≤
200
300
150
3
悬浮物（SS）≤
150
200
100
4
阴离子表面活性剂≤
8.0
8.0
5.0
5
凯式氮（KN）≤
12
30
30
6
总磷（以P计）≤
5.0
10
10
7
水温℃≤
35
8
PH值≤
5.5～8.5
9
含盐量≤
1000（非盐碱土地区），2000（盐碱土地区）有
条件的地区可适当放宽
10
氯化物≤
250
11
硫化物≤
1.0
图10-2-3景观式沼液净化处理
沼液高塔曝气喷淋→假山景瀑布、高速挟气溢流→挑鼻坎水轮转动→隧道式（廊道式）分层异粒径物料过滤→太阳能蒸发器（净水回收）系统
§3沼渣液资源数量分析方法、组分构成
每天排出沼渣液的数量与沼气发酵工艺、发酵装置类型以及运行管理有关，一般的讲，可依物流、能流动态平衡，各阶段降解速率递减累加法加以统计和计算。
对于大型沼气工程共同点是连续进出料，物料浓度和发酵温度恒定，水力滞留期为确定值，且物料降解消化速率和产气率相对稳定，故每日进出料总容积相等，但浓度有差异。
发酵罐总有效容积（即罐中物料体积）不变，进出物料干物质浓度须加以调节，即TS进料%＞TS出料%（TS1%＞TS2%）
日排出沼渣液数量统计分析方法和计算的相关数值如下：
（1）发酵罐有效投入物料容积V0（m³）
（2）每天投入新物料干物质浓度TS进料%（TS1%）
（3）投入物料的容重r进料（t/m³）（r1）
（4）水力滞留期T（天.d）
（5）日排出沼渣液的干物质浓度TS出料%（TS2%）
（6）排出沼渣液的容重r出料（t/m³）（r2）
V0
T
（7）20天水力滞留期发酵物料降解率，n0（%），则排出等体积物料剩余干物质含量为n=1－n0
（一）每日投入发酵罐物料体积为：
V1=
投入物料的重量为：
G1=V1·r1
wp
mp
若新鲜粪的干物质含量为m0，则其含水量W0=1－M0，相对发酵物料浓度TS1%之干物质含量为mp，含水量为wp=1－mp，则物料配水比为α=
设每天投入新鲜粪量为：
M（t），
则需稀释水量为：
W=M（α·m0—W0）（t）
若r1为实测值
则G1=V1·r1=M+W
V0
T
（二）每天由发酵罐排出的物料体积（沼渣液总体积）与投入物料体积相等，即V2=V1=（m³），其重量为G2=V2·r2,G2＜G1
由于水力滞留期T=20天,物料降解率n0＜1（100%）
故r2＜r1
排出等体积物料的剩余干物质重量为：
g2=r2×V2×TS2%×n=G2×TS2%（1－n0）
（三）如果利用固液分离后的沼渣制取固体有机复合肥料，其数量计算方法如下：
固肥生产工艺流程为：
沼渣液固液分离湿沼渣烘干干沼渣混配制肥
若固液分离机效率为：
分离后湿沼渣含水量为K%，则含水量为K%之湿沼渣量为：
S0=G2×TS2%×（1-n0）/K%=g2/k%
设固体有机复合肥料安全储藏水分为P%，则日产含水量P%之干沼渣量为：
S=S0-[S0×（K%-P%）]
S
Z%（t/d）
若含水量P%之干沼渣量占有机复合肥重量比为Z%，则每日可生产有机复合肥数量为：
X日=
（四）沼渣液组分构成：
此数据取决于发酵物料种类，清理收集方式、方法，发酵前处理以及后处理工艺等多种因素，必须经实测、化验分析才能确定。
沼气发酵残余物的一般特性如表N010-3-1所描述。
以下列出几种畜禽粪污制取沼气之沼渣液、糖厂、淀粉厂、药厂之沼渣液组分供参考（N010-3-1—N010-3-7），表N010-3-8—表N010-3-10则对照国内外有机液肥的元素构成及差异。
表N0.10-3-1沼气发酵残余物的一般特性描述
表N0.10-3-2人、畜、禽粪尿养分含量（%）
表N0.10-3-3糖厂糖蜜废水
同济大学提供
表N0.10-3-4药厂抗生素废水
表N0.10-3-5猪场沼气废液（北京沟猪场沼渣液化验成分）
表N0.10-3-6鸡场沼渣液元素含量（留民营）
表N0.10-3-7国产××沼液有机络合营养液元素含量（绿霸）
表N0.10-3-8高美施（美国产品）有机液肥成分
表N0.10-3-9含铁露兹（美国产品）有机液肥成分
表N0.10-3-10猪粪厌氧消化液（沼液）的主要成分（固安鸣英园艺场日光温室沼气池）
表N0.10-3-11猪粪沼液氨基酸含量
表N0.10-3-12猪粪沼气发酵液挥发酸含量
表N0.10-3-13、10-3-14河北××味精厂沼液成分化验结果（三九味精厂）
设计方法学要求，沼渣、沼液的深加工和利用，必须从实际出发，根据已建沼气工程或拟建沼气工程的具体情况，抽样化验其组成，才能作为可靠的设计依据，配制的原料才能准确和达到相关标准，在确保肥料质量的前提下，降低生产成本。
如果要深层次处理，达标排放，刚必须严格遵照国家和地方政府制定法规、标准。
表N0.10-2-1、N0.10-2-2所列标准可供设计参考。
表N0.10-3-1
产气（沼气发酵）
有机物质（发酵原料）
造肥（发酵残余物）
沼气池粪水包含沼气发酵过程分解释放的有机、无机酸盐
（沼气水肥）类，如铵盐、钾盐、磷酸盐等可溶性物质。
发酵残余物
1.难分解的有机残余物,如木质素、少量的纤维素及半纤维素等。
沼气池沉渣
（沼气渣肥）
2.腐殖酸类物质由木质素、蛋白质、多糖类物质经微生物的分解转化而成。
①可溶性灰分吸附于有机残渣上或与腐殖酸代换结合的铵、钾、磷酸根等离子以及某些微量元素等。
②难溶性灰分钙、镁、铁等金属离子形成的硅酸盐类、碳酸盐类、磷酸盐类以及其它盐。
表N0.10-3-2
农业有机废物，如作物秸秆、动物粪便中含有大量有机物质和植物生长需要的氮、磷、钾等矿质元素，是有机肥料的主要原料。
现将我国农村常用的有机肥料和有机废物中的养分含量列表，见表N010-3-2
人畜粪尿养分含量（%）表N010-3-2
水分
有机质
氮（N）
磷（P2O5）
钾（K2O）
钙（CaO）
人
粪
尿
70
90
20
3
1.0
0.5
0.50
0.13
0.37
0.19
-
-
猪
粪
尿
82
96
15.0
2.5
0.56
0.30
0.40
0.12
0.44
0.95
0.09
-
牛
粪
尿
83
94
14.5
3.0
0.32
0.50
0.25
0.03
0.15
0.65
0.34
0.01
马
粪
尿
76
90
20.0
6.5
0.55
1.20
0.30
0.01
0.24
1.50
0.15
0.45
羊
粪
尿
65
87
28.0
7.2
0.65
1.40
0.50
0.03
0.25
2.10
0.46
0.16
鸡
鸭
粪
粪
50
56
25.5
26.2
1.63
1.10
1.54
1.40
0.85
0.62
-
-
表N0.10-3-3
糖蜜废水
CODcr8~12×104mg/L
BOD54~6104mg/L
pH:
3.5~4.5
TN：
0.454%
固形物：
10~12%（除水后的干物，其中70%的有机质）
总糖：
1.27g/100ml
还原糖：
0.66g/100ml
P16.8mg/100ml
K9.44g/kg
Ca2.21g/kg
Mg2.31g/kg
全氮0.454%，相当于2.84%的蛋白质含量
天冬氨酸：
0.093%
苏氨酸：
0.02%
丝氨酸：
0.022%
谷氨酸：
1.0%
脯氨酸：
0.012%
甘氨酸：
0.037%
丙氨酸：
0.066%
胱氨酸：
未检出
缬氨酸：
0.028%
蛋氨酸：
0.002%
异亮氨酸：
0.022%
亮氨酸：
0.029%
酪氨酸：
0.008%
苯丙氨酸：
0.008%
赖氨酸：
0.010%
组氨酸：
0.006%
精氨酸：
0.012%
鸟氨酸：
0.074%
总氨酸：
1.45%
表N0.10-3-4
抗生素废水
水分：
57.42%
以下的含量为被测项目占总干重点含量。
粗蛋白：
34.98%
脂肪：
3.74%
灰分：
11.40%
粗纤维：
4.22%
天冬氨酸：
2.06%
苏氨酸：
0.82%
丝氨酸：
0.41%
谷氨酸：
3.76%
脯氨酸：
0.83%
甘氨酸：
2.21%
丙氨酸：
2.95%
胱氨酸：
未检出
缬氨酸：
1.24%
蛋氨酸：
1.88%
异亮氨酸：
0.82%
亮氨酸：
2.28%
酪氨酸：
0.30%
组氨酸：
0.39%
苯丙氨酸：
0.92%
赖氨酸：
0.81%
精氨酸：
12.26%
鸟氨酸：
1.05%
总氨酸：
34.99%
抗生素发酵废渣
P14g/kg相当于P2O53.2%
K3.72g/kg相当于K2O0.45%
Ca36.34g/kg
Mg21.74g/kg
表N0.10-3-5
苇沟猪场沼气废液分析报告（参考）
mg/l
164.1
1.06
.329
.0514
.0439
＜.0005
＜.0004
50.34
＜.0007
.0593
＜.0007
＜.0003
.9133
.0085
＜.0001
60.55
＜.0001
.1836
.0054
84.94
176.7
133.8
8.16
2.12
2801
钾K
铁Fe
锰Mn
铜Cu
锌Zn
铬Cr
钼Mo
磷P
铅Pb
钡Ba
铝Al
钴Co
锶Sr
钒V
镍Ni
硅Si
钛Ti
硼B
锂Li
镁Mg
钙Ca
钠Na
PH
N克/升
腐殖酸总C量
表N0.10-3-6
北京大兴留民营鸡粪沼液元素含量（最后出口残留物）
与河北霸州临北村牛粪沼液有机络合营养液成分对照
元素名称
元素含量对比（mg/l）
留民营鸡粪沼液
牛粪沼液络合营养液
铝Al
1.963
20
钙Ca
51.39
360
铁Fe
2.519
363
钾K
121.3
124.000
镁Mn
21.44
239
锰Mn
0.3854
-
钠Na
21.41
880
锌Zn
2.389
390
铜Cu
0.1873
260
钼Mo
0.0272
400
镍Ni
0.0304
0.4
铅Pb
0.2061
nn（无）
铬Cr
0.0779
0.16
磷P
23.08
3.17（P-Ges）
硫S
17.32
-
硼B
0.1278
-
钴Co
0.0157
0.06
镉Cd
0.0070
0.12
备注
GSB10200
N-Ges（总氮）51400
NH4-N（氨氮）20700
P-Ges（总磷）3170
表N0.10-3-7表N0.10-3-8表N0.10-3-9
有机液体肥料分析报告（参考）mg/l
绿霸
高美施
含铁露兹
3
32
130
3
.
.
钾K
45547
19938
65857
铁Fe
11.82
495.5
52494
锰Mn
12.73
63.31
193
铜Cu
25.35
214.9
10.22
锌Zn
3.6
557.7
7.547
铬Cr
＜.0125
.404
＜.0125
钼Mo
.6272
878.9
＜.0.1
磷P
4080
4094
15729
铅Pb
＜.0175
＜.0175
＜.0175
钡Ba
.0878
1.884
1.896
铝Al
＜.0175
1001
391.4
钴Co
＜.0075
＜.0075
7.273
锶Sr
3.279
1.55
9.73
钒V
＜.005
4.625
5.311
镍Ni
＜.0025
1.12
＜.0025
硅Si
178.4
1597
966.5
镧La
＜.015
＜.015
＜.0.15
钛Ti
＜.0025
27.81
9.757
硼B
62.86
845.2
＜.0.15
锂Li
.2583
.369
＜.0125
镁Mg
＜0
217
140.9
钙Ca
137.1
99.12
479.1
钠Na
3252
8871
3251
胡敏酸、富里酸总C量
39080
13045
65850
PH
9.20
9.20
5.70
N克/升
18.64
14.44
6.825
3
绿霸
霸州产
32
高美施
美国
130
含铁露兹
美国
表N0.10-3-10
河北固安鸣英园艺场猪粪沼液成分化验表
厌氧消化物（沼液）的主要成分
Table2Themaincompositionofthebiogasliquid
类
别
速效钾
（mg/kg）
速效磷
（mg/kg）
全氮
（mg/kg）
速效铜
（mg/kg）
速效铁
（mg/kg）
速效锰
（mg/kg）
速效锌
（mg/kg）
有机质（%）
pH
沼
液
908
20.6
18
0.206
0.025
0.404
0.207
0.082
7.87
随着我国沼气建设事业的发展,将沼气发酵液用于农田施肥和喷施都取得了良好的增产效果。
大量实验结果表明，沼气发酵液对农作物具有促进生长，增强抗逆性，包括抗病，抗虫，抗冷冻及提高产量和产品质量的作用。
经国内外大量研究工作发现，在厌氧消化液中除含有N、P、K、Ca、Cu、Zn、Fe等大量元素和微量元素外，经厌氧微生物发酵后消化液中一些为生物体所必须氨基酸、脂肪酸（挥发酸）、黄腐酸、B族维生素、生长素、核苷酸及酶类等物质。
国外对猪粪经厌氧消化后的氨基酸含量的变化进行了分析，其结果如下（见表N0.10-3-11）.
表N0.10-3-11
猪粪经厌氧消化后氨基酸含量的变化
氨基酸
浓度（mg/L）
进料液
出料液
内氨酸
599.3
2
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