沼渣沼液的利用现状分析与对策.docx

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沼渣沼液的利用现状分析与对策

沼渣沼液资源化利用调研报告

沼渣、沼液的利用现状分析与对策

随着我国经济的迅速发展,能源消费需求和环境保护的压力也随之加大。

在环境保护中实现经济的可持续发展，并在经济发展中实现环境保护的目标是发展我国农村循环经济的重要组成部分。

这其中，改变我国农村传统能源的生产、消费方式并开发利用新型的清洁能源,就成了实现农村可持续发展的必然选择,沼气就是其中之一。

随着农业产业化结构调整和新农村建设的实施，我国农村沼气建设，特别是大中型沼气工程建设在近十年得到了迅猛发展。

据统计，截至２011年底，我国已建成户用沼气4000万户,年产沼气总量约13０亿m３；截至20１１年３月,已经建设大中型沼气工程２.２6万处、养殖小区和联户沼气工程１.99万处、秸秆沼气示范工程4７处。

在沼气工程效益显现的同时产生了大量的沼气发酵副产物——沼渣、沼液。

据估计我国目前每年的沼渣、沼液产量高达4亿吨。

但长期以来,将沼渣、沼液作为农用肥料还田利用是我国消纳处置沼肥的主要方式。

然而由于沼肥农用的作用机理尚不明确、沼肥养分含量低、劳动力成本增加及还田施用设备落后等问题导致目前我国沼肥总体利用率偏低。

另外，近年来养殖业中饲料添加剂和兽药的使用导致沼肥中重金属和抗生素含量增加,对农田土壤环境和农产品质量安全造成潜在危害,影响了沼肥的安全利用。

沼气工程的建设,虽然暂时解决了养殖业引起的环境污染问题,但是并没有从根本上加以解决，只是把污染的源头从养殖业延长到了沼气行业。

沼气发酵的过程，不仅产生沼气能源,还伴随残余了大量的沼渣与沼液等发酵残留物。

沼气发酵残留物成分因发酵投入原料的不同、发酵工艺和条件的不同而有所差异，但都含有丰富的营养物质，是很好的有机肥料，具有广泛的应用前景。

目前的大中型沼气站的设计中，都有把发酵过程中产生的沼渣、沼液当作有机肥的意图,但由于渣液等混合物实际施用中存在较大的困难,因此目前实际上大部分沼气站的发酵残留物被作为废弃物重新排放到环境当中,造成了二次污染。

为对目前伴随沼气生产过程中产生的沼渣、沼液等发酵残留物的使用现状进行分析，北京市农林科学院营资所对北京延庆县、大兴区、通州区和密云县，以及山东桓台等地的十几座大中型沼气站和几十户的小型沼气池进行了调研,以其发现问题并找到合适的解决办法，真正为广大农村降低农业环境污染、提高农业废弃物的资源化利用程度和发展农村循环经济服务。

一、沼气产业发展迅速，大中小型沼气站数量均快速增长。

由于我国的资源整体供应紧张，加之环境的承受能力非常有限，这就决定了我国农业和农村经济发展决不能以大量的消耗资源和污染环境为手段。

在这种情况下,发展农村沼气,就成了贯彻落实科学发展观、建立节约型社会、发展环境友好型社会和和谐农村的重要举措。

在政策的指引和农村能源以及环境治理的需求下,沼气近几年了发展非常迅速。

从图1中可以看出，北京市的大中型沼气站发展迅速，到2011年底已经达到15４座，比2006年增加了2倍。

年产气量也由2０06年的225万立方米增长到了２01１年的9０0万立方米，增长了4倍多。

而户用沼气池也同样发展迅速,到201１年年底，北京市户用沼气池已经发展到了6.2万户，年产气量达到了935．5万立方米。

图1ﻩ北京市大中型沼气站发展数量与年产气量

在大中型沼气站的设计当中,除了有满足农村能源需求的目的之外,净化畜禽养殖带来的废弃物污染、保护环境也是考虑的重要因素。

但从目前对各沼气站的调查情况来看，畜禽粪便等有机污染物的排放问题并没有从根本上得到解决,原因何在哪?

二、沼气产业发展产生了大量的沼渣沼液，沼渣沼液排放带来了对环境的二次污染和资源浪费。

农业要得到可持续发展，必须实现农业资源的高效利用和生态环境保护的同步。

由于沼气的产生主要以畜禽粪便为主要原材料，因此通过建立大中型的沼气站来解决规模化养殖场带来的畜禽排泄物的污染问题，被很多人寄予厚望。

但在调查中发现,沼气站的建设并没有从根本上解决规模化养殖场畜禽排泄物引起的环境污染问题。

沼气发酵的过程，不仅产生沼气能源,还伴随残余了大量的沼渣与沼液等发酵残留物。

这些发酵残留物是否被利用或者被排放也就成了沼气产业是否造成环境污染的标准之一。

在调查中发现，大部分农户对于沼气发酵残留物是优质肥料还是比较了解的,因此在农户型的小型沼气池中，除有个别农户因为各种原因废弃没有使用之外,在沼气池正常使用中的农户中基本上都做到了沼渣、沼液的肥料化、资源化利用。

沼渣一般在每年秋天进行沼气池的清理时掘出并堆肥，并在春天的时候通过施用基肥或者追肥的方式进行利用，而沼液则在兑水后通过追肥的方式加以利用。

农户小型沼气池由于体积较小，每户每年产生的沼渣、沼液的量不大，加之自家种植作物的需要,因此处理相对容易。

而大中型沼气工程由于每天产生的沼渣沼液的数量巨大,加之没有自己配套的种植园区，目前利用程度难尽人意。

从图2中可以看出，目前大中型沼气站中，只有不到１6.7%的沼气站对沼渣沼液等发酵残留物进行了处理并作为肥料被利用,而绝大部分的沼渣沼液并没有被利用,而是直接排放到了环境当中，引起了二次污染。

图2北京市大中型沼气站沼渣沼液的利用比例

由于沼气的发酵需要在畜禽粪便中添加水分来进行,因此沼气发酵产生的沼渣、沼液的总量比原料的投入量还要高。

而按照统计数据,北京市２011年大中型沼气站处理农业废弃物达到2０0万吨，按照每吨投入料产出0．3吨的沼渣和１.１吨的沼液比例来看，北京市20１1年伴随沼气发酵所产生的沼渣量为60万吨、而沼液的产出量更加巨大，每年为２20万吨。

调查数据显示，超过8３.3％的沼渣沼液都被排放,因此估算北京市2011年的沼渣沼液的排放量大约为183万吨。

如此巨量未经处理的沼渣沼液的排放,给环境造成的压力显然也是巨大的，特别是有些沼液直接排放到河道里面,直接造成了农村水体的污染与水体富营养化,成为农业面源污染控制的新难题。

大规模沼气工程造成的污染不但在北京造成严重的环境问题,在整个国内也是普遍现象。

据报道，四川简阳的养殖农场的沼气站由于沼液的随意排放，沼液沿简三公路两边流淌近两公里，污染水井23口。

甚至四川资阳城区饮用水源的老鹰水库的水体也被附近沼气工程所产沼液污染。

据调查了解，目前北京市各大中型沼气站的设计规划当中也都有把沼气发酵残留物作为肥料投入农田的设想,但为何在实际应用中并没有得到很好的实现呢？

调查发现，目前沼渣、沼液利用存在的最大的困难是沼渣与沼液的固液分离问题。

由于沼渣、沼液都从发酵池中一起排放,混在一起呈黏糊状,而且每天的产生量巨大,因此通过传统的沉淀池法很难完全处理。

由于渣液不分,必须利用造价较贵的大型罐车才能运输,运输成本较高，因此很多的沼气站宁愿直接排放。

也正是因为渣液不分，农民对这种黏糊状的物质很难在田间直接使用，甚至出现有的沼气站把沼渣沼液拉到农民的地头上,免费给农民施用都被拒绝的事情。

可以看出,目前沼气产业的蓬勃发展，虽然成功解决了部分农村清洁能源的供应问题，但从实际运行情况来看,并没有真正解决畜禽养殖业带来的环境污染问题，只是污染物的排放由养殖业转移到了沼气行业,沼渣沼液引起的环境污染问题的解决需要新的思路。

沼气发酵的过程，是将畜禽粪便等废弃物经过微生物活动利用其产生的沼气的过程，也就是利用了其中的碳和氢元素，而对于畜禽粪便等废弃物所富含的氮磷钾等养分资源在一定程度上起到了富集的效果,因此沼渣、沼液等废弃物也一样含有丰富的养分资源，是制造有机肥的合适原料。

在调查中,通过对不同原料投入的沼气工程所产生的沼渣沼液的取样并分析表明,沼渣沼液中都含有很高的养分资源（表1）。

在沼液中，氮磷钾总的养分含量为0.40％,而有机质含量也达到了0.８9%。

沼渣中的养分含量更高,氮磷钾总的养分含量达到7.9%，有机质含量也达到了4２．９%。

表1沼渣沼液中养分的含量

根据前面推算的北京市２0０6年沼渣产生量为４5.7万吨和沼液产生量为1６７.6万吨的数据计算,北京市每年伴随沼渣沼液而排放的总氮量达到1.6万吨，总磷量为1.7５万吨，总钾量为0．３6万吨，分别占到了当年北京农业化学肥料中氮磷钾总投入量的1６．9%、60．2％和1５．8％。

正是因为沼渣沼液中含有如此丰富的养分,因此如此巨量的养分排放到环境当中,不但造成水体的富营养化等一系列农业面源污染问题,而且也是养分资源的巨大浪费。

三、沼渣沼液的资源化利用是解决沼气工程引起的环境污染的最佳途径

沼渣中的养分含量远远超出了国家规定的4％的有机肥养分含量标准,而且有机质含量高,因此完全可以作为制作有机肥的优良原料来源,在考虑如何治理沼气排放物引起的环境污染过程中,沼渣沼液的肥料化利用是解决沼气工程引起的环境污染的最佳途径。

利用沼渣沼液应用于农业种植体系中目前已有一些报道，但大多数的应用还都处在研究阶段,初步的研究结果显示合理施用沼渣沼液于蔬菜以及果树种植体系中可以起到部分代替化肥或者有机肥的功效，并且可以提高作物的品质。

虽然沼渣沼液存在着巨大的利用空间,但是在调查中也发现，在沼渣沼液的实际利用中还存在着较多的问题,导致生产中利用效率很低,存在的只要问题有:

1、沼渣沼液的固液分离难题。

畜禽粪便等排泄物在经过发酵后，排放的发酵残留物为较粘稠的物质。

由于流动性差，导致在运输或者田间使用时都比较难以直接应用。

调查中发现，即使有个别的沼气站在利用沼渣沼液，采用的方法也是人工分离，地面堆放晾干的方法,不但造成堆放地点臭气熏天，严重破坏当地的环境,而且也容易因降雨等原因造成养分的流失。

虽然一些厂家推出过固液分离机器，但是由于网眼容易堵塞,目前分离效果都不理想。

这是沼渣沼液利用中目前存在的主要问题之一。

2、由于投入物料来源导致养分不稳定的问题以及有害微生物的传播。

由于各个沼气工程的投入物料来源不一，发酵工艺也多元化,使得沼气发酵残留排放物的养分含量与pＨ也有较大的不同。

由于养分的含量有不确定性,实际应用中就存在较大的变异,长期施用可能会造成土壤养分供应不平衡。

而沼渣沼液的ｐH的不同，在长期不合理的施用中可能会造成土壤的酸化,从而影响土壤质量，并最终影响作物的产量。

3、沼渣沼液等物质在不同类型作物体系中施肥量难以确定的难题。

沼渣沼液等物质虽然含有丰富的营养物质以及有机质,但是由于碳氮比与普通的堆肥或者商品化有机肥存在较大的差异，因此导致在土壤中的转化与分解也有独特的方式与速率,在养分供应强度和供应持续时间上与普通有机肥明显不同。

这使得各个作物体系的普通堆肥施用量很难直接在沼渣、沼液上直接应用。

加之现在农户施用中一般都是与普通无机肥料混杂使用，混用的效果以及最佳施肥方式也是目前需要迫切研究的。

4、沼液等液体残留物由于排放量巨大而难以处理。

在调查中发现，每一个沼气工程的沼液产生量都是非常巨大的,一般为每天排放量为数十方。

如此巨量的排放，在附近农村需求量较低的情况就很难得到完全的消化，而由于交通运输费用的偏高，使得一般很难利用大型设备将沼液运输到需要的地方去，造成大部分的沼液都不能被及时的利用而不得不排放。

也是因为运费过高的问题，在一些果树种植区即使想大量的利用沼液也望而却步。

在冬季,由于绝大部分的地区不需要对作物进行施肥灌水,因此大部分的沼气站不得不大量储存沼液，因此沼液在冬季的利用问题,也是迫在眉睫需要解决的。

虽然现在沼渣沼液的利用上存在较多的困难,但是仔细分析起来,在进行一定的研究后,是可以通过一些措施来进行解决和克服的,其中通过沼渣沼液的固液分离,分离后沼渣沼液根据其特征进行资源化综合的开发和利用是解决问题的根本,而相关的政策引导与扶持则是处理并资源化利用沼渣沼液的保证。

１、相关沼渣沼液分离设备的研发与应用是沼渣沼液资源化利用的技术前提。

虽然沼渣沼液的分离目前没有成熟的设备能较好的进行分离，但固液分离却是资源化利用沼渣沼液所必须的。

在传统方法中，利用机械方法固液分离后,分离后的沼渣仍然含有较多的水分,仍需要进行晾干或者烘干才能被继续利用,而这种方法或者需要大量的时间或者需要消耗能源，在实际中都比较难以应用。

因此开发可靠高效并且价格低廉的固液分离机就是目前急需解决的难题之一。

2、利用沼渣进行有机肥等相关农产品的加工是资源化利用沼渣的最佳方式之一。

在进行固液分离之后，由于沼渣中含有较高的营养元素以及丰富的有机质，因此制作商品化的有机肥就是必然选择之一。

而在制作有机肥的过程中完全可以根据市场的需求和技术特点来开发制作多功能性的有机肥,如缓释有机肥或保水有机肥等。

虽然沼渣可以作为有机肥进行施用，但由于其理化性质与普通有机肥有所区别,因此在施用方法及施用量方面还需要进行相关研究确定。

利用沼渣加工育苗基质块也是较好的发展方向。

作物的幼苗生长期对环境的要求比较高,而利用沼渣制作的基质块既能供应充足的养分，又能提供合适的生长环境，因此应用前景广泛。

3、利用沼液进行设施农业中的灌溉施肥既能解决作物的水分需求，又能满足作物的养分供应,因此灌溉施肥也是综合利用沼液的必然选择途径。

固液分离后的沼液，由于产生量巨大，因此很难运输和直接的商品化用途。

沼液的主要成分是水，而根据我们的测定，同时又含有丰富的营养物质,如果不加利用而随意排放显然是资源的巨大的浪费。

但由于沼液的主要成分是水,所以长距离的运输是比较昂贵的,也正因为沼液主要成分是水，因此沼液就比较适合作为滴灌进行灌溉施肥。

滴灌作为农业节水的重要技术在设施农业中近几年被大面积的推广，很多的设施农业中都在滴灌的同时加进了肥料进行灌溉施肥,从而实现水肥的一体化管理。

而由于沼液中本身还有丰富的营养物质,因此利用沼液进行灌溉施肥就既能起到节水的效果又能达到养分的高效利用，因此可能是综合利用沼液的最佳途径。

在调查的大型沼气站中，大部分的沼气站都是建在养殖场的周围，并不是每一个沼气站周围都有规模化的设施农业。

这就为沼液的处理带来了较大的麻烦，因此相关机构在沼气站进行选点设计的时候也应该考虑到沼液处理的需要,周围要有一定规模的设施农业的配套产业。

值得注意的是由于投入料的不同，沼液发酵残留物养分浓度也不一致，因此在灌溉施肥的时候需要加强养分的检测,保证作物的正常生长,不会因为浓度过高造成烧苗等损失。

4、政策的引导与扶持是解决沼气发酵残留物的根本保证。

虽然在目前，沼渣沼液的综合利用上存在较多的困难,但也应该看到这些问题在进行相关研究与推广后后完全可以得到圆满解决。

这其中政策的引导与扶持就必不可少。

在目前,沼渣沼液的利用上尚存在一定的技术难题，这就需要有关部门进行一定的科研经费的支持来尽快的克服工程和技术上的难题，并在较大规模上进行示范推广。

另外由于目前的沼气工程中,并没有设专门的沼渣沼液处理的工艺与设备,而且沼渣沼液的排放不会得到经济上的处罚，因此大部分的沼气工程都不愿意后处理上投资。

这同样需要相关政策的大力引导与扶持。

只有引导并对相关行业（既包括沼气行业也包括农业行业）进行一定程度的扶持,沼渣沼液的后处理才会真正得到重视、得到研究与处理支持,从而实现沼渣沼液的资源化利用。

从统计数据上看中国的沼气行业发展经过了三起三落,每次高速发展之后都因为各种技术问题阻碍全行业的发展，形成一次大的滑坡。

最近几年的沼气行业同样发展迅速，但调查数据显示沼气发酵残留物并没有得到有效解决，未来沼气行业能否摆脱滑坡的巨大危机,也许答案就在沼渣沼液的资源化利用里面。

四、加大科研推广力度，促进沼渣沼液无害化处理和资源化利用

为资源化利用这些沼渣沼液等沼气的发酵残留物，改善北京郊区的生态环境质量，保证农产品生产的安全，促进京郊农村经济协调发展，提高农民生活质量，实现首都经济、社会、生态环境全面持续协调发展,沼气发酵残留物的后处理以及资源化利用势在必行。

为实现沼渣沼液的资源化、无害化以及环境友好并高效利用，拟对以下几个方面进行详细研究与推广。

1.沼渣沼液固液分离技术研究以及分离后沼渣沼液成分、有害微生物的测定分析。

随着沼气工程的规模越来越大,沼气发酵残留物的排放也越来越多，很难在当地被完全消化利用,这些排放物的商品化就成为解决这个难题的可能手段,而进行商品化的首要前提就是固液分离。

工艺流程如下所示：

↗沼渣→物料添加降低水分→造粒

集污池→固液分离机　

　　　　　　　↘沼液→储液池

通过固液分离技术，实现沼渣与沼液的分离。

而一般仪器固液分离之后沼渣的含水量仍然比较高,仍然难以直接利用。

只有通过其他措施来进一步降低含水率后,沼渣才能进入商品化的流通环节。

本研究拟采用通过添加其他物料的方法来进一步降低沼渣含水量,并通过挤压造粒机对含水量适宜的沼渣进行挤压造粒，从而对利用沼渣进行商品化有机肥的生产进行研究探讨。

由于物料投入的不同以及发酵工艺的不同,全市各郊区县不同投料来源的沼气站（主要为鸡粪、猪粪和牛粪）的发酵残留物的营养成分也不完全一致。

拟对其中的营养成分通过技术手段进行测定分析，以其充分掌握不同投料来源对养分以及各微量元素的影响，为其资源化利用做好基础。

测定主要项目包括N、Ｐ、K、Cu、Zn、Ｆe、Mn、Cd、Hｇ、As等营养成分、微量元素以及重金属元素,氨基酸和植物生长激素类物质以及pH、CEＣ、Ｃ/N等理化性状。

目前沼气发酵过程中采用的工艺手段多样化，大体可分为高温发酵、中温发酵以及低温发酵。

由于发酵温度差别较大，对其有害微生物的影响也不完全一致。

为达到沼渣沼液的无害化处理,拟通过各种技术手段对其发酵残留物的有害微生物进行动态监测，并最终得出有害微生物的防控技术体系。

2.沼气发酵残留物肥效以及对作物产量与品质影响的研究。

初步确定在主要的经济作物进行研究,研究的主要作物包括:

果树类:

葡萄　（试验地点:

延庆ﻩ）

ﻩ苹果（试验地点：

延庆ﻩ）

果菜类：

黄瓜（试验地点:

大兴）

ﻩﻩﻩ西红柿（试验地点：

大兴ﻩ）

ﻩ西瓜（试验地点:

大兴）

叶菜类:

油菜　（试验地点：

密云）

ﻩ菠菜（试验地点：

密云）

各试验均设5个处理,分别为CK、复合肥处理、单施沼渣处理、单施沼液处理以及沼渣沼液配合处理。

每个处理均设定3个重复。

每种作物均在试验开始前以及收获后测定土壤养分含量、作物收获后的产量、各作物的品质,特别是作物外观品质等指标。

以其找到各作物体系使用沼渣沼液的最合理用量以及品质形成规律,最终形成施用技术规范。

3.沼渣等残留物对土壤肥力和土壤环境的影响。

沼渣与畜禽粪便等废弃物一样含有丰富的有机质,是土壤培肥地力的好材料,但由于经过发酵过程之后，在化学和物理性质上与畜禽粪便等废弃物存在较大的差异，因此长期使用后对土壤培肥地力的影响目前研究较少。

另外有机肥的长期施用造成土壤重金属累计的研究已有较多的报道，但沼渣的长期施用能否造成土壤重金属的含量，甚至作物重金属含量超标,就格外需要研究。

试验拟设定4个处理,分别为ＣK、施用沼渣处理、普通鸡粪堆肥处理以及有机肥处理。

测定项目包括土壤的肥力变化（C、Ｎ等指标），沼渣对土壤矿化的影响、土壤氮素持续供应能力以及作物的产量等。

以及长期施用沼渣后的土壤主要重金属的含量进行检测，以及每季作物收获后重金属含量进行测定,从而为沼渣的合理化施用提供技术支持,并利用技术手段,达到重金属的污染阻控。

4.沼液作为叶面肥使用效果以及防虫抗病机理的研究。

沼液当中含有较多的营养成分及生物活性物质,可以作为叶面肥喷施进行养分的供应,但养分的利用效率以及作物最佳施肥时间和使用浓度缺少有研究。

拟选用叶菜类的作物作为研究对象,测定不同的沼液浓度处理下作物的产量与品质指标，以及病虫害发病几率与抗病效率,从而为确定沼液的叶面肥效果与防虫抗病效果提供理论基础。

很多的专家研究证明，利用沼液进行浸种处理后，种子的发芽率有明显的提高,但沼液浸种提高发芽率的机理却不甚清楚。

本研究拟在不同浓度的沼液浸泡下的多类作物的种子浸提后的发芽率进行测定，从而揭示其中的抗病机理以及最佳浸种时间和浓度。

5.沼渣沼液冬季环境承受力的研究。

沼渣沼液虽然可以作为肥料进行施用的研究，但很显然,在冬季中使用还是非常有限的。

在保护地区域，可以通过追肥的方式对沼液进行消纳，但是在非保护地,冬季沼液的消纳就比较困难。

如何对冬季中产生的沼渣与沼液进行适当处理,对冬季的环境承受能力进行研究就格外重要。

研究拟采用两条路线，在实验室利用反渗透仪对沼液进行浓缩研究并进行经济效益分析,以为将来的浓缩技术提供技术支持。

而在当前急需解决的区域,对当地冬小麦和果树种植区域冬季消纳能力进行研究。

6.设施农业中沼液作为滴灌的灌溉施肥研究与推广。

设施农业中,滴灌施肥作为行之有效的管理措施被广泛应用。

而沼液中含有丰富的营养成分,因此在利用沼液进行灌溉的同时也伴随着营养成分的施用。

由于滴灌设备对灌溉水的纯度要求很高,因此利用各种技术过滤沼液,在达到滴灌的要求的同时找到合理的灌溉浓度，就需要进行相关研究与推广。

7.以沼渣为主要原料的作物生长基质块的开发研究。

在经济作物中，特别是幼苗的生长期对生长环境要求较为严格,越来越多的研究者都采用基质块的方式对作物的育苗进行控制。

沼渣由于含有丰富的营养物质,通过有效途径进行加工处理成基质,可能也是未来解决沼渣问题的有效途径。

附调研活动中取得的一些图片资料。

图1ﻩ由于沼液的随意排放造成水体污染

图2沼渣的资源浪费与环境污染