牛希成，董泰麗，劉 靜

(山東民和生物科技股份有限公司，山東蓬萊 265600)

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畜禽糞污沼液的綜合利用及處理方式研究綜述

牛希成，董泰麗，劉 靜

(山東民和生物科技股份有限公司，山東蓬萊 265600)

從沼液的初級資源化利用、沼液資源的深度開發(fā)以及沼液污水處理3個方面對畜禽糞污沼液的利用及處理方式進(jìn)行系統(tǒng)地闡述，并對當(dāng)前畜禽糞污沼液的利用及處理過程中存在的問題及研究方向進(jìn)行展望。

沼液；資源化利用；污水處理

近年來，隨著禽畜糞污沼氣工程的規(guī)模化、集約化發(fā)展，大型沼氣發(fā)電或生物燃?xì)馓峒冺椖吭絹碓蕉啵S之而來的沼液問題也日益嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2011年，全國大中型的沼氣工程已達(dá)73 000多處，年產(chǎn)沼液沼渣量達(dá)10億t。而隨著國家生物能源戰(zhàn)略的調(diào)整，沼氣工程近幾年的發(fā)展趨勢更加迅速，產(chǎn)生的沼液量也更加龐大。

畜禽糞污沼液含有豐富的有機(jī)及無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，可用作葉面肥、浸種劑以及動物的飼料添加劑等。但由于沼液含水量較高、儲存運輸困難、經(jīng)濟(jì)價值相對較低等特點，因而其推廣應(yīng)用受到很大限制。當(dāng)工程規(guī)模過大，產(chǎn)生的沼液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)剞r(nóng)田最大消納量時，由于其含有較高的氨氮、磷酸鹽、腐殖酸等有機(jī)成分，碳氮比例嚴(yán)重失衡，從而變成1種難以治理的廢水，若隨意排放會對自然環(huán)境尤其是水體環(huán)境造成嚴(yán)重傷害。針對沼液的不同利用及處理方式，國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的研究報道，但主要是針對其單一方面的利用及處理進(jìn)行介紹，系統(tǒng)全面的闡述文章相對較少?；诖耍P者將目前畜禽糞污沼液的主要利用及處理方式進(jìn)行系統(tǒng)概述，以期為該領(lǐng)域的研究提供參考。

1 畜禽糞污沼液的初級資源化利用

畜禽糞污沼液不僅含有豐富的氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳等中微量元素，而且還含有大量腐殖酸、氨基酸、核酸等有機(jī)有益成分，是1種非常良好的葉面肥資源和飼料添加劑。另外，畜禽糞污沼液還含有吲哚乙酸、細(xì)胞分裂素、赤霉素等植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)以及喹啉酮、糖類、維生素、多胺等生物活性成分[1-2]，對作物的品質(zhì)改善及抗病防蟲具有良好的促進(jìn)作用。

1.1 畜禽糞污沼液在作物生長、品質(zhì)提高方面的應(yīng)用 目前，國內(nèi)外關(guān)于沼液在作物上的應(yīng)用已有大量報道。Lavinia等[3]在《BIOSLURRY：A SUPEREME FERTILISER》中詳細(xì)闡述了沼液對蔬菜、水果、豆類等幾個品類50多種作物的應(yīng)用效果，研究發(fā)現(xiàn)，沼液對其中幾乎所有作物具有促進(jìn)生長作用。國內(nèi)對沼液作為肥料或拌種劑等方式在果樹、蔬菜及棉花等多種作物上的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的試驗[4-5]。不同試驗均表明沼液不僅可以增加作物的產(chǎn)量、提高種子發(fā)芽率[6-7]，而且還可以相應(yīng)地提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。袁祖華等[8]發(fā)現(xiàn)，沼液可以有效提高黃瓜的可溶性糖和VC含量，最高可分別提高42.40%和30.15%。向永生[9]在試驗中發(fā)現(xiàn)，沼液可以將茶中的水溶性浸出物含量提高7.5%，對茶多酚和咖啡堿含量也有一定的促進(jìn)作用。王衛(wèi)平等[10]利用沼液替代化肥對柑橘樹進(jìn)行灌溉，結(jié)果顯示柑橘中的總糖含量可以提高0.60%，可滴定酸含量降低0.26%，柑橘的口感得到顯著提高。

1.2 畜禽糞污沼液在作物抗病防蟲方面的應(yīng)用 據(jù)張無敵等[11]的報道，沼液對作物的抗病防蟲作用非常明顯，其已被證實至少對17種作物的近30種病害以及19種蟲害有良好的防治作用。另外，尹芳等[12]在實驗室內(nèi)研究了沼液對14種作物常見病原菌的抑制作用，發(fā)現(xiàn)沼液對煙草赤星病菌、稻瘟病菌等5種病原菌具有強(qiáng)烈的抑制效果，對甘薯黑斑病菌、西芹細(xì)菌等5種病原菌具有中等的抑制作用，且沼液濃度越高抑制效果越好。桑得福等[13]采用沼液、沼渣不同處理方式對黃芪進(jìn)行灌根處理，結(jié)果表明施用沼液、沼渣對黃芪根腐病具有很好的防治效果，并且沼液灌根次數(shù)越多防治效果越明顯，病情指數(shù)從42.81%降至11.94%。張倫德等[14]發(fā)現(xiàn)，沼液在柑橘上應(yīng)用對于紅蜘蛛、蚜蟲的防治效果優(yōu)于農(nóng)藥。

另外，沼液經(jīng)常與殺蟲、殺菌劑配合使用可以提高殺菌、殺蟲效果。顧偉濤等[15]利用豬糞沼液復(fù)配5種不同農(nóng)藥對番茄早疫病病原菌進(jìn)行防治效果研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)配沼液后農(nóng)藥的殺菌效果均得到顯著提升，且其對菌絲的抑制效果優(yōu)于對孢子的抑制效果。郭生虎等[16]利用沼液復(fù)配的殺菌劑進(jìn)行黃瓜霜霉病防效試驗，結(jié)果表明10%丙烷脒甲霜靈+沼液的復(fù)配殺菌劑的防治效果顯著優(yōu)于其他處理，其5 000倍稀釋液與10%丙烷脒甲霜靈500倍水乳液防治效果相當(dāng)。

關(guān)于沼液在防病抗蟲方面的機(jī)理報道較少，李正華[17]研究認(rèn)為，氨氮、赤霉素、吲哚乙酸以及有機(jī)酸是最主要的抗病防蟲因子；而馬艷等[18]認(rèn)為，拮抗微生物是防病抗病的主要因子，同等條件下無菌濾液的抗病效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沼液原液。

1.3 沼液在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖方面的應(yīng)用 沼液在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖方面的應(yīng)用亦有報道。郝民杰等[19]發(fā)現(xiàn)沼液對生長期的成蚓和幼蚓均有明顯的促生長作用。有研究表明，在粗放的飼養(yǎng)環(huán)境下，豬日增重可達(dá)26%，育肥期可縮短20%[20]。吳巨昌[21]的研究結(jié)果表明，沼液施用于魚塘可使魚苗成活率提高10%～20%，成鮮魚產(chǎn)量可提高19%～38%，同時還可改善魚的鮮味。

2 沼液價值的深度開發(fā)利用

由于沼液具有含水量高、營養(yǎng)成分偏低、氣味大等特點，因而制約了其產(chǎn)業(yè)化和商品化的進(jìn)行。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，沼液濃縮逐漸成為沼液價值深度開發(fā)的重要方式。利用不同方式將沼液中多余水分去除可以提高沼液養(yǎng)分含量，從而使其成為養(yǎng)分全、效果好的高端有機(jī)肥料。山東民和生物科技股份有限公司已經(jīng)建成了可處理300 t/d雞糞沼液的沼液膜濃縮工程，濃縮后的“新狀態(tài)”產(chǎn)品已推向市場且取得良好的反響，其膜濃縮后的清液可以直接回用沖刷雞舍，達(dá)到了循環(huán)利用的目的。

2.1 沼液濃縮技術(shù) 膜技術(shù)應(yīng)用之前，沼液濃縮主要依靠加熱蒸餾法進(jìn)行，該方法能耗高，對沼液成分破壞大，經(jīng)濟(jì)性不佳。隨著膜技術(shù)在污水處理方面的發(fā)展與應(yīng)用，利用不同膜工藝對沼液進(jìn)行提純濃縮已逐漸成為沼液濃縮的主要技術(shù)手段，其優(yōu)點是純物理過程濃縮，對沼液破壞小，可截留重金屬、抗生素等有害物質(zhì)，提高濃縮液的商品性和安全性。

目前國內(nèi)外應(yīng)用于沼液膜濃縮的研究主要集中在超濾膜(UF)、納濾膜(NF)以及反滲透膜(RO)等。梁康強(qiáng)等[22]利用DTRO設(shè)備對沼液進(jìn)行了濃縮，經(jīng)過預(yù)處理后，在運行壓力為4.5～5.5 MPa情況下取得了最佳的濃縮效果，可將沼液濃縮4～5倍。宋成芳等[23]采用超濾膜和納濾膜相結(jié)合的方法，在不同pH下，沼液體積濃縮倍數(shù)均可超過20倍，且磷元素和部分微量元素濃度甚至可提高100倍以上。Ruan等[24]利用MF+UF+RO對沼液進(jìn)行了濃縮，RO工藝可將UF清液濃縮5倍，97%以上的化學(xué)需氧量(COD)和氨氮被截留在濃液當(dāng)中。徐國瑞[25]利用納濾膜將豬糞和牛糞進(jìn)行了不同濃度地濃縮，并根據(jù)國家NY1429—2010含氨基酸水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制，結(jié)果表明豬糞濃縮沼液配制的無土栽培營養(yǎng)液種植的作物產(chǎn)量和葉綠素較純無機(jī)營養(yǎng)配方均有明顯提高。

2.2 其他高價值利用 隨著生物能源的需求越來越大，利用富油微藻煉制生物柴油逐漸成為熱點。利用沼液中養(yǎng)分全的特點進(jìn)行微藻養(yǎng)殖，一方面可以減少溫室氣體排放，另一方面可回收利用污水氮、磷元素，同時還可降低生物能源成本。王翠[26]將富油小球藻在不同濃度沼液的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在沼液濃度為50%、接種OD680值為1.023左右、光照強(qiáng)度為4 000 lx、光暗周期20∶4、初始pH為7.0的條件下，生物量和油脂含量達(dá)到最佳，總氮、總磷利用率均在90%以上。趙鳳敏等[27]利用4種產(chǎn)油小球藻在不同沼液添加比例的培養(yǎng)基中篩選出了1株產(chǎn)油率最高的BJ05藻種，在沼液污水與綠藻培養(yǎng)基體積比為1∶3情況下，其產(chǎn)油率為9.20 mg/(d·L)，高于純綠藻培養(yǎng)基的8.66 mg/(d·L)。另外，吳慧斌[28]在雞糞沼液中分離得到了葉黃素、6-羥基-3，4-二氫喹啉-2-酮和大豆甾醇3種化合物，發(fā)現(xiàn)喹啉酮類對2種腫瘤細(xì)胞具有良好的抑制作用，該研究為沼液的深度開發(fā)提供了一定的方向和基礎(chǔ)。

3 沼液廢水的處理

當(dāng)沼液產(chǎn)生量超過當(dāng)?shù)赝寥赖南{能力后，由于其氨氮、總磷和COD含量較高，成分復(fù)雜且碳氮比失衡，從而成為1種難以處理的工業(yè)污水。若單純利用化學(xué)法處理成本太高，對企業(yè)是1種巨大的負(fù)擔(dān)，因此目前主要采用相對經(jīng)濟(jì)的生物法進(jìn)行處理。生物法主要分為自然生物處理方法和生化處理法。

3.1 自然生物處理方法 自然生物處理方法主要為氧化塘和人工濕地處理方法。氧化塘與水體的自凈化類似，是1類依靠自然生物凈化使污水達(dá)到凈化的方式，而人工濕地是人為建造和控制的類似于沼澤的地面，利用物理、生物和化學(xué)方法對沼液進(jìn)行處理。二者均適用于土地寬廣、氣候溫和且周邊有荒地和林地的地區(qū)，優(yōu)勢是投資少、設(shè)備簡單，劣勢為占地面積大，在土地稀缺地區(qū)難以實現(xiàn)，處理效果受外界因素干擾多，尤其是在北方其受溫度影響較大。靳紅梅等[29]的研究結(jié)果表明，多級氧化塘可顯著降低沼液中的氮、磷含量。朱鳳香等[30]對茭白、蓮藕和水稻的沼液凈化能力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明茭白和蓮藕需7 d左右可將COD和氨氮含量約為1 000 mg/L 的豬糞沼液處理到畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)，而水稻需要14 d左右。

3.2 生化處理法 當(dāng)前常用的污水處理工藝有厭氧-好氧活性污泥法(AN/O)、氧化溝法、間歇式活性污泥法(SBR)、生物膜法等。其中SBR方法因為工藝簡單、操作靈活、出水穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用，是沼液處理最常用方法，約占所有工程的90%。由于沼液碳氮比失調(diào)，腐殖酸、富里酸等難以分解的有機(jī)物質(zhì)含量較多，可生化性較低，因此直接利用1種工藝很難使沼液達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是以雞糞為原料產(chǎn)生的沼液，其COD和氨氮含量是豬糞沼液的數(shù)倍，生物法處理難度更大，通常需要配合其他化學(xué)、物理工藝或不同生物處理方式組合進(jìn)行處理。

3.2.1 AN/O工藝。AN/O工藝是污水處理中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，具有出水水質(zhì)好、脫氮效率高、占地省等優(yōu)點。畢勝蘭[31]利用正交試驗探索AN/O工藝處理沼液的最佳運行條件，結(jié)果表明在溶解氧(DO)含量為2.0～3.0 mg/L、回流比為200%、停留時間為36 h的最優(yōu)工況下，沼液中的COD和氨氮去除率分別為91%和95%。余薇薇等[32]采用改良型二級 A/O工藝處理畜禽養(yǎng)殖場的沼液，經(jīng)過1個月的馴化，當(dāng)全進(jìn)沼液后，通過調(diào)節(jié)沼液與原水的比例，使碳氮比達(dá)到5，并以7∶3的比例注入第1、第2厭氧池內(nèi)，COD、氨氮和總磷的去除率分別可達(dá)89.0%、93.2%和98.8%。鄧覓[33]利用一體式的A/O工藝處理豬糞沼液，在進(jìn)水碳氮比為2.6的情況下，出水COD含量維持在330～380 mg/L，消化液回流比為200%時，氨氮去除率為89.4%。

3.2.2 SBR工藝及其改進(jìn)工藝。SBR法又稱續(xù)批式活性污泥法，原理同活性污泥法，只是該方法是通過時間控制將調(diào)節(jié)池、曝氣池和沉淀池等集中在1個池子進(jìn)行。方炳南等[34]利用常規(guī)SBR工藝對COD含量為1 500～4 000 mg/L、氨氮含量為200～600 mg/L的沼液直接處理，COD去除率僅為20%，氨氮去除為60%，在處理過程中添加堿維持平衡，氨氮去除效果仍不理想，說明畜禽糞便厭氧發(fā)酵沼液不適合直接利用SBR工藝進(jìn)行處理，需要對工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

鄧良偉等[35]利用SBR工藝直接處理豬糞沼液發(fā)現(xiàn)效果不佳，經(jīng)過檢測，發(fā)現(xiàn)厭氧發(fā)酵后的沼液BOD5∶N∶P僅為2.3∶8.0∶1.0，且其碳氮比嚴(yán)重失調(diào)。利用生活污水將沼液BOD5∶N∶P變?yōu)?1∶7∶1，增加沼液的可生化性，并對氨氮菌進(jìn)行馴化，COD和BOD去除率分別可達(dá)89.9%～93.4%、97.9%，氨氮去除率可達(dá)99%以上。鄧良偉等[36]利用厭氧+原水+間隙曝氣(Anarwia)工藝處理豬糞廢水，并與厭氧-SBR以及SBR處理豬場廢水進(jìn)行比較，結(jié)果表明Anarwia工藝與SBR方法去除效果相當(dāng)，其污染物去除率高，氨氮和COD可以達(dá)到GB18596—2001的排放標(biāo)準(zhǔn)。陳碧美等[37]利用2次進(jìn)水SBR方法處理豬糞沼液，前后添加原水比例為2∶1，前后SBR停留時間為2.9 d，結(jié)果顯示出水氨氮含量為58.64 mg/L，COD含量降至400 mg/L以下，但總磷含量相對較高，需用硫酸亞鐵進(jìn)行沉淀才可以達(dá)標(biāo)。王鋒等[38]利用鳥糞石+SBR+混凝工藝可將雞糞沼液中的COD含量由9 200 mg/L降至280 mg/L、氨氮含量由3 200 mg/L降至36 mg/L、總磷含量由270 mg/L降至3 mg/L。馬煥春[39]利用三級微電解-電極-SBBR工藝處理畜禽養(yǎng)殖場沼液，可將氨氮含量由800～1 600 mg/L降至56～79 mg/L、COD含量由4 400～6 600 mg/L降至231～396 mg/L，均達(dá)到GB18586—2001的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝及其組合工藝。張威等[40]利用AO工藝+浸沒式MBR工藝處理豬場廢水，進(jìn)水COD含量為9 100 mg/L、氨氮含量為450 mg/L，經(jīng)處理后，出水COD含量<85 mg/L、氨氮含量<5 mg/L。稅勇等[41]采用MBR(傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器)和BF-MBR(生物膜式膜生物反應(yīng)器，無紡布填料)2種工藝對沼液進(jìn)行處理，在COD/TN提高至2.3±0.4時，BF-MBR對氨氮和COD的去除率分別為92.3%±2.4%和97.5%±4.1%，而MBR對氨氮和COD的去除率分別為91.9%±1.5%和91.2%±14.0%。馮亮[42]的研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)蜐舛日右?COD含量≤500 mg/L，氨氮和總氮含量≤500 mg/L，總磷含量≤20 mg/L )經(jīng)過A/O-MBR處理后，可以達(dá)到《農(nóng)田灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，而高濃度沼液(COD含量為500～3 000 mg/L，氨氮和總氮含量為500～1 500 mg/L，總磷含量為20～50 mg/L )需經(jīng)過化學(xué)絮凝-A/O-MBR工藝處理，沼液才可以達(dá)到農(nóng)田排放標(biāo)準(zhǔn)，但二者對總氮的去除效率均不佳，氮主要以硝酸鹽形式排出。

3.2.4 新型工藝。短程硝化反硝化除氮工藝又稱Sharon工藝，其基本原理是通過控制好氧段工藝，使氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，抑制亞硝態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，然后直接回流至厭氧段進(jìn)行脫氮處理，從而縮短硝化反應(yīng)路程。厭氧氨氧化工藝又稱ANAMMOX工藝，其基本原理是厭氧條件下，氨氮可以和亞硝酸鹽直接反應(yīng)生成氮氣，減少對有機(jī)物和溶氧的依賴。二者可以從根本上降低沼液處理的加堿量和能耗。

趙楠婕等[43]利用ANAMMOX工藝處理豬場沼液，結(jié)果表明該工藝可以大大減少有機(jī)物的加入，工藝最佳運行條件下，氨氮去除率達(dá)87.60%，亞硝態(tài)氮去除率達(dá)99.96%，該工藝還可節(jié)約62.5%的耗氧量和50.0%的耗堿量；隨后該學(xué)者利用Sharon 和ANAMMOX工藝組合對氨氮含量為700 mg/L的沼液進(jìn)行處理，結(jié)果表明氨氮和COD去除率分別可達(dá)94.3%和89.3%[44]。

宋國梁[45]利用Sharon-ANAMMOX工藝處理高氨氮濃度豬場廢水厭氧消化液，在進(jìn)水氨氮含量為431.09 mg/L時，出水氨氮含量為35.63 mg/L，總氮去除率達(dá)83.31%，完全達(dá)到GB18586—2001污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 展望

目前，關(guān)于沼液應(yīng)用及處理方面研究很多，并取得了一定的進(jìn)展，但仍有許多方面需要加強(qiáng)。

(1)沼液在不同作物上的應(yīng)用已有大量研究和報道，但沼液作為生物農(nóng)藥方面的開發(fā)相對不足，其抗病防蟲機(jī)理研究相對不夠深入。

(2)沼液濃縮膜的價格相對昂貴，且長時間運行會存在堵膜或膜壽命縮短的現(xiàn)象。膜的耐用及抗堵塞性能方面需進(jìn)一步研究。另外，濃縮后的沼液產(chǎn)品國家暫無相應(yīng)的肥料標(biāo)準(zhǔn)，為使其走向商品化而添加其他化學(xué)成分以達(dá)到國家現(xiàn)有肥料標(biāo)準(zhǔn)會對沼液的有機(jī)特性產(chǎn)生一定的破壞作用。

(3)目前COD和氨氮含量過高的雞糞沼液處理仍是1個難題，許多沼液處理工程需額外添加碳源和堿來維持處理效果，這不僅造成二次污染，而且還大大增加了處理成本。理論上短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝聯(lián)合可降低能源和堿的消耗，但大多停留在實驗室研究階段，真正在工程上應(yīng)用的較少，需進(jìn)一步加強(qiáng)研究，克服現(xiàn)有技術(shù)難題，使其得到廣泛應(yīng)用。

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Summary of the Multipurpose Use and Dealing Ways about Poultry Manure Bio-slurry

NIU Xi-cheng, DONG Tai-li, LIU Jing

(Shandong Minhe Bio-technology Co. Ltd, Penglai, Shandong 265600)

The multipurpose use and dealing ways of poultry manure bio-slurry were elaborated from three parts: primary resource recovery, deeply exploitation and sewage treatment, and then the utilization of poultry manure bio-slurry, existing problems were analyzed and research direction in the future was forecasted.

Bioslurry; Resource recovery; Sewage treatment

國家科技支撐計劃項目(2014BAD24B01)。

牛希成(1984- )，男，山東濱州人，碩士，從事沼液資源化利用及污水處理研究。

2016-08-26

S 216.4

A

0517-6611(2016)29-0026-04