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摘自《中國沼氣》第5期 張春 鄭利民 郁達偉 魏源送
山東達禹環(huán)境工程有限公司已在沼氣工程領(lǐng)域深耕十年，有著豐富的行業(yè)經(jīng)驗，生產(chǎn)各種沼氣設(shè)備，承接大中小各種規(guī)模的沼氣工程，承建黑膜沼氣池、紅泥膜沼氣池等各種軟體沼氣池及雙膜氣柜、集雨窯等，同時生產(chǎn)加工各類液袋、水囊、橋梁預(yù)壓水袋、森林消防水袋、可拆卸游泳池等，歡迎新老客戶洽談合作，共謀發(fā)展！
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改革開放以來,隨著人民生活水平不斷提高,我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)朝著規(guī)模化、集約化的方向快速發(fā)展。但與此同時,規(guī)模化養(yǎng)殖場日產(chǎn)畜禽糞污量大,每年約產(chǎn)生38億噸的畜禽糞污,其處理與儲存成為限制養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要因素,對生態(tài)環(huán)境與人體健康存在顯著的威脅。第一次全國污染源普查公告顯
示2),農(nóng)業(yè)源排放總磷(TP)、總氮(TN)、化學(xué)需氧 量(COD)分別達29,271,1324萬噸,分別占各類污 染源的67%,57%,44%,是我國最主要污染源;其 中畜禽養(yǎng)殖業(yè)的TP,TN,COD貢獻量分別為1, 102,1268萬噸,占農(nóng)業(yè)源中污染物的56%,38%,96%。2015年,中國農(nóng)業(yè)源COD、氨氮排放量分別
歲1068.6,72.6萬噸3。有資料表明豬場廢水的五 日生化需氧量(BOD3)高達2000-80mg1 COD高達5000200mg·1-,污染物含量較 高)。畜禽養(yǎng)殖業(yè)已成為污染物主要來源,特別是 有機污染物,貢獻率達到近40%。因此,為減少畜 席養(yǎng)殖業(yè)的污染物排放量,特別是在國家出臺《關(guān) 于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》 水污染行動防治計劃》(簡稱“水十條”)等相關(guān)政 策及污(廢)水排放政策逐步嚴(yán)格的大背景下,針對 畜禽養(yǎng)殖廢水、固體廢棄物的處理日益成為近年來 畜禽養(yǎng)殖行業(yè)的熱點。 以厭氧發(fā)酵為核心的處理技術(shù)是畜禽糞污有機 物及其它污染物削減的重要手段1),在政府的推
有機廢水,具有污染成分復(fù)雜、濃度高等特點。 厭氧發(fā)酵過程中,含碳有機物得到初步降解與去除, 而大部分氮源得到保留,沼氣池沼液碳氮比(C/N)失調(diào),生化性能下降進一步加大了沼氣池沼液的處理難度9-1)。沼氣池沼液的不合理處置會帶來多種環(huán)境與社會問題。同時沼氣池沼液又富含大量的營養(yǎng)元素4、微量礦物質(zhì)元素5與生理活性物質(zhì)14,1m,具有優(yōu)異的肥效與殺菌作用。因此采取有效的處理技術(shù),實現(xiàn)沼氣池沼液資源的回收利用,將對我國資源不足問題起到一定的緩解作用
目前針對沼氣池沼液的研究和應(yīng)用主要集中于兩大方 向,達標(biāo)排放與資源化利用。有機物與氨氮是沼氣池沼液 的主要污染物,也是影響沼氣池沼液處理與達標(biāo)排放的主 要難點。在沼氣池沼液資源化利用方面,大多數(shù)利用方式 尚屬于初級利用,利用率低,相關(guān)潛在利用風(fēng)險未能 進行有效把控與明確。因此本文重點從沼氣池沼液的處理
與資源化利用兩個方面對國內(nèi)外相關(guān)研究與應(yīng)用進 行總結(jié)與歸納,以期為沼氣池沼液的研究與應(yīng)用提供有益
的參考。
1沼氣池沼液來源與性質(zhì)
沼氣池沼液是以畜禽糞污等富含有機物物質(zhì)為原料 經(jīng)厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)沼氣后的殘留液體,是一種高濃 度的有機廢水,具有污染成分復(fù)雜、生化性差、潛 在風(fēng)險不明等特點(1)。同時,畜禽糞污受不同的厭 氧處理工藝、運行環(huán)境條件與操作條件影響處理效 果不同(見表1),因此沼氣池沼液水質(zhì)存在一定的差異。 厭氧發(fā)酵對含碳有機物具有較高的分解與削減效 率,但對氮源的處理效果有限。污染物處理不充分 的沼氣池沼液富含氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)(可被植物直接吸收 利用并且利用率高)0.18、微量礦物質(zhì)元素Fe,Zn, Mn(刺激種子發(fā)芽或提供微量營養(yǎng)元素供植物生 長)1,1等以及十幾種氨基酸與活性物質(zhì)的高價值組分130
2沼氣池沼液處理技術(shù)
富含氮磷沼氣池沼液直接排放至江河湖泊會造成水體 中浮游藻類的大量繁殖、導(dǎo)致溶解氧的急劇下降,威 脅魚類與其它水生生物的生存,造成富營養(yǎng)化現(xiàn) 象2;排放至土壤中,會造成污染物(硝酸鹽、磷) 的沉積與轉(zhuǎn)化221,經(jīng)不同途徑對地表水、地下水 系統(tǒng)造成污染,最終經(jīng)食物鏈作用對人體健康造成 損害。目前國內(nèi)外針對沼氣池沼液的處理工藝主要分為兩 大類即生化處理工藝與自然生態(tài)處理技術(shù),同時針 對越來越嚴(yán)苛的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)與滿足水回用要求,進一步的深度處理技術(shù)也得到越來越多的關(guān)注。
2.1生化處理工藝
當(dāng)前針對沼氣池沼液的生化處理工藝有缺氧好氧
( Anoxic/Oie,A/O)活性污泥法、序批式活性污泥
i(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge, SBR)
與膜生物反應(yīng)器( Membrane Bio-Reactor,MBR)等
工藝。由于畜禽糞污沼氣池沼液難降解及可供微生物利用
的有機質(zhì)較少且C/N失調(diào)等特點,致使單個處理工
藝處理效果不理想,一般需要經(jīng)過組合工藝的處理
才能實現(xiàn)氨氮與有機物的去除,達到不同廢水排放
標(biāo)準(zhǔn)。近年來關(guān)于不同原料生化處理及其組合工藝
處理效果如表2所示
2.1.1A/O工藝及其組合技術(shù)
MO工藝是一種前置反硝化工藝,缺氧段反硝
化細菌對廢水中易降解有機物質(zhì)進行反硝化反應(yīng)
在好氧段,氨氮在硝化細菌與氧的參與下轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁},回流至厭氧段經(jīng)反硝化作用達到脫氮除磷的
目的。沼氣池沼液C/N值較低、氨氮濃度高是影響處理效果的重要因素,張智3等以間歇曝氣方式的AO工藝處理奶牛場低碳氮比(C/N=1.41-2.32)沼氣池沼液,出水COD與SS分別為90,29mg·L,對懸浮物與有機物的去除效率較高,但出水氨氮濃度平均為52mg·L1,未能達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB89781996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)節(jié)C/N值后,脫氮效果顯著改善,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,氨氮與總氮的去除率分別提高到97.2%與79.1%,氨氮出水為12.5mg·L,達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn),證實了C/N值的大小是影響處理效果的重要因素。有研究人員4利用改良型兩級A0工藝處理某山地奶牛養(yǎng)殖場沼氣池沼液(C/N=1.7),通過調(diào)節(jié)沼氣池沼液與原水的比例使C/N=5,提高沼氣池沼液可生化性,并以7:3的配比分別進入第一、二級缺氧池經(jīng)處理后,SS,COD,NH3-N,TN,TP平均去除率為89.4%,89,.0%,93.2%,87.5%與98.8%,處理效果較好,達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)
級排放標(biāo)準(zhǔn)。AO反硝化過程是完成脫氮的主要過程,研究表明N2O產(chǎn)量是影響反硝化過程的重要因素,而亞硝氮相比硝態(tài)氮會產(chǎn)生更多的N2O,亞硝態(tài)氮的降解速率大小是影響反硝化的重要因素x-3。研究還發(fā)現(xiàn)亞硝態(tài)氮的降解速率隨著C/N比的增大而增大;此外硝化過程會造成pH值的減小,較低的pH值不利于N2O的進一步還原,維持較高的pH值與C/N值有利于生化反應(yīng)的進行。近年來,為進一步提高M/O的處理效果,降低后續(xù)生
化處理負荷的預(yù)處理技術(shù)得到應(yīng)用。與未經(jīng)化學(xué)絮 凝預(yù)處理沼氣池沼液相比“,投加化學(xué)絮凝劑可降低豬場 沼氣池沼液中膠體與懸浮顆粒物含量,經(jīng) A/0-MBR工藝 處理后,COD從292mg“L降低到191mg1 MLVSS/MISS由043提高至027,污泥活性得到 改善,同時膜污染程度也得到降低,預(yù)處理措施有效 的降低了后續(xù)處理負荷,提高了核心工藝的處理效
率。
AO工藝在難降解有機質(zhì)處理方面應(yīng)用性強
處理效果好,但是可能存在部分好氧段硝化液流入
淀池,使水質(zhì)變差的情形。適用于中小規(guī)模、地下水位較低的場合,但也存在初期投資建設(shè)費用高能 耗高、運行費用高等不足。同時AO工藝在處理
不同組成與來源的沼氣池沼液方面存在脫氮能力有限、靈
活性不足、抗水量沖擊性弱等缺陷。A/O工藝最大的問題在于高濃度氨氮抑制微生物活性、碳源不足而需要二次引入新的物質(zhì),存在潛在的污染以及厭氧池與好氧池之間的硝化反硝化協(xié)同問題。以上問題進一步限制了MO工藝的大規(guī)模應(yīng)用,但是鑒于其易改良性、處理效果相對較好且穩(wěn)定等優(yōu)點支撐了其進一步發(fā)展與創(chuàng)新 1.2SBR工藝及其組合技術(shù)
SBR工藝是一種采用間歇進出水,好氧、厭氧交替運行的活性污泥法,是目前處理沼氣池沼液最為廣泛的工藝m。有研究人員通過常規(guī)的SBR工藝對豬場沼氣池沼液進行處理到,發(fā)現(xiàn)處理效果較差,COD的去除率僅僅達到20%,出水濃度達2000mgL左右氨氮的去除率保持在60%左右,但出水濃度仍然較高,經(jīng)分析認為由于硝化過程消耗堿度使pH值下降,抑制了微生物的活性,阻礙了氨氮經(jīng)反硝化進步去除。通過投加堿提高pH值,氨氮的去除效果得到改善,出水氨氮濃度降至10mg·L以下,證實了pH值過低對微生物的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)進水C/N與溶解氧DO值是影響SBR工藝生物脫氮的重要參數(shù),有機碳源作為異氧好氧菌及反硝化過程的電子受體對反硝化過程有至關(guān)重要的影響,D0值不宜過高與過低,保持在2mgL左右為宣。此外,曝氣模式也是影響處理效果的重要因素。有學(xué)者進行了間歇曝氣sBR( termittently Aerated Sequencing Batch Reactor,ASBR)與傳統(tǒng)SBR工藝 的比較研究,在進水COD/TN均為2.2,氨氮負荷在0.12±0.04kg“m2d-4的條件下, LASER對氨氮TN與COD的去除率分別為9,2%±4.4%,81.5%
±7.5%與88.5%±2.4%,優(yōu)于SBR的78.3%± 19.6%、79.8%±4.9%與86.6%±3.2%,曝氣模 式對去除效果的影響也得到佐證。當(dāng)氨氮負荷提高 至0.18±0.02kgmd時,ASBR工藝對氨氮TN.COD的去除率下降但仍高于SBR的去除率。當(dāng)氨氮負荷為0.20±0.01kgmd時,提高進水CoD/TN值為3時, IASBR與SBR對沼氣池沼液污染物的去除效果顯著上升,證實了高氨氮負荷與 COD/TN 值也是影響SBR處理效果的重要因素?？傮w上lASER處理效果要優(yōu)于傳統(tǒng)SBR工藝處理效果,抗沖擊負荷能力更強。1975年,Voet等提出 程硝化反硝化生物脫氮理論。1997年,荷蘭Del 工業(yè)大學(xué)依據(jù)上述理論提出了這一新型的脫氮工 Sharon42),即短程硝化反硝化工藝,而其中的關(guān) 在于如何保持出水中亞硝酸鹽的穩(wěn)定增長。研究
現(xiàn)間歇曝氣模式的參與改變了整個硝化過程中不同細菌的力量態(tài)勢,使氨氧化菌轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢菌,有利于短程硝化的實現(xiàn),縮短了整個反應(yīng)鏈,提高了短程硝化反硝化的脫氮效率。
SBR工藝直接處理沼氣池沼液過程中會出現(xiàn)碳源與堿 度不足問題,導(dǎo)致處理效果一般,外加碳源與補充堿 度雖然能夠提高處理效果,但是沼氣池沼液中難降解物質(zhì) 難降解特點并沒有從根本上改變。SBR工藝一般是 作為整個組合工藝的核心,常采取預(yù)處理工藝與深 度處理工藝相結(jié)合的措施用以彌補單個工藝存在的 不足,降低SBR工藝的處理負荷,提高SBR工藝的 處理效果,在整體上達到去除污染物的目的。該工 藝相比其他工藝較為簡單、運行費用少、耐沖擊能力 較強、運行方式簡便靈活且脫氮除磷效果較好而日益受到廣泛應(yīng)用。
2.1.3MBR工藝及其組合技術(shù) MBR工藝是將膜分離技術(shù)與活性污泥法結(jié)合起來的技術(shù),首先通過活性污泥降解有機物,再通過膜的截留作用達到泥水分離目的,實現(xiàn)水質(zhì)的凈化 與污染物的去除。朱建龍2等采取MBR工藝處理 某養(yǎng)豬場沼氣池沼液,進水條件COD,NH4N濃度分別為 1389和276mg·L1,出水COD,NH4N濃度分別在 11,150mg·L-以下,污染物含量大大降低,去除率
較高,出水水質(zhì)達到我國《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放 標(biāo)準(zhǔn)》(GB18596-2001),取得較好的處理效果。宋小燕5)等采用一體式MBR工藝進行養(yǎng)豬場沼氣池沼液中試實驗,進水條件C/N為3.2-0.66,C0D為513 7518mg·L-1,NH4-N為208~1764mg·L1,COD 氨氮平均去除率分別為90.4%,97.1%,滿足《浙江 省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB33/593-2005) 地方標(biāo)準(zhǔn)。研究還發(fā)現(xiàn)MBR工藝對重金屬Cu,Zm,
Fe,Mn的去除可取得較好的處理效果,去除率分別
為87.5%,94.1%,92.7%,94,2%。有研究人員m 對傳統(tǒng)MBR工藝與BF-MBR工藝對沼氣池沼液的處理效
果進行了比較研究,研究發(fā)現(xiàn)C/N比對兩套處理系
統(tǒng)的處理效果影響很大。當(dāng)COD/TN值由1.0=02提高到2.3±0.4時,兩套處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)大幅度提高且系統(tǒng)運行穩(wěn)定,對COD與NHN的平均去除率均能達到90%以上,研究發(fā)現(xiàn)在生物填料
不同的C/N對COD的去除效果不同,另外在TN
TP的去除方面, BF-MBR工藝較MBR工藝對TN與TP的去除效果較好,分別為36.7%±19.5%54.0%±18.9%。有學(xué)者指出較高的C/N值有利于形成一個較好的水體環(huán)境,提高微生物的活性,產(chǎn)生更多的胞外聚合物(EFS),有利于生物膜的形成提高對生物填料區(qū)沼氣池沼液的處理效果
沼氣池沼液的C/N與pH值是影響MBR處理效果的重要因素,普遍需要采取一定的措施提高沼氣池沼液的生化性與維持穩(wěn)定的pH值改善其處理效果。MBR工藝雖然能對難降解有機物質(zhì)進行截留降解,但是膜 長期運行易受到污染問題不可避免,致使處理效果下降,從而需要進一步對膜進行更換與清洗,提高處理成本,抑制了膜的廣泛運用。隨著有機膜制備成本的不斷下降,膜污染日益成為限制MBR進一步發(fā)展的主要因素。鑒于MBR系統(tǒng)內(nèi)的污染因素復(fù)雜且污染機理多樣,膜污染的控制需要綜合考慮多方面的影響,膜污染的控制將會是未來的一個重要研究熱點。同時MBR膜組件的布置與膜材料的開發(fā)將會是一個重要的發(fā)展方向。
2.2自然生態(tài)處理
自然生態(tài)處理是指運用生態(tài)學(xué)原理對污染物進行處理和污水資源利用耦合的技術(shù),以土壤為介質(zhì) 的生態(tài)處理系統(tǒng),經(jīng)不同學(xué)科的交叉作用綜合處理沼氣池沼液以及污水,實現(xiàn)污水的達標(biāo)排放與資源化利用。目前自然生態(tài)處理有人工濕地、穩(wěn)定塘等處 理技術(shù)。有研究人員。2開發(fā)以滲濾池、吸附浮床為 核心的沼氣池沼液生態(tài)處理工藝,通過滲濾、生化處理、吸 附、過濾等方式處理沼氣池沼液,最后經(jīng)生物浮床的氧化塘 處理實現(xiàn)了沼氣池沼液的達標(biāo)排放。有研究人員采用水平 潛流人工濕地對沼氣池沼液進行處理6,也取得了較好的 處理效果,廢水中COD,TP,TN和NH4N的平均去 除率分別為59.21%,53.80%,55.09%和55.57% 進入濕地系統(tǒng)中的氮通過濕地排水、氨的揮發(fā)、植物 吸收、微生物硝化反硝化等過程實現(xiàn)沼氣池沼液污染物的 去除。研究表明表面流人工濕地對工業(yè)廢水重
金屬的去除存在較好的作用效果,對P,Cd,Fe,N Cr與Cu的去除率分別為50%,91.9%,74.1% 40.9%,89%與48.3%。 Harrington等對不同尺 度人工濕地系統(tǒng)對豬糞厭氧發(fā)酵沼氣池沼液的處理效果進 行了研究,不同尺度系統(tǒng)沼氣池沼液在低流率條件下,對不 同類型的氮均有較好的去除作用,但高流率進水條 件下的氨氮的去除一直是一個難點,對不同水力條 件下的污染物的去除與轉(zhuǎn)化研究將是促進人工濕地 的大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。沼氣池沼液的自然生態(tài)處理能夠?qū)?nbsp; 現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各組分的新陳代謝活動,促進系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì) 和能量的產(chǎn)生與循環(huán)。為了避免污染物的量超過系 統(tǒng)的處理能力,需充分評估系統(tǒng)的處理能力與確定 污染物的危害程度,再進行不同程度沼氣池沼液預(yù)處理,以 使污染物在生態(tài)系統(tǒng)的處理能力范圍內(nèi)。自然生態(tài)凈化技術(shù)不涉及化學(xué)試劑的投人與外在能量的供給,能夠在一定程度上實現(xiàn)沼氣池沼液污染物的去除,同時具有建設(shè)費用少、運行成本低等優(yōu)勢,是一種經(jīng)濟綠色發(fā)展的處理技術(shù)
2.3深度處理技術(shù)
污廢水在以A/O,SBR,MBR為主的生化技術(shù)處理后,一般仍然會存在難降解有機質(zhì)未能去除的問題。深度處理技術(shù)通常是作為微生物處理的后續(xù)深度處理措施以進一步去除難處理物質(zhì),使水質(zhì)達標(biāo)排放,深度處理通常有兩個方向,一個是以資源化利用為目的,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)肥料組分的提取利用;另一個即是以達標(biāo)為方向,實現(xiàn)沼氣池沼液污染物的去除,使水質(zhì)達標(biāo)。生化技術(shù)普遍存在因部分難降解有機物不能降解與分解而導(dǎo)致COD含量依然較高,使水質(zhì)不能達標(biāo)排放的情況,限制了其進一步應(yīng)用,需要采取進
步的深度處理技術(shù)。常用的深度處理技術(shù)有以截留為主的膜分離技術(shù)與氧化處理的高級氧化技術(shù),均能夠達到使出水水質(zhì)達標(biāo)的目的。有研究利用反滲透膜技術(shù)實現(xiàn)沼氣池沼液COD,氨氮,TP分別為 99.2%,94.1%,95.67%的去除率,因氨的分子量 較小,對氨的去除效果相對不理想,透過液可進一步回用,濃縮液可作液體肥料。有研究采用納濾 膜處理牛糞與豬糞沼氣池沼液,在不同濃縮倍數(shù)條件下,可實現(xiàn)COD最低去除率分別為97.61% 90.83%,達到我國《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB185962001。有研究人員采用鳥糞石沉淀 法厭氧 MBR-Fenton高級氧化技術(shù)處理厭氧發(fā)酵沼 液,MBR段生物處理后,出水COD值過高,不能達 到排放標(biāo)準(zhǔn),經(jīng) Fenton高級氧化技術(shù)處理后COD 值達到排放標(biāo)準(zhǔn),去除率達到738%,出水滿足《城鎮(zhèn)
污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189182002)標(biāo)酸等 擺。 Fenton高級氧化技術(shù)對有機質(zhì)的去除效果較氨氮 好,而對氨氮的處理效果較差,一般用于后續(xù)的內(nèi)作 值過高情況的處理,對于氨氮濃度過高的情為植 有待進一步深入研究。 分離與濃縮技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)沼氣池沼液的資源落解 化、減量化、無害化利用,緩解沼氣池沼液還田利用土地不據(jù) 的問題,但膜分離與濃縮技術(shù)普遍存在膜污染問灑 題,為了解決或緩解膜污染問題,減緩膜清洗頻率,進 應(yīng)根據(jù)沼氣池沼液的實際情況確定與選擇相匹配的預(yù)處理刺 工藝。鑒于當(dāng)前部分膜的制備成本相對高昂,且膜素。 污染的問題更是在一定程度上限制了其大規(guī)模 用,膜污染控制及機理研究揭示對膜的進一步發(fā)展 與應(yīng)用起到促進作用。Fenm高級氧化技術(shù)是一項 新開發(fā)的新型氧化技術(shù),在沼氣池沼液及廢水中難降解污 物處理問題方面具有廣泛的應(yīng)用潛力,但是因高級氧化技術(shù)在制備成本方面過于高昂而進一步制約 了它的應(yīng)用,尋求一種新型的制備路徑,以降低制備
本,擴大高級氧化技術(shù)的應(yīng)用面將會是未來的
個發(fā)展方向
3沼氣池沼液資源化利用
沼氣池沼液中富含有農(nóng)作物生長所必須的N,P,K等微量元素以及大量的腐殖酸、赤霉素等有機質(zhì)活性 物質(zhì)、礦物質(zhì)元素等有益成分。目前沼氣池沼液利用主要應(yīng)用在浸種及防治病蟲災(zāi)害、營養(yǎng)液、作養(yǎng)殖飼料改善土壤肥力等方面
3.1浸種及防治病蟲害
沼氣池沼液浸種過程中,種子細胞在生理活性物質(zhì)與 微量元素的二元激勵作用下,刺激胚細胞分裂與生 長,促進種子發(fā)芽與生長。沼氣池沼液中豐富的氮磷鉀 元素為種子生長提供營養(yǎng),以保障其生長所必須的 組分需要。沼氣池沼液穩(wěn)定的適溫環(huán)境保障了種子正常的 生理代謝活動的進行,有利于其平穩(wěn)萌發(fā)與生長 種子健康生長。近年來的沼氣池沼液浸種效果如表3所 示,浸種效果在不同指標(biāo)方面均有較大的提高。有 研究人員測對沼氣池沼液與玉米種子的萌發(fā)及幼苗生長 狀況之間的關(guān)系進行了研究,以不同濃度的沼氣池沼液浸 種24h,以蒸餾水浸種為對照組,發(fā)現(xiàn)濃度為5%沼 液浸種后的種子芽長、莖粗、根長分別是對照組的 2.55,155,2.87倍,此外沼氣池沼液還提高了二葉期至四 葉期葉綠素的含量,一定范圍內(nèi)提高了作物的產(chǎn)量, 表明沼氣池沼液的浸種對種子生長是有利的。植物生長過 程中會遭受害蟲的攻擊,沼氣池沼液中氨鹽、吲哚乙酸、乙
酸等物質(zhì)可以殺滅病菌與蟲卵,提高作物存活率。氨氮殺菌機理分為體內(nèi)與體外作用兩種”:1)體內(nèi)作用:沼氣池沼液灌溉或噴灑于植物,經(jīng)植物吸收作用成為植物汁液的一部分,害蟲刺破植物表面,吸取汁 液,氨鹽經(jīng)食物鏈作用轉(zhuǎn)移至害蟲體內(nèi),在害蟲體內(nèi)溶解后,進一步轉(zhuǎn)移至致毒位置,導(dǎo)致害蟲死亡;2) 據(jù)資料顯示,由于氨態(tài)氮的熔沸點較低,經(jīng)灌溉或噴 灑后,部分氨態(tài)氮揮發(fā)至植物周圍,經(jīng)害蟲呼吸作用 進入體內(nèi),轉(zhuǎn)移至致毒部位而死亡;此外也存在由于 刺激性氣體阻擋住了害蟲的呼吸道而窒息死亡的因 素。農(nóng)作物產(chǎn)率的提高除了沼氣池沼液滅菌殺蟲的原因 外,也存在沼氣池沼液提高了農(nóng)作物抗病防蟲能力的因素。
3.2營養(yǎng)液 沼氣池沼液富含的營養(yǎng)元素氮磷鉀等以速效態(tài)的形式 存在,吸收率高,是植物生長過程不可或缺的組分。 沼氣池沼液的過量直接利用會造成燒苗現(xiàn)象,因此需要對 沼氣池沼液進行稀釋以有利于作物生長。近年來關(guān)于沼氣池沼液 營養(yǎng)液研究與應(yīng)用如表4所示。有研究表明在沼氣池沼液 中添加適量的腐植酸后經(jīng)適溫發(fā)酵制備高效營養(yǎng) 液,可彌補沼氣池沼液中部分營養(yǎng)物質(zhì)的不足,施肥于西紅 柿、黃瓜等作物,以清水作對照,產(chǎn)量分別提高 19.9%與15.9%,增產(chǎn)效果明顯。研究發(fā)現(xiàn)隨著 沼氣池沼液施加量的增加,油菜油料種子干物質(zhì)的含量呈 現(xiàn)出先增加后下降的趨勢;當(dāng)施加量為157500 kghm2時,干物質(zhì)含量最高達到80.76%,沼氣池沼液適 量的施加對于油菜油料種子干物質(zhì)含量的提高是有 利的。此外,油菜油料種子的產(chǎn)量亦呈現(xiàn)出與干 物質(zhì)相同的變化趨勢。沼氣池沼液施加不僅在產(chǎn)量方面呈 現(xiàn)出一定的促進作用,在作物生長作用增強方面也
表現(xiàn)良好,有研究表明玉米生長株高、莖圍與葉面積 隨著沼氣池沼液施加量的增加而增大,產(chǎn)量卻呈現(xiàn)出先增 加后減小的趨勢 進一步說明沼氣池沼液的施加要控 制在一個合理的范圍。研究發(fā)現(xiàn)沼氣池沼液與傳統(tǒng)化肥在 小麥產(chǎn)出品質(zhì)上無明顯差異,而產(chǎn)量卻比化肥明顯
要高,表明沼氣池沼液的肥效較高)。研究發(fā)現(xiàn)番茄產(chǎn)率
的提高在于沼氣池沼液對作物進行根部施肥時,使土壤中
的根結(jié)線蟲的含量減小,番茄受攻擊程度降低,進一 步提高了掛果率與產(chǎn)量。在作物生長后期,沼氣池沼液經(jīng)稀釋后作葉面肥噴施于作物葉面,能夠提高葉面
中葉綠素的含量,增強光合作用,進一步提高葉綠素
合成有機物能力,促進作物生長,提高產(chǎn)量。此外營養(yǎng)液還能夠調(diào)節(jié)作物的生長代謝,使作物生長平穩(wěn)有序,提高作物產(chǎn)量
召液作為營養(yǎng)液對于作物的生長促進作用是全方位的,供給營養(yǎng)元素、強化細胞分裂,對內(nèi)提高作物抗性,對外殺菌抑制蟲卵等交叉作用促進作物生長。同時沼氣池沼液的增產(chǎn)機理與作用方式有待進一步明確與研究
3.3改善土壤肥力
由于化工行業(yè)的迅速發(fā)展,大量的化肥得以生產(chǎn)并受到廣泛使用,農(nóng)家肥的使用受到輕視,造成土壤中的碳氮比失調(diào),有機質(zhì)含量下降,造成土壤板結(jié),土壤肥力下降;此外因種植高產(chǎn)耗地作物量增加,而豆類等養(yǎng)地作物減少,此消彼長之下造成 土壤肥力減小。沼氣池沼液能夠在不同程度上提高土壤pH值、氨態(tài)氮、速效鉀與有機質(zhì)的含量,顯著地改善土壤肥力,提高作物產(chǎn)量,,8。微生物是土壤系統(tǒng)中重要的組成部分,是土壤養(yǎng)分循環(huán)釋放、動植物殘體降解循環(huán)的主要動力,是土壤肥力的重要指標(biāo),反映了土壤礦化與同化能力的大小,在 C和N循環(huán)過程中具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)毛竹林經(jīng)沼氣池沼液施肥后土壤pH值顯著升高,能夠有效抑制因長期使用化肥造成的酸化趨勢,改善酸堿環(huán)境,改善土壤肥力。有研究表明沼氣池沼液的長期施用有利于微生物的生長和酶活性的提高,有利于土壤理化性質(zhì)的改善”;但是在另一方面,沼氣池沼液的長 期施加打破了穩(wěn)定的平衡微生物生態(tài)系統(tǒng)并且造成了一定威脅。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)沼氣池沼液與化肥聯(lián)合施用 的土壤相比只用化肥或者沼氣池沼液的土壤,土壤的穩(wěn)定 性更好,土壤有機碳與總磷的濃度更高,證實了沼氣池沼液 的改良作用。有資料表明沼氣池沼液的施加量與土壤 中硝氮的含量在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出正相關(guān)性,土壤
內(nèi)硝酸鹽的長期積累會對地下水造成環(huán)境污染的風(fēng) 險。此外沼氣池沼液的灌溉可以抑制土壤氮的浸出作用, 從而提高氮的固化率,有利于作物的發(fā)育與生 長叨。研究發(fā)現(xiàn)氮固化率的提高的主要因素來自 于DOC/N,將DOC/N的值由0.9提高到73,土壤 氮的浸出率大約減少91%,使土壤肥力得到改善。 Marco}等研究發(fā)現(xiàn)沼氣池沼液提供速效氮于土壤,改善 了土壤肥力,但是另一方面卻降低了土壤的自我改善能力。
3.4飼料 動物生長發(fā)育過程所必須的多種微量元素以及 氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì),通常都是依靠人工合成的飼料 來供給的,尤其是在養(yǎng)殖業(yè)上廣泛應(yīng)用,如養(yǎng)雞養(yǎng) 魚等方面。通常人工合成的飼料存在營養(yǎng)成分與作用單一的特點,而沼氣池沼液富含氮磷鉀元素等營養(yǎng)元素 以及多種微量元素組分,是一種潛在可利用待加工的飼料。
沼氣池沼液養(yǎng)魚是一種比較常見的利用方式),沼氣池沼液為水體中的浮游植物與生物提供營養(yǎng)物質(zhì),浮游植物的生長與繁殖進一步促進光合作用釋放更多的氧氣,改善魚類的生活環(huán)境,有利于魚類的生長;同時沼氣池沼液中抗生素能有效抑制和殺滅水體中的病菌與蟲卵,增強魚類的抗病能力。龍勝碧等在稻田進行生態(tài)養(yǎng)魚,經(jīng)沼氣池沼液處理過的兩個稻田,魚苗生長旺盛,每公頃魚產(chǎn)量分別比對照組增產(chǎn)45.5%與49.8%。另一方面,沼氣池沼液的過量投加,過剩的氮磷鉀元素進入水體造成水體富營養(yǎng)化,危及到魚類的生存與發(fā)展。水體富營養(yǎng)化在某些情況下是有利的, 珍珠的養(yǎng)殖需要大量的浮游生物,且富營養(yǎng)化現(xiàn)象越重越有利于珍珠的長大。研究表明通過沼氣池沼液養(yǎng)殖 珍珠),可使珍珠蚌的死亡率下降7%,且養(yǎng)殖水 域中有益藻類和孢蟲的數(shù)量得到增加,珍珠的產(chǎn)量
與品質(zhì)均有不同程度的提高
3] 當(dāng)前,沼氣池沼液研究與應(yīng)用主要集中于處理達標(biāo)排4 放與資源化利用兩方面,并取得了一定的進展,但目 前的處理工藝及資源化利用方式還存在效率、經(jīng)濟(51 與環(huán)境問題,沼氣池沼液的處理處置仍然是未來畜禽養(yǎng)殖 行業(yè)污染物削減的重要問題,也是行業(yè)廢水處理研 究的熱點。綜合目前的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,未來針對 沼氣池沼液的處理處置將關(guān)注一下幾個方面 1)微生物活性抑制因素與機理理論揭示?；?nbsp; 于微生物的生物降解與分解功能的生化處理技術(shù)將 是未來重要的發(fā)展方向,保證污染物高效去除的關(guān) 鍵因素在于微生物處于高活性狀態(tài)。微生物活性抑 制因素與機理理論的揭示有利于合理控制反應(yīng)條 件使微生物處于高活性狀態(tài)或活性可控狀態(tài)提高 生化處置效率,此方面的研究未來將會是一個熱點 也是一個難點 (2)膜組合工藝開發(fā)與研究。為解決膜污染以及低壽命、高頻率更換問題,促進工程應(yīng)用,提高處 理與利用效率降低膜組件負荷,應(yīng)進一步加強膜組 合工藝的開發(fā)與研究。 (3)生化技術(shù)的改進與創(chuàng)新?；诋?dāng)前生化工藝處理效果受制于高氨氮抑制微生物活性問題,開發(fā)出能夠適應(yīng)于低碳氮比情況沼氣池沼液的處理工藝。 (4)深度處理技術(shù)的研究與開發(fā)?；诟呒壯?nbsp; 化劑對污水中難降解物質(zhì)的較好的處理效果,為進 步推進高級氧化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,應(yīng)進一步加強 高級氧化劑低成本路徑開發(fā)與新型深度處理技術(shù)的
(5)高附加值營養(yǎng)液開發(fā)?；谡託獬卣右焊吆康?nbsp; 營養(yǎng)元素、礦物質(zhì)元素等有益元素的存在避免沼氣池沼液 初級利用帶來的潛在不明風(fēng)險,實現(xiàn)沼氣池沼液資源的減 量化、無害化與利用化,應(yīng)進一步加強高附加價值新型沼氣池沼液營養(yǎng)液的開發(fā)與研究 (6)新型工藝的開發(fā)與研究?；谡託獬卣右何廴疚?nbsp; 與營養(yǎng)物質(zhì)并存特性,通過污染物的去除或轉(zhuǎn)化為 營養(yǎng)物質(zhì),實現(xiàn)沼氣池沼液的資源化利用,進一步探索新型處理與資源化利用技術(shù)。