浙江農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程沼渣養(yǎng)分分析

聶新軍，金 娟，王 強，葉 波，劉銀秀，范志斌

(1.浙江省農(nóng)業(yè)生態(tài)與能源辦公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310021)

浙江農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程沼渣養(yǎng)分分析

聶新軍1，金 娟1，王 強2，葉 波1，劉銀秀1，范志斌1

(1.浙江省農(nóng)業(yè)生態(tài)與能源辦公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310021)

畜禽糞污； 沼氣工程； 沼渣； 養(yǎng)分

近年來，我國畜牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，規(guī)模化養(yǎng)殖水平顯著提高，保障了肉蛋奶供給，但大量畜禽糞污沒有得到有效處理和利用，成為農(nóng)村環(huán)境治理的一大難題。2016年10月中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議指出，加快畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，力爭在“十三五”時期基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題[1]。2017年5月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》(國辦發(fā)〔2017〕48號)，旨在提高畜禽養(yǎng)殖廢棄物的資源化利用水平，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]。2017年6月，汪洋副總理在全國畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用現(xiàn)場會上強調(diào)，要扎實做好畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的各項工作，實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護協(xié)同共進。為貫徹落實黨中央國務(wù)院的決策部署，2017年7月農(nóng)業(yè)部制定了《畜禽糞污資源化利用行動方案(2017—2020年)》，指出要組織開展畜牧業(yè)綠色發(fā)展示范縣創(chuàng)建活動，以畜禽養(yǎng)殖廢棄物減量化產(chǎn)生、無害化處理、資源化利用為重點，整縣推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物綜合利用[3]。

畜禽糞污作為一種農(nóng)業(yè)有機廢棄物，具有良好的可生物降解性，利用沼氣工程對其進行厭氧消化是一種很好的處理方法。但是沼氣工程在消納畜禽糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物、生產(chǎn)清潔能源的同時，也伴隨產(chǎn)生大量的厭氧發(fā)酵殘留物——沼渣。沼渣富含豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，目前主要用于養(yǎng)殖業(yè)和土壤改良2個方面[4-5]。然而，想要真正地實現(xiàn)沼渣資源化利用的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精細化，必須事先進行沼渣成分分析，才能因地制宜地制定沼渣資源化利用的途徑和使用條件。

1 材料與方法

1.1 采樣點

2016年11月15日至12月5日，在浙江省21個縣(市、區(qū))27個農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程進行調(diào)查采樣，采樣期間最高氣溫5～25 ℃，最低氣溫2～18 ℃。

27個農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程均為生豬存欄量1 000頭以上規(guī)模養(yǎng)殖場的配套工程，其中，厭氧發(fā)酵池總?cè)莘e<500 m3的有9個，50～1 000 m3的有11個，≥1 000 m3的有7個。發(fā)酵工藝有全混合厭氧反應(yīng)器(CSTR)和上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)2種，其中，采用CSTR的17個，采用UASB的10個。農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程運行時間在2～5 a的有13個，5～10 a的有11個，≥10 a的有3個。

27個采樣點的養(yǎng)殖場均采用干清糞工藝，發(fā)酵原料均為豬糞尿+沖洗水。沼氣工程取樣期間運行良好。供檢樣品取自厭氧發(fā)酵池底部半固體物質(zhì)。

1.2 采樣方式和樣品

采樣方式：若厭氧池僅有1個排泥口，直接在排泥口取樣即可；若厭氧池有多個排泥口，則在各個排泥口采取等量沼渣并均勻混合；若厭氧池未設(shè)置排泥口，則用污泥泵在厭氧池2～3個以上部位抽取等量沼渣并均勻混合。

樣品保存：采取的沼渣樣品直接裝入已稱重的容器當(dāng)中，并稱取沼渣的重量(要求大于2 kg)。樣品需密封、冷藏保存，24 h內(nèi)送往有資質(zhì)的檢測機構(gòu)進行分析測定。如果指標(biāo)無法一次性測完，剩余樣品于4 ℃條件下保存。

1.3 測定項目與方法

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼渣pH值

由表1可以看出，調(diào)查的浙江省規(guī)模化沼氣工程沼渣pH值在7.14～8.66，呈弱堿性，與相關(guān)的研究結(jié)果一致[6]。規(guī)模化沼氣工程沼渣的pH值差別較小，且穩(wěn)定性也較好，說明正常運行的沼氣工程沼渣的pH值受沼氣工程運行年限、厭氧池容的影響較小。

表1 沼渣pH值變化情況

本次調(diào)查的27個規(guī)模化沼氣工程發(fā)酵原料的pH值在5.84～8.74，沼渣的pH值在7.14～8.66。其中25個沼氣工程沼渣的pH值較發(fā)酵原料有一定的升高，平均升幅約為17%。這主要是因為：一方面，厭氧發(fā)酵過程中氨化作用產(chǎn)生的氨中和了一部分有機酸；另一方面，產(chǎn)甲烷菌的活動又消耗了大量的揮發(fā)性酸，同時沼渣又是殘留在沼氣池底部的半固體物質(zhì)，從而使得沼渣pH值比發(fā)酵原料高。

2.2 沼渣有機質(zhì)含量

由表2可以看出，調(diào)查的浙江省規(guī)模化沼氣工程沼渣的有機質(zhì)含量在9.9%～53.1%，平均值為34.21%，與相關(guān)研究所述的沼渣有機質(zhì)含量在30%～50%基本一致[7]。從變異系數(shù)來看，調(diào)查的浙江省規(guī)模化沼氣工程沼渣有機質(zhì)含量的變異系數(shù)達到34.40%，有機質(zhì)含量差異較大。這是因為：沼渣主要是由未分解的有機固形物與微生物菌體組成[8]，沼渣中的有機質(zhì)含量可能受到厭氧發(fā)酵原料中懸浮顆粒物的數(shù)量和沉降速率、微生物活性，以及沼氣工程清渣方式與頻次等多因素的交叉影響，因此其穩(wěn)定性較差。

表2 沼渣有機質(zhì)變化情況

從規(guī)模化沼氣工程運行年限來看，沼渣有機質(zhì)平均含量呈現(xiàn)隨工程運行年限延長而增加的趨勢，這主要是由于隨著沼氣工程運行年限的延長，沼氣池中沼渣有機質(zhì)可能存在一定的累積。同時，運行年限在10 a以上的沼氣工程沼渣有機質(zhì)含量相對穩(wěn)定(變異系數(shù)相對較小)，這是由于運行年限越長的規(guī)模化沼氣工程，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)越穩(wěn)定。

從規(guī)模化沼氣工程厭氧發(fā)酵池池容來看，池容≥1 000 m3的沼氣工程沼渣有機質(zhì)含量變異系數(shù)為15.00%，比池容<1 000 m3的沼氣工程沼渣有機質(zhì)含量變異系數(shù)小很多，即大池容的沼氣工程其沼渣有機質(zhì)含量相對穩(wěn)定。這可能是由于當(dāng)進入沼氣池的廢水量和濃度發(fā)生波動時，大池容沼氣池受到的沖擊相對較小，發(fā)酵系統(tǒng)因而相對更穩(wěn)定。

2.3 沼渣養(yǎng)分含量

表3 沼渣養(yǎng)分含量變化情況

從沼氣工程運行年限來看，規(guī)模化沼氣工程沼渣中全氮、全鉀平均含量呈現(xiàn)隨工程運行年限延長而增加的趨勢，全磷平均含量呈現(xiàn)以運行5～10 a最高、2～5 a的、≥10 a的最低的趨勢。由于沼渣中全磷含量相對較高，故總養(yǎng)分含量隨著沼氣工程運行年限的變化趨勢與全磷一致。

從沼氣工程厭氧池池容來看，池容<1 000 m3的沼渣中氮磷鉀含量均低于池容≥1 000 m3的沼氣工程。這是因為，作為養(yǎng)殖場的配套工程，大池容的沼氣工程對應(yīng)的養(yǎng)殖場養(yǎng)殖規(guī)模大，管理水平高，豬舍清理時沖洗水用量相對較少，進入沼氣工程的料液中懸浮顆粒物及濃度相對較高，進而導(dǎo)致沼渣中氮磷鉀含量也相對較高。就穩(wěn)定性來看，池容小于500 m3的沼氣工程沼渣中全氮、全磷、全鉀含量相對更穩(wěn)定。這可能是由于小池容的沼氣工程清渣頻次相對較低，沼渣中各營養(yǎng)元素含量更穩(wěn)定。

3 小結(jié)

本研究調(diào)查的浙江省27個規(guī)模化沼氣工程沼渣均呈弱堿性，相較于沼氣工程發(fā)酵原料的pH值有一定的升高，平均升幅約為17%。正常運行的沼氣工程沼渣pH值受沼氣工程運行年限、厭氧池池容影響較小。規(guī)模化沼氣工程沼渣有機質(zhì)平均含量較高，但差異性較大。運行年限越長的沼氣工程，發(fā)酵罐底部的沼渣存在一定的累積，有機質(zhì)含量相對較高。厭氧池容大的、運行年限長的沼氣工程沼渣有機質(zhì)含量相對穩(wěn)定。規(guī)模化沼氣工程沼渣中氮磷鉀含量滿足以下關(guān)系：全磷(P2O5)>全氮(N)>全鉀(K2O)，且總養(yǎng)分含量較高；但由于沼氣工程沼渣養(yǎng)分含量受到進料濃度、清渣方式及頻次等多因素影響，其差異性較大。

本研究對沼渣的養(yǎng)分只是進行了初步的研究。由于沼渣養(yǎng)分含量不穩(wěn)定、差異性大，同時沼渣成分復(fù)雜，今后還需做進一步的深入研究，進而實現(xiàn)沼渣的高效安全利用。

[1] 新華社. 中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議召開[EB/OL]. (2016-12-21) [2017-10-11]. http://www.gov.cn/xinwen/2016-12/21/content_5151201.htm.

[2] 國務(wù)院辦公廳. 國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見[EB/OL]. (2017-06-12) [2017-10-11].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-06/12/content_ 5201790.htm.

[3] 農(nóng)業(yè)部. 畜禽糞污資源化利用行動方案(2017—2020年)[EB/OL]. (2017-07-07) [2017-10-11]. http://www.moa.gov.cn/zwllm/tzgg/tz/201707/t20170710_5742847.htm.

[4] 于海龍, 呂貝貝, 李開盛, 等. 利用沼渣栽培金針菇[J]. 食用菌學(xué)報, 2012, 19(4):41-43.

[5] 高白茹, 常志州, 葉小梅, 等. 稻秸沼渣礦化特征及對青菜生長和品質(zhì)的影響[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2012, 32(4):647-652.

[6] 張穎, 劉益均, 姜昭. 沼渣養(yǎng)分及其農(nóng)用可行性分析[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 47(3):59-63.

[7] 郭肖穎, 朱麗君, 李布青. 沼渣肥的特性與應(yīng)用效果研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 38(27):14986-14988.

[8] 葛振, 魏源送, 劉建偉, 等. 沼渣特性及其資源化利用探究[J]. 中國沼氣, 2014, 32(3):74-82.

2017-10-11

浙江省科技廳重點研發(fā)計劃項目(2015C03013)；浙江省“三農(nóng)六方”科技協(xié)作項目(CTZB-F160728AWZ-SNY1-20)

聶新軍(1987—)，男，山東泰安人，工程師，碩士，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)技術(shù)推廣工作，E-mail:xinjun198854@163.com。

文獻著錄格式：聶新軍，金娟，王強，等. 浙江農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程沼渣養(yǎng)分分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(12)：2111-2114.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171209

S141

A

0528-9017(2017)12-2111-03

高 峻)