養(yǎng)豬廢水經(jīng)規(guī)?；託夤こ虆捬醢l(fā)酵處理前后理化性狀分析

劉銀秀，金 娟，聶新軍，王 強，葉 波，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)科學院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所，浙江 杭州 310021)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)的分散養(yǎng)殖在畜禽養(yǎng)殖中所占比重越來越低，畜禽養(yǎng)殖逐漸由散養(yǎng)向規(guī)?；l(fā)展。農(nóng)村沼氣隨著畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級，也逐漸由戶用沼氣、聯(lián)戶等小型沼氣向規(guī)?；託夤こ剔D(zhuǎn)變[1]。以浙江省為例，戶用沼氣2007—2009年每年增長為2萬戶，2010年后開始逐年下降，2012年降至萬戶以下，2015年則降至百戶以下。截至2016年底，浙江省規(guī)?；託夤こ踢_8 000多處，總池容積為103.9萬m3。

2013年12月浙江省吹響了“五水共治”的號角，提出了“五水共治，治污先行”的思路。2014年浙江省又被列為全國唯一一個現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展試點省。在推進生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點省建設(shè)的過程中，全省逐漸形成了“主體小循環(huán)、園區(qū)中循環(huán)、縣域大循環(huán)”的新格局。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體內(nèi)部，通過應(yīng)用種養(yǎng)配套、廢棄物循環(huán)利用等模式，實現(xiàn)主體小循環(huán)；在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)和糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)，通過建設(shè)沼液處理、畜禽糞便收集處理中心等節(jié)點工程，推廣環(huán)境友好型農(nóng)作制度和生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)集成技術(shù)，實現(xiàn)園區(qū)中循環(huán)；在縣域內(nèi)，通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、治理畜禽養(yǎng)殖污染、推行種植業(yè)清潔化生產(chǎn)、推進農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用等，整體構(gòu)建生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)縣域大循環(huán)[2]。這種農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)模式的形成，沼氣工程在其中發(fā)揮著功不可沒的紐帶作用，沼氣工程的功能定位也由早先的以氣為主轉(zhuǎn)變?yōu)闅夥什⒅?。沼液作為沼氣工程的副產(chǎn)物，含有豐富的氨基酸、B族維生素、一些植物激素，對病蟲害有明顯抑制作用[3]，是各類農(nóng)作物、花卉、果樹、蔬菜的優(yōu)良有機肥料[4-5]。近幾年，浙江省在推進沼液資源化利用的過程中取得了一定的成就，初步形成了就地消納、異地配送等多途徑利用格局，但是在沼液利用過程中，仍然存在著沼液連續(xù)性產(chǎn)生與季節(jié)性施用的時間矛盾以及種養(yǎng)不配套的空間矛盾[6]。同時，沼液養(yǎng)分含量不穩(wěn)定、差異性大，也是目前沼液利用所面臨的一大問題。由于受養(yǎng)殖場清糞工藝、沼氣工程運行效率等因素的影響，沼液養(yǎng)分含量差異性大在所難免。因此探索了解規(guī)模化沼氣工程原液、沼液理化性質(zhì)變化情況對摸清沼氣工程現(xiàn)狀，推進全省沼液資源化利用工作具有重要意義。為此，對浙江省20個農(nóng)村規(guī)?；託夤こ踢M行了調(diào)查，對原液、沼液樣品中的CODCr、pH值、有機質(zhì)、總磷、總鉀、總氮、氨態(tài)氮等7個指標進行了測定，以期為沼液利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，為全省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護提供指導。

1 材料與方法

1.1 采樣點分布及背景情況

2016年11月15日至12月5日，在全省9個設(shè)區(qū)市的19個縣(市、區(qū))挑選20個規(guī)?；i場的沼氣工程進行調(diào)查采樣。采樣期間全省最高氣溫5～25 ℃，最低氣溫2～18 ℃。

20個規(guī)?；託夤こ叹鶠樯i存欄量在≥2 000頭規(guī)模養(yǎng)殖場的配套工程。其中：存欄量≥5 000頭的占55%；厭氧容積≥800 m3的占70%；厭氧工藝為混合型厭氧反應(yīng)器(CSTR)和上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)2種，CSTR占65%；厭氧停留時間均≥6 d，≥10 d占65%(表1)。

養(yǎng)殖場有17個采用干清糞工藝，3個采用水泡糞工藝，發(fā)酵原料均為豬糞尿+沖洗水。沼氣工程取樣期間正常運行。原液樣品取自進水集水池，沼液樣品取自厭氧發(fā)酵池出水口處。

表1 沼氣工程采樣點的背景情況

1.2 采樣方式和樣品

每個采樣點在采樣當天的9:00—10:00、11:30—12:30、14:00—15:00分別采集3份樣品，每份樣品量相同且不少于300 mL。然后將3份樣品均勻混合成1份樣品，以供檢測。供檢樣品裝入500 mL PVC瓶中，密封、冷藏保存，24 h內(nèi)送往具有檢測資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)進行分析測定。如果指標無法一次性測完，剩余樣品加入濃硫酸酸化，并于0～4 ℃條件下保存。

1.3 測定項目與方法

樣品pH值測定采用電極法(NY/T 1973—2010)，CODCr測定采用快速消解分光光度法(HJ/T 399—2007)，有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀-容量法(NY 525—2012)，總氮、總磷和總鉀測定參照有機-無機復(fù)混肥料的測定方法(GB/T 17767—2010)，樣品銨態(tài)氮測定采用蒸餾-滴定法(NY/T 1116—2014)。

數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 原液、沼液CODCr變化

由表2可以看出，本次調(diào)查采樣的20個規(guī)?；託夤こ淘篊ODCr濃度為1 432～64 059 mg·L-1。濃度>5 000 mg·L-1占80%，濃度較高，這可能是因為有的養(yǎng)殖場采用水泡糞工藝，有的養(yǎng)殖場干清糞不徹底導致糞尿進入沼氣工程的數(shù)量較大，有的養(yǎng)殖場人為地將糞尿大量排入沼氣工程，以制取更多沼氣滿足用能所需。沼液樣品中CODCr濃度為424～6 410 mg·L-1，對原液CODCr的去除率為70.1%～96.8%。其中有10個沼氣工程的CODCr去除率≥80%。由于受養(yǎng)殖規(guī)模、管理水平、飼料種類、糞便清理方式及頻次等因素影響，不同養(yǎng)殖場沼氣工程的原液和沼液CODCr濃度差異均較大，且無明顯規(guī)律性。沼液濃度仍然較高，未達到相關(guān)排放標準，因此這些沼液不能直接排至環(huán)境中，尚需進一步深化處理或者對其進行綜合利用，避免產(chǎn)生二次污染。

2.2 原液、沼液pH值變化

從圖1可以看出，原液pH值為6.0～8.8，且在6.5～8.5的有17個，占85%。沼液pH值為6.75～7.85。結(jié)果表明，二者變化幅度都不大，但原液的pH值變化大于沼液，這主要可能是原液受養(yǎng)殖規(guī)模、管理水平、飼料種類、糞便清理方式及頻次等因素影響較大的緣故。正常運行的沼氣工程，其內(nèi)部厭氧發(fā)酵環(huán)境相似且趨于穩(wěn)定，從而使得沼液的pH值相對穩(wěn)定，波動不大。

表2 原液、沼液的CODCr含量變化

圖1 原液、沼液pH值的變化

2.3 原液、沼液有機質(zhì)含量變化

從圖2可以看出，原液中有機質(zhì)含量為0.1%～3.5%，其中有16個樣品有機質(zhì)含量<1.5%；沼液中有機質(zhì)含量為0.04%～0.80%，其中有18個樣品的有機質(zhì)含量在0.1%～0.5%。圖3顯示，沼液有機質(zhì)保留率≥60%的僅3個點，占調(diào)查總數(shù)的15%，保留率≥50%的有8個點。這說明，經(jīng)過沼氣工程厭氧發(fā)酵后，原液中的有機質(zhì)被降解較多，這可能跟經(jīng)厭氧發(fā)酵后，CODCr去除率較高，而有機質(zhì)主要測定的是水中的碳有關(guān)。

圖2 原液、沼液有機質(zhì)含量的變化

圖3 沼液有機質(zhì)的保留率

2.4 原液、沼液總氮和銨態(tài)氮含量變化

由圖4～7可以看出，原液總氮含量為0.08%～0.46%，沼液全氮為0.02%～0.35%，沼液中總氮保留率≥60%的有13個點，占65%。原液銨態(tài)氮含量為0.07%～0.29%，沼液中銨態(tài)氮含量為0.02%～0.28%，沼液中銨態(tài)氮保留率≥60%的有15個，占75%，其中有2個點的銨態(tài)氮含量甚至高于沼液，這可能是由于原液當中的部分含氮物質(zhì)經(jīng)沼氣工程厭氧發(fā)酵處理后，氮轉(zhuǎn)化成其他形式存在于沼液中。結(jié)果說明，沼氣工程厭氧發(fā)酵對氮的去除量很少，若沼液經(jīng)后續(xù)深化處理后排放，則還需進一步處理氮，但從沼液資源化利用角度出發(fā)，沼液中氮元素損耗少反而有利于其在農(nóng)作物種植中的使用。

圖4 原液、沼液總氮含量的變化

圖5 原液、沼液銨態(tài)氮含量的變化

圖6 沼液總氮的保留率

圖7 沼液銨態(tài)氮的保留率

圖8 原液、沼液總鉀含量的變化

2.5 原液、沼液總鉀含量變化

由圖8～9可以看出，原液總鉀含量為0.04%～0.149%，沼液中總鉀含量為0.016%～0.134%，總鉀保留率≥60%的點有18個，總鉀保留率≥80%的點有10個。這說明通過沼氣工程厭氧發(fā)酵，原液中除部分鉀元素隨著顆粒物沉淀進入沼渣外，其余大部分得以保留在沼液中，這有利于沼液在農(nóng)作物種植中作為肥料使用。

圖9 沼液總鉀的保留率

2.6 原液、沼液總磷含量變化

由圖10～11可以看出，原液總磷含量為未檢出(圖中用0表示，以下類同)～0.34%，沼液中總磷含量為未檢出～0.05%，總磷保留率≥60%的點僅有5個，14個點的總磷保留率<50%。這說明通過厭氧發(fā)酵，原液中的大部分磷元素隨著顆粒物沉淀進入沼渣，少部分得以保留在沼液中。

圖10 原液、沼液總磷含量的變化

圖11 沼液總磷的保留率

2.7 原液、沼液總養(yǎng)分變化

總養(yǎng)分指總氮、總磷、總鉀的總和。由圖12～13可以看出，原液總養(yǎng)分含量為0.13%～0.96%，沼液中總養(yǎng)分含量為0.06%～0.55%，沼液中總養(yǎng)分保有量≥60%的有12個，占60%，這說明沼液對總氧分的保留較好。

圖12 原液、沼液總養(yǎng)分含量的變化

圖13 沼液總養(yǎng)分的保留率

3 小結(jié)

本次調(diào)查受條件限制，只對浙江省范圍內(nèi)的20個規(guī)?；託夤こ踢M行調(diào)查分析，因此只能做出以下初步的定性結(jié)論。

20個規(guī)?；託夤こ淘旱腃ODCr濃度較高，且差異較大，經(jīng)過沼氣工程處理后，CODCr濃度大幅度降低，去除率≥70%，但沼液中CODCr濃度仍然較高，未達到相關(guān)排放標準，原液和沼液中的CODCr變化均無明顯規(guī)律性。同時對于沼氣工程是否發(fā)酵完全還需要進一步分析。多年的實踐經(jīng)驗證明，經(jīng)沼氣工程厭氧發(fā)酵后的沼液需在貯肥池或厭氧塘停留一定時間后才能用于種植業(yè)生產(chǎn)。

受養(yǎng)殖規(guī)模、管理水平、飼料種類、糞便清理方式及頻次等因素影響，規(guī)?；託夤こ淘簆H值波動范圍較大，經(jīng)沼氣工程厭氧發(fā)酵后，沼液pH值相對穩(wěn)定，波動不大。

規(guī)?；託夤こ虆捬醢l(fā)酵對含碳有機物質(zhì)的處理效果較好，但沼液原液中的總氮、總鉀、銨態(tài)氮等營養(yǎng)物質(zhì)得到較好的保留，保留率均較高，大部分可以達≥60%，其中總鉀、氨態(tài)氮保留率最高，總磷的保留率最低，這有利于沼液作為有機肥料進行綜合使用。

沼液中含有一定量的氮磷鉀，但總養(yǎng)分較低，且不同養(yǎng)殖場沼氣工程沼液養(yǎng)分含量差異性較大。因此，沼液作為有機液體肥料施用于農(nóng)作物種植時，應(yīng)根據(jù)實際情況進行肥效試驗，待確定合理使用量及施用方法和頻次后方可大面積推廣使用，以免對農(nóng)作物生長產(chǎn)生不良影響。

[1] 國家發(fā)展改革委 農(nóng)業(yè)部. 關(guān)于印發(fā)《全國農(nóng)村沼氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的通知：發(fā)改農(nóng)經(jīng)〔2017〕178號[EB/OL]. (2017-01-25) [2017-08-25]. http://www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/201702/t20170210_837549.html.

[2] 浙江省農(nóng)業(yè)廳. 浙江省現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃浙農(nóng)計發(fā)〔2016〕17號：[EB/OL]. (2016-08-02) [2017-08-22]. http://www.zj.gov.cn/art/2016/8/22/art_5495_2181193.html.

[3] 曹汝坤，陳灝，趙玉柱，等. 沼液資源化利用現(xiàn)狀與新技術(shù)展望[J]. 中國沼氣, 2015, 33(2): 42-50.

[4] 唐微，伍鈞，孫百曄，等. 沼液不同施用量對水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2010, 29(12): 2268-2273.

[5] 龐喜定. 沼液在白脆瓜生產(chǎn)中的應(yīng)用效果試驗[J]. 中國沼氣, 2012, 30(5): 63-64.

[6] 楊治斌,呂旭東.浙江省沼液利用現(xiàn)狀與推進機制探討[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2014(11):1665-1668，1673.