浙江农村规模化沼气工程沼渣养分分析

聂新军，金 娟，王 强，叶 波，刘银秀，范志斌

(1.浙江省农业生态与能源办公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省农业科学院 农产品质量标准研究所，浙江 杭州 310021)

浙江农村规模化沼气工程沼渣养分分析

聂新军1，金 娟1，王 强2，叶 波1，刘银秀1，范志斌1

(1.浙江省农业生态与能源办公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省农业科学院 农产品质量标准研究所，浙江 杭州 310021)

畜禽粪污； 沼气工程； 沼渣； 养分

近年来，我国畜牧业持续稳定发展，规模化养殖水平显著提高，保障了肉蛋奶供给，但大量畜禽粪污没有得到有效处理和利用，成为农村环境治理的一大难题。2016年10月中央财经领导小组第十四次会议指出，加快畜禽养殖废弃物处理和资源化，力争在“十三五”时期基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题[1]。2017年5月，国务院办公厅发布了《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》(国办发〔2017〕48号)，旨在提高畜禽养殖废弃物的资源化利用水平，促进农业可持续发展[2]。2017年6月，汪洋副总理在全国畜禽养殖废弃物资源化利用现场会上强调，要扎实做好畜禽养殖废弃物资源化利用的各项工作，实现经济社会发展和生态环境保护协同共进。为贯彻落实党中央国务院的决策部署，2017年7月农业部制定了《畜禽粪污资源化利用行动方案(2017—2020年)》，指出要组织开展畜牧业绿色发展示范县创建活动，以畜禽养殖废弃物减量化产生、无害化处理、资源化利用为重点，整县推进畜禽养殖废弃物综合利用[3]。

畜禽粪污作为一种农业有机废弃物，具有良好的可生物降解性，利用沼气工程对其进行厌氧消化是一种很好的处理方法。但是沼气工程在消纳畜禽粪污等农业废弃物、生产清洁能源的同时，也伴随产生大量的厌氧发酵残留物——沼渣。沼渣富含丰富的营养物质，目前主要用于养殖业和土壤改良2个方面[4-5]。然而，想要真正地实现沼渣资源化利用的标准化、规范化和精细化，必须事先进行沼渣成分分析，才能因地制宜地制定沼渣资源化利用的途径和使用条件。

1 材料与方法

1.1 采样点

2016年11月15日至12月5日，在浙江省21个县(市、区)27个农村规模化沼气工程进行调查采样，采样期间最高气温5～25 ℃，最低气温2～18 ℃。

27个农村规模化沼气工程均为生猪存栏量1 000头以上规模养殖场的配套工程，其中，厌氧发酵池总容积<500 m3的有9个，50～1 000 m3的有11个，≥1 000 m3的有7个。发酵工艺有全混合厌氧反应器(CSTR)和上流式厌氧污泥床反应器(UASB)2种，其中，采用CSTR的17个，采用UASB的10个。农村规模化沼气工程运行时间在2～5 a的有13个，5～10 a的有11个，≥10 a的有3个。

27个采样点的养殖场均采用干清粪工艺，发酵原料均为猪粪尿+冲洗水。沼气工程取样期间运行良好。供检样品取自厌氧发酵池底部半固体物质。

1.2 采样方式和样品

采样方式：若厌氧池仅有1个排泥口，直接在排泥口取样即可；若厌氧池有多个排泥口，则在各个排泥口采取等量沼渣并均匀混合；若厌氧池未设置排泥口，则用污泥泵在厌氧池2～3个以上部位抽取等量沼渣并均匀混合。

样品保存：采取的沼渣样品直接装入已称重的容器当中，并称取沼渣的重量(要求大于2 kg)。样品需密封、冷藏保存，24 h内送往有资质的检测机构进行分析测定。如果指标无法一次性测完，剩余样品于4 ℃条件下保存。

1.3 测定项目与方法

1.4 数据分析

采用Excel 2010进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 沼渣pH值

由表1可以看出，调查的浙江省规模化沼气工程沼渣pH值在7.14～8.66，呈弱碱性，与相关的研究结果一致[6]。规模化沼气工程沼渣的pH值差别较小，且稳定性也较好，说明正常运行的沼气工程沼渣的pH值受沼气工程运行年限、厌氧池容的影响较小。

表1 沼渣pH值变化情况

本次调查的27个规模化沼气工程发酵原料的pH值在5.84～8.74，沼渣的pH值在7.14～8.66。其中25个沼气工程沼渣的pH值较发酵原料有一定的升高，平均升幅约为17%。这主要是因为：一方面，厌氧发酵过程中氨化作用产生的氨中和了一部分有机酸；另一方面，产甲烷菌的活动又消耗了大量的挥发性酸，同时沼渣又是残留在沼气池底部的半固体物质，从而使得沼渣pH值比发酵原料高。

2.2 沼渣有机质含量

由表2可以看出，调查的浙江省规模化沼气工程沼渣的有机质含量在9.9%～53.1%，平均值为34.21%，与相关研究所述的沼渣有机质含量在30%～50%基本一致[7]。从变异系数来看，调查的浙江省规模化沼气工程沼渣有机质含量的变异系数达到34.40%，有机质含量差异较大。这是因为：沼渣主要是由未分解的有机固形物与微生物菌体组成[8]，沼渣中的有机质含量可能受到厌氧发酵原料中悬浮颗粒物的数量和沉降速率、微生物活性，以及沼气工程清渣方式与频次等多因素的交叉影响，因此其稳定性较差。

表2 沼渣有机质变化情况

从规模化沼气工程运行年限来看，沼渣有机质平均含量呈现随工程运行年限延长而增加的趋势，这主要是由于随着沼气工程运行年限的延长，沼气池中沼渣有机质可能存在一定的累积。同时，运行年限在10 a以上的沼气工程沼渣有机质含量相对稳定(变异系数相对较小)，这是由于运行年限越长的规模化沼气工程，厌氧发酵系统越稳定。

从规模化沼气工程厌氧发酵池池容来看，池容≥1 000 m3的沼气工程沼渣有机质含量变异系数为15.00%，比池容<1 000 m3的沼气工程沼渣有机质含量变异系数小很多，即大池容的沼气工程其沼渣有机质含量相对稳定。这可能是由于当进入沼气池的废水量和浓度发生波动时，大池容沼气池受到的冲击相对较小，发酵系统因而相对更稳定。

2.3 沼渣养分含量

表3 沼渣养分含量变化情况

从沼气工程运行年限来看，规模化沼气工程沼渣中全氮、全钾平均含量呈现随工程运行年限延长而增加的趋势，全磷平均含量呈现以运行5～10 a最高、2～5 a的、≥10 a的最低的趋势。由于沼渣中全磷含量相对较高，故总养分含量随着沼气工程运行年限的变化趋势与全磷一致。

从沼气工程厌氧池池容来看，池容<1 000 m3的沼渣中氮磷钾含量均低于池容≥1 000 m3的沼气工程。这是因为，作为养殖场的配套工程，大池容的沼气工程对应的养殖场养殖规模大，管理水平高，猪舍清理时冲洗水用量相对较少，进入沼气工程的料液中悬浮颗粒物及浓度相对较高，进而导致沼渣中氮磷钾含量也相对较高。就稳定性来看，池容小于500 m3的沼气工程沼渣中全氮、全磷、全钾含量相对更稳定。这可能是由于小池容的沼气工程清渣频次相对较低，沼渣中各营养元素含量更稳定。

3 小结

本研究调查的浙江省27个规模化沼气工程沼渣均呈弱碱性，相较于沼气工程发酵原料的pH值有一定的升高，平均升幅约为17%。正常运行的沼气工程沼渣pH值受沼气工程运行年限、厌氧池池容影响较小。规模化沼气工程沼渣有机质平均含量较高，但差异性较大。运行年限越长的沼气工程，发酵罐底部的沼渣存在一定的累积，有机质含量相对较高。厌氧池容大的、运行年限长的沼气工程沼渣有机质含量相对稳定。规模化沼气工程沼渣中氮磷钾含量满足以下关系：全磷(P2O5)>全氮(N)>全钾(K2O)，且总养分含量较高；但由于沼气工程沼渣养分含量受到进料浓度、清渣方式及频次等多因素影响，其差异性较大。

本研究对沼渣的养分只是进行了初步的研究。由于沼渣养分含量不稳定、差异性大，同时沼渣成分复杂，今后还需做进一步的深入研究，进而实现沼渣的高效安全利用。

[1] 新华社. 中央财经领导小组第十四次会议召开[EB/OL]. (2016-12-21) [2017-10-11]. http://www.gov.cn/xinwen/2016-12/21/content_5151201.htm.

[2] 国务院办公厅. 国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见[EB/OL]. (2017-06-12) [2017-10-11].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-06/12/content_ 5201790.htm.

[3] 农业部. 畜禽粪污资源化利用行动方案(2017—2020年)[EB/OL]. (2017-07-07) [2017-10-11]. http://www.moa.gov.cn/zwllm/tzgg/tz/201707/t20170710_5742847.htm.

[4] 于海龙, 吕贝贝, 李开盛, 等. 利用沼渣栽培金针菇[J]. 食用菌学报, 2012, 19(4):41-43.

[5] 高白茹, 常志州, 叶小梅, 等. 稻秸沼渣矿化特征及对青菜生长和品质的影响[J]. 中国环境科学, 2012, 32(4):647-652.

[6] 张颖, 刘益均, 姜昭. 沼渣养分及其农用可行性分析[J]. 东北农业大学学报, 2016, 47(3):59-63.

[7] 郭肖颖, 朱丽君, 李布青. 沼渣肥的特性与应用效果研究[J]. 安徽农业科学, 2010, 38(27):14986-14988.

[8] 葛振, 魏源送, 刘建伟, 等. 沼渣特性及其资源化利用探究[J]. 中国沼气, 2014, 32(3):74-82.

2017-10-11

浙江省科技厅重点研发计划项目(2015C03013)；浙江省“三农六方”科技协作项目(CTZB-F160728AWZ-SNY1-20)

聂新军(1987—)，男，山东泰安人，工程师，硕士，从事农业生态技术推广工作，E-mail:xinjun198854@163.com。

文献著录格式：聂新军，金娟，王强，等. 浙江农村规模化沼气工程沼渣养分分析[J].浙江农业科学，2017，58(12)：2111-2114.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171209

S141

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0528-9017(2017)12-2111-03

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