張 春， 鄭利兵， 郁達偉， 魏源送

(1.北京化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院， 北京 100029； 2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 100085； 3.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，水污染控制實驗室， 北京 100085； 4.江西省科學(xué)院能源所， 南昌 330096； 5.北京石油化工學(xué)院， 北京 102617)

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)?；B(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[1]。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16，102，1268萬噸，占農(nóng)業(yè)源中污染物的56%，38%，96%。2015年，中國農(nóng)業(yè)源COD、氨氮排放量分別為1068.6，72.6萬噸[3]。有資料表明豬場廢水的五日生化需氧量(BOD5)高達2000～8000 mg·L-1，COD高達5000～20000 mg·L-1，污染物含量較高[4]。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，為減少畜禽養(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[5-7]，在政府的推動下得到了廣泛應(yīng)用。沼液是厭氧發(fā)酵后的高濃度有機廢水，具有污染成分復(fù)雜、濃度高等特點[8]。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，沼液碳氮比(C/N)失調(diào)，生化性能下降，進一步加大了沼液的處理難度[9-13]。沼液的不合理處置會帶來多種環(huán)境與社會問題。同時沼液又富含大量的營養(yǎng)元素[14]、微量礦物質(zhì)元素[15]與生理活性物質(zhì)[14, 16～17]，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。

目前針對沼液的研究和應(yīng)用主要集中于兩大方向，達標排放與資源化利用。有機物與氨氮是沼液的主要污染物，也是影響沼液處理與達標排放的主要難點。在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，以期為沼液的研究與應(yīng)用提供有益的參考。

1 沼液來源與性質(zhì)

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[8]，具有污染成分復(fù)雜、生化性差、潛在風(fēng)險不明等特點[13]。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)[10, 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)[16, 19]等以及十幾種氨基酸與活性物質(zhì)的高價值組分[17, 20]。

2 沼液處理技術(shù)

富含氮磷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[21]；排放至土壤中，會造成污染物(硝酸鹽、磷)的沉積與轉(zhuǎn)化[22-23]，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)，同時針對越來越嚴苛的廢水排放標準與滿足水回用要求，進一步的深度處理技術(shù)也得到越來越多的關(guān)注。

表1 不同厭氧工藝處理后的沼液特性

注:AnMBR:厭氧膜生物反應(yīng)器(Anaerobic Membrane Bioreactor)；AD：厭氧發(fā)酵(Anaerobic Digestion)；USR：升流式固體厭氧反應(yīng)器(Up-flow Solid Reactor)；UMSR：升流式微氧活性污泥反應(yīng)器(Up-flow Microaerobic SludgeReactor)；CSTR：全混合厭氧反應(yīng)器(Continuous Stirred Tank Reactor)；UASB：上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(Up-flowAnaerobic Sludge Bed)；ASBR：厭氧序批式反應(yīng)器(Anaerobic Sequencing Batch Reactor)；SGBR：靜態(tài)顆粒床反應(yīng)器(StaticGranularBed Reactor)

2.1 生化處理工藝

當前針對沼液的生化處理工藝有缺氧好氧(Anoxic/Oxic，A/O)活性污泥法、序批式活性污泥法(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準。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。

2.1.1 A/O工藝及其組合技術(shù)

A/O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[33]等以間歇曝氣方式的A/O工藝處理奶牛場低碳氮比(C/N=1.41～2.32)沼液，出水CODCr與SS分別為90，29 mg·L-1,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52 mg·L-1，未能達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準。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12.5 mg·L-1，達到 《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準，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[24]利用改良型兩級A/O工藝處理某山地奶牛養(yǎng)殖場沼液(C/N=1.7)，通過調(diào)節(jié)沼液與原水的比例使C/N=5，提高沼液可生化性，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《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準。A/O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[34-35]。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A/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)處理沼液相比[36]，投加化學(xué)絮凝劑可降低豬場沼液中膠體與懸浮顆粒物含量，經(jīng)A/O-MBR工藝處理后，COD從292 mg·L-1降低到191 mg·L-1，MLVSS/MLSS由0.43提高至0.76，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。

A/O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沉淀池，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[8]。同時A/O工藝在處理不同組成與來源的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A/O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。

2.1.2 SBR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，是目前處理沼液最為廣泛的工藝[37]。有研究人員通過常規(guī)的SBR工藝對豬場沼液進行處理[38-39]，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2000 mg·L-1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)反硝化進一步去除。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10 mg·L-1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，DO值不宜過高與過低，保持在2 mg·L-1左右為宜。此外，曝氣模式也是影響處理效果的重要因素。有學(xué)者[40]進行了間歇曝氣SBR(Intermittently Aerated Sequencing Batch Reactor，IASBR)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±0.04 kg·m-3d-1的條件下，IASBR對氨氮、TN與COD的去除率分別為97.2%±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。當氨氮負荷提高至0.18±0.02 kg·m-3d-1時，IASBR工藝對氨氮、TN、COD的去除率下降，但仍高于SBR的去除率。當氨氮負荷為0.20±0.01 kg·m-3d-1時，提高進水COD/TN值為3時，IASBR與SBR對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，IASBR處理效果要優(yōu)于傳統(tǒng)SBR工藝處理效果，且抗沖擊負荷能力更強。1975年，Voets[41]等提出短程硝化反硝化生物脫氮理論。1997年，荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)依據(jù)上述理論提出了這一新型的脫氮工藝Sharon[42]，即短程硝化反硝化工藝，而其中的關(guān)鍵在于如何保持出水中亞硝酸鹽的穩(wěn)定增長。研究發(fā)現(xiàn)[20]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。

表2 不同原料不同工藝處理后各指標處理效果

注:SBBR：序批式生物膜反應(yīng)器(Sequencing Batch Biofilm Reactor)； BF-MBR：生物膜式膜生物反應(yīng)器(Biofilm Membrane Bioreactor)； BCO:生物接觸氧化(Biological contact oxidation)； CW:人工濕地(Constructed Wetland)； MAP:磷酸銨鎂沉淀(俗稱鳥糞石)(Magnesium Ammonium Phosphate Precipitation)

2.1.3 MBR工藝及其組合技術(shù)

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，提高了處理成本，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

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；另一個即是以達標為方向，實現(xiàn)沼液污染物的去除，使水質(zhì)達標。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)不能達標排放的情況，限制了其進一步應(yīng)用，需要采取進一步的深度處理技術(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)達標的目的。有研究利用反滲透膜技術(shù)實現(xiàn)沼液COD，氨氮，TP分別為99.2%，94.11%，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[66]。有研究采用納濾膜[67]處理牛糞與豬糞沼液，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)污染物排放標準》(GB18596-2001)。有研究人員[68]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，不能達到排放標準，經(jīng)Fenton高級氧化技術(shù)處理后COD值達到排放標準，去除率達到78%，出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)標準。Fenton高級氧化技術(shù)對有機質(zhì)的去除效果較好，而對氨氮的處理效果較差，一般用于后續(xù)的COD值過高情況的處理，對于氨氮濃度過高的情況，還有待進一步深入研究。

膜分離與濃縮技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)沼液的資源化、減量化、無害化利用，緩解沼液還田利用土地不足的問題，但膜分離與濃縮技術(shù)普遍存在膜污染問題，為了解決或緩解膜污染問題，減緩膜清洗頻率，應(yīng)根據(jù)沼液的實際情況確定與選擇相匹配的預(yù)處理工藝。鑒于當前部分膜的制備成本相對高昂，且膜污染的問題更是在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)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。Fenton高級氧化技術(shù)是一項新開發(fā)的新型氧化技術(shù)，在沼液及廢水中難降解污染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，以降低制備成本，擴大高級氧化技術(shù)的應(yīng)用面將會是未來的一個發(fā)展方向。

3 沼液資源化利用

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[69]。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，使種子健康生長。近年來的沼液浸種效果如表3所示，浸種效果在不同指標方面均有較大的提高。有研究人員[70]對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，以不同濃度的沼液浸種24 h，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2.55，1.55，2.87倍，此外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[71]： 1)體內(nèi)作用：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)率的提高除了沼液滅菌殺蟲的原因外，也存在沼液提高了農(nóng)作物抗病防蟲能力的因素。

表3 沼液浸種效果

3.2 營養(yǎng)液

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。沼液的過量直接利用會造成燒苗現(xiàn)象，因此需要對沼液進行稀釋以有利于作物生長。近年來關(guān)于沼液營養(yǎng)液研究與應(yīng)用如表4所示。有研究表明在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[80]。研究發(fā)現(xiàn)隨著沼液施加量的增加，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；當施加量為157500 kg·hm-2時，干物質(zhì)含量最高達到80.76%，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[81]。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[82]。進一步說明沼液的施加要控制在一個合理的范圍。研究發(fā)現(xiàn)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，表明沼液的肥效較高[83]。研究發(fā)現(xiàn)番茄產(chǎn)率的提高在于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[84]。在作物生長后期，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。

沼液作為營養(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[85-86]；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[87]。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[88]，提高作物產(chǎn)量[16, 17, 89～90]。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，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[91-93]。研究發(fā)現(xiàn)毛竹林經(jīng)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[94]。有研究表明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[95]；但是在另一方面，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)沼液與化肥聯(lián)合施用的土壤相比只用化肥或者沼液的土壤，土壤的穩(wěn)定性更好，土壤有機碳與總磷的濃度更高，證實了沼液的改良作用[96]。有資料表明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[97]。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7.3，土壤氮的浸出率大約減少91%，使土壤肥力得到改善。Marco[98]等研究發(fā)現(xiàn)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。

表4 沼液營養(yǎng)液對作物產(chǎn)量的影響

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。

沼液養(yǎng)魚是一種比較常見的利用方式[105]，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[106]等在稻田進行生態(tài)養(yǎng)魚，經(jīng)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。研究表明通過沼液養(yǎng)殖珍珠[107]，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。

4 展望

當前，沼液研究與應(yīng)用主要集中于處理達標排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)濟與環(huán)境問題，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?；谖⑸锏纳锝到馀c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?；诋斍吧に囂幚硇Ч苤朴诟甙钡种莆⑸锘钚詥栴}，開發(fā)出能夠適應(yīng)于低碳氮比情況沼液的處理工藝。

(4)深度處理技術(shù)的研究與開發(fā)?；诟呒壯趸瘎ξ鬯须y降解物質(zhì)的較好的處理效果，為進一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)的研究。

(5)高附加值營養(yǎng)液開發(fā)。基于沼液高含量的營養(yǎng)元素、礦物質(zhì)元素等有益元素的存在，避免沼液初級利用帶來的潛在不明風(fēng)險，實現(xiàn)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?；谡右何廴疚锱c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)。