秸秆沼气工程化对环境的影响及应对措施_李刚

第27卷增刊1农业工程学报Vol.27Supp.12002011年5月TransactionsoftheCSAEMay.2011秸秆沼气工程化对环境的影响及应对措施李刚，岳建芝，郭前辉（河南农业大学农业部农村可再生能源重点开放实验室，郑州450002）摘要：秸秆沼气工程产生的沼液在储存和使用过程中会对周围环境构成污染，其主要表现为沼液储存过程中有害气体释放、沼液直排造成的水体污染、农田长期大量施用造成的重金属沉积和沼液渗滤造成的地下水恶化。完善秸秆沼气工程储液池结构减少有害气体排放、建设配套沼液后处理设施、科学施用沼肥、开发沼液增值产品是解决秸秆沼气工程环境危害和促使其健康发展的重要技术途径。关键词：秸秆，沼气，环境影响，技术途径doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.0×.040中图分类号：TK91文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-0×-0200-05李刚，岳建芝，郭前辉.秸秆沼气工程化对环境的影响及应对措施[J].农业工程学报，2011，27(增刊1)：200－204.LiGang,YueJianzhi,GuoQianhui.Environmentaleffectandtreatmentmeasuresofstrawanaerobicfermentationproject[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(Supp.1):200－204.(inChinesewithEnglishabstract)0引言近年来，因大量剩余秸秆不当处理所造成荒烧、河道堵塞和水体污染成为当前农村环境治理的难点。为了提高秸秆资源利用率，解决秸秆荒废造成的环境问题，各类秸秆综合利用技术都得到了快速发展。在各类秸秆利用技术中秸秆沼气工程不但能实现秸秆的能源化转化而且发酵后的固液产物还能作为肥料进行还田，这不仅提高了土壤有机质含量改善了现有农作物肥料结构，在一定程度上对农作物增产、农村节能减排和农业生态环境建设发挥了积极作用[1-3]。沼气发酵是一个复杂体系下的生物反应，除气态产物外发酵产物中固、液部分构成了一个产物和残留物的富集体，其种类和数量直接受到发酵原料的影响[4-5]。当前在沼气工程化产物的技术研究中，人们更多关注于沼气发酵富集物中有机质和P、K、N作为植物生长的营养元素和土壤改良剂的积极影响，虽然富集物中各类重金属尤其是有毒重金属的富集已引起众多研究者的重视[6-7]，但沼气工程对环境的负面影响却没有引起人们足够的重视。沼液、沼渣是发酵原料的除部分C、H、S元素外的全部成份的富集体，其生产及使用过程中不可避免对周围环境产生一定的影响[8-10]，尤其是现阶段秸秆沼气工程建设中将沼液作为肥料和灌溉用水直接施用于农业生产的运行模式下，沼液、沼渣对土壤和粮食安全的影响应该引起更多的重视。文章从秸秆沼气工程的各工艺环节对环境的影响入手，分析了秸秆发酵过程对外界环境的影响，探讨了秸秆厌氧发酵液储存、使用过程中的环境问题，为秸秆沼气工程的良性发展提供参考。收稿日期：2010-12-21修订日期：2011-03-01作者简介：李刚（1975－），男，河南郸城人，博士，讲师，主要从事可再生能源转换技术研究。郑州河南农业大学农业部农村可再生能源重点开放实验室，450002。Email:energy789@126.com。1秸秆沼气工程的现状1.1秸秆厌氧发酵的基本工艺要求沼气发酵的实质是发酵微生物利用有机质为原料进行生理代谢生成气态产物（CH4、CO2及微量H2、H2S）和可溶于水的次级产物的过程。与多数生化反应相同，秸秆沼气发酵过程除要求一定的温度、pH值、菌体浓度、发酵周期外，其发酵过程还需要注意以下问题：1.1.1水溶性物质析出厌氧发酵微生物只能利用水溶性物质进行正常的生理代谢，与畜禽粪便污水中多数物质自身能溶于水或（微）好氧微生物的简单分解既可转化为水溶性物质不同，秸秆原料的木质纤维素结构难以快速破坏的特性决定了其水溶性物质的析出速度较慢，由此造成了秸秆厌氧发酵周期相对较长，原料降解程度不充分[11]。1.1.2碳氮比（C/N）C/N是维持发酵微生物正常生理代谢的基本物质条件，但农作物秸秆一般都是高C物料，原料中N源不足是秸秆沼气发酵不能正常启动或运行的重要原因。虽然外加N源可满足秸秆厌氧发酵需求，但外界N源的适量、适时补充都将影响秸秆厌氧发酵的运行，同时也增加了秸秆厌氧发酵的运行成本，采用富氮原料作为秸秆沼气工程发酵体系C/N平衡是秸秆沼气工程运行不可缺少的环节[12]。畜禽粪便是农村环境污染的重要污染源，但也是秸秆发酵的最廉价氮源，但使用畜禽粪便作氮源会引起重金属和发酵抑制剂的引入。1.1.3物料浓度及料液均匀度沼气发酵作为一个特定水溶相条件下的生物反应，反应器中物