《沼液生物药肥研发与生态网槽处理关键技术研究及示范》

1、沼液生物药肥研发与生态网槽处理关键技术研究及示范可行性报告一、项目概况沼液生物药肥研发与生态网槽处理关键技术研究及示范课题通过研究沼液膜法深加工技术，对沼液中的有效物质进行浓缩。对浓缩液进行增效混配试验，研制高效沼液生物药肥。通过田间试验，研究高效沼液生物药肥效应及施用方法。研究沼液预处理膜浓缩生态处理组合工艺和运行方式。开展相应的中试实验，为大中型沼气工程沼液利用与处理提供技术支撑。并建设一个示范工程。二、研究目的和意义(一)沼液生物药肥利用和高效生态处理的研究意义随着沼气技术的推广，沼气、沼液、沼渣在农业生产上的直接利用得到迅猛发展。沼液利用是“三沼利用”的重要方面，沼液同时具备生物肥料和

2、生物农药的特性，在国际上被誉为广谱性的厌氧微生物加工剂。然而，沼液有效成分的浓度较低，不具备商品市售农药和肥料所具有的高浓度、高含量、便于运输、便于市售的小包装特点。目前，沼液主要利用方式是就地直接利用。在非用肥季节，或种养不配套的情况下，沼气工程的邻近土地无法消纳所产沼液，大量的多余沼液不得不排放到附近水体。沼液中cod、bod、n、p和其他营养物质含量还相当高，若直接排入水体，就会污染水体或造成水体的富营养化，同时企业也必须承受相应的排污费。沼液要达标排放，必须进一步处理。而目前的沼液处理主要采用好氧处理或氧化塘处理，好氧处理运行费用较高，氧化塘处理效果不理想。本项目旨在研究开发沼液生物-

3、生态处理和资源化利用技术，在达到高效净水目的的同时，降低水处理成本，为农产品提供优质生物药肥，并为沼液进行产品化和无害化开发利用提供技术支持，创造社会经济效益。(二)绍兴开展生物药肥利用和高效生态处理的研究意义近年来，随着绍兴市畜牧业的迅速发展，导致生猪养殖规模、养殖方式发生了显著变化，由原来的散户养殖向规模化、集约养殖转变。与此同时，由于资金、技术等原因，部分规模养猪场的粪便污水一直未得到充分利用，多数未经处理即排放，导致产生的污染总量增加、程度加剧、范围扩大，成为滋生蚊蝇、细菌繁殖和疾病传播的源头；造成水质恶化、空气充满恶臭，在一定程度上影响了附近居民的正常生活。而有机废弃物中含有大量的生

4、物质能和有机肥资源，从而造成资源的极大浪费。据统计，2010年绍兴市共存栏商品肉猪约40万头，年排放污水超过120万吨，大部分养殖场废水未经处理无序排放，造成的污染现象十分严重。本项目拟通过大型畜禽场能源环境工程的建设，将以种植业为依托的畜牧养殖业与“三沼“综合利用及无公害农产品生产有机的结合起来，开展沼液生物药肥利用和高效生态处理技术研究，达到农业废弃物资源化的高效利用，提升农产品的品质，改善农村生态环境，促进农业产业化发展，实现农村剩余劳动力的转移，促进农业增效、农民增收和农村经济可持续发展目标的实现。三、项目主要研究技术的国内外发展现状与趋势（一）沼液综合利用研究现状及发展趋势据测定，沼

5、液含有丰富的氮、磷、钾等大量营养元素；含有多种氨基酸、丰富的微量元素、b族维生素、各种水解酶、有机酸、腐殖酸等生物活性物质；含有脯氨酸、亚油酸、脱落酸、黄腐酸等抗冷物质。沼液可用作肥料、饲料添加剂、生物农药和抗冻剂等，在浸种、叶面喷洒、杀灭蚜虫、无土栽培营养液、滴灌、农作物的基肥和追肥、养鱼、喂鸡、喂猪等方面得以广泛应用。沼液同时具备生物肥料和生物农药的双重功效，在国际上被誉为广谱性的厌氧微生物加工剂。河南农业大学农业部农村可再生能源重点实验室对沼液防虫机理和防虫作用等方面开展了一定的研究。他们对不同原料浓度、不同发酵时间、不同发酵深度的厌氧发酵液成分进行了实验测定。初步结果测出沼液中有127

6、种成分，其中26种成分都具有杀虫作用。据统计，沼液可防治23种病害和15种虫害，如枯萎病、白粉病、霜霉病、软腐病等，虫害中包括稻飞虱、蚜虫、棉铃虫、蓟马等，其防治效果同现行使用的农药相当，甚至更好。研究表明喷施沼液对果树红黄蜘蛛的杀灭率达到95%，对蚜虫和青虫的杀灭率也达到90%以上，黄瓜枯萎病、黄瓜白粉病和黄瓜霜霉病的防治效果分别达到72%93%，72%80%和46%67%，沼液处理可使甘薯软腐病的发病率下降44%，水稻纹枯病病情指数下降45%67%。云南省红河州农校进行了石榴施沼肥的肥效实验研究，取得了增加产量和提高品质的效果；福建省农科院土肥所的实验表明，沼液在幼龄茶树上应用的增产效果也

7、非常明显；西南农业大学先后研究了沼液对莴笋、生菜硝酸盐含量及营养品质的影响，结果表明施用沼液后除了比对照增产50以上外，菜中的硝酸盐含量分别降低54和46；浙江建德市、山东文登市农村能源办公室分别研究分析了沼渣沼液喂育肥猪的效果，其结果是猪嗜睡、生长快、饲料转换率高、节约饲料等；安徽省和县利用沼渣、沼液养鱼，取得了良好的效果，可以改善鱼池的营养条件，促进浮游生物的繁殖生长，实现成鱼增产；此外，还有用沼渣、沼液养殖青蛙、泥鳅、螺旋藻、细绿萍等的报道。20世纪90年代以来，由于市场经济和农业产业化形势的推动，沼液利用开始向产品化方向发展。即将沼液浓缩，再配合其他物质生产高档农业特殊肥料，例如“绿霸

8、”、“洞庭丰”等。但是，目前涉及这个领域的基础研究还较薄弱，相应的产品开发也处于初期阶段，远远满足不了市场的需求。所用浓缩技术采用的是常规的低温蒸发技术，该技术使一些有效成分损失，而且能量消耗大，无规模化生产的潜力。目前，只有“绿霸”、“洞庭丰”等少数产品有一定的销售量，但其在市场上的影响远远小于“喷施宝”等市售叶面肥。从总体上来看，目前我国沼液利用的水平和规模与农村商品经济和农业产业化的发展还很不适应，突出的表现是商品化程度很低，还没有形成一个产业。目前，我国乃至世界对沼液的研究还比较薄弱，层次较浅。有关的许多研究大多集中在证明沼液的优点上，而不是把重点放在对其的开发利用上；大多突出 “废弃

9、物利用”，而没有看到它的商业价值。对沼液进行深度加工处理，制成高技术绿色肥料和生物农药产品，使其商业化运作的研究还鲜见报道。（二）生物-生态修复技术研究现状及发展趋势生物-生态方法是近年来发展起来的一种新型环境生物技术。欧美等发达国家对生物-生态修复技术高度重视，并已投入了大量资金进行研究与应用。1991年3月，在美国圣地亚哥举行的第一届原位生物修复国际研讨会使生物修复技术的推广和应用走上迅猛发展的道路。我国科技部和云南省于2000年4月投入5000万元经费，启动了“滇池水污染治理技术研究”项目，其中2370万由中科院水生所专项应用于滇池蓝藻的生物控制；2002年12月，国家“973”计划正式

10、启动了“湖泊富营养化过程与蓝藻水华爆发机理研究”，经费额度达2800万元；中国科学院南京地理与湖泊研究所、同济大学等科研院所也分别在太湖、上海苏州河等污染水体进行了卓有成效的生物-生态修复试验；2000年宁波大学利用生物操纵技术成功控制了宁波月湖的蓝藻水华，该项成果在2001年国际蓝藻控制学术会议上得到了国内外同行专家的一致肯定。esb水体修复技术是一项目前世界上正在兴起的突破性的一种水体修复技术。该技术包括：微生物修复技术、人工湿地技术、浮岛技术、植物操控技术，生态护提技术，生态复氧技术、生态清淤技术、水生动物恢复和重建技术等。在实际工程应用中，可按照水体污染程度，水体环境资源现状及业主要求

11、等考虑选用不同的技术组合，以呈现生态效益和经济效益的双赢。水利部中国科学院水工程生态研究所和澜河引水工程管理处将生物操纵技术治理用于深圳市茜坑水库富营养化治理，提出将河蚌作为滤水动物对富营养水体进行生物过滤的治污技术路线，将传统的“施肥养蚌”改为“以蚌净水” ,实施河蚌笼式分层养殖的生物过滤技术；同时通过投放食鱼性鱼类鳜鱼等，来控制浮游动物食性的小型鱼类，以浮游动物种群的壮大来遏制浮游植物的发展，从而降低藻类生物量，提高水的透明度，最后达到藻类生物量下降等改善水质的目的，使“以水养鱼”变成“以鱼养水”。中科院南海海洋所用吊养筏架将海藻栽培与网箱养鱼相结合进行混养，用于海水养殖富营养化的生物修复

12、；武汉东湖利用滤食性鱼类控制蓝藻水华；王雷应用“水体系统生态修复技术”对水体景观进行生态修复治理，依次引入浮游动物、沉水植被、底栖动物、高级水生动物，形成良性循环的水生生态自净系统；陆开宏教授利用改性明矾浆应急除藻和水生滤食性动物调控水质的综合技术措施，针对城市内河黑臭现象及水产养殖自身污染等问题，开展了城市污染河道生物生态修复技术研究与示范；针对水产养殖自身污染等问题，开展养殖池塘污染底泥生物生态修复的研究，成功控制了两个重要水域的蓝藻水华。国内外对利用生物浮床、生物浮岛净化富营养化水体的研究开展较多。宋祥甫等采用水域无土种植方法在富营养化水体表面种植水稻，通过水稻的吸收作用去除水体中的氮磷

13、元素；司友斌等分别以巢湖湖水、合肥环城河水以及安徽农业大学池塘水作为供试水样，研究了浮床香根草对富营养化水体的净化效果；清华大学环境科学与工程系开发了一种适合于该地区的新型人工湿地系统即人工复合生态床系统，处理低浓度农村污水。综观国内外工作，有关生物-生态修复的研究与应用大致可分三个方面。一是以应用微生物为主体的生物修复技术，美国、日本及国内一些生物工程公司的产品已进入应用试验阶段，在局部区域，特别是城市内河治理中不乏有成功的例子；二是应用高等植物为主体的植物-生态修复技术，适用于大面积、低浓度的污染水域，由于植物修复是一个自然的过程，易为公众接受；三是基于“食物链”原理的生物操纵技术，应用罗

14、非鱼、鲢鱼及贝类等滤食性动物的放养及水体生物群落结构的优化，对控制富营养化水体蓝藻水华发挥了明显的作用。（三）沼液处理技术研究现状及发展趋势目前沼液处理的技术基本上分为两大类，一是好氧微生物处理方法，二是自然生物处理方法。好氧处理方法有活性污泥法、生物滤池、生物转盘接触氧化法、间歇式活性污泥法等。好氧处理方法具有处理能力强，适应性广等优点。但此类工艺构筑物复杂，机械设备多，维护管理工作量大，投资大、能耗高、运行维护费用高，规模小的养殖场是难以承受的，与我国经济发展水平不相适应。自然生物处理方法主要有：生物塘法和人工湿地处理。生物塘法具有运行管理费用低、操作管理简便、高效除污等优点，能有效地去除

15、有机污染物等营养物质及病菌和病毒等，同时通过种植水生植物养鱼虾贝类和养鸭等实现污水资源化。生物塘技术符合我国国情，近年来我国也逐步重视应用生物塘方法处理污水，净化后的达标废水用于农业灌溉。但我国对生物塘的研究利用还存在诸多的问题，其中包括生物塘结构不合理、净化负荷低以及普遍存在淤积问题等。生物塘的核心问题是净化负荷低，简陋的单塘形式完全依赖于自然净化能力是造成负荷低下的根本原因。对生物塘的改进措施包括改变生物塘的单塘形式为复合塘串联型式，在生物塘内种植水生植物增强生态净化能力等。湿地处理法具有建造及运行成本较低、出水水质好、操作简单等优点，同时，选择合适的植物品种还有美化环境的作用，是一种适合

16、养殖废水特点和我国农村经济现状的一项废水处理新技术，尤其适用于解决我国生态型新农村建设所面临的水环境问题，具有广阔的应用前景。但其占地面积大，在土地稀缺的地方，难以实际应用。为此，急需开发投资低、运行费用低、处理效率高且占地面积小的沼液处理的新工艺。固定化微生物技术具有微生物密度高、反应速度快、产物易于分离及处理设备小型化、hrt与str分离等特点，被日益广泛地应用于有机废水的处理，并取得很好的处理效果。农业部沼气研究所的张国治采用悬浮藻法和固定藻法，初步研究了藻类去除沼液中氮磷的作用。结果表明,藻类对沼液中的nh3-n、tp等污染成分有较高的净化效率。特别是固定藻对污染物的平均去除率为: n

17、h3-n 84.0%,tp 73.8%。综上所述，我们欲将生物-生态处理技术与固定化微生物技术结合起来，开发兼有投资低、运行费用低、处理效率高且占地面积小的沼液处理生态槽。四、课题主要研究内容、拟解决的技术难点和主要创新点（一）主要研究内容、研发沼液膜法深加工技术，采用膜法浓缩技术，对沼液中的有效物质进行浓缩。2、对浓缩液进行增效混配试验，研制高效沼液生物药肥。并通过田间试验，研究高效沼液生物药肥效应及施用方法。、研究沼液预处理膜浓缩生态处理组合工艺和运行方式。并开展相应的中试实验，为大中型沼气工程沼液利用与处理提供技术支撑。（二）拟解决的技术难点1、沼液有效成分的浓缩提取和增效技术；2、适宜

18、在沼液环境条件下生存的蚌/草/藻/菌生物的筛选；3、蚌-草-藻-菌生物固定化技术和生态群落优化技术；4、蚌-草-藻-菌四位一体生物固定化沼水生态处理槽的设计制造。（三）主要创新点1、将膜浓缩技术用于提取沼液有效成分，开发沼液生物药肥，国内外未见相关报道；2、研究设计制造蚌-草-藻-菌四位一体生物固定化沼水处理生态槽，将微生物固定化技术与生态修复技术有机结合，扩大了固定化技术研究的范围，国内外未见相关报道；3、提出蚌-草-藻-菌生物固定化沼水生态处理工艺及技术模式，构建和强化了人工生态群落功能，将生态系统的生物分解、生物过滤和生物吸收等功能优化组合集成，实现了生态循环和食物链串联的效应，为沼液无

19、害化处理增添了一种新方法。五、预期目标、主要技术指标、可获得专利等知识产权及人才培养情况（一）预期达到的目标、开发高效沼液生物药肥6种；、蚌-草-藻-菌四位一体生物固定化生态处理技术1项；3、设计出沼液预处理-膜浓缩-生态处理组合工艺1套；4、提交研究报告1份，报告成果达到国内领先水平。（二）主要技术指标1、研发一套膜法浓缩沼液有效成分的技术及工艺，并达到中试规模；2、开发水稻、玉米、油菜、番茄等专用的高效沼液生物药肥6种，并提供各种药肥的使用方法和施用效果，符合国家无公害生产使用要求；、沼液预处理膜浓缩生态处理组合工艺的n、p、cod去除率分别达到85%、80%、95%，达到农用或国家排放标

20、准。（三）专利等知识产权发表论文4篇，并获得专利2项。（四）人才培养情况培养研究生6名。六、项目拟采取的研究方法、课题技术路线（一）拟采取的研究方法1、该课题利用现代分析检测仪器系统研究沼液有效成分，针对主要目标成分研究设计其膜浓缩提取的工艺和技术难点；2、遵循无公害生产的技术要求，依据平衡施肥、配方施肥的基本原理，研发沼液生物药肥配方，开展沼液增效实验；3、研究寻找适合区域特点的固定化载体，将微生物固定化技术与生态群落构建技术有机结合，研究蚌-草-藻-菌四位一体的生物-生态固定化技术；4、根据生物-生态修复原理，强化蚌-草-藻-菌在水生生态系统中的生物修复作用，采用模拟生态系实验法，通过单因

21、素实验，分别研究藻、蚌、水草、菌的单因素生物修复能力，采用生物操纵技术，通过全排列组合设计试验处理，研究四种生物联合固定后的生物修复能力，通过不同水平的对比实验优选最佳的蚌-草-藻-菌的生态群落结构，开发生态槽沼液处理新技术；5、发挥多学科交叉优势，将生态循环技术、水产养殖技术与环境治理工程技术相结合，借鉴和学习已有的微生物固定化技术和设施养殖工程技术，设计研制具有污染物降解、吸收、消化功能的生态槽；6、依据环境工程原理，将沼液预处理（沉淀、过滤等）工艺、膜浓缩工艺、生态槽工艺组合，通过工艺实验优化工艺运行参数。（二）课题技术路线该课题以沼气发酵的副产品沼液为研究对象，利用现代膜浓缩技术，浓缩

22、提取沼液有效成分。对其浓缩液进行增效试验，研制高效沼液生物药肥；对原沼液则采用生物操纵方法，构建人工生态群落，进行生物-生态处理，达到农用或排放标准。其中生物-生态处理主要是强化蚌/草/藻 /菌在废水处理系统中的生物修复作用，将固定化技术与生态修复技术有机结合起来，研制蚌-草-藻-菌生物固定化生态槽沼液处理技术。这样既可以有效解决沼液的环境污染问题，更可回收利用其中的有效成分，变废为宝，实现环境效益与经济效益的统一。其技术路线如下图所示：预处理过滤超滤）大型沼气工程沼液预处理废液浓缩液透过液膜浓缩（纳滤200）沼液药肥研制和推广达标排放或循环利用复合式好氧生物膜反应器+生态槽七、项目计划进度安

23、排和任务分工（一）项目计划进度安排 本项目实施期限为2011年3月至2013年2月，2013年2月申请验收。具体见表7-1。表7-1 项目计划进度表 时间 工作内容2011年2012年2013年3-6月6-12月1-6月6-12月1-2月项目研究方案细化沼液膜浓缩技术研究沼液生物药肥研发生态网槽处理技术沼液生物药肥大田试验示范工程建设与调试项目结题（二）任务分工本项目成立课题组，主要研究人员由依托单位和协作单位组成。在项目下达后，首先召开课题组会议，明确分工，落实任务，各司其职，分头执行，设置阶段考核目标，严格按计划进行。在项目执行中，各小组相互配合，做到经常互通情报，及时发现问题，解决问题，

24、重大问题一起攻关，保证项目研究顺利进行。项目结题，通过技术验收鉴定，实现项目的预期目标。由于本项目属于技术研发与应用实验相结合的综合性研究课题，因此，根据项目内容和课题组人员的专业特长，项目的组织将以研究内容为依据，分为以下子课题小组：（1）沼液浓缩、增效与沼液生物药肥研制实验课题小组（由合作高校承担）； （2）沼液产品应用试验课题小组（以合作高校为主，申请企业配合）；（3）沼液、浓缩液、透过液、高效沼液制剂成分测定小组（由合作高校承担）；（4）蚌-草-藻-菌四位一体生物固定化生态槽处理技术小组（以合作高校为主，申请企业配合）；（5）预处理膜浓缩生态槽处理组合工艺和运行参数研究小组（以合作高校

25、为主，申请企业配合）。（6）示范工程（以申请企业为主，合作高校和地方有关行业技术指导部门配合）。八、项目研究条件（一）技术依托单位承诺提供的支撑条件1、合作高校拥有中科院土壤与环境联合重点实验室、环境微生物、固体废弃物处理、污水处理、环境监测等大型实验室。配备有原子吸收、等离子体发射光谱仪（icp）、分光光度计、9600 pcr仪、高压液相、气相色谱仪、气质联用仪、电泳仪、核磁共振仪、toc、离子色谱、残留农药测定仪、f2000红外光度测油仪、填料吸附塔、板式过滤器、sbr等高精尖仪器设备，能承担所有土壤、肥料理化性状及农产品质量指标的相关分析测试及分析；拥有高速离心机、恒温变速培养箱、自动发

26、酵罐等高精尖仪器及无菌室、可控温控湿的温网室等设施及生产中试基地，可进行微生物菌种筛选、培养、发酵工艺等研究工作；实验室还配备了复合肥圆盘及挤压式造粒模拟研究设备、颗粒肥料喷涂成膜模拟设备、流化床等，可进行各类缓释、控释包膜肥料的粘涂和喷涂成膜工艺模拟研究，同时可进行有机无机复肥配方及造粒工艺的研究。2、地方行业技术指导部门有农村能源专业技术人员4人，具有丰富的农村能源项目管理和实践经验，曾多次承担省、市农村能源生态建设科研推广项目，特别是近年致力于厌氧发酵技术治理农业面源污染，承担过省重大科技攻关项目“沼液处理集成技术研究与工程示范”等课题，对促进农业废弃物资源化利用有丰富的实践经验。（二）

27、现有研究基础本课题组具有很强的科研实力，近年来在农村污水处理、养殖废弃物循环利用、水体污染控制、土壤肥料研制等方面做了大量的研究工作。先后承担了科技部“星火计划”项目“分散式厌氧系统处理养殖废水的技术研究”和“农村废弃物资源化循环利用关键技术研究”、“山区农村养殖废弃物能源化利用关键技术研究与示范”、“现代农村建设中生态环境与绿色能源应用综合研究与科技示范”、“畜禽养殖场污染治理及沼气集成技术的研究与示范” 、“浙江省主要水系源头林区面源污染监测预警与持续控制技术研究”、“浙江省水土流失重点治理区林业生态体系配套技术研究”等浙江省重大科技攻关项目7项；“bv有机液体肥料的推广应用与产业化”、“

28、bv有机液体肥料的田间效果研究”、“无动力、地埋分散式厌氧系统处理农村生活污水的技术研究”等浙江省重点科研项目12项；主持或参与国际合作项目6项；参与“863”项目2项；获得省部级科研成果奖21项，申请并获得国家专利30项；出版专著20余部，在国内外学术刊物上发表高水平论文300余篇。 （三）沼液生物药肥利用和生态处理示范点现有基础条件申报企业周边有300多亩蔬菜基地和果园，拟铺设沼液利用管网，并建设沼液贮存池，一年四季完全能承纳沼液的排放，具备生物药肥试验条件。另外，公司项目区有一个得天独厚的地势优势和自然优势，为沼液高效生态处理试验提供了十分有利的条件。九、预期研究成果效益分析和应用转化前

29、景的预测本项目研究成果极具市场前景。沼液高生物技术产品的开发可为农业带来广泛的经济效益，具有高的商业价值。应用本项目成果，将沼液深加工成高效沼液生物药肥，其经济价值将可数倍、数十倍地提高。从国内市场看，高效液体有机复合肥（浓缩叶面肥、营养液）的售价在1万元/吨至数万元/吨之间（进口的同类产品售价高达10万元/吨以上）。另外，还可以将沼液深加工制成花肥、鸟食和杀虫剂，制成小包装，满足城市居民和国内外顾客的需求。我国是世界上最大的农药产品生产大国，目前农药年产量在80万吨以上。但所生产的农药有90以上是传统化学农药，高毒农药占一半以上，而毒性较小的“绿色”生物农药市场占有量很小，仅占23。高毒农药存在以下危害：一是农药毒性、农药残留量超标严重影响食品安全；二是对环境造成污染；三是容易引起使用者人身中毒；四是农药残留量过高制约了我国农药出口，农产品出口遭受绿色壁垒。因此，绿色农药替代传统农药必将是未来市场的发展方向。但目前由于绿色农药的价位一般高于传统农药，导致我国绿色农药遭受冷落。利用沼液开发出低成本、高效、无公害生物农药，既符合市场发展趋势，又可拓展绿色农药市场。浙江省2008年畜禽粪便污水年排放量为6878.77万吨。一个万头猪场如果年产沼液3万吨，按50倍浓缩，则年产浓缩液600吨，如果每吨价格为0.6万元，则年产值为360万元，农田灌