沼渣沼液作为绿化肥料

厌氧定义、过程、产物介绍（包括危害）、国内外研究或利用现状、发展动态

一、沼渣沼液城市绿化有机肥料开发利用的意义和国内外研究及产业化状况

1、城市垃圾厌氧生物处理的定义、过程及国外发展概况

厌氧生物处理，亦称厌氧消化，是指在无氧条件下，以厌氧微生物为主，有控制地使可生物降解的有机物向稳定的物质转化的生物化学过程。有机质的厌氧消化过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。在厌氧消化过程中，复杂的有机物被降解，转化为简单、稳定的物质甲烷和二氧化碳，还有少量的NH3、H2、H2S、N2，同时释放能量，能量主要贮存在甲烷中。

城市生活垃圾的厌氧消化处理是发达国家特别是欧洲，近年来开发并获得应用的一项新的垃圾生物处理技术。据统计，在过去的十几年中，采用厌氧消化技术处理城市生活垃圾的处理厂增加了7.5倍。其中德国、瑞士等西欧国家处于技术领先地位，并已将此项技术成功地市场化，例如德国Haasel程公司、瑞士Kompogas公司、法国Steinmueller公司，比利时0rganie Waste systems公司等，有超过50个以上的工厂正在运行中。处理有机生活垃圾的能力由1990年的122OO0t/a增加到2000年的1037000t/a。厌氧消化技术与传统的卫生填埋相比，将厌氧消化过程由几年缩短到2Od以内，与好氧堆肥相比，改变了占地大和管理复杂等问题。

1979年，伯利特(Bryant)等人根据微生物的生理种群，提出了厌氧消化三阶段理论，是当前较为公认的理论模式。

第一阶段:水解阶段，在兼性微生物及少数厌氧微生物分泌的水解酶催化作用下，将复杂的非溶解性有机物（如脂类、蛋白质、纤维素等）分解为水溶性的简单有机酸、醇等或二聚体的化合物。

第二阶段:发酵产酸阶段，通过发酵产酸菌将水解产生的小分子化合物转化为更为简单的以挥发性酸为主的产物，如乙酸、丙酸、丁酸及乳酸等，然后进一步转化为产甲烷菌的底物，如乙酸和氢等。

第三阶段:产甲烷阶段，由于甲烷的基质已很丰富，以及产氨细菌的活动而使氨态氮浓度增高，使发酵液中的氧化还原电势降低，为产甲烷细菌提供了适宜的环境条件，促使甲烷细菌快速生长繁殖，将乙酸、甲酸、甲醇、氢气及二氧化碳等转化为甲烷。

各类分解菌对有机物进行分解而形成代谢产物，分解菌不断地提供乙酸、氢气、二氧化碳和氨气等基质，产甲烷菌则利用这些物质进行代谢活动并产生甲烷。

2、城市垃圾厌氧生物处理的产物

城市有机生活垃圾厌氧消化过程不但会产生大量的沼气，而且发酵残余物中富集了许多养分，如氮、磷、钾等营养元素和锌、铁、钙、镁、铜、硅、钻、腮等微量元素；同时，厌氧消化过程中，复杂的厌氧微生物代谢会产生多种生物活性物质一氨基酸、B族维生素、水解酶类、植物激素、有机酸类和腐殖酸等。生活垃圾厌氧发酵后的残余物可分为三类:

①作物的营养物，主要提供氮、钾等营养元素，是由原料中作物难以吸收的大分子物质分解形成的，由于结构相对简单，可被作物直接吸收利用。

②金属或微量元素的离子，它们的浓度不高，金属要符合农用标准。

③氨基酸、生长素、单糖、腐殖酸、不饱和脂肪酸、维生素及某些抗菌素物质等，称之为“生物活性物质”。对作物生长发育具有重要的调控作用。

城市生活垃圾发酵产物主要包括两部分:沼气和发酵残余物，即沼渣沼液。厌氧发酵后，各种养分元素基本保留在发酵后的残余物中，其中一部分水溶性物质残留在沼液中，另一部分不溶物或难分解的有机、无机固形物则残留在沼渣中。

沼渣是由未分解的原料固形物、新产生的微生物菌体组成的。难以被分解的有机残余物，如木质素、少量纤维素等腐殖酸类物质，分解转化成沼气渣肥可溶性灰分物质，吸附于有机残渣上或与腐殖酸结合的钾、磷酸根等离了及微量元素灰分物质上。所以沼渣含有较全面的养分和丰富的有机物质。在沼渣的表面吸附了大量的可溶性有效养分。发酵原料中作物所需要的氮、磷、钾、微量元素不仅没有损失，相反，经测试速效氮、速效磷、速效钾的含量都增加一倍以上。垃圾如果和粪便进行联合消化，则其中的养分含量会相应提高。

城市生活垃圾经过高温厌氧消化后，其中的大肠杆菌和蛔虫卵死亡率均可达到GB8172-87的要求。采用垃圾原料为新鲜的有机垃圾，主要为剩余蔬菜等厨余物，经分选处理后，垃圾组分中可能含有重金属的物质大部分被分离且来不及溶解，因此厌氧消化后沼渣的重金属含量比较低。因此，沼渣沼液作为肥料或者配成有机肥及复混肥料可以满足农作物对营养的需要。

沼渣中含有丰富的有机质、多种营养元素和微量元素，能有效改善土壤的理化性质，提高土壤中有机质和氮、磷等营养元素的含量，并能够改善土壤的孔隙度和容重，还能提高活土层深度，为土地耕作和农作物的生长创造良好的土壤条件。

沼渣还能激活某些土壤酶类的活性，如尿酶活性的增强，有利于氮素的吸收循环，蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶等酶活的增强，能够促进豆科植物根瘤菌的大量繁殖和共生。避免了农田中长期施用无机化肥造成土壤团粒结构破坏，发生板结的现象。土壤中微团聚体是土壤团粒结构的基础，它具有使土壤产生调节水、肥、气、热状况而满足作物生长的需要的能力。

土壤中的有机质、无机复合体在土壤中先形成不同质量的胶体微粒，再通过各种物质的胶结作用聚合而成，继而发展成为微团聚体，由微团聚体再经过多次团聚而最终形成土壤团粒。研究表明，沼渣中的腐殖酸类物质能促进土壤团粒结构的形成。当土壤中胡敏酸钠(腐殖酸的主要成分)为土壤重量的十万分之一至十五万分之一时，便可使土壤自然团粒总数增加

1.5~3.0倍。

沼渣一般含有腐植酸10-20％，有机质30-50％，全氮1.0-2.O％，全磷0.4-0.6％、全钾0.6％-1.2％，是一种迟、速兼备的肥料。沼渣作为一种优质的有机肥料，应用范围非常广泛，市场前景广阔，主要用作以下几个方面：

(1)沼渣用作肥料：a．用沼渣做基肥，b．用沼渣做追肥；

(2)沼渣配制培养土；

(3)沼渣制作培养料；

(4)沼渣制作无土栽培辅料。

3、城市垃圾厌氧生物处理的沼渣沼液用于肥料的研究现状

城市生活垃圾发酵渣与其他肥料合成有机复合肥的方法，国内外进行过许多研究，例如

(1)沼渣与磷肥配合使用:将发酵中沼渣取出，按(10~20)% 的比例加入磷矿粉并混合均匀，将这种混合物与泥土一起堆沤，堆沤一个月左右就制成了沼腐磷肥，对缺磷的上壤有显著增产作用，采用此方法还可以有效合理地利用低品位的资源。(2)沼渣与氮肥配合使用:碳铵和氨水均易挥发，如能将沼渣与其混合施用则能促进化肥在土壤中的溶解和吸附，并刺激作物吸收，这样可减少氮素损失，提高化肥利用率。(3)沼渣制成有机菌肥:菌肥又称生物肥料，可分为根瘤菌肥、固氮菌肥、磷细菌肥、硅酸盐细菌肥、复合微生物肥等。其原因在于这些微生物具有固氮、解钾、解磷以及产生生长激素作用。此外，沼渣具有改善土壤理化性状的能力，长期施用可增加土壤通透性。沼渣作为改土剂:沼渣营养成分丰富，尤其是腐殖酸含量较高，由于腐殖酸对改良土壤有重要作用，因此沼渣的土壤改良功效明显。施入沼渣后，土壤变松软，不板结易破碎，耕性得到改善，土壤容重逐年减少，孔隙率逐年增加。土壤中氮、磷、钾、有机质等主要指标的含量均有不同程度的提高，说明沼渣能改善土壤的理化性质，提高土壤肥力。

沼液是一种优质、高效的无公害有机肥料。是人畜粪便等物质经沼气池厌氧发酵

的产物，它含有丰富的有机物质、腐殖酸、微量营养元素，以及多种氨基酸、酶类和有益微 生物，适宜作根外施肥，其效果比化肥好。目前，市场对于沼液的利用途径也日益拓展 。沼液的使用有以下特点：

(1)沼液用作肥料：a．叶面喷施，b．根部追施；沼液富含多种作物所需的水溶性营养成分，是一种速效水肥，因而适宜作根外施肥，喷施效果明显。沼液与水(视浓度而定)勾兑后，喷洒在叶面上，能显著提高叶面的叶绿素含量，增加叶片厚度，增强光合作用，提高产量。

(2)沼液浸种：沼液作为浸种剂，不仅能提高作物抗性，杀灭种子表面的病菌，还能促进植物根系发育，提高种子发芽率、成秧率及抗逆性。沼液浸种能够增产增收的主要原因是沼气微生物的代谢物一生物活性物质在起作用。沼液是有机物在沼气池内厌氧发酵的产物，由于缺氧、沉淀和大量铵离子的产生，沼液很少带有活性菌和虫卵，施用后能够增强种子的抗病能力。

(3)沼液防治病虫害：长期的厌氧、绝或少氧环境，使大量的病菌、虫卵、杂草种子窒息而亡，而且沼液本身含有吲哚乙酸、赤霉素和较高含量的氨和铵盐，可以杀死或抑制种子表面的病菌和虫卵，达到防病灭虫的效果。

4、城市垃圾的产生量及目前的处理现状

随着国家的城市化和居民生活消费水平的提高，城市垃圾的增长十分迅速，发达国家垃圾年增长率为3.2%~4.5%，发展中国家为2%-3%。据统计，美国2001年的城市固体废物产生量达2.29亿t。1998-2001年期间，欧洲年人均城市生活垃圾产生量为510kg/(人·a)，西欧国家年人均城市生活垃圾产生量为550kg/(人·a)。根据2003年中国环境状况公报，2003年我国的城市生活垃圾产生量为1.5亿t。

根据城市化水平推算，2010年、2030年、2050年我国将分别有6亿、9.3亿、11.99亿人口居住在城市。按照目前我国城市人均产440kg生活垃圾的水平推算，将分别产生2.64亿t、4.09亿t和5.28亿t的城市生活垃圾。由此可见，21世纪前50年，随着我国人口增长和城市化双高峰的到来，城市生活垃圾增长的高峰也将到来，这无疑是新世纪对我国城市可持续发展的严峻挑战。

国外城市生活垃圾的处理方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥及各种回收利用，我国由于受经济发展水平的限制在垃圾资源化处理方面投入较少，各种处理方式中，主要以填埋为主，约占97%以上，堆肥处理仅占1%~2%，而正在运行的焚烧厂处理量仅为1%左右，我国城市生活垃圾处理的资源化率还非常低，同时也带来许多问题。

(l)侵占土地，破坏农田，污染土壤

全国六百多座大中城市大多陷入垃圾包围之中，历年堆存量已达70亿t，侵占了约80万亩土地，垃圾占有了大量的农田，对农田破坏严重。一些未经严格处理的生活垃圾直接用于农田，或仅经农民简易处理后用于农田，破坏了土壤的团粒结构和理化性质，致使土壤的

保水、保肥能力下降。而且垃圾中重金属如铅、汞等还会对可耕土地造成严重污染，未经消毒处理的垃圾可能含有大量的病菌、寄生虫等致病微生物，直接施用于农田也会对环境产生危害。

(2)污染水体

垃圾是有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源，任意堆放或简易填埋的垃圾，其内部所含水分和雨水冲淋产生的渗滤液流入周围地表水体并渗入土壤，会造成地表水和地下水的严重污染，致使污染环境、危害人畜健康的事件屡有发生。一些城市甚至将生活垃圾、废渣直接排入河流、湖泊或海洋，造成更大的水体污染。

(3)污染大气

大量垃圾露天堆放的场区，臭气冲天，老鼠成灾，蚊蝇孽生，有大量的氨、硫化物等污染物向大气排放。其中仅有机挥发性气体就多达一百多种，含有许多致癌物、致畸物。垃圾堆放或填埋过程中产生的甲烷和二氧化碳是两种最主要的温室气体，其中甲烷对温室效应的贡献相当于同质量的二氧化碳的20倍。垃圾对大气的另一种危害是所携带的病原性微生物会以气溶胶的形式向堆放的四周扩散。生物气溶胶的组成可以是液体、固体或两者之间的混合体，其组成取决于很多因素，包括微生物和毒素的类型、雾和灰尘混合在一起微粒以及使其悬浮的气体，城市生活垃圾在处理处置过程中，例如堆肥和土地处理，或进行农业土壤处理，会产生数量很大的生物气溶胶。无论在收集、运输和堆放过程中，处理不当这些生物气溶胶就会扩散，几乎所有的微生物(或毒素)都可以通过气溶胶迁移。垃圾处理场所附近的居民有潜在暴露于这些气溶胶的危险，而废物处理工人更有机会和这些病原气溶胶接触，风险也就更大，但目前还没有有效措施来削减垃圾气溶胶的危害。此外，垃圾堆放场所如果处理不当，没有配置气体导排系统，容易造成甲烷气体的聚集，成为引起爆炸和火灾的隐患。

焚烧法实现了垃圾能源化、减容效果好，处理效率高，但投资高，焚烧过程产生剧毒的二恶英气体和有害烧结渣问题是该法的致命弱点。另外，我国有机生活垃圾含水量大，热值低，焚烧处理不一定可行。

(4)浪费资源

据多年研究调查，我国新鲜垃圾中植物性垃圾平均占总垃圾量的51.84—57.56%，无论从环境保护，还是从资源循环利用角度出发，这些有机物垃圾处理的最佳方式就是使其转化为稳定的有机质，使其来源于自然再回归于自然。从这个意义上说，我国城市生活垃圾中有机物垃圾的资源化处理有很大的发展需求和潜力。但目前，这部分有机垃圾主要在垃圾填埋场自然降解。据估计，目前大约有6%一18%的全球甲烷排放量是从垃圾填埋场产生的填埋