沼液增值化处理技术经济分析和沼肥施用环境影响评估

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linbingzhao123
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随着我国农村循环经济发展和生态文明建设持续推进,沼液沼渣处理技术逐渐成为发展的重点。其中相对落后的沼液处理技术限制了沼气工程工业化的发展,工程的可持续性主要取决于处理沼液的能力,不适当的管理会导致养分流失和严重的环境问题。本文比较了使沼液达标排放的污水处理工艺和实现养分回收的氨吹脱回收工艺两种沼液处理工艺的技术经济分析,研究了沼肥和增值化沼肥施用引起的环境影响,为合理使用沼液处理技术和施用沼肥提供了策略。(1)为了对不同沼液处理工艺进行更深入的了解,在更短的时间内对实际运行过程进行准确的预测和分析,采用Aspen Plus软件对工艺流程进行仿真模拟,依据经济参数计算得到总投资成本和总运行成本,评估工艺流程经济性。技术经济分析结果表明:沼气工程处理废水的规模为10 t/d时氨吹脱回收工艺的总投资成本和总运行成本较污水处理工艺分别低34.5%和2.5%;扩大规模后氨吹脱回收工艺的总投资成本和总运行成本较污水处理工艺降低率更高。10 t/d沼气工程年处理每吨废水的成本在300元左右,1,000 t/d沼气工程采用污水处理工艺和氨吹脱回收工艺年处理废水的成本分别为10元/吨和7元/吨左右。小规模沼气工程建议简化沼液处理流程,沼气工程的规模越大,年处理每吨沼液的成本越低;氨吹脱回收工艺由于可产生硫酸铵作为有机肥出售,同等规模下采用氨吹脱回收工艺经济效益较高,大规模沼气工程采用氨吹脱回收工艺处理单位沼液的成本更为划算。(2)沼肥施用后会影响土壤中氮的迁移转化进而对环境造成影响,而目前尚无沼肥施用对土壤-作物系统中氮平衡的研究。本研究基于田间种植试验,采用Vensim软件建立土壤-作物系统的氮动力学模型,探索不同施氮水平的沼肥对土壤中氮的动态变化规律。模拟结果表明:施氮量为85 kg/hm~2和170 kg/hm~2时土壤最终NH4+含量较原始分别降低77.6%和59.6%,NO3-含量分别降低37.9%和32.2%,且170 kg/hm~2的氨挥发量和反硝化量较85 kg/hm~2分别高64.5%和137.7%,但85 kg/hm~2的施氮量氨挥发率最高为2.5%。施氮量在340和680 kg/hm~2时土壤发生铵态氮和硝态氮累积且铵态氮累积更多,挥发量随施氮量增加而增加,但挥发率相当,表明施氮量大于170 kg/hm~2后提高施氮量对氨挥发率的影响较低。再根据模拟结果对施肥策略进行改变,本研究为进行有效的肥料施用提供了参考,为了保证肥料氮素利用率最高且损失较小,施氮量建议在170 kg/hm~2-340 kg/hm~2范围内。(3)沼肥替代化肥有助于推动农业可持续发展,为进一步分析沼肥及其衍生的增值化沼肥等环境影响,本研究采用生命周期评价,结合经济分析全面评估沼液氨吹脱处理获得的沼基硫铵液肥、沼基硫铵粉末等增值化沼肥和传统的沼肥、化肥在茄子种植中对环境及生态效率的影响。环境评价结果表明,不同氮水平下的沼肥环境影响值随施氮量成比例增加,其中BF170、BF340和BF680的温室效应值提高明显,分别较BF85高23.3%、133.7%和370.1%。等氮条件下(340 kg N/hm~2)与沼肥相比,增值化产品沼基硫铵液肥和粉末的总环境影响降低53.0%和53.3%,且均降低生态毒性;沼肥和沼基硫铵液肥的排放碳当量相当。根据生态效率评估,减小施氮量后,沼肥的生态效率明显提高。增值化沼基硫铵液肥的茄子产量最高,为63.42t/hm~2,较等氮沼肥高27.9%;虽然增加了一定的生产成本,但经济效益为68.72万元/hm~2,仍较沼肥高130.4%。增值化沼肥代替沼肥在经济效益方面具有可行性。等氮水平的沼肥、沼基硫铵液肥和粉末的生态效率分别为1.01、3.74和1.83,沼肥经增值化处理后可提高生态效率,其中沼基硫铵液肥可以更小的环境影响获得更高的经济价值,提高生态效率。
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