我國是世界畜禽生產大國，養殖業快速發展帶來的環境問題日益嚴峻。沼氣工程對于畜禽糞污無害化處理和綠色能源供給具有不可替代的作用，在我國得到了廣泛應用。然而，作為沼氣工程的副產物—沼液具有產生量大、氨氮和有機物濃度高等特點，直接排放環境風險大，運輸、處理和利用成本高，處置不當極易帶來生態安全和環境污染問題。沼液安全處理和利用已成為制約我國沼氣產業發展的瓶頸，探究高效的沼液處理技術成為了當務之急。以往研究多側重于沼液處理效率及肥料效應研究，而忽略了其環境效應評估，特別是缺乏畜禽糞污沼氣工程處理全鏈條環境效應的評估。沼液處理技術對沼氣工程環境影響的貢獻度如何，常規土地利用和幾種新型沼液處理技術的環境效應如何，哪種方式更為可行？
為此，本文以沼液直接土地利用(Sc-1,
Baseline)為對照，利用全生命周期評價、水足跡以及敏感性分析方法，系統分析了沼液絮凝-接觸氧化耦合微藻處理技術(Sc-2, IFBCO)、沼液稀釋養殖微藻技術(Sc-3, DL)以及氨氣提與鳥糞石結晶技術(Sc-4, BPF)對沼氣工程的環境影響貢獻及環境效應，并提出了基于環境效應評估結果的沼液優先利用方式及其優化策略。全生命周期評價研究表明，與沼氣工程的其他環節相比，沼液的貯存、處理、運輸與利用是沼氣工程對人類健康(49-71%)、生態系統質量(60-78%)和氣候變化(37-65%)影響的主要貢獻者。
在控制沼液用量和運輸成本的情況下，沼液直接土地利用的四項環境影響指標均較小，是最為環保的選擇(圖1)。但敞開式沼液貯存系統的氨氣排放以及沼液利用的輸送距離是影響其環境效應的主要原因。敏感性分析結果表明采用封閉的沼液儲存系統可有效改善沼液直接施用技術的綜合環境影響，如人類健康指標(165%)以及氣候變化指標(273%)(圖2)；而運輸距離從20km降低至5km可顯著降低其氣候變化指標(118%)。
圖1 不同沼液處理技術對人類健康、生態系統質量、氣候變化以及資源消耗的影響評估
圖2 密封沼液儲存系統對不同環境影響指標的敏感性評估（注：柱形表示改變的程度，以百分比計；黑點表示密封貯存沼液后各環境影響指標值）
與沼液直接土地利用相比，涵蓋沼液培養微藻的兩種沼液后處理技術在降低生態系統質量影響(16.7%-39.4%)、出水回用節水、微藻與糞便聯合發酵提升沼氣效果三個方面具有顯著優勢，應用前景良好。就這兩種技術而言，沼液絮凝-接觸氧化耦合微藻處理技術水足跡指標更優，但絮凝劑的使用占環境影響份額達14-27%(圖3)，致使其人類健康、氣候變化及資源消耗指標均高于沼液稀釋養殖微藻技術。因此，研發和推廣應用綠色絮凝劑，將有助于降低該技術的環境負面影響。
圖3 沼液絮凝-接觸氧化耦合微藻處理沼氣工程的環境影響指標評估
相比于其它三種技術，氨氣提與鳥糞石結晶技術對人類健康和生態系統質量影響以及水資源消耗均最大，生產過程NaOH的使用以及沼液儲存過程中氨氮的排放是主要的環境影響因素。雖然其產品在替代化肥上具有一定的優勢，但難以抵消其巨大的環境風險。
綜上所述，還田利用是沼液處置的首選方案，但需在施用量、運輸距離以及貯存條件上進行控制；沼液的其他處置技術雖然產品附加值高，但普遍存在工序多、成本高、環境影響大等缺點，還要在關鍵技術優化、綠色材料替代等方面突破后方可進行大規模應用。
該研究不僅對沼液處理利用技術的環境效應有了更清晰的認識，也為其進一步改進優化提供了重要指導，相關成果發表于環境與健康領域國際頂級期刊Environment International，中國農業大學段娜博士和中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所面源污染創新團隊Benyamin Khoshnevisan博士為第一作者。該研究得到了“十三五”國家重點研發計劃(2018YFD0800803)、北京市科委項目(Z161100001316009)以及博士后國際交流計劃引進項目的資助。
