我国是世界畜禽生产大国，养殖业快速发展带来的环境问题日益严峻。沼气工程对于畜禽粪污无害化处理和绿色能源供给具有不可替代的作用，在我国得到了广泛应用。然而，作为沼气工程的副产物—沼液具有产生量大、氨氮和有机物浓度高等特点，直接排放环境风险大，运输、处理和利用成本高，处置不当极易带来生态安全和环境污染问题。沼液安全处理和利用已成为制约我国沼气产业发展的瓶颈，探究高效的沼液处理技术成为了当务之急。以往研究多侧重于沼液处理效率及肥料效应研究，而忽略了其环境效应评估，特别是缺乏畜禽粪污沼气工程处理全链条环境效应的评估。沼液处理技术对沼气工程环境影响的贡献度如何，常规土地利用和几种新型沼液处理技术的环境效应如何，哪种方式更为可行？

为此，本文以沼液直接土地利用(Sc-1, Baseline)为对照，利用全生命周期评价、水足迹以及敏感性分析方法，系统分析了沼液絮凝-接触氧化耦合微藻处理技术(Sc-2, IFBCO)、沼液稀释养殖微藻技术(Sc-3, DL)以及氨气提与鸟粪石结晶技术(Sc-4, BPF)对沼气工程的环境影响贡献及环境效应，并提出了基于环境效应评估结果的沼液优先利用方式及其优化策略。全生命周期评价研究表明，与沼气工程的其他环节相比，沼液的贮存、处理、运输与利用是沼气工程对人类健康(49-71%)、生态系统质量(60-78%)和气候变化(37-65%)影响的主要贡献者。

在控制沼液用量和运输成本的情况下，沼液直接土地利用的四项环境影响指标均较小，是最为环保的选择(图1)。但敞开式沼液贮存系统的氨气排放以及沼液利用的输送距离是影响其环境效应的主要原因。敏感性分析结果表明采用封闭的沼液储存系统可有效改善沼液直接施用技术的综合环境影响，如人类健康指标(165%)以及气候变化指标(273%)(图2)；而运输距离从20km降低至5km可显著降低其气候变化指标(118%)。

图1 不同沼液处理技术对人类健康、生态系统质量、气候变化以及资源消耗的影响评估

图2 密封沼液储存系统对不同环境影响指标的敏感性评估（注：柱形表示改变的程度，以百分比计；黑点表示密封贮存沼液后各环境影响指标值）

与沼液直接土地利用相比，涵盖沼液培养微藻的两种沼液后处理技术在降低生态系统质量影响(16.7%-39.4%)、出水回用节水、微藻与粪便联合发酵提升沼气效果三个方面具有显著优势，应用前景良好。就这两种技术而言，沼液絮凝-接触氧化耦合微藻处理技术水足迹指标更优，但絮凝剂的使用占环境影响份额达14-27%(图3)，致使其人类健康、气候变化及资源消耗指标均高于沼液稀释养殖微藻技术。因此，研发和推广应用绿色絮凝剂，将有助于降低该技术的环境负面影响。

图3 沼液絮凝-接触氧化耦合微藻处理沼气工程的环境影响指标评估

相比于其它三种技术，氨气提与鸟粪石结晶技术对人类健康和生态系统质量影响以及水资源消耗均最大，生产过程NaOH的使用以及沼液储存过程中氨氮的排放是主要的环境影响因素。虽然其产品在替代化肥上具有一定的优势，但难以抵消其巨大的环境风险。

综上所述，还田利用是沼液处置的首选方案，但需在施用量、运输距离以及贮存条件上进行控制；沼液的其他处置技术虽然产品附加值高，但普遍存在工序多、成本高、环境影响大等缺点，还要在关键技术优化、绿色材料替代等方面突破后方可进行大规模应用。

该研究不仅对沼液处理利用技术的环境效应有了更清晰的认识，也为其进一步改进优化提供了重要指导，相关成果发表于环境与健康领域国际顶级期刊Environment International，中国农业大学段娜博士和中国农业科学院农业资源与农业区划研究所面源污染创新团队Benyamin Khoshnevisan博士为第一作者。该研究得到了“十三五”国家重点研发计划(2018YFD0800803)、北京市科委项目(Z161100001316009)以及博士后国际交流计划引进项目的资助。