规模化猪场机械通风水冲粪式栏舍夏季氨日排放特征

选取长三角地区典型机械通风水冲粪模式养猪场,针对不同生长阶段的肥猪栏舍和不同类型的母猪栏舍排放口氨排放进行同时监测(其中,育肥猪按质量分保育(24 kg)、育肥-Ⅰ(24~60 kg)、育肥-Ⅱ(60~120 kg)3个阶段,母猪分为妊娠猪与分娩猪2种类型),估算各栏舍氨排放通量,分析各栏舍氨排放特征,探讨各生长阶段对氨排放贡献。研究结果表明,保育、育肥-Ⅰ、育肥-Ⅱ、妊娠、分娩栏舍氨质量浓度分别为(0.97±0.40)、(3.37±0.70)、(5.45±2.30)、(2.19±1.06)、(1.44±0.48)mg/m3;各栏舍氨排放具有显著的日变化过程,早晨氨排放呈波动增大趋势,午后开始降低,至夜间保持低值排放;小时氨排放速率与温度呈极显著正相关,与湿度呈显著负相关;各生长阶段氨排放存在差异,保育、育肥-Ⅰ、育肥-Ⅱ、妊娠、分娩栏舍日排放速率分别为0.85、6.53、8.20、10.39和13.86 g/(头·d);保育、育肥-Ⅰ和育肥-Ⅱ阶段对肥猪氨排放的贡献率分别为3.64%、26.11%和70.25%,妊娠猪与分娩猪对母猪氨的贡献率分别为75.32%和24.68%,母猪的氨排放速率是肥猪的1.87倍。     

秸秆沼气工程化对环境的影响及应对措施

秸秆沼气工程产生的沼液在储存和使用过程中会对周围环境构成污染,其主要表现为沼液储存过程中有害气体释放、沼液直排造成的水体污染、农田长期大量施用造成的重金属沉积和沼液渗滤造成的地下水恶化。完善秸秆沼气工程储液池结构减少有害气体排放、建设配套沼液后处理设施、科学施用沼肥、开发沼液增值产品是解决秸秆沼气工程环境危害和促使其健康发展的重要技术途径。     

规模化猪场甲烷排放通量测量与分析

畜禽粪便是温室气体甲烷排放的一个重要来源,养殖场蓄粪池的甲烷排放量受排入粪便性质、外界温度、风速以及诸多因素影响。为了研究中国北方规模化猪场蓄粪池的甲烷排放潜力,本研究通过对北京市北郊一个代表性猪场甲烷排量的连续监测,得出春夏交替期间蓄粪池甲烷排放的变化规律。     

重庆市集中型沼气工程建设运行现状调查分析

重庆市集中型沼气工程发展较快,有效引导和促进了重庆市规模化沼气技术的推广和应用。调查分析重庆市建设的23个集中型沼气工程的建设规模、工艺类型、设施设备配套、三沼(沼气、沼液、沼渣)的利用方式和运行管理状况。结果表明集中型沼气工程设计施工规范,设施设备配套较齐全,但多数工程实际运行状况不理想,运行效率及管理水平较低,并提出了相应的对策与建议,为重庆市集中型沼气工程建设与运行提供参考。     

江苏省大型沼气工程沼液理化特性分析

集约化畜禽养殖场沼气工程是一项提供清洁能源、减轻环境污染、潜力巨大的生物质能源工程。该研究采集了江苏省21个规模化养猪场和奶牛场内大型沼气工程的沼液样本,进行了氮磷钾等理化特性分析。结果表明,由厌氧反应罐排出的沼液呈中性至微碱性,还原能力较强。猪场和奶牛场沼液中总氮分别集中在400～900 mg/L和200～400 mg/L范围内,其中铵态氮占总氮量的70%以上;总磷分别集中在30～100 mg/L和300 mg/L以上,可溶性磷含量变异较大;总钾分别集中在100～500 mg/L和500 mg/L以上。沼气工程运行时间对沼液理化性状影响显著,运行时间越长系统稳定性越好。氧化塘对沼液中颗粒物、氮素和磷素有显著的削减作用,多级氧化塘处理效果更明显。     

氮肥用量和脲酶抑制剂对滴灌马铃薯田氧化亚氮排放和氨挥发的影响

【目的】 氨挥发和氧化亚氮排放是氮素损失的重要途径。内蒙古阴山北麓滴灌马铃薯田种植面积大,普遍存在过量施肥的问题。研究适宜的氮肥用量,利用脲酶抑制剂来抑制氨挥发和氧化亚氮排放,对提高当地氮肥利用率和减缓环境压力具有重要意义。 【方法】 田间试验分两年在内蒙古武川县两个村庄进行,供试地块种植马铃薯,采用滴灌技术。2015年设置4个处理,分别为:不施氮 (CK);优化施氮模式,施N 180 kg/hm2 (Opt);优化施氮减半模式,施N 90 kg/hm2 (OptR);农民传统施肥量,施N 270 kg/hm2 (Con)。2016年试验处理根据2015年的结果进行调整,设置4个处理:不施氮 (CK);优化施氮添加脲酶抑制剂模式,施N 162.6 kg/hm2 (OptI);优化施氮模式, 施N 162.6 kg/hm2 (Opt);农民传统施肥量,施N 320 kg/hm2 (Con)。分别采用静态暗箱法和通气法采集氧化亚氮和氨气,每次施肥后,两天采集一次气体样品,氧化亚氮连续取样三次,氨气持续取样直至气体含量低于仪器检测值下限。 【结果】 氨挥发速率在施入尿素后第1～5 d出现峰值。Con处理2015和2016年氨挥发的最大峰值分别是13.2 mg/(m2·d) 和5.3 mg/(m2·d),氨挥发累积量分别为N 3.61和3.96 kg/hm2;Opt处理的最大峰值分别为8.69 mg/(m2·d) 和3.19 mg/(m2·d),累积挥发量分别为N 3.11和2.72 kg/hm2;OptR处理氨挥发速率最大峰值为5.63 mg/(m2·d),氨挥发累积量为2.66 kg/hm2,OptI处理氨挥发速率最大峰值为3.67 mg/(m2·d),氨挥发累积量为2.50 kg/hm2。氨挥发累积量随着氮肥用量的增加而增多,Con处理的氨挥发量显著高于其他处理;氧化亚氮排放量在施入尿素后第3 d达到峰值,Con处理2015和2016年的氧化亚氮排放峰值分别达到0.3 mg/(m2·d) 和0.2 mg/(m2·d),氧化亚氮累积排放量分别为N 1.96和1.18 kg/hm2,显著高于其他处理;Opt处理两年的排放最大峰值均为0.11 mg/(m2·d),氧化亚氮累积排放量为N 0.95、0.69 kg/hm2;OptR的氧化亚氮排放量最大峰值为0.09 mg/(m2·d),累积量为0.90 kg/hm2。OptI的氧化亚氮排放量最大峰值为0.12 mg/(m2·d),氧化亚氮累积量为0.66 kg/hm2。相比Opt,OptI处理的氨挥发和氧化亚氮累积排放量分别降低了11.8%和16.7%,但未达到显著水平。氨挥发速率与土壤温度呈显著正相关,土壤温度的升高会显著增加氨挥发速率,土壤湿度的增加会抑制氨挥发速率,影响不显著。氧化亚氮的排放与土壤湿度呈显著正相关,土壤中水分增加会显著增加氧化亚氮的排放量,土壤温度与氧化亚氮排放成负相关,影响未达到显著水平。 【结论】 与农民传统施肥模式相比,优化施氮模式可显著降低氨挥发和氧化亚氮排放量,添加脲酶抑制剂未达到显著降低尿素氨挥发量和氧化亚氮排放的效果。土壤湿度和土壤温度在一定程度上影响着氨挥发速率和氧化亚氮的排放通量。在供试地区马铃薯田的施肥管理中,推荐可有效地降低氨挥发和氧化亚氮排放量的优化施氮模式。      

射流搅拌提高牛粪中温厌氧发酵产沼气性能

现有中温沼气工程的搅拌方式以机械搅拌和沼液回流搅拌为主,存在产气率低、设备难以维护、长期运行不稳定等问题。该研究设计了一种射流搅拌技术,集沼液回流搅拌和沼气搅拌于一体,试验用于牛粪中温厌氧发酵产沼气。通过沼气产率、营养基质消耗、微生物种类和数量的变化等方面分析射流搅拌强化牛粪中温厌氧发酵产气的效果及机理。结果表明:发酵期30 d内,无搅拌、机械搅拌、沼液回流搅拌和射流搅拌的总产气量分别为52.34、64.30、61.97和71.22 L;原料产气量分别为0.238、0.292、0.282和0.324 L/g,射流搅拌厌氧反应器的原料产气量比无搅拌、机械搅拌、沼液回流搅拌分别提高了36.1%、22.9%、18.4%;射流搅拌方式中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)降解率最高达到60.8%;在产甲烷高峰期发酵第10天左右,射流搅拌反应器内产甲烷菌最大值达2.0×108个/m L;挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)浓度的降速较其他有搅拌方式快,VFA无积累,不受高浓度VFA的产物反馈抑制或底物抑制。     

重庆市规模化畜禽养殖氨排放特征及减排策略研究

随着空气质量和畜禽养殖污染问题日益严峻,快速发展的规模化畜禽养殖面临的环境压力不断增大,明确规模化畜禽养殖的氨排放量及其排放特征,可为大气环境管理和畜禽养殖污染防治提供科学依据及对策。本文根据重庆市规模化畜禽养殖业氨排放系数和活动水平数据,估算了重庆市2013年规模化畜禽养殖业氨排放量,分析氨排放特征,并探讨了相应的氨减排措施。结果表明,2013年重庆市规模化畜禽养殖氨排放总量为17 102.92 t,排放强度为0.21 t·km~(-2);合川、丰都和潼南依次是规模化畜禽养殖业氨排放量最大的3个区县,排放份额共占总排放量的30.19%;从空间分布特征来看,璧山区为氨排放强度最大的区县,其排放强度为1.17 t·km~(-2),氨排放强度最小的是城口县,为0.01 t·km~(-2);在全局空间区域上,重庆市规模化畜禽养殖氨排放空间分布存在显著的空间正相关;局部空间区域上有4个区县呈现"高-高"类型区,5个区县呈现"低-低"类型区,没有出现"高-低"或"低-高"类型区。规模化生猪养殖是重庆市畜禽养殖业最大的氨排放贡献源,排放量达9 538.63 t,贡献率为55.80%;其次是蛋鸡,其贡献率为15.87%。畜禽在圈舍、储存管理和后续利用(施肥)3个阶段的氨排放量不同,家禽在圈舍阶段的氨排放贡献率均超过60%,其次是后续利用(施肥)阶段,尿粪储存阶段氨排放量最小;家畜氨排放贡献率最高的是后续利用(施肥)阶段,其次是圈舍内的排放,储存阶段释放的氨量很少。奶牛养殖是减排的重点控制源,规模化畜禽养殖主要减排措施包括低氮饲料喂养、畜舍改造、粪便加盖或密封以及粪肥注施等。     

太阳能加温和沼液回用沼气工程的生态效益评价

为综合评价新型生态清洁技术应用下的规模沼气工程的综合生态效益,该文以北京市顺义区D沼气工程(同时应用沼液循环回用技术和太阳能-地源热泵增温保温技术)为研究对象,利用能量系统图和能值评价体系,从经济效益、环境效益和可持续性3个方面对该系统进行了综合性能值分析,分析了沼液循环回用和太阳能-地源热泵增温保温清洁技术的应用对规模化沼气工程生态经济效益的影响。结果表明:太阳能-地源热泵增温保温技术在规模化沼气工程中的使用,不可再生购买资源投入减少8.80%,系统可持续性提升18.75%,有效替代了化石能源的使用,生态经济效益明显。同时,沼液循环回用技术的应用,可使地下水投入减少65%,在沼气工程周边土地无法充分消纳该沼气工程产生沼液的条件下,可节省1.77E+05美元/a的农田消纳后的剩余沼液排污处理费,环境负荷率减小68.52%,能值可持续指标由0.03增为0.38,系统自我维持能力提升。因此,沼液循环回用和太阳能-地源热泵技术的应用对该沼气工程系统的经济、环境和生态效益有很大改善作用。     

江苏省大中型沼气工程调查及沼液生物学特性研究

近年来,中国大中型沼气工程发展迅速,然而有关沼气工程运行情况的研究甚少。为探索沼气工程运行中存在的问题,该文对江苏省21家畜禽养殖场大中型沼气工程进行了实地调查,并采集发酵料液以及出料样品,分析了进出料液COD(化学需氧量)质量浓度、沼液产气潜力、粪大肠菌群数等指标。结果表明:江苏省沼气工程设计施工规范,配套设施较完备,但运行效率低,沼气、沼液处理或利用能力低。大多数沼气工程以处理养殖废水为主,发酵料液固体质量分数<3%,62%的出料沼液的COD质量浓度达到5000mg/L以上;沼液残余产气潜力较大,在35℃条件下,有12家沼气工程的沼液残余产甲烷量达100mL/L以上。沼气发酵处理可以显著降低粪大肠菌群含量,平均可减少92.9%,但厌氧消化后的沼液中仍含有较高浓度粪大肠菌群,不能达到无害化要求。该调查结果可为畜禽养殖场沼气工程的健康稳定运行与管理提供科学依据。     

沼气工程对畜禽粪便污染环境成本的控制效果

沼气工程是治理畜禽粪便污染的主要方法,可提供清洁能源,减少温室气体排放,减轻环境污染,具有良好的环境效益。本研究以湖南省洞庭湖区为例,利用《气候变化框架公约》清洁机制执行理事会批准的方法(ACM0010)和环境成本估算方法,分析了沼气工程对畜禽粪便污染的环境成本的控制潜力。结果表明,在湖南省洞庭湖区的畜禽粪便均采用沼气项目进行污染治理条件下,年出栏5 000头以上的生猪规模养殖场均进行沼气发电,其他畜禽养殖场的沼气全部用于畜禽养殖场及周边居民的供热和照明使用,则2006年可减排温室气体2 891 614 t CO2当量,减少温室气体排放环境成本为4.52亿元;同时,可减排水体污染、土壤污染、微生物污染控制的环境成本分别为4.56亿元、1.69亿元、5.32亿元。因此,要支持和鼓励养殖户利用沼气工程处理畜禽粪便,实现畜禽粪便污染治理环境效益、经济效益和社会效益的有机统一。     

不同地区机械通风式密闭畜禽舍空气氨减排潜力分析

氨气是大气中唯一的碱性气体,减少氨排放对控制大气雾霾有重要作用,畜禽养殖业是重要的氨气排放源,科学评估不同环节的氨气排放量及减排潜力具有重要意义。本文根据文献资料总结了国内外不同畜禽养殖舍的氨排放因子情况、主要减排技术及效率,并结合第二次全国污染源普查获得的全国主要畜禽采用机械通风养殖场的数量和养殖量,对中国分地区、分畜种密闭式畜舍外排空气的氨减排潜力进行了分析。结果表明：中国机械通风畜舍外排空气氨气年减排潜力为26.56万t,主要来自生猪、蛋鸡和肉鸡三种畜禽,其减排潜力分别为10.18万t、7.73万t和6.75万t,三种畜禽舍减排潜力占比92.8%;从地区上看,主要可实施地区为华东区、中南区和华北区,氨气减排潜力分别占全国的35.1%、26.9%和14.9%。建议开展密闭式生猪、蛋鸡和肉鸡舍氨减排设施建设,可为全国氨减排和大气环境质量改善提供保障。     

中国规模化养殖场畜禽粪便资源沼气生产潜力评价

为探明中国规模化养殖场畜禽粪便排放量、沼气生产潜力及其分布情况,该文利用2009年统计数据,确定了中国畜禽粪便年排放量估算方法和各种估算参数,估算中国主要畜禽年粪尿排放量、产沼气潜力和温室气体减排潜力。结果表明,2009年中国规模化养殖畜禽粪便排放总量约8.37亿t,年沼气生产潜力约为472.1亿m3,减排潜力为1.9亿t CO2。生猪、奶牛和肉牛养殖是中国畜禽粪便的主要来源,粪便排放主要在东北、华北和西北等北方地区。这可为中国规模化养殖场治理污染提供决策依据。     

1991—2021年广东省农业面源污染源特征分析

广东省是经济强省也是农业大省。为保障粮食安全,近年来农业发展速度加快,化肥、农药、地膜的大量使用以及畜禽养殖业的迅猛发展等,使得广东省农业面源污染问题日渐凸显。为揭示广东省农业面源污染物排放量和排放来源,阐明农业面源污染的主要特征及发展趋势,该研究基于1991—2021年历史统计数据分析,运用排污系数法估算了广东省各农业面源污染物排放负荷,阐明了农业面源污染的主要来源及其随时间发展的变化趋势。结果显示：1）1991—2021年广东省农业源化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）、氨氮（ammonia nitrogen,NH₃-N）、总氮（total nitrogen,TN）和总磷（total phosphorus,TP）排放量整体呈现增加趋势,近4年来各污染物排放量出现小幅度降低。与1991年相比,2021年农业源COD、NH₃-N、TN和TP排放量分别增长至1.9、1.9、1.7和2.1倍。2）种植业和畜禽养殖业是广东省农业面源污染的主要来源,种植业对农业源NH₃-N、TN排放量的贡献率最大（占比分别为48%、52%）,而畜禽养殖业对农业源COD、TP排放量的贡献率最大（占比分别为90%、51%）;此外,水产养殖业对农业源各项水污染物排放总量的贡献率在10%~16%之间,但其排放量及贡献率均呈逐年上升趋势。研究客观分析了1991年来广东省农业面源污染特征及变化趋势,结果可以为农业面源污染防治对策提供科学依据。     

典型粪污处理模式下规模养猪场农牧结合规模配置研究Ⅰ.固液分离 液体厌氧发酵模式

不同粪污处理模式下畜禽粪便的养分损失存在较大差异,从而影响其后续地农田利用。固液分离-液体厌氧发酵模式是当前我国畜禽粪污处理的主要模式之一。研究粪污固液分离-液体厌氧发酵处理模式下规模养猪场农牧结合适宜规模配置对于减少畜禽粪便污染、促进畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究根据猪群体结构比例、废弃物产生量及氮磷含量、废弃物处理利用过程中养分损失率以及作物氮磷钾需求量等资料,以存栏万头猪场为例,采用分步逐级计算的方法估算了典型粪便处理模式——固液分离-液体厌氧发酵下,规模养猪场废弃物完全消纳的不同种植模式农田匹配面积,并研究了基于作物养分需求的不同种植模式农田畜禽粪便承载量。结果表明:固液分离-液体厌氧发酵粪便处理模式,以沼液安全消纳为目标,万头猪场需要配置的最少农田面积分别为粮油作物地12.4~13.7 hm2,或茄果类蔬菜地14.2~17.9 hm2,或果树苗木地16.4~51.3 hm2。以有机肥和沼液全部在农田安全消纳为目标,万头猪场需要配置的最少农田面积分别为粮油作物地299.3~312.9 hm2,或茄果类蔬菜地145.1~179.0 hm2,或果树苗木地553.1~1 343.8 hm2。因此,规模养猪场应根据猪养殖数量及其周边农田面积,选择适宜的有机肥利用方式及种植作物类型,因地制宜,合理调控。     

规模化畜禽养殖污染气体现场检测方法与仪器研究进展

随着中国畜禽生产的规模化和集约化,畜禽舍内饲养密度增大,产生了许多污染气体。这些污染气体含有大量的氨、硫化物和挥发性有机物等有毒有害成分,不仅影响畜禽的正常生长,而且当这些污染气体扩散到大气中,会对大气环境造成环境污染,严重影响城乡的空气质量,使人类生存环境不断恶化,危害饲养人员及周围居民的身体健康。本文阐述了几种典型污染气体特征,综述了国内外规模化畜禽养殖主要污染气体现场检测方法和分析仪器研究现状,为实现对污染气体进行快速、准确检测,并判定其成分与浓度提供十分必要的依据,也为中国畜禽养殖污染气体检测技术的发展提供一定参考。     

畜禽养殖场能源环保工程的发展及其商业化运作模式的探讨

从中国规模化畜禽场大中型沼气工程的发展历程,引发出了能源环保工程的概念,提出畜禽场粪污的防治必须使治理和利用相结合,养殖业与种植业相结合,并以畜禽粪便的厌氧消化为主要技术环节。在分析目前规模化、商业化开展能环工程所存在的障碍基础上,以海南省罗牛山地区猪场能环工程可行性研究为案例,分析了能环工程商业化发展的可能模式     

集约化奶牛养殖场不同粪尿处理阶段氮素分布及氨排放特征

为促进奶牛养殖场的大气氨排放控制,形成奶牛养殖场粪便中氨排放的阻控体系,该文在冬季和夏季对内蒙古呼和浩特地区奶牛养殖场A和奶牛养殖场B的大气、牛粪和牛尿进行了采样试验分析,研究了2种奶牛养殖场不同处理工艺的氨排放特征。静态试验结果表明,奶牛养殖场A和奶牛养殖场B氨气排放浓度最高的是氧化塘处理工艺、预处理工艺,分别为冬季0.862,3.169 mg/m3,夏季2.785,2.130 mg/m3。动态试验结果表明,牛粪的氨排放系数要高于牛尿1.85倍,奶牛养殖场A和奶牛养殖场B平均排放系数分别为29.23%、49.36%。奶牛养殖场A和奶牛养殖场B总大气氨排放量分别为冬季172.69,1 101.00 kg/d,夏季284.70、1 395.32 kg/d。2种处理工艺冬季和夏季大气氨含量均满足畜禽场环境质量标准,但超过人居空气质量标准。     

重金属在猪饲料-粪污-沼液中的变化特征

畜禽养殖使用饲料中普遍添加了含有重金属的添加剂,畜禽对重金属的利用率低,绝大部分残留于粪便中,对生态环境和人类健康存在潜在风险。调查分析了太湖流域西岸区域养猪场饲料、猪粪和沼气化的沼渣和沼液9种重金属（Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,As,Cd,Pb）,研究结果表明,猪饲料和猪粪中Cu,Zn,Pb,Cd和As重金属均超标严重,猪大小不同,使得猪饲料和猪粪中重金属含量差异较大。沼液中Cu,Zn,As含量分别为3.37,34.49,0.36 mg/L,均严重超标,沼渣中Cu,Zn,Pb,Cd和Ni,分别达到1 348.20,10 525.03,1 254.45,57.36和1 043.99 mg/kg,均也严重超标,沼气化工程后除了Pb,Cd和Co外,其他6种重金属可溶态含量都增大,因此沼肥均不宜直接施用农田,需通过相应处理实现沼肥安全农用。