智能型规模化膜覆盖好氧堆肥系统设计与试验

设计了一种适用于规模化生产的节能环保智能型膜覆盖好氧堆肥系统,主要包括总控系统、风控系统、传感系统和覆膜系统。结合上述各系统的功能性需求,进行了系统整体性设计、功能模块独立设计选型,该系统可实现堆肥关键参数的高精度实时监测、通风供氧的灵活智能反馈控制、多设备无线通讯等功能。利用该系统进行规模化膜覆盖好氧堆肥性能试验,研究结果表明:整个堆肥过程高温时段满足粪便无害化处理需求,堆体氧浓度维持在适宜水平,覆膜工艺下可确保堆体发酵状况良好。从所监测的流量、频率、温度、压力、氧浓度等多元参数和总体性能来看,与传统技术模式相比,该系统智能化程度显著提升,生产能耗和气体产排显著降低。     

奶牛粪微好氧耦合功能膜贮存稳定性与气体减排研究

集约化养殖场奶牛粪集中产出量大,资源化利用前贮存过程因局部厌氧易产生氨气和温室气体等,造成氮素损失和环境污染。采用具有选择渗透性的功能膜作为覆盖材料同时耦合微好氧环境,对比分析未覆膜大气环境下贮存物料特性动态变化,探索微好氧耦合功能膜技术对奶牛粪稳定贮存和气体减排的可行性。以奶牛粪为原料,在智能型膜覆盖好氧堆肥反应器系统中进行为期30 d的贮存试验。试验设置覆膜组和对照组,采用反馈调节模式使反应器内氧气体积分数处于4%~6%的微好氧状态,监测分析贮存过程堆体理化、生物学指标的动态变化和主要气体排放规律。研究结果表明:微好氧耦合功能膜技术更有利于奶牛粪的稳定贮存,且与对照组相比,贮存过程排放至环境中的氨气量减少14.4%,总温室气体排放量减少25.58%,减排效果显著。     

通风方式对牛粪堆肥氨气排放与氮素转化的影响

为揭示通风方式对好氧堆肥过程中氮素转化及损失的影响，设置连续通风T1（通风速率0.2L/（min·kg））和间歇通风T2（平均通风速率0.2L/（min·kg），通风10min，间歇10min）2个处理，以牛粪和玉米秸秆为原料在反应器中进行好氧堆肥试验。结果表明，堆肥结束后T1和T2处理总氮（TN）损失分别占初始 TN 23.25%和21.12%， TN的损失以NH3挥发为主，分别占 TN损失的74.76%和61.84%，而以N2O排放损失的氮仅占 TN损失的1.12%和1.37%。NH3挥发主要集中在堆肥初期，主要是因为较高的温度和pH值所致，至堆肥结束时T2处理NH3累积排放量比T1处理少24.37%。不同通风方式对堆肥过程中NH+4N和NO-3N的含量变化也产生显著影响，到堆肥结束时，T2处理相比T1处理，其NH+4N含量低11%，而NO-3N含量高6.7%，T2处理酸解总有机氮含量比T1处理高12.4%，说明间歇通风有利于硝化作用和氨同化作用的进行。结构方程模型（SEM）显示，T2处理不同有机氮对NH+4N含量的总影响从大到小顺序为：酰胺态氮(1.006)、氨基糖态氮(0.485)、酸解未知态氮(0.034)、氨基酸态氮(-0.852)，说明NH+4N来源于酰胺态氮、氨基糖态氮和酸解未知态氮，同时NH+4N可以通过氨同化作用生成氨基酸态氮，间歇通风能促进NH+4N向氨基酸态氮的转化。间歇通风方式通过抑制有机氮向NH+4N的转化，降低堆肥过程中由NH3排放造成的氮素损失。     

一株嗜热异养氨氧化细菌的分离鉴定

嗜热异养氨氧化细菌能减少好氧堆肥高温期NH3(氨气)的大量挥发,是一种理想的好氧堆肥保氮微生物.笔者从农村混合(化粪池水、秸秆以及土壤)好氧堆肥高温期样品中筛选出一株嗜热异养氨氧化细菌,通过16S rDNA测序以及NCBI Blast对比确定其种属.仿真结果表明:初步鉴定其种属为Aeribacillus pallidu...     

智能型膜覆盖好氧堆肥反应器设计与试验

设计了一种智能型膜覆盖好氧堆肥反应器试验系统,主要包括发酵系统、布气系统、覆膜系统和控制系统。依据热力学及相关原理,进行了各子系统和整体系统的优化设计。发酵系统采用圆柱形反应器,有效容积约90 L;布气系统采用变频泵精确调速,可提供最大20 L/min曝气量,曝气精度0.1 L/min;覆膜系统选用具有选择渗透性的聚四氟乙烯材料Gore膜并与发酵系统良好密封;控制系统实现多点温度、氧体积分数、压力、气体监测以及经多元反馈实时调控通风供氧量。通过好氧堆肥性能试验并经物理、化学和生物学指标综合评价,结果表明:该膜覆盖好氧堆肥反应器试验系统具有良好的发酵效果,智能化程度高,可满足开展不同需求的膜覆盖好氧堆肥试验。     

一种多功能好氧发酵堆肥设备研究

结合陕西省畜禽养殖业粪污和农作物秸秆的处理现状,研发适用于中小型养殖场需求的畜禽粪便和秸秆一体化处理设备。设计一种适用于小微型养殖场的集秸秆粉碎、粉碎秸秆与畜禽粪便混合、混合物料发酵等于一体,兼具加热保温、通风供氧、发酵堆体搅拌翻堆等功能好氧发酵堆肥设备。该设备发酵过程以发酵温度作为控制条件,采用自动控制模式,营造适宜的好氧发酵环境,将发酵周期缩短至8～12d,极大提高工作效率。为期10d的运行试验表明,堆体发酵温度保持在55℃～65℃的时间达到8～9d,堆肥结束时物料含水率38.4%,容重0.724 6g/cm3,有机质含量48.65%,全养分含量6.21%,满足相关标准要求,可以作为有机肥料施用,达到畜禽粪便和秸秆无害化、减量化、资源化处理的目的。     

鸡粪沼渣联合好氧堆肥基质降解与气体排放研究

利用好氧堆肥反应器系统开展鸡粪沼渣联合好氧堆肥试验,进行物理、化学、生物学指标和甲烷(CH_4)、氨气(NH_3)及氧化亚氮(N_2O)等排放气体的多元动态表征,并开展主要排放气体与堆体氧浓度和温度相关性分析。研究结果表明,通过合理物料配比、适度供氧的联合好氧堆肥可更有效地实现鸡粪沼渣安全、优质资源化利用。鸡粪沼渣联合好氧堆肥过程中,物理、化学、生物学指标动态变化具有良好的动态对应关系,纤维素类物质的降解主要集中在反应中后期。堆肥过程中CH_4与堆体氧浓度和温度均呈现良好的负相关关系,NH_3和N_2O与温度均呈正相关关系;可通过控制堆体氧浓度和温度调控气体排放。综上,基于多元参数表征、相关性分析可为鸡粪沼渣联合好氧堆肥工艺优化提供理论和方法学支撑。     

生物炭对鸡粪好氧堆肥主要氮素形态含量影响与保氮机制

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程氮素形态含量影响及保氮机制的研究对有害气体减排、氮素减损控制以及好氧堆肥工艺的深度优化具有重要意义。以鸡粪和麦秸为主要原料,通过添加适量生物炭,利用实验室智能型好氧堆肥反应器系统进行了好氧堆肥试验。基于获取的主要理化、生物学指标以及氮素存在形态动态数据,结合扫描电镜和主要种类微生物数量动态变化分析,研究了好氧堆肥过程主要氮素形态含量变化并初步阐释了生物炭保氮机制。研究结果表明:添加生物炭有利于鸡粪好氧堆肥过程氨气减排和减少氮素损失;堆肥过程氨气排放量与铵态氮浓度和硝态氮浓度分别呈显著正相关关系(r=0.783,p=0.0370.05)和高度显著负相关关系(r=-0.941,p=0.0170.05)。生物炭多孔结构能有效吸附铵态氮和氨气等氮素物质,降低堆体铵态氮浓度,进而减少氨气挥发;生物炭能为硝化细菌等微生物群落提供适宜的环境,有利于促进硝化反应并抑制氨气挥发。     

木醋液对牛粪堆肥理化性质的影响

以牛粪为堆肥原料,研究不同浓度木醋液对牛粪堆肥理化性质的影响。试验采用好氧人工翻堆方式进行。试验共设4个处理,浓度分别为0.2%、0.5%、0.8%的木醋液处理和不添加木醋液的对照处理。通过试验分析温度、含水率、EC、pH值、铵态氮和硝态氮含量等指标随堆肥发酵时间变化的特征。结果表明:各处理组在堆肥发酵过程中pH均在适宜微生物生长的范围内,含水率都保持在55%以上;EC都呈先上升后下降的趋势;添加不同浓度木醋液处理与对照处理相比,都显著提高铵态氮硝态氮含量,从而有效减少堆肥发酵过程中氨气挥发和氮素损失,其中浓度为0.5%木醋液处理效果最好,与对照相比,肥堆升温快,进入高温所需时间短,高温持续时间长,在整个堆肥发酵过程中含水率一直保持在60%~70%之间,发酵结束时物料电导率较低,堆料腐熟快,有利于加快堆肥发酵进程。     

试验室好氧堆肥反应器系统性能试验

为探讨试验室自制强制通风好氧堆肥系统的保温性能和通风性能及其对好氧堆肥过程的作用效果,进行了不同初始质量和初始温度的热水保温试验,测定了系统保温性能参数以及不同流量下的通风性能,最后进行鲜猪粪麦秸混合好氧堆肥平行试验.结果显示:各反应器保温箱的保温性能没有显著性差异,保温性能参数UA值的标准差为0.02,最大相对标准偏差为4.93%;各反应器间通风系统性能差异不显著,当流量计设定流量分别为0.2、0.5、1.0、1.5和2.0 L/min时,各反应器通风管出口处的流速在同一设定流量下基本相等;好氧堆肥试验过程堆体温度经历了快速升温、保持一段时间的高温和温度缓慢下降3个阶段,各反应器堆体温度超过50℃的时间分别为5.3天、6.0天、5.1天和6.8天,符合国家标准;可挥发性固体降解率依次为18.1%、13.3%、15.8%和15.2%.     

畜禽粪便堆肥大气污染物排放及其控制研究进展

针对畜禽粪便好氧堆肥过程中大气污染物的排放特性及其控制开展了国内外文献调研。畜禽粪便好氧堆肥过程中会产生CH₄、N₂O、CO₂等温室气体及NH₃、H₂S、VOCs等恶臭气体，其中CH₄、N₂O、NH₃是堆肥过程排放的主要大气污染物。堆肥过程中大气污染物的排放主要受原料、堆肥方式、氧含量等影响。源头控制技术和末端控制技术可实现堆肥过程中大气污染物的有效减排。源头控制技术主要通过优化堆肥工艺、外加添加剂等实现污染物的源头减量；末端控制技术主要采用生物法、化学洗涤法、吸附法等去除废气污染物。在文献调研基础上，提出了“源头控制+末端治理”的堆肥大气污染物全过程控制技术路线。      

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程的影响

生物炭作为堆肥调理剂对于加快畜禽粪污好氧堆肥进程、增强堆肥品质和改良堆肥工艺具有重要意义。分别选用玉米秸秆和树叶与鸡粪混合进行堆肥试验。通过研究堆体温度变化、含水率、pH值、电导率,以及氮、磷、钾营养成分含量的变化,分析生物炭对堆肥过程的影响。结果表明,添加生物炭可有效缩短堆肥周期2~3 d。添加生物炭前期会使堆体pH值升高但对于最终堆肥产品并无太大影响。添加生物炭较未添加堆体的EC值降低,表明生物炭对于游离盐离子具有很好的固定作用。通过对堆体物料各阶段主要养分进行检测,添加生物炭堆肥中全氮、全磷和全钾含量均高于未添加组。其中MSA与LA总氮含量较MS与L分别增加0.35%和0.53%,表明生物炭具有较好的固氮效果。综合pH值、电导率、含水率等指标来看,生物炭作为调理剂促进了好氧发酵过程的进行,有利于提高堆肥品质。      

堆肥过程中低C/N对氮素变化影响的研究

以鸡粪、城市生活垃圾和秸秆为原料,在C/N比分别为15,20和25的情况下进行堆肥,并根据氮素的变化研究在低C/N情况下进行堆肥的可能性。在3个处理中,C/N均降低,C/N25降低明显;总氮浓度降低,C/N15在堆肥结束时总氮浓度最高;NH4 -N浓度在高温期最高,NO3--N在高温期后浓度开始增加;低C/N堆肥初始阶段,C/N越低,堆肥产品速效氮含量越高。     

微生物菌剂对农业废弃物腐熟进程影响研究

以蔬菜秸秆、西红柿蔓和牛粪为原料,添加自制速腐菌剂,并用未添加菌剂的常规处理做对照组,定期通气和搅拌,研究接种菌剂对腐熟进程的影响。结果表明,接种菌剂的组温度较高,高温持续时间较长;实验组高温期CO2释放量较对照组高,pH值和电导率变化趋势大,其中的微生物活动强烈;NH3释放量较对照组低,有利于减少氮损失;实验组有机质的减少幅度较对照组大,添加菌剂能够提高腐熟过程消解废弃物的能力,加快蔬菜秸秆和牛粪的腐熟进程。     

不同氮源对秸秆堆沤氮素损失的影响

试验以玉米秸秆为研究对象,比较以硫酸铵或尿素为氮源调节碳氮比后对纳米膜覆盖发酵过程中的NH₃排放和堆沤产物氮素留存的影响,为减少秸秆好氧堆沤过程中的氮素损失提供参考依据。结果表明:堆沤7～60 d硫酸铵处理的发酵温度高于尿素处理;尿素处理膜内NH₃最高浓度为0.045%,而硫酸铵处理自始至终膜内侧NH₃未检测出;试验结束后尿素处理0和50 cm处的pH值分别上升至8.34和7.86,硫酸铵处理pH值分别下降至6.04和6.28;硫酸铵处理堆沤产物的干物质损失率、总养分含量、种子发芽指数和胡富比均高于尿素处理;相对于尿素处理,硫酸铵处理的氮素损失率减少了24.59%;除含水率外,尿素处理和硫酸铵处理堆沤产物的理化性质均符合NY/T 525—2021《有机肥料》的限量要求。      

畜禽粪污处理中氨气膜接触器回收的传质及选择性研究

对畜禽粪污好氧堆肥中产生的氨气与厌氧发酵后沼液中的氨氮进行回收,不仅可以减少污染物和温室气体的排放,达到减污降碳的目的,还能获得氮肥产品,增加粪污处理的经济性。针对现有氨气捕集过程中设备体积大和灵活性差等问题,提出了采用中空纤维膜来实现氨气捕集的目标。采用空气吹扫氨水溶液模拟了不同情形下的氨气浓度与空气流量,测试不同情形下氨气捕集的通量和回收率,分析影响氨气捕集的主要因素和传质特性。结果表明,氨气向膜内传质的阻力主要受气相传质阻力和膜的传质阻力影响,低空气流量下气相传质阻力占主导地位。提升空气流量至5 L/min时,气相传质阻力比0.5 L/min时下降53.6%,此时膜内传质阻力占主导。氨气捕集通量随进膜氨气浓度的增大而提升。在空气流量低于1 L/min下,氨氮回收率高于95%,0.5 L/min时的氨氮回收率高于99%。在氨气停留时间足够的条件下,氨氮回收率仅与酸液吸收容量相关。在温度差和浓度差的影响下,空气中的水蒸气会向膜内的吸收剂中传递。吸收剂中含质量分数26%的硫酸铵比仅含1%的硫铵溶液水回收通量高13.3倍,氨氮分离因子由41.6降低至3.06。酸液质量分数对氨气的传质无显...     

融合多环境参数的鸡粪氨气排放预测模型研究

NH₃是影响舍内肉鸡生长发育的主要有害气体,对其排放量的准确测量与预测有助于建立鸡舍环境调控模型,提升畜禽福利化养殖的水平。生产中,NH₃监测多采用电化学传感器,精度差且寿命短,较难直接获取NH₃排放量。结合NH₃产生和释放的机理过程,选择相对较易获取的CO₂排放量(E_CO2)和H₂O排放量(E_H2O)等环境参数建立NH₃排放量的预测模型。建立了肉鸡厚垫料养殖模式下,舍内鸡粪气体排放的模拟试验装置,连续多日向试验装置内投入等量鸡粪以模拟鸡舍每日粪便生成,监测温度、相对湿度以及CO₂、H₂O、NH₃排放量数据。基于多种机器学习方法和环境参数,构建了NH₃排放量预测模型,并运用特征和排列重要性探究参数重要程度,运用部分依赖图和个体条件期望图探究模型对参数的依赖关系。...