不同处理对高含水率奶牛粪便好氧堆肥的影响

针对奶牛养殖场粪便含水率高,堆肥处理成本高的特点,采用以干燥玉米秸秆为调理剂,在较高初始含水率条件下（70%～80%）,进行了强制通风堆肥槽和翻转式堆肥仓的对比试验,并且探讨了晾晒脱水作为预处理对堆肥效果的影响。结果表明,各处理堆体升温迅速,且均在50℃以上维持8～12d,满足堆肥无害化的卫生标准（GB7959—1987）要求。至堆肥结束时,各处理含水率均降至40%以下,C/N均降至20以下,WSOC均低于16g·kg-1,NH4＋-N含量均低于0.4g·kg-1;除采用堆肥槽在初始含水率为65%下堆肥NH4＋-N/NO3--N〉3尚未腐熟完全外,其他处理NH4＋-N/NO3--N均小于0.5,腐熟情况较好;所有处理的GI均大于50%,其中采用堆肥槽在较高初始含水率堆肥和晾晒预处理后堆肥GI已达80%,基本消除了植物毒性。采用较为开放的堆肥槽时,以玉米秸秆作调理剂,在较高的初始含水率条件下堆肥效果更好;以晾晒脱水作为预处理后堆肥,可减少所需调理剂的用量,节约了堆肥的成本。     

基于玉米秸秆滤料的养禽冲洗废水过滤技术

过滤预处理可以有效去除养禽冲洗废水中的悬浮性固体,提高废水处理效率。为了探究玉米秸秆作为滤料的过滤规律,研究了玉米秸秆粒度、压实度和滤料装填高度对养禽冲洗废水过滤预处理的影响,建立了养禽冲洗废水过滤装置的结构模型。通过正交试验和试验验证,结果表明,当玉米秸秆粒度为1cm、压实度为1.4倍密度(74.93 kg/m~3)、滤料装填高度为50cm时滤料有最佳过滤效果,此时过滤后的养禽冲洗废水总固体(TS,TotalSolid)去除率为31.22%,挥发性固体(VS,Volatile Solid)去除率为44.51%,化学需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)去除率为24.07%,NH_4~+-N去除率为21.20%,达到了较好的过滤效果。对比过滤前后养禽冲洗废水厌氧发酵结果,过滤后废水厌氧发酵速率得到了明显提升,缩短了发酵周期,验证了过滤预处理对提高废水处理效率的可行性。试验结果为养殖冲洗废水过滤设备研发提供了理论依据。     

沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究

为实现沼液的减量化和肥料化,以玉米秸秆为载体吸附过滤沼液,开展沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵试验,分析沼液喷淋对好氧发酵效果的影响,以及与秸秆和生物炭共发酵的效果。结果表明,粉碎后玉米秸秆吸附过滤猪粪沼液、鸡粪沼液后,秸秆含水率由5.92%分别上升至76.35%和85.72%,碳氮比由42.4分别上升至50.2和51.7,沼液中总悬浮物、总磷分别降低了34.42%～43.78%和20.00%～41.01%,而对溶解态的总磷、总钾吸附过滤效果一般。沼液喷淋翻拋可延长堆体发酵高温期2倍时长以上,有机质含量降低了10.42%～18.63%,氮磷钾含量提高6%～21.5%左右,并可提高堆体腐熟度,促进类腐殖质物质产生。添加生物炭可缩短发酵升温期并延长高温期,更有利于堆体消纳沼液。沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵工艺可达到利用沼液生产有机肥的目的,是资源化利用沼液的有效途径之一。     

低温复合菌系对玉米秸秆与牛粪堆肥的影响

玉米秸秆与牛粪混合堆肥是实现秸秆与粪便资源化利用的有效途径之一。将本实验室筛选的一组低温复合菌系接入堆肥中,研究结果表明:在8℃低温条件下,秸秆用量大时升温快、温度高,处理1与处理2堆温在第4 d和第3 d分别为50.8和53.4℃,最高温度分别达到58.4、64.8℃,50℃以上持续了6 d,而不加复合菌系的对照,最高温度为40.9℃,未达到堆肥无害化要求。堆肥结束时,处理1、处理2和对照有机质含量较初始时分别下降了37.54%、33.58%、13.50%;全碳含量分别为26.05%、27.80%、36.55%,较初始分别下降了43.18%、41.54%和19.69%;C/N分别下降了42.83%、41.54%和14.95%;处理1处理2纤维素降解率分别达到37.54%、32.80%,较对照分别提高2.24倍、1.83倍。表明本实验室筛选的低温复合菌系能够使堆肥快速升温,缩短堆肥周期,促进堆肥的腐熟。     

不同预处理方式下水稻秸秆厌氧消化性能比较

以水稻秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究了稀碱水解、尿素氨化、生物酶解以及沼液预处理4种不同方式对秸秆厌氧发酵物能转化率、发酵周期、失重率以及木质纤维含量等方面的影响。结果表明,1.5%NaOH及6d生物预处理可明显改善水稻秸秆干物质(totalsolid,TS)产气率,较空白分别提高44.0%和44.6%。0.4%低质量分数尿素预处理无法有效改善水稻秸秆的甲烷转化率,但通过调节C/N比可明显缩短发酵周期。与其他3种预处理相比,沼液预处理在提高秸秆物能转化率、缩短产气周期方面均有优势,其TS产气率达到333.9mL/g,TS产甲烷率达到180.7mL/g,分别较空白提高27.9%和21.2%。通过对厌氧发酵前后稻秆木质纤维含量比较分析,产气率与失重率有一定的关联,1.5%NaOH处理样品发酵后纤维素、半纤维素损失最大,但沼液中高浓度的COD增加了后续处理的难度。因此秸秆沼气工程预处理方式的选择不仅需要考虑产气率的提升,也要顾及沼液后续处理等问题。沼液预处理可能成为今后水稻秸秆沼气工程较理想的方式。     

尿素硝酸铵调节碳氮比促进小麦秸秆堆肥腐熟

【目的】高温堆肥可以加快秸秆腐解并浓缩其养分含量,是秸秆综合利用的有效措施之一。通常采用畜禽粪便来调节秸秆堆肥的C/N比,但由于重金属和抗生素问题限制了其在高价值经济作物上的应用。为此选择绿色无污染的尿素硝酸铵溶液(UAN)作为氮素调理剂开展堆肥试验,为生产高品质秸秆有机肥提供科学依据。【方法】设置4个处理,按照UAN添加量由多到少分别将堆肥C/N调节为15、20、25和30,进行50d堆肥,监测堆肥过程中温度、pH、EC、有机碳、铵态氮、硝态氮、纤维素组成、种子发芽率指数等指标的动态变化,并综合判定堆肥腐熟效果。【结果】C/N25和C/N30的处理最高温度分别达到63.4℃和65.9℃,50℃以上高温持续时间分别为7d和8d,而C/N15、C/N20处理高温持续仅1~2d,未达到无害化处理要求。堆肥初始pH值随着UAN添加量的增大而升高,范围在6.79~7.94,堆肥后pH值范围在7.63~7.89,各处理间没有明显差异。堆肥后各处理有机碳含量下降了8.29%~13.5%,且C/N25、C/N30的处理有机碳降解率显著高于C/N15和C/N20的处理。全氮含量较堆肥初增加53.3%~83.7%。秸秆中有机物组成表现为纤维素>半纤维素>木质素,堆肥后半纤维素、纤维素和木质素含量分别较堆肥初下降了30.5%~50.9%、42.%~55.8%和15.3%~29.4%。堆肥过程中由氨气挥发造成的氮素损失率随着C/N比升高而降低,分别为34.9%、29.0%、22.1%和7.37%;堆肥过程中无机氮占总氮的比例逐渐降低,由初始的52.4%~75.8%下降到结束时的25.4%~63.1%,而对应有机氮的比例则较堆肥初提高了52.4%~66.0%,表明小麦秸秆堆肥中氮素的稳定性增强。经过50d的堆肥处理,C/N25和C/N30的处理种子发芽率指数均达到彻底腐熟(GI≥80%),C/N20的处理达到基本腐熟(GI≥50%),而C/N15的处理未腐熟。【结论】采用尿素硝酸铵溶液作为氮素调理剂可有效降低小麦秸秆堆肥C/N比,促进小麦秸秆腐解,以C/N30处理腐熟效果最好。     

沼液预处理玉米秸秆产沼气工艺参数优化

沼液作为厌氧发酵的废弃物处理存在困难,但沼液可以对秸秆类原料进行预处理,为沼液的综合利用提供可能。为优化沼液预处理玉米秸秆的条件,提高玉米秸秆厌氧消化产气量,该文以沼液预处理前后的纤维素、半纤维素、木质素含量以及产气量为指标,根据CCD(centralcompositedesign)试验设计原理,选取沼液添加比例、温度和时间为因素,建立三者之间的模型。试验结果表明:随着预处理TS(total solid)的降低,时间的延长,木质纤维素的降解率越高,而温度在30℃时木质纤维素的降解率达到最大。从产气量来看木质纤维素降解率并不是越高越好,过分的追求木质纤维素的降解会对产气量产生影响,经过响应面法优化产气量后得出最佳的预处理工艺为:沼液添加比例19.08%、预处理温度(30±1)℃、预处理时间为5 d,总产气量可提高30.76%。     

秸秆过滤猪场废水及滤料与猪粪好氧堆肥研究

秸秆具有较大的比表面积,对猪场废水中悬浮固体及氮素等养分具有较好的截留及吸附特性,有助于猪场废水后续资源化利用,但过滤后秸秆滤料的高效再利用又成为新的研究热点。该研究利用玉米秸秆过滤猪场废水,研究过滤后的秸秆滤料与猪粪好氧堆肥效果,堆肥过程中碳、氮转化及有害气体的排放规律。结果表明：玉米秸秆过滤猪场废水最优工艺条件为：滤层容重为0.15 g/cm3,过滤管径为9 cm,装填高度为40 cm,此条件下猪场废水总氮（Total Nitrogen,TN）、总悬浮固体和化学需氧量的去除率分别为22.80%、51.60%和76.81%。在初始C/N、环境温度、含水率、通风速率分别为20～35、22.32～32.05 ℃、65%、0.2 m3/h条件下,初始C/N越高,堆肥效果越好,堆体总有机碳（Total Organic Carbon,TOC）损失越大,而TN损失越小,有害气体排放主要集中在堆肥前期;初始C/N为35时,最高堆体温度达65.96 ℃,高温期（>50 ℃）可维持21 d,其中60 ℃高温长达12 d,种子发芽指数和TOC、TN损失率分别为81.03%、57.73%和10.08%,虽然CH4、CO2排放有所增加,但NH3、N2O排放和氮素损失显著降低（P<0.05）,CH4、CO2、N2O 3种温室气体的温室效应影响潜值为137.53 kg/t（以CO2为当量）。研究为秸秆滤料和猪粪的资源化利用及其好氧堆肥过程有害气体的减排提供基础依据。     

堆肥预处理温度控制促进麦秸厌氧发酵产沼气

为阐释温度在堆肥预处理影响秸秆厌氧发酵产沼气中的作用,以麦秸为原料,研究堆肥不同升温阶段麦秸的厌氧发酵产气特性,并以麦秸堆肥的温度数据为基础,以灭菌后的麦秸为原料进行模拟堆肥（不同温度处理）,模拟堆肥后的麦秸进行厌氧发酵产沼气。结果表明,在堆温升至55℃前,麦秸干物质（TS）损失率为4.06%,当堆温升至55℃后麦秸TS损失率迅速增加,堆肥10 d后麦秸TS损失率达22.45%;堆肥后麦秸厌氧发酵产气速率并无明显提高,TS产气量随堆肥时间先增加后降低,以堆温升至55℃时麦秸TS产气量最大,为349.92 mL/g,较开始堆肥增加了7.56%,扣除堆肥造成麦秸有机物损失,堆肥预处理对麦秸产气量并无明显促进;当堆温超过55℃以上9 d的麦秸产气量仅为开始堆肥的66.58%。模拟堆肥的结果表明,不同温度处理对麦秸有机物损失、物质组成均有较大影响,模拟堆肥后麦秸半纤维素大幅降低了28.10%,TS产气量随处理温度、处理时间的增加先增加后降低,当处理温度为55℃时获得最大TS产气量,为342.36 mL/g,较未处理提高了8.35%;随着处理温度的提高和处理时间的延长,麦秸TS产气量逐渐降低。以上结果表明,堆肥预处理产生的高温对破坏秸秆物质结构、提高其厌氧生物转化性能有较大影响,当秸秆堆体温度升至55℃时应停止堆肥,进行厌氧发酵产沼气。该文可为堆肥预处理在秸秆沼气工程中应用提供参考。     

城市污泥与稻草混合堆肥的最佳通风量优化研究

以城市污泥+稻草秸秆混合物料为研究对象,运用好氧堆肥方法,研究不同通风量对污泥堆肥过程的影响,测定了堆肥过程中温度、含水率、有机质含量和种子发芽指数的变化规律,分析了堆肥过程中通风与未通风之间的差异性。结果表明:(1)通风能够有效保证堆料升温和维持高温期,温度高达74.20℃,高温持续时间达到6 d,温度上升速率达到24.03℃/d。(2)通风条件下,含水率呈现先升高,后降低,然后趋于稳定的变化规律。(3)堆肥结束后,各处理有机质含量均达到国家标准。(4)通风能够显著影响种子发芽系数,各处理GI值的大小顺序为3号箱2号箱1号箱4号箱5号箱。当通风量为1.00 m~3/h,高温维持时间最长(6 d),种子发芽指数最高(84.25%),堆肥效果最理想。     

膜技术在沼气工程沼液减量化处理中的应用

厌氧发酵产沼气作为主流的能源化技术,在有机废弃物的处理中发挥了重要作用。沼液作为沼气工程的主要副产物,由于其产量大、含水率高,在资源化利用过程中存在储存运输困难、难以及时消纳利用等问题,需要进行减量化处理。利用膜技术浓缩沼液可大幅降低沼液体积,产生大量淡水资源,同时获得含高浓度营养物质的浓缩液,已展现出广阔的应用前景。该研究归纳了厌氧发酵沼液的水质特性,综述了固液分离预处理,微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,NF)、反渗透(ReverseOsmosis,RO)、膜蒸馏(MembraneDistillation,MD)和减压膜蒸馏(Vacuum Membrane Distillation,VMD)等沼液膜浓缩技术,总结了各技术的处理原理及当前国内外研究进展,重点探讨了需解决的关键瓶颈问题,并对膜技术应用于沼气工程沼液减量化处理进行了展望与建议。     

陶瓷膜预处理猪场沼液的工艺参数及效果研究

针对沼液中悬浮物含量高、重金属残留等问题，该研究采用陶瓷膜进行预处理，开展膜过滤工艺参数优化和污染物去除效果的试验。首先证明7种不同孔径陶瓷膜中10～50 nm超滤陶瓷膜通量较高，再选择20 nm膜进行后续沼液温度、膜面流速和浓缩倍数等因素对陶瓷膜通量影响的研究。结果显示：20 nm陶瓷膜通量随温度升高呈指数型增长；较适宜的膜面流速为3.0 m/s，对应的膜通量可达175 L/(m2·h)；经济性较高的变频器运行频率范围为40～45 Hz；20 nm陶瓷膜的极限浓缩倍数大于10倍，优于100 nm膜。20 nm陶瓷膜可完全去除沼液中浊度，同时较好的保留溶解性有机质和氮磷钾等无机营养，并对沼液中多种重金属具有良好的阻控效果，综合考虑其生产工艺和使用成本，20 nm陶瓷膜有广阔的实际应用前景。     

利用海水汲取液的沼液正渗透浓缩技术

为实现沼液浓缩以提高其应用价值,该试验以海水作为汲取液,采用正渗透技术对山东某海滨猪场的沼液进行浓缩。试验结果表明,正渗透浓缩倍数为2时的膜通量最高可达到9.5 L/(m2·h);沼液浓缩后的总含盐量、总钾、总磷、总氮、化学需氧量的回收率均可以达到96.7%以上,在保证较高膜通量的条件下沼液体积最高可减小为原液的1/4;对数据拟合分析的结果表明,在沼液浓缩倍数为3时,正渗透膜具有较高的浓缩效率,可达到3.9 L2/(m2·h·g)。综上,采用正渗透技术对沼液进行浓缩的方式是可行的,这不仅缓解了沼液不能及时消纳所造成的资源浪费,而且还可以提高沼液作为肥料的应用价值。     

基于膜蒸馏的沼液资源化处理研究进展

沼液可占湿法厌氧发酵后发酵剩余物总质量的80%以上,在农田土地承载量和运输成本的双重限制条件下,大型沼气工程的沼液很难通过还田利用的方式进行完全消纳。对沼液实行资源化处理既能减少沼液体积和降低对环境的潜在威胁,还可实现高附加值的资源回收,促进可持续的农业循环经济发展。作为膜分离技术中的重要分支,膜蒸馏在沼液处理过程中具有适应性强、膜污染程度低、避免发泡与快速脱氨等多方面的优势。在沼液处理与农业废弃物资源回收中具有广阔发展前景。为此,该研究从介绍膜蒸馏的基本原理出发,就膜蒸馏处理沼液过程中最核心的氨氮与水分回收部分进行详细的综述,并针对沼液处理过程中的营养物质回收与减量化处理进行了综合分析,最后对膜蒸馏用于沼气工程中的可行性进行简要计算。相比于其他沼液处理技术,膜蒸馏可在低成本与低碳足迹下实现沼液的资源回收与减量化处理,其处理沼液的成本与反渗透过程基本一致。在无外部能源供给的沼气工程中,膜蒸馏更适用于高有机负荷沼液处理,或对反渗透后剩余的高浓度沼液进行处理。     

高浓度沼液淹灌土水系统中氮、磷和有机物的动态变化

通过室内静置培养模拟试验,研究了高浓度沼液淹灌稻田土壤后上覆水和土壤中氮、磷和有机物的动态变化特征。结果表明,全沼液淹灌处理的上覆水中总磷和NH+4-N浓度分别在30 d和50 d内降低到允许排放标准以下;降低灌溉沼液的浓度,可缩短排放达标所需时间;但硝态氮浓度经过迅速下降后又会显著升高,全沼液灌溉处理100 d后,上覆水中NO-3-N的浓度比灌溉初期提高了44.9%。灌溉沼液中污染物浓度的降低,主要是降解和挥发作用的结果,只有少部分留在土壤中。因此,在水田休闲期进行高浓度的沼液淹灌,不仅可以消解和净化沼液中污染物质,还能有效改善土壤养分性质,不会引起土壤中氮、磷和有机物质的过量积累。     

沼液处理方式及资源化研究进展

该文综述了国内外厌氧发酵概况,以及沼液性质和国内外处理工艺的发展情况,并针对沼液成分的分析,从资源化利用的角度,对沼液回用的现实意义和限制条件进行讨论,综合分析了沼液在微藻养殖应用的优势和前景,论述了沼液作为肥料的农业应用价值和可行性。沼液的处理处置和资源化利用不仅仅是对水资源的保护,也可推进资源型和节约型社会建设,实现变废为宝,化害为利,缓解工业发展对生态环境带来的负面影响。结合沼液处理处置和资源化利用方式的特点,形成最合理、也最符合可持续发展的处理利用模式至关重要。     

Effects of Initial Total Solids on Composting of Raw Manure with Biogas Recovery

A batch anaerobic composting process was investigated to evaluate the potential for biogas recovery from animal manure under the worst scenario of high initial solids and non-well adapted microorganisms. The effects of composting time and initial total solids content on biogas recovery and reduction of solids during anaerobic digestion of swine, poultry and beef manure were studied. Volatile solids reductions averaged 10% or less over a 30-day period for all initial solids contents, which was considerably lower than expected. Reductions in VS increased slightly as initial solids content in the reactor decreased. Reductions in COD were somewhat higher than for VS. The pH values were fairly stable during the composting experiments and within the range suitable for anaerobic digestion. Decreases in TKN and ammonia nitrogen during the process were insignificant, and greater decreases were observed for lower initial solids content in the reactors. Cumulative biogas production increased with decreasing solids content in the reactor for all types of manure. For the lowest initial solids contents (12-14%), swine manure produced more biogas, but at the higher initial solids contents there was little difference among the manure types. Biogas yields were about 0.5 m³/kg VS consumed for the lowest solids contents; however, yields were only about 0.2 m³/kg VS consumed for the higher initial solids. Methane content of the biogas samples averaged 49%. Based on these results, it appears that adapting microbial populations in the high solids feedstock may obtain reasonable biogas production rates and VS reduction during anaerobic digestion. Although some differences in results among the three types of manure were noted, they were not large and likely would not be significant with adapted microbial populations.     

基于正渗透技术的沼液浓缩工艺优化

为解决沼液体积过大,难以实际应用的问题,采用正渗透技术对沼液进行浓缩。通过对不同条件下沼液正渗透浓缩工艺运行性能的研究,发现较优的膜朝向为活性层朝向沼液;错流速度宜采用20.5 cm/s;汲取液宜选择浓度为2 mol/L的MgCl_2溶液。在上述优化条件下将沼液浓缩至5倍。浓缩后的沼液中溶解性有机物、总磷、总氮、氨氮和总钾浓度均显著提高。正渗透膜对上述物质的截留率均达到80%以上。该研究为沼液正渗透浓缩技术的广泛应用提供了一定的技术基础。