畜禽粪便厌氧发酵产气特性研究

为研究不同畜禽粪便厌氧发酵产气特性,通过批次厌氧发酵试验分类分析5种畜禽粪便的成分、沼液变化及产气规律。结果表明,畜禽粪便碳氮比为6.03～13.43,发酵过程中5种畜禽粪便沼液pH值基本维持在6.0～7.5,且氨氮浓度1 500 mg/L。畜禽粪便发酵周期为47～55 d,出现2个日产气量高峰,且第2个产气高峰(160.0～393.5 mL)明显高于第1个(137～200 m L)。研究表明,畜禽粪便不存在氨氮抑制,可作为发酵原料。     

畜禽粪便好氧发酵过程中挥发性气体排放差异研究

为有针对性地控制与治理不同畜禽粪便好氧发酵中产生的挥发性气体,设计了猪粪、牛粪和鸡粪好氧发酵试验,对畜禽粪便好氧发酵中产生的挥发性有机物(VOCs)以及NH₃、H₂S等挥发性气体进行分析研究。实验结果表明:畜禽粪便好氧发酵中挥发性气体的排放主要集中在好氧发酵前期,不同粪便好氧发酵产生的VOCs均有所区别,猪粪产生9种VOCs,牛粪产生4种VOCs,鸡粪产生8种VOCs;不同畜禽粪便好氧发酵中排放的主要VOCs均有二甲二硫、二甲三硫和甲硫醚,故在畜禽粪便好氧发酵中应针对这3种VOCs进行重点监控与治理。畜禽粪便好氧发酵中猪粪排放H₂S浓度最高,牛粪最低;鸡粪高浓度(> 200 μL·L^-1)排放NH₃持续时间最长,牛粪最短。     

氨胁迫对猪粪厌氧消化性能的影响

以猪粪为原料,采用批式试验方法,研究不同氨氮添加量(0、400、800、1600、2400、3200、4000 mg·L^-1)对厌氧消化产气效果的影响.结果表明:随着氨氮添加量的增加,总产气量和CH₄产率均呈现先升高后降低的变化趋势,氨氮添加量 ≥2400 mg·L^-1时,厌氧消化过程受到显著抑制;不同处理中猪粪挥发性固体(VS)的CH₄产率分别为328.5、338.1、323.2、304.9、276.2、124.9、56.1 mL·g^-1.氨氮添加量为0~800 mg·L^-1时,最大VS产CH₄速率分别为18.3、18.4、17.1 mL·g^-1·d^-1;氨氮添加量为2400 mg·L^-1时,产气高峰推迟,产CH₄速率明显降低;氨氮添加量 ≥400 mg·L^-1时,厌氧消化30 d底物的生物转化产CH₄效率随氨氮添加量的增加逐渐降低,分别为56.7%、54.5%、52.4%、30.6%、1.6%和1.3%;氨氮添加量为400~2400 mg·L^-1时,乙酸利用型产甲烷菌Methanosaeta的相对丰度总体随氨氮质量浓度的增加而降低,而氢利用型产甲烷菌Methanosarcina和Methanococcus具有相反的变化规律.     

磁混凝预处理沼液的效能与机理研究

为削减沼液处理工艺中生物生态单元的负荷,采用磁混凝工艺预处理沼液。经单因素和响应面试验优化磁种与混凝剂的投加配比,分析混凝出水中的残余铝含量和铝形态以及有机物官能团的分布,研究磁混凝强化沼液预处理的效能与磁混凝机理。结果表明,磁混凝加快絮体沉降,提高出水安全性,增加沼液中污染物去除;磁混凝预处理最佳配比为Fe₃O₄（1.0 g·L^-1）+Al₂(SO₄)₃（2.05 g·L^-1）+PAM（10.34 mg·L^-1）,此时磷、COD和氨氮去除率分别达到99.09%、30.39%和14.76%。同时磁混凝通过促进Al_b的生成和增强芳香碳物质去除的方式强化沼液中有机物去除;另外磁种Fe₃O₄的吸附增加氨氮去除。结果可为沼液预处理提供技术参考。     

双氰胺和表面活性剂添加对沼液氮素形态变化的影响

为探究双氰胺和表面活性剂添加到沼液中对其氮素形态和含量的影响，通过室内模拟试验，设置单施沼液（对照）、沼液+8%双氰胺（DCD）、沼液+16% DCD、沼液+表面活性剂、沼液+8% DCD+表面活性剂、沼液+16% DCD+表面活性剂，共6个处理，在静置10、30 min和1、3、10、24、48 h时测定沼液中总氮（TN）、总凯氏氮（TKN）、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）含量。结果表明：与对照单施沼液相比，沼液中添加8% DCD和16% DCD后，NH₄⁺-N浓度增加了0.74%~8.96%，TKN浓度增加了24.67~59.70 mg·L^-1，NO₃^--N浓度增加了13.42~145.88倍，且NH₄⁺-N、TKN、NO₃^--N浓度与DCD添加量呈正相关。表面活性剂添加对沼液氮素形态和浓度没有显著影响。研究结果可为提高抑制剂抑制效果和科学施用抑制剂提供数据支撑。     

餐厨废弃物复合酶解预处理-厌氧发酵中试工程研究

为获得复合酶解预处理-厌氧发酵二步法工艺稳定性工程数据,在中温（35±2）℃条件下,采用自行设计的1 m³太阳能辅热连续搅拌式（CSTR）厌氧反应器,进行了180 d的连续式餐厨废弃物中试厌氧发酵效果研究,结果表明：餐厨废弃物复合酶解预处理-厌氧发酵二步法工艺具有良好的运行稳定性及较高的发酵效率,中试工程有机负荷可达约3.5 kgVS·m^-3·d^-1,单位总固体（TS）及挥发性固体（VS）产气率、产气平均甲烷（CH₄）含量、容积产气率等指标可分别达到645.19 L·kg^-1、685.06 L·kg^-1、75.54%和2.37 m³·d^-1,折合餐厨废弃物原料产气量158 m³·t^-1。     

沼液施用量对鲜食糯玉米生长及产量的影响

采用盆栽试验,研究了沼液施用量对鲜食糯玉米植株性状及产量的影响。结果表明：随着沼液施用量的增加,鲜食糯玉米的株高、茎粗、穗位高、穗长和产量随施用量的增加而增加,沼液施用量为8000kg/667m₂^(处理4)时达到最高,沼液施用量为9000kg/667m₂^(处理5)表现为降低,说明适宜用量的沼液能够促进玉米的生长发育,过量施用沼液则表现为一定抑制作用。综合分析可以确定鲜食糯玉米生产中沼液施用量应控制在为8000kg/667m₂^为宜。     

沼液施用量对烟台地黄瓜生长影响的研究

采用盆栽试验,设置1000、2000、3000、4000kg/667m₂^/次5个沼液施用量,研究其对烟台地黄瓜生长及产量的影响,明确了烟台地黄瓜生产中适宜的沼液施用量,为烟台地黄瓜生产中合理施用提供科学依据。结果表明:施用沼液对烟台地黄瓜的株高、茎粗有明显的促进作用,随着沼液施用量的增加,烟台地黄瓜的株高、茎粗逐渐增加；适宜用量的沼液可明显提高黄瓜产量,沼液施用量2000kg/667m₂^/次产量最高。综合分析可以确定,沼液施用量在烟台地黄瓜生产中的最适宜用量为2000kg/667m₂^/次。     

沼液施用条件下水稻秧苗生长限制因子分析

为提升稻田沼液施用条件下水稻秧苗生长的安全性,设置5个不同浓度沼液处理,对秧苗生长指标和土壤理化性状进行分析研究。结果表明,过量沼液施用增加了土壤溶液中NH₄⁺-N浓度和EC值,导致秧苗生长受到抑制,鲜质量和株高降低,根系黄化率升高。土壤溶液NH₄⁺-N浓度和EC值与秧苗鲜质量极显著负相关（P<0.01）。土壤溶液中NH₄⁺-N浓度在沼液低量施用后较为稳定,超量施用后较为敏感,可作为指示指标。土壤中NH₄⁺-N浓度是限制秧苗生长的关键因子,秧苗对土壤溶液中NH₄⁺-N耐受的最大安全阈值为90.8 mg·L^-1,对沼液-水混合液中NH₄⁺-N的最大安全消纳阈值为314.0 mg·L^-1。     

BiFeO3/H2O2类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素

沼气工程会产生大量的沼液，其养分浓度低、体积巨大，且含有抗生素等污染物，是沼液无害化处理和资源化利用中需要解决的难题。本研究利用BiFeO₃/H₂O₂类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素，通过设置单因素条件考察了沼液初始pH值、H₂O₂浓度、催化剂BiFeO₃的添加量对沼液中抗生素去除的影响。结果表明：磺胺类抗生素去除的最佳反应条件为初始pH=5、H₂O₂浓度为0.8 mol·L^-1、催化剂添加量为0.8 g·L^-1，在此条件下，磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶去除率分别为97.93%、89.67%、86.42%，平均去除率为91.34%；沼液中总氮、总磷、总钾的保留率分别为94.7%、96.2%、95.1%。BiFeO₃经过4次重复使用，其类芬顿体系对沼液中3种磺胺类抗生素的平均去除率基本不变，说明其稳定性好、可重复利用。研究表明，BiFeO₃/H₂O₂类芬顿体系去除猪场沼液中抗生素具有良好的效果，为沼液无害化处理提供了一种可能方案。     

基于国产管式透气膜的养殖粪污沼液氨氮回收工艺装置构建及效能

为了探讨利用国产透气膜回收沼液氨氮的可行性及实际效果,以国产管式透气膜为关键组成部件构建沼液氨氮回收工艺模拟实验装置,开展沼液氨氮回收动态实验研究。结果表明:随着透气膜分离氨氮回收实验装置的运行,沼液氨氮浓度总体下降明显,提取液氨氮浓度呈先线性增加而后稳定在一定水平的变化规律;运行396 h后沼液氨氮去除率可达91.2%;根据氨氮回收速率的变化,装置运行过程可分为氨氮回收(0~252 h)和损失(252~420 h)两个阶段;氨氮回收阶段,提取液氨氮浓度小于10000 mg·L^-1,单位体积氨氮平均回收速率为1190 mg·L^-1·d^-1,氨氮损失阶段,提取液氨氮浓度平稳保持在11200~12180 mg·L^-1,单位体积氨氮平均回收速率仅为35 mg·L^-1·d^-1。若要令该工艺更为高效运行,可考虑增强沼液反应槽密封性,以降低沼液中气态NH₃的挥发损失,另外可将提取液pH是否超过7确定为是否应更换新提取液的指示参数。利用国产透气膜构建的沼液氨氮回收工艺过程可有效回收沼液氨氮,回收率接近80%。     

基于连续运行条件下的稻秸干法厌氧发酵中试研究

为了探索连续进料运行下秸秆干法厌氧发酵的产气情况,设计了一种适用于稻秸干法厌氧发酵中试系统,研究了牛粪单发酵启动试验、不同进料方式和氮源添加下的产气特征并且进行了技术经济性分析评估。结果表明:中试装置可实现含固率为20%的秸秆物料均匀混合,提高进料效率和实现连续发酵均衡产气。发酵启动试验阶段,牛粪单发酵29 d后具备处理稻秸所需的最佳厌氧微生物体系、适宜的发酵温度等,从而使连续进料阶段快速启动。在连续进料稳定运行阶段,秸秆进料量80 kg·d~(-1)并添加猪粪(干质量)4.54 kg·d~(-1)为补充氮源,单日CH4产气量从137.28 L·kg~(-1)VS达到227.8 L·kg~(-1)VS,并能连续维持20～22 m~3·d~(-1)。对于缺乏猪粪等氮源的地区可采用一次性投加的方式,单次补充68.1 kg猪粪(干质量)且定期补充时间为20 d。研究表明,该适用于稻秸干法厌氧发酵中试系统技术可行且可实现连续进出料和稳定运行产气,并产生可观的经济效益。     

基于全混合厌氧反应器厌氧发酵猪粪产生沼液的环境影响分析

为了探究基于全混合厌氧反应器工艺处理猪粪产生沼液的主要成分和沼液还田的环境影响,通过采集3个规模化养殖场的猪粪、经厌氧发酵产生的沼液及沼液灌溉后的土壤样品,分别检测分析了样品中化学需氧量（COD）、5日生化需氧量（BOD5）、重金属含量和营养元素等物质含量。结果表明：基于全混合厌氧反应器工艺处理猪粪后,沼液中COD和氨氮的去除率分别为63%~82%和37%~75%;沼液重金属中锌、铜含量相对较高,分别为2.1×104 μg/L和3.8×103 μg/L;沼液和饲料中重金属含量的相关系数达0.93~0.95;施用沼液后土壤中营养元素增加幅度为0.3~14倍,重金属含量基本能够达到Ⅰ级土壤标准要求。合理的施用沼液可增加土壤中有益成分的含量,不会对土壤造成明显的重金属污染,其种植作物可食用部分的重金属含量满足食品安全的要求。     

畜禽粪便与秸秆混合发酵及贮藏阶段沼液中碳氮元素变化

为研究沼液从产生到贮藏期间碳氮元素的变化规律,将猪粪、鸡粪和秸秆混合,进行中温厌氧发酵,并在常温下以密闭静置、密闭搅拌、敞口静置、敞口搅拌等4种方式贮藏沼液,跟踪并分析了猪、鸡粪和秸秆混合发酵沼液在厌氧发酵及贮藏期间碳、氮元素的形态和含量变化。结果表明:厌氧发酵阶段,沼液中的总有机碳(TOC)和总氮(TN)浓度均有所增加,增加幅度在15.0%~36.1%之间,其中TOC在第18 d达到最高浓度(6467 mg·L~(-1)),TN在第23 d达到最高浓度(4181 mg·L~(-1))。贮藏阶段,沼液中的TOC、TN浓度均有所降低,TOC先下降后升高,总体降低幅度较小(2.9%~12.0%),降幅顺序为敞口静置敞口搅拌密闭静置密闭搅拌;TN先升高后降低,总体降低幅度较大(4.2%~56.2%),降幅顺序为密闭静置密闭搅拌敞口静置敞口搅拌。综上,厌氧发酵18~23 d的沼液碳氮元素含量最高,采用密闭静置方式并缩短贮藏时间可减少沼液贮藏过程氮元素的损失。     

沼液与有机肥配施条件下氮损失风险的研究

本研究旨在探索沼液、有机肥配施等氮量替代化肥的模式,期望能够在保持产量稳定的前提下,降低稻田氮素损失的风险。本试验以太湖水稻土为研究对象进行盆栽试验,设置了空白对照(CK)、常规化肥(NPK)、100%沼液、75%沼液+25%猪粪有机肥、50%沼液+50%猪粪有机肥和100%猪粪有机肥六个处理,采用密闭室间歇通气法研究了不同生育时期的稻田氨挥发特性,同期测定稻田田面水氮含量,以及全施肥期径流流失量。试验结果显示,在等施氮量条件下,常规化肥处理水稻产量达12 752.70 kg·hm~(-2),其农田氨挥发总量为76.99 kg·hm~(-2),径流氮损失量39.11 kg·hm~(-2);100%沼液施用处理和75%沼液+25%猪粪有机肥配施处理氨挥发量较高,分别为120.66、88.01 kg·hm~(-2);而50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理氨挥发总量和径流氮流失量均低于常规化肥处理,分别为58.03、22.00 kg·hm~(-2),其产量与常规化肥处理相比无显著性差异;100%猪粪有机肥施用处理尽管氨挥发总量和径流氮流失量表现最低,但其产量低于50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理。综合比较而言,50%沼液+50%猪粪有机肥配合施用处理在保持一定产量的基础上又能减少氨挥发及氮流失风险,是一种比较适宜的施肥模式。     

发酵周期、贮存时间和过滤对沼液养分和理化性状变化的影响

针对实际生产中中小型养殖场不规范和粗放式厌氧发酵模式以及沼液需要长时间贮存的问题,为实现沼液养分有效利用与管理,根据沼液厌氧发酵实际生产状况,进行模拟发酵实验。设置2、4、6、8、10 d等5个不同的发酵周期处理并分别在该时间点进料出料,研究出料沼液在贮存过程中COD、pH、TN、TP和TK 等养分和理化特性变化以及网筛过滤对养分和理化性状的影响。结果表明：随着发酵周期与贮存时间的延长,28 d后5种沼液中TN 和TP 含量分别减少了40.9%～46.31%、35.62%～53.61%;TK 的含量呈现随时间延长有小幅增加的趋势,基本维持稳定。贮存期内铵态氮含量逐渐降低,贮存14 d各降幅接近62%;与之相反,硝态氮的含量则呈现逐渐增高的趋势。所有处理沼液在贮存过程中COD 下降了69.97%～85.86%,pH 值变化均呈现逐渐升高的趋势,从7.6~7.9变为8.2~8.7。经过不同孔径网筛过滤后,沼液的养分含量、COD和pH值变化不具有显著性差异,因此过滤不会对沼液的养分存储造成影响。     

施用粪肥和沼液对设施菜田土壤磷素累积与迁移的影响

针对有机蔬菜生产普遍施用粪肥和沼液的现状,利用多年田间定位试验,研究基施不同数量粪肥(CM1:30 t·hm-2;CM2:60t·hm-2;CM3:90 t·hm-2)和追施相同量沼液对有机设施蔬菜产量、土壤磷素累积及其移动性的影响。结果表明,2011—2014年不施粪肥单施沼液处理中(CK:0 t·hm-2粪肥)累积磷素盈余量为290 kg P·hm-2,0~30 cm土层土壤中Olsen-P和磷饱和度(DPS)均超过了磷素淋失的环境阈值。粪肥配施沼液处理显著增加了磷素盈余和磷素在土壤中的累积,试验期间2011—2014年累积磷素盈余量为不施粪肥单施沼液处理的6~22倍。随着粪肥施用量的增加,土壤全磷、Olsen-P、Ca Cl2-P、Mehlich3-P和DPS均迅速增加,当粪肥用量达到60 t·hm-2时,显著增加了0~60 cm土层土壤全磷、Olsen-P、Ca Cl2-P、Mehlich3-P含量和DPS,大量粪肥施用并配施沼液处理使表层土壤DPS接近或达到100%。有机蔬菜生产中盲目大量施用粪肥和沼液,显著增加了土壤磷素累积和淋失风险,4年连续每茬90 t·hm-2粪肥施用并配施沼液处理导致磷素在土壤剖面的迁移到达90 cm土层。与不施粪肥单施沼液处理相比,粪肥配施沼液显著提高了作物产量,但是较多量粪肥投入并没有继续增加作物产量,而显著增加了磷素淋失风险。因此,在有机蔬菜生产中推荐施用不超过30 t·hm-2粪肥并配施沼液模式。     

我国畜禽养殖氨排放特征及减排体系构建研究

基于畜禽生产-污染防治大协同、污水-废气-固废处理小协同目标，开展各畜禽养殖模式氨排放特征分析。研究发现：相同清粪方式下，机械通风封闭化圈舍氨排放速率要小于自然通风开放式圈舍，相同通风方式下，圈舍氨排放速率表现为水冲粪 < 干清粪 < 垫草垫料 < 水泡粪，各畜种肥水储存模式氨排放最大；通过养殖模式与减排技术的政策、规范协调性分析，发现圈舍封闭化+机械通风、堆肥发酵、厌氧发酵等养殖模式，低蛋白日粮、排风口处理、覆盖、密闭堆肥+废气处理、粪肥机械深施等控氨技术可作为畜牧业氨减排的方向。明确了氨减排模式与技术的对应关系，构建了模式替代和技术减排相耦合的畜禽氨减排体系，提出了制定大气氨环境质量标准、畜禽养殖氨排放标准及配套的氨监测技术规范、畜禽养殖场氨减排核算技术规范及配套的氨减排工程建设技术规范等配套落地政策建议，为顺利推动畜禽氨减排试点工作提供技术支撑。     

沼液滴灌施用技术研究现状及展望

沼液滴灌施用是将畜禽粪便经过厌氧发酵后产生的沼液通过滴灌系统滴入植物根部附近土壤的一种施用方法。滴灌沼液可以改良土壤,提高作物产量,改善作物品质,但同时会增加污染土壤的风险。本文对沼液滴灌施用浓度的研究做了综述,并就畜禽粪便沼气化利用前景以及沼液滴灌施用优势对未来发展方向提出新思路,以期为沼液滴灌施用技术研究和推广应用提供参考。     

过滤后养猪废水厌氧发酵与固氮技术研究

为探究养殖废水高效处理方法,文章采用粉碎玉米秸秆过滤养殖废水中悬浮性固体,并对过滤后养猪废水作厌氧发酵和固氮研究。经过滤,总固体(TS)去除率达47.55%,在中温(35±2)℃条件下,研究5、15、25 d 3种不同水力停留时间(HRT),过滤后养猪废水全混合厌氧发酵特性。厌氧发酵过程运行稳定,产生沼气甲烷含量均稳定在70%左右,当水力停留时间为15 d时,产甲烷效率为239.17 mL CH4/gVS,溶解性化学需氧量(SCOD)去除率60.94%。沼液采用鸟粪石沉淀法固氮处理,经过试验参数优化在物质的量比n(Mg2+)n(PO43-):n(NH4+)=1.021.061、pH为9.6条件下,氨氮(TAN)去除率达86.66%,处理后沼液中氨氮浓度为160 mg·L-1,研究结果可为养猪废水资源化利用提供参考。