沼液中挥发性有机物去除技术及肥效验证

【目的】筛选具有应用价值的去除沼液挥发性有机物(VOCs)的方法.【方法】通过热处理、活性炭、通气处理、有机溶剂萃取等方法去除沼液中的VOCs.【结果和结论】不同处理方法的VOCs去除效果最好的条件分别为：热处理70 ℃,去除率57.7%;200 mL沼液用12 g活性炭处理,去除率69.9 %;200 mL沼液采用硫酸、氢氧化钠、过氧化氢处理效果最好时的用量均为20 mL,去除率分别为36.4%、39.2%和39.3%.通氮气、空气和臭氧的VOCs去除率分别为53.0%、67.3%和81.7%;三氯甲烷+石油醚萃取,去除率87.4%;通臭氧和有机溶剂萃取处理相结合,沼液中VOCs去除率达到94.1%,效果十分明显,且未影响沼液的肥效,是沼液除味的有效措施.     

基于氨氮低吸附的折流式沉降滤过装置去除沼液中悬浮物研究

以多级好氧折流沟串联沉降装置为基础，最大限度地保留沼液中氮素养分的同时，去除沼液废水中悬浮物。根据材料静态条件下等温吸附及解吸率结果，筛选氨氮低吸附填料，接着在动态条件下考察好氧折流沟内填料深度及运行时间对沼液中悬浮物去除效果与氨氮浓度的影响。结果显示，在人工沸石、河砂、石英砂和沙漠砂四种材料中，河砂的吸附强度、吸附指标及解吸值最低。选取河砂作为动态好氧折流沟填料，在水力负荷0.75 L/h、滞留时间24 h条件下，无填充、低填充、中填充及高填充对沼液废水中悬浮物最大去除量分别为4.8 g/L、5.1 g/L、8.1g/L和8.4g/L，最大去除率分别为38.0%、51.2%、86.1%和88.7%，而中、高两种填料深度对沼液废水中悬浮物去除量及去除率在第三、四取水口处无明显差异性(P>0.05)。介于应用中材料选取、用量及去除效果比较，河砂填料对沼液废水中氨氮浓度影响最小，建议采用河砂中填料深度的好氧折流沟处理沼液中悬浮物。     

沼液膜前预处理及纳滤膜浓缩工艺参数优化

沼液产量大,所含养分浓度较低,制约了沼液商业化生产的发展。膜浓缩技术可同时实现沼液减量化和无害化,有利于推动整个沼液产业化的发展,成为沼液处理未来发展方向。而沼液高悬浮物的特性导致膜污染严重,缩短膜寿命,增加运行成本,因此,膜前预处理技术是实现沼液膜浓缩技术应用的关键环节。为了考察沼液膜前组合预处理技术效果,本文以经过自然沉降处理后的沼液为对象,研究石英砂、火山岩单级过滤、石英砂与火山岩组合多级过滤方式对沼液中悬浮物的去除效果,并对预处理后的沼液开展纳滤膜浓缩工艺参数优化研究。结果表明,石英砂滤料对悬浮物的去除效果较好,火山岩滤料对氨氮的去除效果较好,但综合分析认为以石英砂与火山岩组合滤料对沼液过滤效果为最优;通过对纳滤膜不同浓缩倍数运行比较研究发现,沼液的最佳浓缩倍数为6倍,沼液体积缩减了5/6,养分氮、磷、钾浓度分别提高了2.06、3.10和3.70倍,该结果为获得较好的沼液膜前预处理技术方案和纳滤膜浓缩工艺方案提供技术支撑。     

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。     

几种植物对城市尾水中重金属的去除效果研究

为了筛选适合吸收城市尾水中重金属的植物品种,研究了酸模(Rumex acetosa L.)、莎草(Cyperus glomeratus L.)和空心菜(Ipomiea aquatica Forsk)3种植物对城市尾水中重金属Zn、Cu、Pb和Cd的去除效果,并以酸模为材料,研究其对人工模拟重金属Cd和Pb污染水体的适应性。结果表明:酸模、莎草、空心菜3种植物对城市尾水中Zn、Cu、Cd、Pb的去除率分别为74.33%、60.43%、45.45%、36.43%,其中酸模对重金属的去除效果最好,其次是莎草和空心菜。酸模对尾水中Zn、Cu、Cd、Pb的去除率分别达到了86.63%、90.37%、76.81%、66.67%。Cd和Pb含量分别在0.5～2.0mg/L和0.2～0.4mg/L时酸模有较好的耐性。因此,酸模更适合于城市尾水中重金属的吸收修复,且对一定质量浓度Cd和Pb表现出较好的去除效果。     

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。     

多孔淀粉黄原酸酯的制备及其性能研究

为增加改性淀粉比表面积,降低结晶度,提高对污染物的去除能力,采用溶胶凝胶法对可溶性淀粉进行预处理后,再制备多孔淀粉黄原酸酯,并对其性能进行测试。结果表明:成功制备了大比表面积、低结晶度的多孔淀粉黄原酸酯,其比表面积为53m2·g-1,与未改性的多孔淀粉相比,结晶度进一步降低。通过考察多孔淀粉黄原酸酯对Pb2+离子的吸附性能可知,随着pH的增大,Pb2+去除率也随之增大,当pH=7时,处理效果最佳。多孔淀粉黄原酸酯对Pb2+离子的饱和吸附量为1.54mmol·g-1,与Pb2+的螯合反应非常迅速,在25min时基本达到吸附平衡。     

超声波协同有机酸去除城市污泥中的重金属

利用超声波协同乙酸和柠檬酸处理城市污泥,就超声波条件对有机酸去除污泥重金属的影响进行了研究．结果表明,随着超声波处理时间的延长,两种酸对污泥重金属的去除率相应增加．在以0．1mol／L乙酸和0．1mol／L柠檬酸酸化后,经超声波处理20min,对污泥中cu的去除率较单独酸化处理分别增加了4．0％和4．6％、对Zn的去除率分别增加了13．3％和12．2％、对Pb的去除率分别增加了3．6％和15．9％,表明超声波作用强化了两种酸对重金属的提取,具有明显的协同效应．在重金属提取过程中,有机酸的作用是主要的,而超声波是协同手段,其协同贡献率因重金属不同而不同,其中以对Pb去除的协同贡献最高,为15．9％．对重金属去除条件优化分析表明,超声波处理20min明显有利于重金属的溶出,相同浓度条件下柠檬酸对重金属的提取能力强于乙酸．     

不同电压对重金属污染河涌底泥电动修复效果的影响

选用重金属污染严重的河涌底泥作为试验材料,设计了电压分别为20、25和30 V的3组试验,运行5 d,研究了电动修复过程中电压对修复效果的影响.结果表明:增加电压对电动过程中电渗流的影响不大,但提高了处理电流,所有电动修复后底泥的pH低于处理前.在不同电压处理下,阳极附近底泥中Zn、Cu、Ni去除率分别达80%、10%和64%以上.此外,3种重金属在阴极附近底泥中富集,富集程度分别为24%、10%和33%以上,重金属的富集影响总的去除率.考虑去除效果和能耗,25 V电压处理比较合适,阳极附近底泥中Zn、Cu、Ni的去除率分别高达94%、74%和87%,但底泥的总体去除率较低,分别为23%、4%和17%.电动修复对各种形态的重金属都有不同程度的去除,对弱酸态的去除最明显.     

Fenton法对沼液中三种四环素类和三种磺胺类抗生素氧化去除的研究

近年来各类抗生素广泛地用于畜禽养殖,经动物代谢后随粪便和尿液排出体外。代谢物通过沼气工程处理后,得到的沼液又多用于灌溉,使得抗生素进入环境被农作物吸收,通过食物链的传递对人体产生危害。因而沼液中抗生素的去除尤为重要。采用Fenton氧化技术去除沼液中的三种四环素类和三种磺胺类抗生素,通过设置单因素实验考察了pH值、H_2O_2浓度、摩尔比n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))对抗生素去除的影响。结果表明,最佳反应条件为pH=4,H_2O_2浓度为0.4 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10∶1,在此条件下,四环素、土霉素、金霉素去除率分别为91.83%、92.38%、80.52%,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶去除率分别为93.60%、91.97%、91.60%。同时TN、TP、TK的保留率分别为96.0%、97.7%、97.2%。可见,Fenton氧化法对沼液中抗生素的去除有良好的效果,同时又保证其养分的保留,为沼液中抗生素的去除提供了一条可能的途径。     

厌氧发酵沼渣液重金属元素分布规律研究

[目的]研究厌氧发酵沼渣液中重金属元素分布规律。[方法]测定养猪业厌氧发酵沼渣液原液和沼液离心上清液中重金属含量,分析研究重金属在沼液的水固两相中的分布规律。[结果]沼液中重金属含量很高,不能直接排放和作为农田灌溉水使用。经过简单的离心,上清液中重金属含量均有大幅下降,下降幅度分别为Zn91．84％,As73．18％,Cd47．64％,Cr94．53％,Cu93．52％,Ni59．43％,Mn95．77％,Pb100．00％。[结论]去除沼液中悬浮物对去除重金属有很好的效果,可以作为沼液预处理步骤。     

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。     

不同预处理方法对麦秆厌氧消化产气特性的影响

【目的】探索不同的生物和化学预处理方法对麦秆厌氧发酵产气的影响,为提高麦秆能源转化率提供依据。【方法】采用自行设计的可控恒温发酵装置,以经生物（复合菌剂、糖酵酶、沼液）和化学（NaOH（添加量为60 g/kg）和氨水(20 mL/L)）方法预处理过的麦秆和未处理麦秆（CK）为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固体（TS）质量分数为8%的条件下进行批次厌氧发酵（35 ℃）,分析复合菌剂、糖酵酶、沼液、NaOH和氨水对麦秆厌氧发酵产气量、甲烷含量和pH值变化的影响,并对其产气指标（干物质产气率、挥发性干物质（VS）产气率和甲烷平均含量）进行比较。【结果】各预处理方法均可明显提高麦秆的日产气量峰值,并可提早产气高峰的出现时间。各处理总产气量的高低顺序为：NaOH＞复合菌剂＞糖酵酶＞沼液＞氨水＞CK;与CK相比,不同生物和化学预处理方法可提高麦秆产气量5.85%～48.16%,提高甲烷平均含量15.06%～39.47%。经NaOH预处理的麦秆发酵后总产气量为12 620 mL,比CK提高了48.16%;甲烷平均含量为46.8%,比CK高出39.47%。随着发酵时间的延长,所有处理pH均呈先下降后升高直至趋于稳定的变化趋势。经NaOH处理的麦秆发酵后TS、VS产气率显著高于其他处理(P＜0.05)。【结论】用NaOH（添加量为60 g/kg）对麦秆进行预处理后在35 ℃下厌氧发酵,可以有效提高麦秆的产气量。     

麦秸和奶牛场废弃物联合堆肥试验

设置小麦秸秆和奶牛场废弃物联合堆肥试验,以评估其消纳养殖废水与制作商品有机肥的可行性。试验用麦秸分别与沼渣、沼液、牛粪、粪水混合堆肥,以小麦秸秆并用尿素调节碳氮比为35∶1的处理为对照。结果表明,各处理堆体温度50℃以上持续时间分别为30 d、17 d、41 d、12 d和24 d,均已符合堆肥卫生标准要求的高温天数;堆肥过程中麦秸分别与沼渣、沼液、牛粪、粪水混合堆肥及对照的有机碳含量分别下降了14.00%、5.50%、15.80%、4.45%和10.70%;堆肥过程各处理氮、磷、钾含量逐渐增加。堆肥结束时,各处理有机质含量介于590.28 g/kg与701.86 g/kg之间;氮磷钾总养分含量介于46.54 g/kg与89.45 g/kg之间,其中麦秸与牛粪混合堆肥处理总养分含量最高(89.45 g/kg),麦秸与沼渣混合堆肥处理次之(69.61 g/kg)。秸秆与牛粪或沼渣混合堆肥时高温时间较长,且堆肥产物养分含量高;用麦秸和养殖废水(沼液或牛粪水)混合堆肥,每处理1.0 t麦秸可消纳废水1.8 t,有利于奶牛场节本增效。     

沼液预处理对蔬菜秸秆厌氧消化性能的影响

为探究不同沼液预处理时间对蔬菜秸秆厌氧消化产甲烷特性的影响，以黄瓜、番茄、茄子和辣椒4种蔬菜秸秆为原料，用猪粪沼液在（35.0±0.5） ℃分别处理3、5、7和9 d后进行中温批式厌氧消化试验。结果表明，预处理时间对蔬菜秸秆木质纤维素降解效果及其厌氧消化性能均有较大影响。随着预处理时间的延长，各蔬菜秸秆中纤维素和半纤维素的降解率逐渐提高（1.53%～24.47%和2.11%～52.48%），但木质素难以降解。不同蔬菜秸秆的最佳预处理时间不同，番茄秸秆和辣椒秸秆的最佳预处理时间均为5 d，最大累积甲烷产量分别为147.95和99.17 mL·g^-1，较未处理分别提升36.52%和26.33%；黄瓜和茄子秸秆的最佳预处理时间均为7 d，最大累积甲烷产量分别为152.42和129.84 mL·g^-1，较未处理分别提升38.00%和27.42%。同时，沼液预处理能够缩短蔬菜秸秆的厌氧消化周期（T₉₀缩短了3～8 d）。整体上，沼液处理后4种蔬菜秸秆的产甲烷性能从大到小依次为：黄瓜秸秆>番茄秸秆>茄子秸秆>辣椒秸秆。综上所述，猪粪沼液作为预处理剂可以有效提高蔬菜秸秆的厌氧消化性能，且最佳预处理时间为5～7 d。     

沼液替代化肥对麦季CH4、N2O排放及温室效应的影响

采用遮光密闭箱和气相色谱法,研究了化肥、化肥+稻草、50%沼液+50%化肥、100%沼液4个处理下麦季CH4和N2O的排放特征,并运用全球增温潜势(GWP)对麦季CH4和N2O排放的温室效应进行了估算。研究结果表明,与化肥处理相比,化肥+稻草处理显著(P<0.05)提高了麦季CH4和N2O排放通量,使其所产生的GWP及单位产量的GWP显著(P<0.05)增加,分别提高了57.90%和52.00%;而100%沼液、50%沼液替代化肥处理减少了麦季GWP及单位产量的GWP,分别降低了25.39%、10.88%和24.16%、10.97%,主要是由于沼液处理降低了麦季N2O排放总量。可见,稻麦轮作条件下沼液替代化肥措施会降低稻茬麦季的综合温室效应。     

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。     

不同原料配比对厌氧发酵过程中产气量VFA和脱氢酶活性的影响

以牛粪和小麦秸秆为发酵原料,研究了不同牛粪(M)与小麦秸秆(S)的干物质配比(牛粪与秸秆的比例为1∶1、2∶1和3∶1)对厌氧发酵产气过程的影响。结果表明,添加小麦秸秆处理的产气量显著高于秸秆与牛粪单独发酵处理(P<0.05),其中牛粪与秸秆的配比是1∶1的产气量为(31823.7±691.2)mL,比秸秆、牛粪以及牛粪与秸秆比例为2∶1和3∶1四个处理的产气量分别提高了208.7%、11.5%、2.8%和5.2%。因此,以M∶S=1∶1进行混合厌氧发酵效果最好。挥发性脂肪酸(VFA)与日产量间呈极显著性正相关(P<0.01),但脱氢酶活性与产气量相关性不显著(P>0.05)。     

沼液替代化肥氮对冬小麦产量、品质及生长发育的影响

研究了沼液替代不同比例化肥氮对冬小麦产量、生长发育特征（生育进程、株高动态、群体动态和干物质积累动态）、品质和重金属含量的影响。结果表明：随着沼液施用量的增加,小麦产量显著增加（P<0.05）,以沼液替代50%化肥氮（50% Nbs）处理产量最高,为7.75 t·hm^-2,比全施化肥（Ncf）处理增产18.14%;以沼液替代100%化肥氮（100% Nbs）处理与Ncf处理产量差异不显著（P>0.05）;籽粒千粒重呈显著下降趋势（P<0.05）;穗粒数和收获指数呈先上升后下降趋势。随着沼液替代化肥氮比例的增加,小麦各生育期株高、分蘖数和干物质积累量都呈现逐渐增加的趋势;成熟期,100% Nbs处理地上部干物质积累量显著高于Ncf处理（P<0.05）;以沼液替代200%化肥氮（200% Nbs）处理的小麦株高、分蘖数和地上部干物质积累量都显著高于Ncf处理（P<0.05）。施用沼液可改善小麦品质;提高小麦籽粒的Cu和Zn含量,显著降低Cd和Cr含量（P<0.05）,对Pb和As含量影响不显著（P>0.05）。各处理籽粒重金属含量均低于相应的污染物限量标准。当沼液替代化肥氮比例达到50%以上,由于贪青晚熟,以及基部节间长度显著增长等原因可能导致倒伏、减产,施入大量沼液也可能导致二次污染风险。因此,本研究初步认为,在本试验条件下,麦田灌溉沼液替代化肥氮最佳比例为50%。