规模化奶牛场粪污全量贮存及肥料化还田工艺设计

为推进粪污全量贮存和肥料化还田模式在规模化奶牛场的应用，该研究以存栏500头规模奶牛场为例，分析了粪污收集量、贮存工艺与设施和粪肥还田等内容，提出了粪污贮存池设计容积和粪肥还田配套土地面积等参数。结果表明：奶牛粪污全量收集量为17.33 t/d，全量贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存囊2种。单个舍内贮存池尺寸为85 m×12 m×2 m（长×宽×深），粪污存储期9个月，所需贮存池数量为5个，总容积10 200 m3；舍外贮存囊占地尺寸为90 m×30 m（长×宽），深2.2 m，总容积5 615 m3。粪肥全部还田所需土地面积与种植作物类型和种植制度相关，种植作物为小麦、玉米、小麦+玉米和水稻（1年2熟）时，需配套土地分别为248.4、400.6、122.8和127.0 hm2。粪肥还田成本为10.37万元/a，全部还田可节省化肥22.8万元/a，年可产生经济效益12.43万元。     

畜禽养殖粪水酸化贮存及氮素减损增效研究进展

畜禽粪水酸化贮存能够有效调控粪水贮存中微生物、环境与氮素间的作用关系,实现粪水氮素的减损增效,是一种具有广泛应用前景的关键技术。该研究系统综述了粪水酸化贮存中氮素的迁移转化机理,比较评价了常见酸化剂和不同酸化贮存工艺的应用效果,分析了酸化贮存技术对粪水氮素减损增效的影响。梳理总结得到,粪水酸化存储中氮素的迁移转化机制主要包括有机氮矿化、铵态氮固持、无机氮转化的抑制及硝化3个关键环节,可以依靠改变微生物作用和化学平衡状态实现氮素的减损;与其他酸化工艺相比,长期酸化工艺具有酸化效果更加稳定、应用范围较为广泛等优势;粪水酸化技术能够大幅降低NH3排放,以及部分N2O的排放,进而提高粪肥还田后土壤肥效,但不合理的酸化贮存技术及施用方式也会降低粪水肥效,甚至引起二次污染;未来应重点从氮素迁移转化路径的定量分析、复合酸化剂的开发、粪肥施用效果及风险的评估应对等方面进行深入研究。     

猪粪堆肥挥发性有机物的产生规律与影响因素

堆肥是畜禽粪便处理及资源化利用的有效途径,然而堆肥过程中极易产生挥发性有机物(VOCs,volatile organic compounds),引发恶臭问题,并对人体健康带来危害。该研究以猪粪和秸秆为原料,通过堆肥试验,研究了含水率、碳氮比和通风速率等工艺参数对猪粪堆肥过程中主要VOCs产生的影响。研究结果表明:堆肥过程中TVOCs的最高体积分数可达2 000×10~(-6)以上,主要在堆肥升温期产生。二甲二硫、二甲三硫是主要的致臭VOCs,其中,影响二甲二硫排放的主要因素为物料初始含水率,影响二甲三硫排放的主要因素为通风速率。极差及方差分析结果表明,堆肥过程中采用含水率65%,碳氮比30,通风速率0.1 m~3/(min·m~3)可以有效控制VOCs的排放。     

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。     

北京大中型沼气工程冬季运行状况及发酵前后物料理化生物特性

为了解北京市大中型沼气工程冬季运行情况及发酵剩余物理化特性,该文实地调查了北京市29座沼气工程冬季运行情况,以调研问卷的形式了解沼气工程运行状况,并采样分析了发酵原料、沼渣和沼液样品的养分含量、粪大肠菌群数、铜、锌、砷、铅等指标。结果表明:北京29座冬季运行的沼气工程中主要以畜禽粪便为原料,其中有20座沼气工程采用猪粪进行厌氧发酵,厌氧消化反应器类型主要是全混式厌氧反应器和升流式厌氧固体反应器,沼气以供周边农户使用为主,沼渣和沼液以农田利用为主,从区域沼气工程运行状况来看,房山区的沼气工程运行状况相对较好,大兴区和顺义区的沼气工程运行状况参差不齐;所调研沼气工程沼渣和沼液的pH值适宜向农田施用,沼渣的EC值相对原料平均下降了56.97%,沼渣有机质和可挥发性固体的质量分数相对原料分别降低了20.99%和27.93%,沼渣的养分质量分数较高,沼液的养分质量浓度较低,沼渣中的粪大肠菌群数和沼液的化学需氧量、粪大肠菌群数整体偏高,有6座沼气工程的砷含量较高。调查结果可为北京市沼气工程冬季运行效果及沼渣沼液资源化利用提供基础数据,促进北京市沼气工程的可持续发展,提高生态和经济效益。     

粪水酸化储存还田应用效果

为探索酸化储存粪水对农田的施用效果,采用浓硫酸(H_2SO_4)酸化前后的粪水和长期储存前后粪水,开展盆栽试验研究酸化储存粪水对土壤养分和作物产量的影响。试验分别设置2个对照组:储存前和储存后的粪水,H_2SO_4酸化前和酸化后的粪水,每个处理分别设置4组施加量水平(5%、25%、50%和100%稀释比例的粪水)。试验结果表明:对于养殖粪水还田,应严格控制粪水还田比例,不宜施加浓度过高的粪水,宜控制在25%～50%施加量。粪水储存有利于土壤总氮(Total Nitrogen, TN)和总磷(Total Phosphate,TP)的固持,储存后土壤总养分(总氮、总磷和总钾(Total Potassium,TK))增加了11.32%～73.16%,SMS(储存60 d的粪水)(100%)处理产量提高了21.22%;粪水经过H_2SO_4酸化处理后,对土壤总养分影响变化较大,TN、TP和TK部分处理呈增加的趋势,HMS(25%)处理产量显著提高了27.94%;在H_2SO_4酸化的基础上储存粪水,土壤TN含量增加十分显著(P0.05),酸化与储存联合处理减少了粪水TN的损失,对于土壤速效养分的增加有促进作用,尤其对速效N的影响较显著(P0.05),SHMS(粪水+H_2SO_4储存60 d)(25%)处理产量提高了13.63%。该研究通过对比分析新鲜粪水、储存粪水、酸化粪水和酸化储存粪水的特性,探讨了畜禽养殖场粪水经酸化储存后的还田应用效果,为粪水还田提供技术支撑。     

连续施用酸化粪水对土壤养分淋溶及重金属累积的影响

为探索连续施用酸化粪水对土壤养分淋溶及重金属累积情况的影响,采用新鲜粪水和酸化粪水,开展土柱淋溶试验。试验分别设置1个对照组、新鲜粪水和3个不同pH值（6.5、6.0和5.5）的酸化粪水,每个处理分别设置6次粪水淋溶。结果表明：施用新鲜粪水和酸化粪水均能增加土壤养分,施用新鲜粪水、pH值6.5、pH值6.0和pH值5.5的粪水后土壤总养分（N、P、K）的增长幅度分别为1%～40%、15%～66%和5%～21%,重金属Cu和Zn的增长幅度为4%～48%和4%～11%,重金属Cd和Pb的增长幅度为2%～14%和1%～18%;连续施用酸化粪水会使土壤pH降低、土壤电导率值升高以及土壤重金属不断累积,这也是导致土壤环境遭到破坏的风险因素,实际应用过程中应特别注意;建议每两季作物施用一次pH值为6.5的粪水;每三季作物施用一次pH值为6.0的粪水;每四季作物施用一次pH值为5.5的粪水。该研究通过对比分析连续施用新鲜粪水和不同pH值的酸化粪水后土壤养分和重金属浓度的变化,探讨了酸化粪水的还田效果,为连续施用酸化粪水的研究提供技术支撑。     

不同反应器好氧堆肥工艺对猪粪中磺胺甲噁唑降解效果研究

为了研究不同反应器好氧堆肥工艺对猪粪堆肥及磺胺甲噁唑(sulfamethoxazole, SMZ)的降解效果,试验参照相应国家标准和已报道文献中的方法对3种不同反应器好氧堆肥工艺(T1处理组为静态堆肥、T2处理组为静态强制通风、T3处理组为强制通风加翻抛)的堆体温度、pH值、碳氮比、含水率、电导率、种子发芽指数、蛔虫卵死亡率、粪大肠菌群数及SMZ含量等指标进行测定,判定堆肥工艺优劣;根据SMZ降解数据建立一级降解动力学模型,分析SMZ与各指标之间的相关性,解析3个处理组SMZ的降解规律。结果表明：堆肥21 d后,T1、T2、T3处理组对于SMZ的降解率分别为80.51%、77.52%、93.83%,T3处理组在SMZ的降解中展现出较大的潜力;T1、T2、T3处理组SMZ在堆肥中的降解半衰期分别为7.49,7.76,4.24 d; SMZ含量与碳氮比、含水率呈极显著正相关(P<0.01),与种子发芽指数呈极显著负相关(P<0.01)。说明强制通风加翻抛反应器堆肥工艺可以更有效地促进堆肥腐熟及SMZ的降解。     

蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵挥发性有机物排放特征

为研究蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程产生的挥发性有机物(volatile organic compound,VOCs)及主要致臭物质,开展了蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵试验,采用气相色谱-质谱法和三点比较式臭袋法分析了好氧发酵升温、高温和降温阶段产生的VOCs种类和浓度及臭气浓度。结果表明,蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程共检出34种VOCs,其中芳香烃类化合物11种、烷烃7种、含硫化合物4种、酮类4种、卤烃类化合物3种、醇类2种、酯类2种、醛类1种;发酵升温期臭气浓度最大,达72 443,而在降温期产生的VOCs种类最多为29;在联合好氧发酵过程中主要致臭物质为甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、NH3和H2S,羰基硫、乙醛和苯乙烯仅在高温期产生且浓度较高;根据嗅阈值比值大小与最大浓度,需重点监测和控制恶臭物质的顺序是二甲二硫醚H2SNH3甲硫醚。该研究结果为蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程中恶臭物质的监测和控制策略研究提供理论依据。     

养殖粪水长期贮存过程理化特性变化规律

目前中国中小规模畜禽养殖场主要采用自然贮存后还田的形式处理养殖粪水,受场地制约,养殖粪水贮存时间通常仅有1～2个月,之后便直接还田利用,贮存后的粪水理化特性变化尚不清楚,是否适宜直接还田尚需研究。该研究以猪粪水和牛粪水为研究对象,重点分析粪水在长期贮存中粪大肠菌群、电导率(Electrical Conductance,EC)以及化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)的变化,分析粪水最佳贮存期及还田利用方式,以期为粪水资源化及安全还田提供参考。结果表明,粪水经自然贮存6个月,铵态氮损失达68%以上,不仅引起环境污染,且降低了养分;贮存后粪水基本可达到无害化要求,但pH值、EC值以及COD浓度仍然偏高,还田前应制定合理的粪水资源化利用方案;固液分离可以有效降低粪水中的COD浓度和EC值,促进粪水无害化进程。该研究为中国畜禽养殖粪水资源化用探索了新的技术路径。