木本泥炭添加比例对猪粪堆肥腐熟度和污染及温室气体排放的影响

针对当前猪粪好氧堆肥过程中存在的腐熟度低、氮素损失严重、污染气体排放量大等问题,该研究以木本泥炭作为添加剂与猪粪进行联合堆肥,研究了不同木本泥炭添加量(添加比例依次为占物料湿基质量的5%、10%、15%和20%的4个处理)对猪粪好氧堆肥产品腐熟度和堆肥过程中CH4、NH3和H2S等污染气体排放变化的影响。结果表明:在猪粪堆肥中添加木本泥炭作为调理材料,堆体可成功启动升温,在第2~4天堆体可进入高温期,并持续7 d以上,达到无害化卫生标准;经28 d好氧堆肥以后,堆肥产品p H值为8.0左右,电导率值为1.47~1.82 m S/cm,发芽指数均大于80%,达到腐熟标准;木本泥炭添加量增加至15%以上时,有机质分解程度高,物料干质量降解率达22%左右,28 d堆体含水率下降35%左右,CH4、NH3和H2S排放量分别减少82.12%~89.48%、53.47%~63.31%、50.98%~62.76%,总温室气体排放当量减少70.34%~83.26%,堆体总氮损失减少率达44%~63%,保氮效果显著。因此,建议木本泥炭用作猪粪堆肥添加剂的最优添加量为15%~20%(以物料总湿重计)。     

小麦/玉米轮作体系中不同施肥方法下的养分淋溶排污系数测算

为粮田耕地污染监控预警及污染控制提供技术支持,以北京市房山区小麦/玉米轮作为研究对象,采用陶土头负压法,通过2年的田间小区对比试验,以不施肥处理为对照,分析比较优化施肥和常规施肥对淋溶液水质的影响,并测算不同施肥处理的排污系数。研究结果表明:不同的施肥处理氮素淋溶量占总养分淋溶的76%~82%,氮素淋溶中以硝态氮为主,占总氮素淋溶的60%~70%,最高可达到90%;在氮磷钾养分施入量相同的情况下,优化施肥处理在不同程度上降低了养分淋溶量,可使总氮淋溶量减少23%~31%,总磷淋溶量减少32%~46%,硝态氮淋溶量减少22%~36%,在降雨量大时,优化施肥处理可明显减少铵态氮的淋溶;经测算,小麦/玉米轮作农田耕地排污系数(产出每公斤农产品养分淋溶排出量)常规施肥处理总氮、总磷、铵态氮及硝态氮的排放量分别为687.2、3.25、0.22、440 mg,优化施肥处理的排放量分别为348、0.87、0.38、205.9 mg。     

不同饲养方式下的羊产排污系数对比研究

为了对比研究不同饲养方式下的羊产排污系数,在我国云贵高原牧区选择一家以半放牧半舍饲为饲养方式的规模化羊场,在长江中下游丘陵地区选择一家全舍饲的规模化羊场作为试验地点,对不同饲养阶段的贵州半细毛羊和湖羊的产污系数和排污系数进行了测定。结果表明：产污系数方面,贵州半细毛羊的平均粪便量、尿液量、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）、铵态氮（NH⁺₄-N）、硝态氮（NO^-₃-N）、铜（Cu）和锌（Zn）产污系数分别为0.97 kg·d^-1·只^-1、0.53 L·d^-1·只^-1、318.01 g·d^-1·只^-1、7.12 g·d^-1·只^-1、2.03 g·d^-1·只^-1、2.89 g·d^-1·只^-1、41.00 mg·d^-1·只^-1、0.76 mg·d^-1·只^-1、14.77 mg·d^-1·只^-1;湖羊的数值分别为0.99 kg·d^-1·只^-1、0.56 L·d^-1·只^-1、384.76 g·d^-1·只^-1、8.98 g·d^-1·只^-1、1.56 g·d^-1·只^-1、1.46 g·d^-1·只^-1、41.34 mg·d^-1·只^-1、0.38 mg·d^-1·只^-1、41.84 mg·d^-1·只^-1。粪便量与饲料量、尿液量与饮水量之间均呈显著正相关。排污系数方面,排污系数除受产污系数影响外,还与粪便量、粪尿中污染物浓度、饲养方式等有关。排污系数与产污系数的比值（排产比）与羊饲养方式和清粪方式有关,以全舍饲为饲养方式的羊场各污染物排产比均低于半放牧半舍饲羊场。因此,在不考虑成本和养殖规模的前提下,为了控制羊养殖业对环境造成的污染,应首选全舍饲的饲养方式。     

蚯蚓-蚯蚓粪分离-收获工艺与关键部件试验

蚯蚓堆肥是实现农业有机固体废弃物减量化、无害化、资源化和增值化的生物处理技术之一。蚯蚓堆肥结束后,如何将成熟活体蚯蚓从大量堆肥物料中快速分离收获,是目前规模化蚯蚓堆肥亟需解决的难题之一。为实现蚯蚓体快速、高效、稳定的分离和收获,该研究提出了蚯蚓堆肥产物3步分离收获工艺方法,并针对此工艺中的动态斜面分离收获关键部件和工艺参数开展了试验研究。在此基础上,结合力学分析、EDEM离散元仿真模拟揭示了蚯蚓分离关键过程中的动力学机制。结果表明：本研究所提出的分离工艺可较好实现蚯蚓、蚯蚓粪的分离和集中收获,动态斜面在蚯蚓-蚯蚓粪分离过程中起关键作用,利用了蚯蚓体表液膜接触粘附摩擦特性强,易粘附于斜面,而动态斜面作用下蚯蚓粪滚动摩擦力小的特性,蚯蚓与蚯蚓粪抛落于动态斜面后因受力差异导致两者呈相反方向运动,实现分离。蚯蚓-蚯蚓粪分离收获的最优参数组合为安装锥形分离器下,分离收获斜面速度50 mm/s、倾角为30°。基于此工艺方法处置蚯蚓粪-蚯蚓混合物料10 kg耗时55.36 s,在蚯蚓收获区的蚯蚓收获率为（81.50±5.55）%,蚯蚓粪含杂率接近于0,物料总收获率为（96.56±1.79）%。研究结果可提高蚯蚓堆肥产物分离收获的速度与效率,为规模化蚯蚓堆肥机械装备化、减少人工作业和降低成本提供借鉴与参考。     

畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述

堆肥是畜禽粪便资源化利用的重要技术,但堆肥过程中碳氮损失会降低产品的农用价值并造成温室气体排放。堆肥过程中的污染气体排放受多种因素影响,本文综述了堆肥原料类型、辅料类型、初始C/N、含水率和通风速率对畜禽粪便堆肥过程碳氮损失和温室气体（CH₄、NH₃、N₂O）排放的影响。结果发现：48.7%的C和27.7%的N在堆肥过程中损失,其中CH₄-C损失平均占初始总碳的0.5%,NH₃-N和N₂O-N损失分别占初始总氮的18.9%和1.1%。不同种类粪便堆肥碳氮损失差异明显,猪粪和鸡粪堆肥的温室气体排放量高于牛粪和羊粪。选择富含C的辅料与畜禽粪便联合堆肥均可促进有机物降解,其中以稻草或锯末为辅料时的温室气体排放量较低。初始C/N对堆肥过程N损失影响较大,总氮、NH₃和N₂O的损失均随C/N的增加而降低,其中C/N为20~25时最适宜N素保留。初始含水率显著影响CH₄和N₂O的排放,其排放量随含水率的增加呈显著上升趋势,以含水率为60%~65%最为适宜。通风速率（以堆肥干基计）为0.1~0.2 L·kg^-1·min^-1时,CH₄排放和总碳损失较低;通风速率为0.1~0.3 L·kg^-1·min^-1时,N₂O、NH₃和总氮损失较低。因此,为降低畜禽粪便堆肥过程碳氮损失和温室气体排放量,建议采用的工艺参数为：通风速率0.1~0.3 L·kg^-1·min^-1、含水率60%~65%、C/N为20~25。     

双氰胺和氢醌添加对堆肥温室气体排放的影响

为实现畜禽粪便堆肥过程温室气体和NH₃的同步减排,在添加一定氢醌的基础上,探究双氰胺添加比例和添加时间对堆肥温室气体和NH₃排放的影响。以猪粪和玉米秸秆为堆肥原料,设置5个堆肥处理：对照处理,添加0.03%氢醌处理,在氢醌的基础上第19 d添加0.1%的双氰胺处理、第0 d添加0.2%的双氰胺处理和第0 d与19 d各添加0.1%的双氰胺处理。在60 L的发酵罐中进行40 d的堆肥试验。结果表明：添加干质量0.1%~0.2%的双氰胺和0.03%的氢醌并未对猪粪堆肥腐熟度造成影响;氢醌作为脲酶抑制剂对堆肥NH₃和温室气体排放影响较小,在此基础上添加双氰胺可减少8.88%~12.94%的NH₃排放、6.79%~13.55%的CH₄排放和24.71%~35.83%的N₂O排放,总温室效应可降低18.61%~19.97%。考虑到经济成本和减排效果,建议在堆肥降温期添加双氰胺。     

Fe2O3对鸡粪堆肥过程中含硫臭气排放的影响

本文以新鲜鸡粪和玉米秸秆为原料,在60 L密闭式发酵罐内进行联合好氧堆肥,研究了Fe₂O₃作为添加剂对鸡粪堆肥含硫臭气排放和堆肥产品腐熟度的影响。研究结果表明,在为期35 d的堆肥过程中,两处理的高温期（≥ 50℃）均持续10 d以上,满足堆肥产品无害化要求;种子发芽率指数（GI）均超过70%,达到完全腐熟,添加Fe₂O₃不会影响堆肥温度和堆肥产品腐熟度。鸡粪堆肥添加Fe₂O₃可有效降低含硫臭气排放,可使鸡粪堆肥过程中硫化氢（H₂S）、二甲基二硫醚（Me₂SS）和甲硫醚（Me₂S）分别减少38.81%、73.59%和42.59%,累计减少总硫损失63.17%。总体而言,外源添加Fe₂O₃不会影响堆肥进程和腐熟度,可显著降低含硫臭气排放,增加产品中硫含量。     

基于添加剂使用的污泥堆肥厂经济效益分析

基于原位控制理念的外源添加剂可有效控制堆肥过程中污染气体的产生,同时提高堆肥产品养分含量,但其在工厂尺度应用的经济效益仍不明确。本文以内蒙古通辽市某污水处理厂为例,对不同堆肥模式情景以及外源添加剂使用进行系统的经济效益分析。结果表明:处理量较大的条垛式自然通风堆肥工艺(配套WT36型翻堆机)具有相对较低的基础设施投资费用和运行管理成本。不同堆肥工艺不添加外源材料的堆肥产品生产成本为314.93~349.85元·t^-1;使用磷石膏可使堆肥生产成本降低约6元·t^-1;磷石膏与双氰胺混合添加、仅使用过磷酸钙、过磷酸钙与双氰胺混合添加时生产成本升高5.0%~16.2%。堆肥产品销售可以补偿污泥堆肥处理成本,使污泥堆肥达到微利水平。采用大规模的条垛式自然通风且添加磷石膏的堆肥工艺经济效益最优,产投比达到3.22,投资回收期最短,可在3年2个月收回项目静态投资总额。因此,以磷石膏为外源添加剂并采用大规模条垛式自然通风工艺的污泥堆肥工厂化应用具有经济可行性。     

规模养猪场粪便堆肥处理生命周期评价实例分析

以北京郊区某规模化养猪场现有堆肥系统为例,运用生命周期评价方法,以养猪场现行堆肥工艺为参比,以4种不同翻堆频率条件下的条垛式堆肥工艺作为备选方案,对该养猪场粪便不同堆肥处理情景的环境影响进行系统对比分析。结果表明,每处理1 t新鲜猪粪的化石能源损耗潜力为80.8~221.5 MJ;堆肥氨挥发排放对系统总酸化效应和富营养化效应贡献率均达96%以上;CO2和N2O等温室气体排放对总温室效应的贡献分别为58%~88%和8%~35%。能源投入和气体排放是猪粪堆肥生命周期环境影响的关键因素,实践生产中应注重使用清洁能源,并结合工艺特点采用氨挥发与温室气体减排技术,减少堆肥生产过程的环境污染。     

含水率对羊粪堆肥腐熟度及污染气体排放的影响

为了优化羊粪好氧堆肥的工艺条件，研究初始含水率对羊粪堆肥腐熟度及污染气体排放的影响。本文以高湿新鲜羊粪为堆肥原料（含水率为75%），添加玉米秸秆调节初始物料含水率分别为70%、65%、60%和55%，堆肥在60 L密闭发酵罐中共持续35 d。结果表明：75%含水率羊粪堆体单独不能顺利启动升温，且在试验期间释放了大量的甲烷和氧化亚氮等温室气体，在所有处理中产生的总温室效应最大（41.4 g/kg）。玉米秸秆与羊粪联合均能成功启动堆肥过程，且堆肥产品均可以达到无害化卫生要求和腐熟标准。其中初始含水率为65%时，堆体不仅高温期持续时间长，且有机质降解程度高，物料干质量降解率达45%，同时比其他处理可降低4.81%～16.99%的总氮损失和7.56%～48.62%的总温室气体排放量。因此，在羊粪和玉米秸秆联合堆肥时，初始含水率65%左右为最佳条件。