牛粪好氧发酵挥发性物质排放特征及恶臭物质分析

不同原料好氧发酵产生的臭气物质组分和浓度存在差异。以牛粪和玉米秸秆为原料研究好氧发酵过程挥发性有机物（Volatile Organic Compound,VOCs）的产排特征及主要致臭物质,开展牛粪好氧发酵试验,采用气相色谱-质谱法分析测定发酵升温期、高温期、降温期及腐熟期等不同发酵阶段的VOCs组分和浓度,硼酸溶液吸收,盐酸滴定法测定NH3,便携式检测器（Tion NH3-H2S 300 G）测定H2S,3点比较式臭袋法测定不同发酵阶段臭气浓度。结果表明,牛粪好氧发酵过程中共检出31种VOCs,其中含硫化合物4种,醇类1种,酯类1种,酮类1种,卤代烃4种,苯系物9种,烷烃类8种,烯烃3种;在好氧发酵高温期臭气浓度最高为724（无量纲）,VOCs产生与排放主要在高温期。基于恶臭污染排放标准和恶臭物质气味活度值,并结合各物质检出率、GS-MS图谱及相关性分析,发现NH3、H2S、甲硫醚是牛粪好氧发酵过程的主要致臭物质;其次芳香族化合物对臭气浓度贡献也相对较大,应进行重点监测与控制。该研究可为牛粪好氧发酵过程臭气物质减控提供理论支撑。     

病死猪辅热快速好氧发酵工艺参数优化与装备研制

将病死猪、辅料拌合后加入发酵菌种,在50～70℃条件下进行辅热快速好氧发酵处理,可在短时间内将病死猪转化为干颗粒物料。为了优化发酵工艺参数,提高发酵处理质量,该文采用辅热快速好氧发酵试验装置,以猪死胎为原料、麸皮为辅料,选取通风量和温度为试验因素,以产物的总游离氨基酸(free amino acid,FAA)质量分数、含水率、粒度分布和pH值作为试验指标,开展了病死猪辅热快速好氧发酵处理试验。发酵温度选取50、60和70℃3个水平,通风量选取8、9和10 L/(L·min) 3个水平。结果表明,发酵温度60℃、通风量10 L/(L·min)时处理效果最佳。在此基础上,设计并试制了一台处理能力为150kg/批的病死猪辅热快速好氧发酵处理设备,并进行了初步试验。设定通风量为10 L/(L·min),发酵温度为60℃,发酵3d后物料中的FAA质量分数为20.74g/kg,含水率为14%左右,pH值为5.4,88.89%能通过4.75 mm编织筛,未检出大肠杆菌,平均每处理1 kg病死猪的能耗为2.37 kW?h。试验结果表明,试制的装备能在3 d内将冰冻状态的病死猪无害化处理转变为干颗粒物料,处理产物能满足后续有机肥生产的要求。     

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。     

生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。     

牛粪和玉米秸秆混合堆肥好氧发酵菌剂筛选

为筛选出适合牛粪和秸秆混合物料快速发酵的微生物菌剂,采用槽式堆肥方法,通过设置不接菌种、接种菌剂M1、M2、M3共4个处理,以发酵温度、pH值、发芽指数、有机质、氮、磷、钾等为评价指标,研究菌剂M1、M2、M3对堆肥发酵过程的影响。结果表明:接种菌剂处理达到50℃时间比不接种处理提前4 d,高温维持时间延长10～12 d,接种菌剂处理堆温在50℃以上时间持续了24 d,达到了GB/T 7959-2012标准;发酵过程中接种处理的p H值低于对照,pH值呈现下降、上升、下降、平稳的趋势;接种M1、M2处理的油菜发芽指数达到100%;C/N逐渐下降,30 d时接种处理由最初的27.75∶1下降到14.47∶1～17.27∶1,而对照仅下降到20.55∶1;堆肥结束时,菌剂处理的有机质、N+P_2O_5+K_2O含量与NY525-2012标准接近,发酵产物适合做生产商品有机肥的原料。综合各项指标,菌剂1和菌剂2的发酵效果优于菌剂3,菌剂1和菌剂2更适合牛粪和秸秆混合物料发酵。     

牛粪和秸秆好氧发酵堆肥的初始条件研究

为了研究堆肥混合物料不同初始含水率、C/N值和秸秆粉碎尺寸等因素对牛粪好氧堆肥的影响,找出各因素的最佳配比参数,以期能够科学有效地指导畜禽养殖场或有机肥生产厂家开展牛粪、秸秆的资源化再利用。提出了以新鲜牛粪和小麦秸秆为堆肥原料和辅料,在添加微生物发酵菌剂的基础上,对上述3因素进行人工调控,并设计分组对比试验,依据相关标准从堆体温度、全养分(N、P_2O_5、K_2O)等指标进行验证。结果表明:试验过程中,各组发酵温度≥45℃以上的时间均大于14 d,满足NY/T 1168—2006 《畜禽粪便无害化处理技术规范》的安全卫生要求;在牛粪好氧发酵堆肥时,添加粉碎后的小麦秸秆不仅能够良好的调节水分、C/N,还能作为结构调理剂,增加混合堆体的粒度和孔隙率。试验结果表明,堆体初始含水率在60%左右,C/N在30∶1左右,小麦秸秆粉碎尺寸≤1 cm的条件下堆肥效果最佳。     

猪粪好氧发酵过程中挥发性有机物组分分析及致臭因子的确定

为了控制猪粪好氧发酵中产生的挥发性有机物(volatile organic compounds)及主要致臭物质,开展了猪粪好氧发酵试验,通过连续监测猪粪好氧发酵过程中所排放的挥发性气体,研究猪粪好氧发酵中产生的VOCs组分及其致臭因子。研究表明,在猪粪好氧发酵过程中共产生33种挥发性物质,除氨气和硫化氢外,共有31种VOCs,包括芳香烃12种,醛类8种,硫醇硫醚类4种,卤代烃4种,酮类2种,胺类1种;猪粪好氧发酵中主要致臭物质为:二甲二硫、甲硫醚、二甲三硫、乙醛和硫化氢,并建议将甲硫醚作为猪粪好氧发酵中产生的恶臭污染指示物。该研究可为猪粪堆肥过程中恶臭物质的监测、制定控制策略提供参考。     

添加复合菌剂好氧发酵牛粪生产生物肥料的工艺优化

以新鲜牛粪和稻壳粉为发酵原料,进行牛粪好氧发酵试验,探讨生物有机肥生产的最佳工艺条件。首先选择复合微生物菌剂接种量、原料含水率、C/N比、翻堆次数4个因素进行单因素试验研究,初步确定四个因素的最适范围,然后对四个因素进行正交优化试验,确定最佳发酵工艺参数。在一次发酵结束后,加入固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等有益微生物,通过测定二次发酵过程中有益微生物的变化情况,确定二次发酵终止时间。试验结果表明,一次发酵的最优工艺参数为原料含水率65%,C/N 30︰1,菌剂接种量3.5‰,翻堆次数4 d一次。在一次发酵15 d后加入固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等有益微生物,发酵6 d,三种菌的活菌数达到稳定,可终止发酵。在此工艺条件下,物料升温快,最高温度高,高温持续时间长,腐熟度高,发酵周期缩短,生物有机肥中活菌数达到5.2×109 cfu/g,发芽指数为96.8%。     

基于微好氧同步预升温的序批式厌氧干发酵特性

序批式厌氧干发酵是规模化处理农业农村废弃物生产清洁能源的重要技术,存在物料分解速率低、运行能耗高、传质传热不均匀等突出问题,制约甲烷产率的提高。该研究通过调节发酵初期反应器溶氧浓度,建立微好氧同步预升温高效序批式厌氧干发酵体系,进一步研究微好氧状态下物料自升温、分解、中间产物性质,以及关键微生物群落对促进物料升温及甲烷生产的作用机制。结果表明：微好氧环境使物料升温速率提高27.12%,产甲烷过程不依靠外源加热温度仍可保持在42.48 ℃以上。发酵初始阶段的少量曝气使厌氧发酵过程中间产物转化效率显著提升（P<0.05）,特别是丙酸积累含量下降了82.63%,累积沼气和甲烷产量分别提高了56.76%和41.79%。细菌Bacteroidales、Clostridiales和古菌Methanosarcina、Methanobacterium有利于促进微好氧同步预升温和甲烷生产效率提升,并与降解率和有机酸浓度具有显著的相关性。该研究可为探索序批式厌氧干发酵实际工程高效调控工艺提供理论基础。     

滚筒式沼渣好氧发酵反应器中试装置设计与性能试验

针对沼渣好氧发酵反应器存在制肥周期长、水分脱除难等问题,该研究设计了一种滚筒式沼渣好氧发酵反应器中试装置,包括原料预处理、好氧发酵、生物除臭以及反应器控制单元。根据生物学及热力学原理,设计了好氧发酵滚筒、曝气系统等关键部件。该反应器内置3种类型抄板,盛料腔体容积为500 L;曝气采用"变频供风-可控加热-扇形布气-分段曝气"技术;集成生物除臭系统和反应器控制系统。通过好氧发酵性能试验并经物理、化学和生物学指标综合评价,结果表明,实现沼渣快速制肥,高温期持续7d,连续发酵15d后即可达到无害化和腐熟要求,油菜种子发芽指数达到90%,含水率降至30%以下。该研究为沼渣制肥装备产业化应用奠定基础。     

糖蜜酒精废液蔗渣吸附发酵产物饲喂生长肥育猪的效果研究

选择平均体重约3 0 kg的杜长大三元杂交断奶仔猪70头,随机分成对照组和试验 、 、 、 组,进行为期86d (生长期3 3 d,肥育期5 3 d)的饲养试验。试验处理为:对照组全期饲粮不用糖蜜酒精废液蔗渣吸附发酵产物( MABFP) ,试验 、 、 、 组生长期饲粮分别使用2 %、4%、6%和8%的MABFP;肥育期饲粮分别使用4%、8%、1 2 %和1 6%的MABFP。每期的试验组和对照组均为等能等蛋白质饲粮。饲养试验结果表明:生长期,试验各组的日增重和饲料效率与对照组无显著差异( P>0 .0 5 ) ;肥育期,试验 、组日增重与对照组无显著差异( P>0 .0 5 ) , 、 组日增重低于对照组( P<0 .0 5 ) ;肥育期以及试验全期各试验组饲料效率有所降低。血清生化指标及胴体品质的分析结果表明:生长肥育猪饲粮使用MABFP,对猪血清生化指标、组织器官生理功能、肉猪胴体指标和猪肉品质等无不良影响。综上所述,MABFP可做生长肥育猪配合饲料的原料,建议其用量以6%～8%为宜,同时注意适当补充必需氨基酸     

糖蜜酒精废液蔗渣吸附发酵产物用作猪饲料的营养价值评定

选取三元杂交去势公猪4头,在体重25～35kg和45～60kg两个阶段采用全收粪(尿)法各测一次糖蜜酒精废液蔗渣吸附发酵产物(MABFP)中养分的表观消化率、消化能和蛋白质生物学价值。结果表明,25～35kg阶段,MABFP的粗蛋白(CP)、粗纤维(CF)、粗脂肪(EE)和无氮浸出物(NFE)的表观消化率分别为48.5%,22.35%,92.61%和66.06%,表观消化能(DE)为9.44MJ/kg;45～60kg阶段,MABFP的CP、CF、EE、NFE的表观消化率分别为60.27%,46.43%,88.39%和77.24%,DE为10.88MJ/kg。两阶段CP、CF和NFE的表观消化率差异显著(P<0.05);45～60kg阶段,组氨酸、赖氨酸和丙氨酸的表观消化率显著高于25～35kg阶段的(P<0.05)。其它氨基酸的消化率两阶段之间无明显差异。前后两阶段MABFP的氮沉积率依次为14.32%和28.71%;蛋白质表观生物学价值依次为54.56%和57.06%。