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17.33t/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×2m(长×宽×深),粪污存储期9个月,所需贮存池数量为5个,总容积10200m³;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127.0hm²。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。     

规模化肉牛场粪污收集与堆肥处理工艺设计

针对规模化肉牛场粪污的收集与处理问题,以干清粪工艺为研究对象,总结归纳了规模化肉牛场粪污收集量的计算公式,并以1万头肉牛养殖场为例计算了粪污的产生和收集量,在此基础上选取了堆肥技术处理牛粪,进行了牛粪堆肥处理工艺设计。结果表明:干清粪工艺下规模化肉牛场粪污收集量可由公式直接算出,粪污收集率系数为0.83。养殖规模为1万头的肉牛养殖场,每天的粪尿收集量为150 t,含水率为82%。日处理210 t原料(牛粪150 t+辅料60 t,含水率60%),可产生含水率35%的堆肥产品93.04 t;堆肥项目主要土建工程占地面积为17 738 m2,采用连续动态好氧堆肥处理工艺和配套设备后,实现了整个系统的自动化运行。     

规模化养猪场粪污处理工程设计

根据循环经济和可持续发展的理念,以实现资源和能源利用的最大化为原则,提出了以固液分离机与厌氧中温发酵工艺技术相结合的规模化畜禽养殖场污水综合治理方法。结合福建省南平市大横农业生态园区大型养猪场污水治理工程实践,表明该技术可以解决禽畜养殖业的废水污染问题。处理后水质：COD_Cr为367 mg·L^-1、BOD₅为132 mg·L^-1、SS为169 mg·L^-1、NH₃-N为76 mg·L^-1,均符合国家《畜禽养殖业污染物排放标准》规定的要求,而且工程运行效果稳定,经济效益和生态效益显著。     

规模化养猪场粪污治理概述

规模化养猪场排放的大量粪污含有氮磷钾等农业营养物质,也含有氨气、硫化氢等有害气体,不仅污染环境,也影响生猪生产。提高饲料利用率,采用生物菌制剂可降低臭气的排放;利用生物处理和工程处理,可减少粪污的排放量,提高处理效果     

畜禽养殖废弃物贮存设施的设计

粪便贮存是废弃物农田利用和无害化处理的关键环节之一,该文对畜禽养殖粪便污水贮存设施设计过程中的选址、基本参数确定、如何防渗等进行了论述,提出优化设计方法,为资源化处理粪便的肥料利用成为可能,该设计运行费用低,使用方便,且能取得良好的经济效益,环境效益。设计可供畜牧环境工程设计和管理人员参考。     

畜禽养殖废弃物贮存设施的设计

粪便贮存是废弃物农田利用和无害化处理的关键环节之一，该文对畜禽养殖粪便污水贮存设施设计过程中的选址、基本参数确定、如何防渗等进行了论述，提出优化设计方法，为资源化处理粪便的肥料利用成为可能，该设计运行费用低，使用方便，且能取得良好的经济效益，环境效益。设计可供畜牧环境工程设计和管理人员参考。     

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。     

规模化养猪场粪污综合处理的试验研究

该文应用“厌氧发酵＋延时曝气活性污泥法”处理工艺并辅以投加生物制剂等措施对猪场粪污进行处理。试验结果表明,经过该工艺处理后,猪粪中的蛔虫卵死亡率达到99%,大肠杆菌为零(未检出),除有机碳外,其余营养元素基本没有损失,完全达到了《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596—2001)规定的畜禽养殖业废渣无害化环境标准要求;COD_Cr、BOD₅、SS和NH₃-N的去除率分别达到96.7%、98.6%、99.5%和99.4%的较高水平,处理水达到了《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的二级标准。     

规模化养猪场粪污循环利用技术集成与模式构建研究

简述全国及福建的生猪养殖发展现状与粪污产生量,并根据循环经济的“3R”理论,构建了以规模化生猪养殖为源头,通过技术集成,拓宽粪污循环利用产业链,发展粪污治理、沼气能源、食用菌、种植业、有机肥料、养鱼等产业,解决了规模化养猪场区域内部各产业产生的“废弃物”再利用问题。福建省福清星源农牧开发有限公司应用该模式建成的粪污循环利用产业链运行结果表明,各产业充分利用上游产业排放的“废弃物”,年节省各种原料投入达105万元,并解决了规模化养猪场粪污治理,污水经过各层次利用后作为冲栏回用,最终在系统内部实现了粪污全价再利用,达到污染物“零”排放的目标。     

规模化猪场粪污处理工艺的研究

在国内外猪场粪污处理工艺调研的基础上，通过对粪污粒径分布、沉降性能和气浮工艺适用性的试验研究，确定了一种先进实用、可靠、易行的猪场粪污达标排放的处理工艺。     

规模化猪场固体粪便收集系数与成分测定

为初步探讨规模化猪场不同饲养阶段固体粪便的实际收集量,该文选择北京一典型规模化猪场,定期对采用干清粪工艺的保育猪、育肥猪、妊娠母猪和分娩母猪的固体粪便日收集系数进行测量和相关成分测定,为估算规模化猪场固体粪便收集量和相关污染负荷提供依据。结果表明:妊娠后期母猪,妊娠前期母猪,分娩母猪、育肥猪和保育猪的固体粪便平均收集系数分别为(2．19±1．10),(1．22±0．3),(1．27±0．32),(0．75±0．26)和(0．47±0．14)kg·d~(-1)·头~(-1);各饲养阶段的新鲜固体粪便的含水率基本一致,平均含水率为66％;保育猪和育肥猪的粪便挥发性固体平均含量(干基)为81．8％,分娩母猪与妊娠前期和妊娠后期母猪固体粪便挥发性固体平均含量为(干基)74．4％;保育猪与育肥猪的固体粪便有机物和大部分重金属含量比妊娠母猪和分娩母猪高。     

接种微生物菌剂对猪粪堆肥的效果研究

研究了接种微生物菌剂对猪粪堆肥的效果。结果表明,添加菌剂堆肥温度第4 d达到50℃,50℃以上持续时间达10 d,第25 d粪大肠菌群值减少到102个/g,种子发芽指数达89%,NH4 -N含量为64.9 mg/kg,C/N下降为18.6∶1,上述指标均达到腐熟要求;对照堆肥温度第7 d达到50℃,50℃以上持续时间为4 d,第25 d粪大肠菌群值为9.6×103个/g,NH4 -N含量为916 mg/kg,C/N为21.0∶1,种子发芽指数为46.5%,均未达到腐熟要求。说明接种微生物菌剂能明显加速堆肥的腐熟进程。     

基于热重法的干清猪粪直接燃烧特性分析

为了研究猪粪直接燃烧供能的可行性,该文测定了干清粪方式收集的玉米-豆粕日粮型猪粪的含水率、纤维素、半纤维素和木质素含量以及发热量;采用热重法测定了猪粪的热重曲线(thermogravimetric curves,TG curves)、微分热重曲线(diffenrential thermogravimetric curves,DTG curves),分析了猪粪的可燃性指数、燃烧稳定性指数、综合燃烧特性指数。结果表明:新鲜猪粪含水率在74.28%~76.75%;高位发热量为16.72~17.65 MJ/kg,低位发热量为14.24~15.34 MJ/kg;热重分析表明猪粪可燃性指数为(1.552~1.652)×10-5 mg/(min·℃2),燃烧稳定性指数为(1.393~1.466)×10-6 mg/(min·℃2),综合燃烧特性指数为(6.480~7.305)×10-9 mg2/(min2·℃3)。猪粪球能在锅炉内良好燃烧,呈现明显的挥发分燃烧状态。研究的结果为猪粪直接燃烧供能提供了依据和参考。     

水热预处理对猪粪厌氧消化系统中磺胺嘧啶降解的影响

为进一步了解水热预处理对猪粪连续厌氧消化过程中磺胺嘧啶（sulfadiazine, SDZ）降解机制的影响,以及对厌氧消化系统性能的影响效果。该研究以猪粪为对象,对比研究了水热预处理对厌氧发酵模式下SDZ的降解变化规律与途径及其对猪粪产气性能的影响。研究结果表明：水热预处理（150 ℃）使中温连续厌氧反应器中的SDZ的综合去除率显著提升（P <0.05）,由40.5%～58.5%提高到54.4%～75.2%;并且通过中间降解产物推测SDZ的生物降解途径主要包括SDZ水解、羟基化、硫脱氧、氨基氧化、嘧啶环裂解等;在厌氧消化性能方面,水热预处理使稳定运行后反应器的日产沼气量提高了约34.05%（P <0.05）。此外,对反应器中微生物群落分析后,发现Syntrophomonas、Sedimentibacter与SDZ的降解高度相关,并且经过水热预处理后Sedimentibacter的相对丰度较未水热预处理显著提升。因此,水热预处理耦合厌氧消化工艺具有同步提高SDZ降解和厌氧消化性能的作用,有助于进一步提高沼液的生态安全性。     

猪粪氮素有效性与替代化肥氮当量研究

采用温室盆栽试验,初步研究了猪粪氮素的有效性和替代氮肥的替代当量,并结合田间试验对等有效氮条件下有机无机配施与单施化肥的效果进行了比较。盆栽试验表明,随着猪粪用量的增加,氮素回收率逐渐降低,回收率为22.5%～38.3%,平均30.6%。当猪粪用量为N 120 mg/kg时,其氮素相对于化肥的相对有效性为27%。不同用量下猪粪的替代氮肥当量也具有一定差异,相对替代当量为24.0%～40.8%,平均32.9%。田间试验表明,利用猪粪中的有效氮替代30%的化肥氮对春玉米干物质和籽粒产量以及氮素吸收量没有影响,与100%化肥氮处理相当。     

基于EDEM的猪粪接触参数标定

为准确快速获得畜禽粪便的接触参数,该研究通过物理堆积试验与仿真方法对猪粪接触参数进行了标定。测定了不同含水率下猪粪的堆积角,建立了含水率与堆积角的回归方程;基于Hertz-Mindlin with JKR球体粘结模型,进行了离散元仿真模拟;采用筛选试验设计（Plackett-Burman Design,P-BD）对10个初始参数进行了筛选,发现JKR（Johnso-Kendall-Roberts）表面能、颗粒间滚动摩擦系数、颗粒间碰撞恢复系数对猪粪堆积角影响显著;并根据响应曲面试验设计（Box-Behnken Design,B-BD）建立了堆积角与显著性参数的二阶回归模型,得到了3个显著性参数值分别为JKR表面能0.03 J/m2、颗粒间滚动摩擦系数0.27、颗粒间碰撞恢复系数0.54;将仿真所得堆积角与物理试验值进行对比验证,相对误差为4.27%。结果表明,该研究提出的标定方法能准确模拟物理堆积试验,可为畜禽粪便接触参数的标定提供参考。     

海泡石添加对猪粪堆肥腐熟和水溶性有机质的影响

为明确黏土矿物的投加对畜禽粪便堆肥腐熟和稳定化的影响,该研究以猪粪和杨木木屑为原料,探究添加海泡石对堆肥基本理化性质、不同成分有机质含量以及溶解性有机质（Dissolved Organic Matter,DOM）结构的影响。结果表明,添加海泡石后堆体最高温度比对照有所下降且电导率上升9.69%,而C/N则降低2.81%,同时种子发芽指数提高11.96%,显示腐熟状况更好;DOM含量降低7.84%而胡敏酸占比提高9.71%,使得堆体有机质更加稳定。荧光光谱分析表明,添加海泡石堆体DOM的荧光谱图中,长波长的峰强在较短时间内出现了明显增加;三维荧光光谱-平行因子分析显示,添加海泡石增加了堆体中高芳香性组分的占比。相关性分析结果表明,添加海泡石后,高芳香性组分与总有机碳之间相关性更为显著,说明海泡石在碳素分解的同时促进了其聚合,从而出现了胡敏酸与高芳香性荧光组分的增长。添加海泡石既能促进堆体腐熟,又可转化调控碳素进而提高堆体稳定性,有利于堆肥的后续农田施用。     

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)。