规模化养殖场粪水沼气处理技术的研究和实践

该文总结了20余年关于养殖场粪水厌氧处理技术的研究开发工作和30余个工程的实践经验，介绍了中国畜禽粪水厌氧处理的现状，详细分析了各类处理技术的技术要点、适用范围、研究和应用现状，并就实际工程的建设和运行提出了具体的措施和意见。     

畜禽养殖场沼气工程建设项目环境影响评价探讨

随着我国农牧业的迅猛发展,畜禽养殖产生的污染已经成为我国农村污染的主要来源,由此产生的污染事故和纠纷时有发生。作为畜禽粪便的一种处理、变废为宝以及防治农村面源污染的有效手段,随着我国建设社会主义新农村的实际需要,以及对畜禽养殖场沼气工程类建设项目的大力扶持和推广,该类工程建设日益增多。为了有效解决农村经济发展与环境保护的矛盾,充分发挥环境影响评价的重要作用,促进畜牧业的可持续发展,本文根据作者从事畜禽养殖场沼气工程类建设项目环境影响评价实际工作的一些体会,就畜禽养殖场沼气工程项目的环境影响因子识别、评价重点、评价难点、实际运行中存在的一些问题、环境监管等提出了一些体会。     

我国集约化畜禽养殖场粪便处理利用现状及展望

针对我国集约化畜禽养殖场固体粪便污染日益严重的现状,通过广泛调研,综合介绍和评述了目前国内采用的畜禽粪便无害化处理,资源化利用的方法技术,在此基础上提出了有关改进建议和设桢,作者还特别对畜禽粪处理发展方向的生物技术和各种综合利用技术等提出了新见解。     

辅热集箱式畜禽粪便沼气系统研究

设计了一种新型厌氧发酵系统——辅热集箱式畜禽粪便沼气系统,该系统采用太阳能和生物质辅助加热方式,由若干个集箱式发酵单元组成,可根据养殖规模集装成50、100、200、300、500 m³等不同规模的沼气工程。并在其应用示范工程上完成了运行试验和技术经济评价,结果表明,该系统池容平均产气率为0.80 m³/(m³·d),所产沼气的热值为25.40 MJ/m³,处理后的猪粪污水COD浓度由36500 mg/L降至6500 mg/L,去除率达82.2%,悬浮物浓度由17000 mg/L降至1900 mg/L,去除率达88.8%;其净现值为183530.5元,静态投资回收期为3.58 a。该技术及其成套设备的技术经济可行性较高,具有商业化前景。     

规模化养殖场畜禽粪污处理综合评价指标体系构建与应用

该研究针对当前规模化养殖场畜禽粪污处理技术模式区域差异大、缺乏综合效益评价等问题,以规模化畜禽养殖场为研究对象,从规划布局、粪污收储运、高效处理转化、农田利用的全链条出发,应用层次分析法构建了一套全面衡量畜禽粪污处理的综合评价指标体系,涵盖技术、经济、环境3个方面,包括3个一级指标、6个二级指标和15个三级指标,并运用该指标体系对中国3个主要奶牛养殖区6种粪污处理技术模式进行评价比较。结果表明:东北地区宜采用前分离肥料模式和前分离垫料模式,西北地区宜采用肥料模式和前分离垫料模式,华北地区宜采用厌氧发酵模式。进一步以河北某规模化奶牛养殖场为例进行应用分析表明,该养殖场的粪污处理水平达到了良好水平,与实际情况相符。该指标体系能够客观评价规模化养殖场畜禽粪污处理的综合效益,且能根据评价情况给出优化改进建议,具有实践指导性和可操作性,可为粪污处理工程建设和综合效益评价提供方法体系和理论支撑。     

中国畜禽粪便资源量评估相关参数取值商榷

畜禽粪便是重要的有机废弃物资源,但长久以来一直没有关于畜禽粪便资源量评估参数取值的系统性研究,因此该文旨在研究确定各种畜禽的年饲养周期、粪便含水率、养殖规模化系数的合理取值。该研究通过搜集1995年以来的国内外发表的相关文献获得这3个系数的取值,讨论并分析了前人取值的合理性与可靠性,纠正了可能存在的取值误区。最终确定了猪的年饲养周期为179 d,兔的年饲养周期为147 d,肉鸡、肉鸭和鹅的年饲养周期分别为59、59和80 d,而役用牛、肉牛、奶牛、羊、马、驴、骡、骆驼、蛋鸡以及蛋鸭的年饲养周期为365 d。各类畜禽粪便的含水率在51.0%～84.2%之间,其中鸭粪便含水率最低,猪粪便含水率最高。2015―2016年各主要畜禽的平均养殖规模化系数在28.1%～74.1%之间。该研究的结果将有助于更加准确地评估中国畜禽粪便的资源量,促进畜禽粪便的资源化利用的产业发展。     

规模化养牛场粪便处理生命周期评价

以某规模化养牛场为例,应用生命周期评价方法,对畜禽粪便两种不同处理方式进行生命周期污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,畜禽粪便处理过程中主要的环境影响类型是全球变暖,其次是环境酸化和富营养化。其中好氧堆肥工艺的环境酸化和富营养化潜力大于厌氧发酵处理工艺,厌氧发酵工艺全球变暖潜力大于好氧堆肥。综合比较,厌氧发酵的环境影响优于好氧堆肥,其环境影响综合指数分别为0.011 2、0.024 3,该养殖场宜采用厌氧发酵工艺处理畜禽粪便。     

规模养殖畜禽粪便污染物监测与评价

对奶牛、猪、禽规模养殖30个粪便样品,监测9个不同参数,在单项与综合指数评价基础上,提出预警级率与污染级率参数,进行不同评价依据与方法的筛选分析。结果表明:粪便主要污染因子按大小顺序生猪为铜>总磷>铁>氨氮>总氮,奶牛为铁>总氮>氨氮>总磷>铜,家禽为总氮>总磷>氨氮>铁>铜。其中均以生猪的污染综合指数与单项指数最高,预警级率与污染级率评价,也以生猪最高,分别为47%和24%,均极显著高于奶牛与家禽(P<0.01)。确立总氮3%、氨氮0.8%、总磷1.5%、铜65mg·kg-1、铁1500mg·kg-1、、镉0.3mg·kg-1的污染限值,经线性模型与线性概率因子分析,以铜、铁、总磷、汞、镉为主要影响因子。     

江苏省畜禽粪便污染现状及其风险评价

采用2004年畜禽养殖量数据,利用各类畜禽粪便日排泄系数估算畜禽粪便量,在此基础上计算江苏省各地畜禽粪便农田负荷量,并对各地畜禽粪便污染现状进行评价。结果显示,江苏省畜禽粪便年产生量已达6825万t;畜禽粪便农田年负荷量平均为14.9 t/hm2,污染风险指数平均为0.33,南通、盐城与徐州3市超过环境预警值,属污染最严重区;受养殖业布局的影响,全省畜禽粪便污染严重地区大多靠近水体,对江苏省水环境质量产生威胁。     

规模化畜禽养殖场环境影响评价问题探讨

从恶臭污染物排放执行标准和防护距离确定2个方面对规模化畜禽养殖场环境影响评价中存在的问题进行了分析。通过对现行的恶臭污染物排放标准与质量标准以及相关规范的分析,提出了环境影响评价中臭气浓度达标排放论证的建议标准值;从大气防护距离和卫生防护距离设定依据、方法以及防护距离确定过程中存在的技术问题进行了分析与探讨,提出了环境影响评价中确定养殖场防护距离的建议方案。     

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。     

猪粪对秸秆一体化两相厌氧产气的影响

为了研究秸秆与猪粪混合物在一体化两相厌氧消化工艺中的可行性,该文研究了中温条件下,在玉米秸秆原料中添加不同比例的猪粪,对秸秆一体化两相（combined two phase）厌氧消化工艺的影响,同时研究CTP反应器中上、中、下部发酵后物料的产气潜力,以解析CTP中不同部位物料的发酵情况。试验结果表明：添加猪粪可将以纯秸秆为原料的产气量从314 L显著提高至500 L左右,但会影响反应过程中的pH值、产气和产酸的稳定性,添加体积比为20%的猪粪更能促进发酵性能;CTP反应器不同部位产气潜力试验表明,中部产气量最低,以水解酸化过程为主,下部的产气量最高,以产甲烷过程,20%的猪粪体积添加量在满足CTP工艺要求的同时,更好地促进了两相分区,强化了CTP的优势。     

粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响

弄清粪草比对干式厌氧发酵产气效果的影响,对改进干式厌氧工程具有重要意义。该文按A、B、C、D设计了4组试验：A组为单独猪粪,B组为单独稻草,C组为猪粪与稻草质量比2︰1,D组为猪粪与稻草质量比1︰2。试验进行了62 d,反应温度设定为（35±1）℃,各组反应的TS（总固体）浓度均为30%。结果显示,产气曲线出现拐点的时间A组在第48 d,B组在第40 d,C组在第26d,D组在第25 d。C、D两组总产气量分别为15715 mL和13186 mL。而根据A、B两组单独原料产气量推算,C、D两组的产气潜力分别为15168 mL和13838 mL。实际测量值与计算值没有显著差别。调节粪草比可以从原料转化速率方面促进发酵效率,并不能提高原料的产气潜力。因此,粪草比改善的优势可能是改良原料结构和调节原料营养,而不是改善发酵原料的转化潜力。     

麦秸生物炭添加对猪粪中温厌氧发酵产气特性的影响

为探明不同热解温度生物炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,以400、500、600℃热解制成的麦秸生物炭（BC400、BC500、BC600）为研究对象,采用批次发酵试验,探讨了生物炭添加对猪粪中温（37±1）℃厌氧发酵产气特性的影响。研究结果表明：麦秸热解生物炭可显著（P<0.05）提高猪粪发酵系统的产气潜力和甲烷含量,其影响从大到小依次为BC600>BC500>BC400。厌氧发酵49 d期间,添加生物炭处理的产气量和产甲烷量分别为260.7~288.7 mL·g-1 VS和163.7~185.5 mL·g-1 VS,较纯猪粪处理提高了77.1%~96.1%和78.1%~101.8%。同时,添加生物炭可明显提高猪粪厌氧发酵系统的消化效率（T90）,缩短厌氧发酵的延滞期。不同热解温度麦秸生物炭对猪粪厌氧消化产气特征的影响明显不同,对畜禽养殖场沼气工程运行中的物料选择和条件优化有实际的指导意义。     

湖南洞庭湖区农地畜禽粪便承载量估算及其风险评价

根据洞庭湖区畜禽养殖现状,采用排泄系数估算法测算了洞庭湖区畜禽粪便产生量,并对不同农地畜禽粪便承载量和畜禽粪便污染风险进行了评估.结果表明:2006年,洞庭湖区年产畜禽粪1 616.93万t,尿液1 248.30万t,BOD5 72.41万t,COD 79.33万t,NH3-N 7.48万t,农地畜禽粪便承载量平均为19.25 t·hm-2,风险预警值平均为0.47,仍未造成环境污染,畜禽养殖业还有较大发展空间.但个别地区的畜禽粪便已对农地造成污染,必须引起注意.     

中国东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式分析

为摸清东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式应用现状,该研究采用问卷调研与现场评估相结合的方式,对黑龙江、吉林和辽宁3省272个规模化养殖场进行了调研,分析了养殖畜种与存栏量、粪污产生量、粪污处理技术、粪污处理设施设备以及粪肥还田参数等数据,总结了东北地区畜禽粪污处理技术应用现状和资源化利用模式特点。结果表明：东北地区主要粪污收集工艺为干清粪,占比达94.35%。固体粪便以堆沤肥工艺为主,占所调研养殖场的86.93%,各畜种粪便存储设施面积符合畜禽规模化养殖场粪污资源化利用设施建设规范要求。液体粪污主要处理方式为粪水贮存,占所调研养殖场的68.18%;奶牛养殖场粪水贮存设施小于建设规范要求。东北地区粪肥还田主要种植作物为玉米,占所有种植作物的78.13%,现有配套土地面积普遍低于畜禽粪污土地承载力测算需求面积。固体粪肥主要施肥方式为人工施肥,占比达88.00%;液体粪肥主要施肥方式为漫灌和喷灌,占比分别为54.17%和37.50%。整体来看,东北地区粪污处理与资源化利用主要技术模式为“干清粪+粪便堆沤+粪水贮存”。研究结果可为东北地区粪污处理和资源化利用模式推广和政策制定提供参考。     

沼渣与畜禽粪便混合堆肥发酵效果的综合评价

采用正交试验设计方法实施了4组不同物料配比（以干质量计）沼渣与畜禽粪便混合物料堆肥试验,并采用模糊综合评价、灰色关联分析和属性识别法对其发酵效果进行了评价,为沼渣的肥料化利用提供参考。结果表明：T3（沼渣∶猪粪∶鸡粪=5.85∶8.49∶8.19）升温速率最快、高温维持时间最长,所达温度最高,T2（5.85∶7.425∶6.825）次之,T1（7.02∶7.425∶8.19）、T4（7.02∶8.49∶6.825）最差;从pH值、有机质、C/N、NH4＋-N、NH4＋-N/NO3－-N和总养分等化学指标看,T2、T3发酵效果优于T1、T4;堆肥结束后,T1、T2、T3、T4粪大肠菌值分别为1、10-1、10-2、1,发芽指数GI分别为96.72%、103.35%、98.42%、85.13%。上述3种评价方法对T1、T2、T3发酵效果评价一致：较好腐熟,但对T4评价结果分别为较好、基本和极未腐熟。综上所述,由单一指标或单一评价方法评判堆肥腐熟度有局限性。对堆肥发酵效果的评价应综合考虑物理、化学和生物学指标,对比3种评价方法原理,灰色关联分析法是评价堆肥发酵效果的较优方法。     

鸡粪发酵液培养的小球藻水热液化制备生物原油及其特性

为探索沼液资源再利用,以鸡粪沼气发酵液培养的小球藻为原料,采用水热液化技术制备生物原油。采取正交试验,在温度250~330℃、时间30~90 min及含固量15%~25%下,探讨了水热反应后各相产物特性及元素回收效率。生物原油产率为13.23%~23.83%,最高产油率在330℃、60 min、15%时取得。生物原油中碳、氢及氮回收率分别是16.13%~31.14%、19.18%~34.89%及5.97%~14.32%,最高碳回收率及最低氮回收率分别在330℃、60 min、15%及250℃、30 min、15%时获得。水热液化各相产物中,碳、氢及氮回收率在水相中占主导地位,分别为48.74%~60.43%、46.81%~62.13%及74.84%~82.67%。热重分析暗示生物原油可能适合制备润滑油。此外,GC-MS分析表明生物原油中烃类物质质量分数为16.14%~24.91%,主要为低碳链烃类,如甲苯及二氢茚等。     

微生物预处理油菜秸秆对提高沼气产量的影响

为研究微生物预处理技术对秸秆发酵制沼气的影响,采用混合菌剂对油菜秸秆进行预处理,利用红外光谱分析仪和扫描电子显微镜对预处理前后的秸秆进行分析。结果表明,混菌共发酵预处理11 d后油菜秸秆的纤维素、木质素、半纤维素降解率分别达到了37.4%、28.9%和29.9%。混菌共发酵预处理使油菜秸秆的木质纤维素内部结构发生较大改变,产生很多裂缝和空洞。以油菜秸秆为原料进行沼气发酵试验,发现预处理后的秸秆日产气量最高峰值较未处理的提高了37.6%,累计产气量提高了17.8%。由此可见,通过混合菌剂降解油菜秸秆中的纤维素、木质素和半纤维素,可促进秸秆生物质转化为沼气。     

不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响

提高农村户用沼气的产气量和秸秆等农业废弃物利用效率,是当前循环农业领域面临的主要问题。通过利用自行设计的可控性厌氧发酵装置,在室内模拟农村户用沼气发酵过程,研究在不同温度条件下作物秸秆和禽畜粪便配比以及添加尿素和纤维酶对沼气产量的影响。结果表明,20～35℃范围内,粪秆配比的产气量随温度升高而升高。35℃条件下,2.5 kg料液发酵50 d,鸡粪和秸秆配比（干物质量比）以2︰1的产气量高于其它粪秆比例,其中鸡粪与玉米秆2︰1(干物质量比)总产气量最高,达51120 mL。在发酵中期（发酵后28 d）,向2.5 kg发酵料液中添加2.5 g尿素和2.0 g纤维素酶,均显著提高沼气产量,平均增加99.8%和40.8%,且鸡粪与麦秆2︰1配比产气量增幅最大,分别为261.2%,117.3%。研究20℃粪秆厌氧发酵环境pH值动态变化,表明其呈动态变化,发酵初期pH值平均为6.8,发酵中期平均为6.4,随后缓慢回升至6.6。因此,适宜的温度,合理的秸秆配比、添加一定量酶和尿素是提高产气量的有效措施。