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。     

三价铁离子促进玉米秸秆厌氧发酵

厌氧消化是农业废弃物资源化利用的有效途径之一。微量元素是影响有机废弃物厌氧产沼气性能的重要生态因子,其中铁对有机废弃物的厌氧发酵过程的效率和稳定性作用最为显著,而通常秸秆的含铁量很低。因此,该试验以玉米秸秆为例,研究了初始FeCl3加入量分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.5%、3%、6%（基于秸秆的挥发性组分）时秸秆厌氧发酵产沼气、产甲烷过程以及沼液沼渣特征。结果表明初始FeCl3加入量为3%,秸秆的厌氧产甲烷效率相对于对照（加入量0%）提高了14%。X射线衍射分析结果表明FeCl3存在时,沼渣中纤维素的结晶度显著降低。沼渣的组分分析结果表明FeCl3的存在有助于提高玉米秸秆中纤维素及半纤维素的分解效率,从而提高了秸秆产甲烷效率。该研究可为农业废弃物甲烷化利用提供参考。     

沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分测定与分析

以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、统计分析、图像处理和Fibertec 2010&M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析。研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维中纤维素、半纤维素、木质素、灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、21.9%、15.6%和17.7%。从而得出结论：反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5%。研究结果为沼渣资源化、高值化利用技术研究奠定了基础。     

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。     

秸秆沼气化发电技术生命周期评估及经济分析

该研究基于生命周期评价方法和时间价值动态分析方法对沼气直燃发电技术、沼气燃料电池发电技术作可行性分析,并与燃煤发电技术相比,旨在综合评估三种发电技术在环境和经济上的特点,为发电方式选择提供参考依据。结果表明：沼气燃料电池发电技术环境效益最佳,总环境影响负荷为8.55×10-4,沼气直燃发电技术总环境影响负荷为2.15×10-2,两者相较于燃煤发电（2.97×10-1）的减排量分别为99.71%和92.76%。在经济上,沼气直燃发电技术的投资回收期最短（12.03 a）,运营期净现值可达1 361 246 Yuan/MW;其次是燃煤发电技术（14.5 a）,净现值为423 933 Yuan/MW;沼气燃料电池发电技术动态回收期>20 a且未实现盈余。说明沼气直燃发电技术在近期内将仍是替代燃煤发电的最佳发电技术之一。     

猪粪沼渣用作育苗基质的效果研究

为探究猪粪厌氧发酵沼气工程沼渣用作育苗基质原材料的可行性,以玉米、黄瓜、水稻为供试作物,将沼渣与草炭、蛭石按一定体积比混配为不同配方的育苗基质,布置穴盘育苗试验研究不同配方基质对作物幼苗生长的影响,通过综合评价得出不同作物育苗基质的沼渣适宜施用比例.试验以传统育苗基质(草炭:蛭石=60:40)为对照(CK),用沼渣代替...     

能源生态环保型沼气工程的实践与思考

通过分析国内外沼气工程及畜禽污染物处理技术,结合经济发达地区土地资源制约现状,提出能源生态与环保结合型沼气工程模式的定位思路;在实践中形成发酵贮液沉淀一体化混合式主体工程、节能型发酵设备运行系统、分流式污染物处理工艺、沼液沼渣多级处理利用系统、农业废弃物循环利用产业和环境友好型奶牛生态养殖模式;建议沼气工程应定位于农业基础性产业,由政府公共财政资金投资建设为主体,并实行企业化管理。     

木质纤维素生物质厌氧发酵沼渣热化学转化利用研究进展

厌氧发酵技术可以将木质纤维素生物质转化为沼气,并伴随副产物沼渣产生。随着大型沼气工程的发展,大量沼渣排放已成为厌氧发酵技术推广应用的主要限制因素之一,亟须对沼渣进行快速有效处理。其中,沼渣的热化学转化利用符合大型沼气工程发展趋势,是当前的研究热点之一。首先分析木质纤维素沼渣的原料特性与热化学转化潜力;再对沼渣成型燃料、热解以及水热炭化等领域的研究现状进行分析,着重对沼渣衍生产物特性、热化学转化过程中存在的问题以及与厌氧发酵结合的潜在优势等方面进行讨论;最后,对沼渣热化学转化的发展趋势进行了展望。木质纤维素生物质厌氧发酵与沼渣热化学转化结合的应用模式研究对大型沼气工程推广应用具有一定的科学意义。     

沼气肥养分物质和重金属含量差异及安全农用分析

对山西省高平市不同沼气肥有机质、养分和重金属含量进行比较分析,结果表明:沼气肥的p H值均呈碱性。鸡粪沼液中有机质、全N、P、K含量均高于猪粪沼液,秸秆沼液中有机质和全K含量高于鸡粪和猪粪沼液。沼渣富含有机质,且秸秆沼渣有机质含量均高于猪粪沼渣。猪粪沼渣全N含量高于全P和全K,而秸秆沼渣全K含量高于全N和全P;两类沼渣中有效P含量占全P的比重最大。3种沼液的中、微量元素均以Cl含量最高,且超过农田灌溉水质标准(GB5084-2005);Ca和Mg含量次之,Cu含量最低。6个沼渣的中、微量元素均以Ca、Fe含量较高;3个猪粪沼渣均以Cl含量较少,而3个秸秆沼渣均以Mn、Cu含量较低。1号猪粪沼渣As含量超过有机肥料标准(NY525-2012)。由此可见,部分沼液和沼渣可能存在有害物质过高的问题,从而影响其农用的价值和效果,存在潜在的生态环境风险。同时,应加强相关标准的制定和完善,以确保沼气肥的安全、高效农业利用。     

大型沼气工程生态应用关键技术研究

本文系统分析了大型沼气工程整个能量与物质循环过程的几个关键环节,包括原料的收集、原料配制与预处理、厌氧消化、好氧水处理、沼气的净化贮存和输送以及沼渣、沼液无害化处理及其在农作物上的施用等.将收集好的原料先进行短化和去杂处理,按照一定的条件再进行配制;配好以后选择适宜的发酵条件在消化器中进行厌氧消化产生沼气;沼气产生以后必须设法脱除沼气中的水和H2S,水脱除通常采用脱水装置进行,H2s的脱除通常采用脱硫塔,内装脱硫剂进行脱硫.试验表明,沼渣与沼液有促进作物生长、提高作物品质、增强作物抵抗病虫害的功用.     

鲜水葫芦与其汁液厌氧发酵产沼气效率比较

为开发高效处理水葫芦的厌氧发酵产沼气技术,该文在35℃中温条件下,分别以鲜水葫芦和经固液分离的水葫芦汁为发酵底物,应用实验室自行设计的2套完全混合搅拌反应器(CSTR)进行了厌氧发酵比较研究。结果表明,以水葫芦为底物直接进行厌氧发酵,最大容积负荷为2.0kg/(m3·d),挥发性固体(VS)产气率为267mL/g,容积产气率为0.61m3/(m3·d),滞留期为27d,平均甲烷体积分数为58%,而以水葫芦汁为底物,COD(化学需氧量)容积负荷可达6.0kg/(m3·d),原料(COD)产气率为231mL/g,容积产气率可达1.4m3/(m3·d),平均甲烷体积分数为66%,滞留期仅需2.4d,COD平均去除率达85%,MLVSS(挥发性悬浮物浓度)平均去除率可达88%。因此,对水葫芦进行固液分离,以水葫芦汁作为厌氧发酵原料可大大提高处理效率,为水葫芦资源化利用提供了一条新途径。     

我国不同区域小麦施肥资源环境影响的生命周期评价

以河南、江苏和陕西三省的小麦生产体系为例,以生产1 t小麦为评价的功能单元,应用生命周期评价（LCA）方法,比较了不同生态区小麦施肥的资源环境影响潜力。结果表明,三省环境影响综合指数大小依次为江苏0.288、河南0.201、陕西0.180。几种资源环境影响中,潜力大小依次是富营养化、环境酸化、温室效应、土地利用和能源消耗,其中施用氮肥引起的氨挥发是导致富营养化和酸化的主要因素。农户间生产的资源环境影响潜力差异很大,环境影响综合指数变异范围在34.9%～57.3%,陕西最高,江苏最低。如果将小麦追肥由撒施都改为沟施,三省的环境影响综合指数将降低28.0%～45.4%。     

水葫芦富集水体养分及其农田施用研究．

采用自然水体养殖及农田施用试验方法,对水葫芦（Eichhorniacrassipes）的N、P、K吸收能力及其在农田施用效果进行了研究。结果表明,在研究试验条件下,水葫芦对N、P、K的富集系数分别达到N6641倍、P16667倍、K6560倍,42d对N、P、K的吸收量可高达40．57、6．95和81．14g·m^-2。与常规施肥处理相比,施用水葫芦处理（等量的N、P投入）的土壤速效N除了苗期显著降低外,其他各时期无显著差异,而速效P和速效K从苗期开始一直表现为不同程度的升高,说明施用水葫芦可促进土壤速效P、K的增加。但要获得较高的产量水平,应适当增加前中期氮肥施用水平。采用水葫芦控制性种养既可实现养分在水体与农田间的循环,还可减少农田化肥的施用量和农业面源污染,是一种良性的循环模式。     

京郊典型作物生产体系施肥环境影响的生命周期评价

以北京市顺义区冬小麦-夏玉米轮作和露地蔬菜两种作物生产体系为对象,采用生命周期评价（LCA）方法,综合考虑全球变暖、环境酸化、水体富营养化、土壤毒性、能源消耗和淡水资源消耗6种环境影响类型,分别以年产1t作物产品干物质和种植1hm2作物为评价功能单元,系统研究了施肥的资源环境影响潜力。结果表明：对于大田作物和露地蔬菜生产系统,年产1t产品（干物质）施肥的综合环境影响指数分别为0.46和2.11,种植1hm2作物施肥的综合环境影响指数则分别为4.74和26.77;农田种植环节环境影响潜力的贡献分别占大田作物和露地蔬菜整个生命周期环境影响潜值的95.1%和99.1%,远远大于肥料生产环节;大田作物和露地蔬菜生产过程中的环境影响潜力均表现为水体富营养化〉环境酸化〉全球变暖〉淡水资源消耗〉能源消耗〉土壤毒性;肥料氨挥发是引起水体富营养化和环境酸化的主要途径,硝态氮和总磷的淋洗径流损失也是水体富营养化的主要来源。优化施肥量是控制作物生产施肥潜在环境影响的关键。     

太湖地区高产水稻生命周期评价

以太湖地区高产水稻典型管理措施为例,应用生命周期评价方法,以生产1t水稻为评价的功能单元,把水稻生命周期划分为原料阶段、农资阶段和种植阶段进行清单分析与影响评价,考虑了能源消耗、水资源消耗、温室效应、环境酸化和富营养化5种环境影响类型。结果表明,太湖地区高产水稻生命周期环境影响潜力大小依次是水资源消耗、富营养化、温室效应、环境酸化和能源消耗,环境影响指数分别为1．45、0．54、O．52、0．32和0．05,环境影响综合指数为0．54。降低稻田水肥投入,提高水分和养分生产效率是控制太湖地区水稻生产体系生命周期环境影响的关键,它在直接减少种植环节资源消耗与污染排放的同时,也间接减轻了上游生产环节的环境影响,从而减缓生命周期的环境影响。     

平原河网地区农村面源污染重点源和区的识别筛选——以上海青浦区为例

以地处平原河网地区的上海市青浦区为研究对象,通过清单分析方法和等标污染负荷法,以乡镇为单元研究了种植业、畜禽养殖、水产养殖和农村生活污水等农村面源污染来源,以及化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）等污染物的排放量及其贡献率,并以青浦区水环境功能区划地表水环境质量标准为基准,评价及识别筛选了该区域农村面源污染主要来源及其重点区域。研究结果表明,青浦区农业面源污染COD、TN、TP实物排放量分别为2.68×103、0.85×103、0.11×103t·a-1,主要污染源为种植业,其等标污染负荷比达到53.07%,主要污染物为TN,其等标污染负荷比达到59.92%。通过农业面源污染排放强度分析,确定青浦区农业面源污染程度较重的乡镇主要为练塘镇、白鹤镇和金泽镇,建议在青东地区以农村生活污水处理和畜禽养殖污染治理为重点、在青西地区以种植业面源污染防治为重点,针对性地开展农村面源污染综合防治工作。     

滦河流域不同时空水环境重金属污染健康风险评价

通过现场采样及室内分析方法,对滦河干流和主要支流的水体中As、Cd、Pb、Hg和Cu的浓度进行了调查研究,并应用美国环保局推荐的健康风险评价模型对其所引起的健康风险作了初步评价。结果表明,重金属的平均浓度范围分别为As：0.340-2.753 μg·L^-1,Cd：1.120-4.474 μg·L^-1,Pb：11.610-19.088 μg·L^-1,Hg：0.036-0.239 μg·L^-1和Cu：1.058-5.807 μg·L^-1。致癌物As和Cd对人体健康危害的个人年均风险均未超过国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受风险水平（5×10^-5·a^-1）,其中As大于Cd,最大在三道河子为1.85×10^-5·a^-1。非致癌物的个人年均风险为Pb〉Hg〉Cu,三者风险水平在10^-9-10^-10之间,均低于ICRP标准4-5个数量级。化学致癌物对人体健康危害的个人年均风险远远超过非致癌物的年风险。不同年代的As个人年均风险变化分析结果表明,1985年到1990年,乌龙矶和潘家口大黑汀水库区域出现了异常升高,在燕子峪最大达到2.80×10^-4·a^-1,其他断面均呈现逐年降低趋势,到2008年已全部低于ICRP标准。     

膨润土改善鸡粪厌氧消化产酸产甲烷特性

为探究膨润土对鸡粪厌氧消化过程中产甲烷特性和可溶性有机酸代谢特性的影响,采用L8(23)正交试验设计,以鸡粪添加量(有机负荷率)、膨润土添加量和接种量为三因素,每个因素设置2个水平,研究了中温条件下(35±1)℃膨润土添加对鸡粪厌氧消化过程中产酸和产甲烷特性的影响。结果表明:与对照组相比,低有机负荷条件下,膨润土添加能显著(P0.05)提高鸡粪挥发性固体(volatile solid,VS)产甲烷量,添加量为3.0%和1.5%时VS产甲烷量分别提升了22.72%、27.72%(膨润土添加量不同的组差异不显著(P0.05));高有机负荷条件下,膨润土添加能极显著(P0.01)提高鸡粪VS产甲烷量,添加量为3.0%和1.5%时VS产甲烷量分别提升了78.68%和55.41%(膨润土添加量不同的组差异显著(P0.05))。当鸡粪添加量为19.91 g挥发性固体,膨润土添加量为3.0%(占干基比)和接种量为80 m L(体积分数20%)时,单位挥发性固体产甲烷量最高为301.92 m L/g,比对照组高87.8%,此时可变成本也最低为2.43元/m~3,比两对照组分别低1.29和1.68元/m~3。方差分析表明:膨润土添加可提高鸡粪厌氧消化过程中挥发性脂肪酸,pH值,可溶性有机碳和可溶性无机碳的稳定性。膨润土可加强鸡粪厌氧消化系统的稳定性,降低产甲烷的可变成本,为膨润土强化鸡粪厌氧处理提供了试验验证据。     

水泡粪物料中固体和氨氮含量对厌氧消化产气特性的影响

目前不少猪场使用水泡粪清粪工艺清理猪粪便,同时对水泡粪清理的粪污进行沼气工程处理,但不同水泡粪贮存条件对其粪污后续厌氧发酵的影响尚不清楚.本试验将猪粪和尿液通过不同贮存温度（20℃,30℃）和时间（7d,14d,21d）组成6种前处理条件,模拟不同条件水泡粪出水,研究水泡粪物料特性对出水厌氧发酵的影响.结果表明,水泡粪出水的单位挥发性固体（VS）的厌氧发酵产气率在369.2 ～702.0mL/g,厌氧发酵前7d的日产沼气量一直处于较高水平,之后快速下降,厌氧发酵10d后产气基本处于较低水平且下降平缓;氨氮对厌氧发酵有显著的抑制作用,厌氧消化甲烷产率（y）与氨氮浓度（x）的关系为y =4＆#215;10-5x2-0.3618x＋1283（R2=0.9846）.水泡粪物料总固体物含量越高厌氧发酵产气越低,据此建议适当缩短水泡粪时间以提高后续厌氧发酵产气量.     

中国粮食作物秸秆焚烧释放碳量的估算

生物质燃烧对全球大气环境和气候系统会产生重要的影响,根据1999—2008年中国的粮食产量、谷草比,估算了主要粮食作物的秸秆产量,结合秸秆露天焚烧比例计算了中国1999—2008年主要粮食作物秸秆露天焚烧量,进一步依据相关排放因子得出CO和CO2的排放量及碳排放总量。结果发现,中国主要粮食作物年平均秸秆产量达到4.9×108t,粮食秸秆露天焚烧量平均为0.94×108t,约占粮食作物秸秆总量的19,其中稻谷秸秆露天焚烧量占到粮食秸秆露天焚烧量的43.1;粮食作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均每年分别为9.19×106t和1.07×108t;排放的总碳量平均每年为3.32×107t,其中稻谷、小麦、玉米、豆类秸秆露天焚烧释放的总碳量分别为9.88×106、9.93×106、11.14×106、2.22×106t。