集约化猪场粪污处理工艺的研究

根据我国集约化猪场排粪方式和粪水的特性，提出了采用人工清粪方式、固液分离机+沉淀+UASB+SBR+水生植物塘的污水处理工艺和猪粪（渣）堆沤发酵生产有机肥新的粪污处理工艺。经上海市嘉定种畜场污水处理工程实践证明：在保证污水全面达标排放和猪粪（渣）无害化处理的前提下，新工艺比常规工艺节约工程投资35%、节约运行电费65%左右，经济效益好。     

猪、奶牛粪厌氧发酵中Pb的形态转化及其分布特征

畜禽粪便经厌氧发酵后其中的铅（Pb）仍然保留在沼液和沼渣中,阐明此发酵过程中 Pb 的形态转化对沼液和沼渣的后续处理有重要的参考意义。该研究以猪粪和奶牛粪为发酵原料,在中温（37℃±2℃）条件下,采用连续搅拌反应器进行了130 d中试试验,分析了Pb在固相和液相中的分配及其形态转化。研究结果发现：1）与进料相比,猪粪沼液和奶牛粪沼液中总Pb量降低了约70%和19%;2）猪粪沼液和奶牛粪沼液中Pb在液相中的比例为29%和17%,较发酵前降低约17%和58%;3）厌氧发酵后,猪粪沼液中各形态Pb所占比例的大小顺序为：残渣态（35%）>酸溶态/可交换态（34%）>可还原态（24%）>可氧化态（8%）;奶牛粪沼液中为：可还原态（33%）>酸溶态/可交换态（27%）>残渣态（26%）>可氧化态（15%）;4）厌氧发酵后,猪粪沼渣中残渣态和酸溶态/可交换态Pb的比例都极显著增加,奶牛粪沼渣中可氧化态Pb的比例极显著增加。猪粪和奶牛粪厌氧发酵后,适合通过沉淀池或氧化塘削减沼液中的Pb含量;但沼渣中Pb的浓度较大且化学形态发生显著变化,建议还田前进行重金属钝化处理。     

有机辅料对猪粪堆肥中氨气挥发的抑制效应及其影响因素分析

选取稻草、油菜秸秆和食用菌渣作为猪粪堆肥的有机辅料,研究三种堆肥体系中氨气挥发释放规律及其影响因素。结果表明,经过65 d的堆腐,稻草－猪粪、油菜秸秆－猪粪和菌渣－猪粪堆肥氨气挥发量分别为5.084、6.483和3.013 g/kg,是对照（纯猪粪）处理（7.836g/kg）的64.88%、82.74%和38.45%。从氨气的释放量和释放速率看,菌渣是一种较好的有机辅料。从氨气释放的时间变化特征看,稻草对猪粪堆肥氨气排放高峰期影响最为明显,主要表现为氨气前期猛烈释放且持续时间短,是猪粪快速腐熟技术优选的高效有机辅料。堆腐完成后,三种有机辅料均能减少水溶性NH4+-N的累积,增加水溶性NO3--N的含量,引起pH和EC值下降,提高堆肥全氮含量,促进堆肥有机物和粗纤维的降解,且以稻草和菌渣处理效果最为显著。     

添加苹果渣对猪粪好氧堆肥理化性状的影响

用猪粪等原料作堆肥底物,并分别添加质量分数为0%、5%、10%、20%的苹果渣以及1%的柠檬酸作添加剂,记作CK、AP1、AP2、AP3、N。采用自行设计的强制通风静态垛堆肥反应器,进行为期30 d的好氧混合堆肥。根据苹果渣与猪粪混合堆肥过程中各养分变化来研究苹果渣对堆肥效果的影响及其保氮效果,为猪粪有机肥的规模化生产提供理论支持,实现农业资源的可持续化。结果表明:各试验堆肥均达到无害化和腐熟化的要求;各处理全P和全K含量总体呈上升趋势,但添加20%的果渣处理不利于P含量的积累;苹果渣中的果酸可以降低堆肥的pH值,从而减少NH_4~+-N向氨气的转化,降低氮素损耗起到保氮效果;添加10%的苹果渣处理的全氮含量最高,保氮效果最好,添加5%的苹果渣处理对NH_4~+-N的积累最好;苹果渣作为猪粪好氧堆肥调理剂可以提高堆肥效果,实现农业资源的可持续化。     

堆肥工艺和填充料对猪粪堆肥的影响研究

采用猪粪为原料,进行了不同工艺和不同填充料的堆肥试验。结果表明,改进工艺能有效去除臭味并明显缩短发酵时间;新鲜猪粪中加入锯末、干粪及菇渣作为填充料,调节初始物料含水率至65%左右,并接入合适的微生物菌剂有利于猪粪发酵腐熟;干粪和菇渣作为填充料具有相似的效果,干粪容易获得,并且处理氮的转化率更高。     

堆肥工艺和填充料对猪粪堆肥的影响研究

采用猪粪为原料，进行了不同工艺和不同填充料的堆肥试验。结果表明，改进工艺能有效去除臭味并明显缩短发酵时间；新鲜猪粪中加入锯末、干粪及菇渣作为填充料，调节初始物料含水率至65％左右，并接入合适的微生物菌剂有利于猪粪发酵腐熟；干粪和菇渣作为填充料具有相似的效果，干粪容易获得，并且处理氮的转化率更高。     

集约化养殖场的环境影响评价--以广西博白县旺茂良种养猪场为例

为研究集约化养殖场对环境各方面的影响和防治措施,改善其卫生差、污染大的现状,以广西省博白县旺茂良种养猪场为例,采用类比法、物料衡算法、资料复用法、实测法等多种方法连用,进行了案例分析和环境影响评价。经过一系列分析和处理,集约化养殖场产生的恶臭、沼气、粉尘和食堂油烟均达标,对大气环境的影响小。污水经沼气池+氧化塘处理后,对地表水环境影响小;经硬化防渗处理后,对地下水环境影响小。经科学管理和减震装置后,产生的噪声对声环境影响小。通过对猪粪、病死猪、沼渣、生活垃圾处理后,固体废物影响小,符合清洁生产的原则。应对集约化养殖场进行全面的环境影响评价分析,充分利用除尘、净化、减震等装置,合理采用硬化防渗、粪污水处理、干清粪等工艺,从而减小对大气、地表水、地下水、声环境和固体废物的影响,使其成为环境友好型产业。     

水热预处理对猪粪厌氧消化及沼液生态安全性的影响

为进一步提高猪粪在厌氧消化过程中水解性和产甲烷性能,同时增加猪粪沼液还田利用途径的生态安全性,该研究采用水热的方式对猪粪进行预处理,探究了不同温度（70、90、120、150和170 ℃）水热预处理对猪粪的理化特性和厌氧消化产甲烷性能的影响,并对其沼液的生态安全性进行评估。结果表明,不同温度水热处理30 min条件下,猪粪SCOD（Soluble Chemical Oxygen Demand,溶解性化学需氧量）增加了3.9%～43.6%;经150 ℃水热处理后的猪粪获得最高的产甲烷量(398±40) mL/g（以VS计算,Volatile Solid,挥发性固体）,相对于未经处理猪粪的产甲烷量显著提高了5.6%（P<0.05）。猪粪经150 ℃水热预处理和厌氧消化后的沼液中重金属Hg、As、Pb、Cr和Cd含量均满足《农用沼液（GB/T 40750-2021）》的限量要求;粪大肠杆菌的含量满足《粪便无害化卫生要求（GB7959-2012）》;土霉素大幅度降低,恩诺沙星、磺胺嘧啶和诺氟沙星的含量均低于检测限。因此,适当的水热预处理（150 ℃）不仅能够提高猪粪的厌氧消化产甲烷性能,并且能够进一步加强粪污无害化处理和降低沼液还田利用的环境风险。     

基于稻麦轮作农田土壤锌累积的猪粪安全施用量

【目的】 针对江苏省规模养殖废弃物超排,严重引起环境污染且资源大量浪费的突出问题,开展了稻麦农田猪粪有机肥替代化肥后耕层土壤重金属Zn的变化特征研究,并基于耕层土壤Zn累积速率探讨了猪粪有机肥安全施用量,为规模养猪场有机肥安全利用技术推广提供科学依据。【方法】 采用田间定位试验方法,根据稻麦两熟制农田猪粪有机肥用量,设对照（CK）、化肥（CF）、25%猪粪+75%化肥（25% PM）、50%猪粪+50%化肥（50% PM）、75%猪粪+25%化肥（75% PM）、100%猪粪（100% PM）、125%猪粪（125% PM）和200%猪粪（200% PM）,共8个处理,每个处理3次重复。在2013和2014年水稻收获期,分0-10 cm和10-20 cm两个土层采集5点混合土壤样品。采用HF-HNO₃-HClO₄消煮和DTPA浸提-原子吸收分光光度法分别测定土壤总Zn和有效态Zn含量,分析不同量猪粪有机肥施用后土壤总Zn和有效态Zn的变化特征和累积速率。根据农业安全生产二级标准,结合不同猪粪有机肥施用量的耕层土壤总Zn年累积速率,分析稻麦农田猪粪有机肥可安全施用年限。【结果】 稻麦农田猪粪有机肥施用后第3、4年水稻收获期,0-10 cm和10-20 cm土层总Zn和有效态Zn含量,以及总Zn和有效态Zn的累积速率,均随着猪粪有机肥施用比例提高呈线性增加趋势。2014年水稻收获期,不同猪粪有机肥处理耕层0-10 cm土壤总Zn和有效态Zn含量的变化范围分别为91.1~236.5和8.9~49.4 mg/kg,年累积速率变化范围分别为6.6~42.9和1.9~2.0 mg/（kg·a）,即耕层土壤年累积的有效态Zn含量占总Zn含量的比例为28.0%~31.3%。由耕层0-10 cm土壤总Zn的年累积速率可知,稻麦农田猪粪有机肥可安全施用年限随着猪粪有机肥施用比例提高呈现乘幂方程的降低趋势。在农业安全生产二级标准内50年尺度上猪粪有机肥氮替代比例为11.1%~12.5%,20年尺度上猪粪有机肥氮替代比例为33.6%~35.5%。【结论】 猪粪有机肥连续施用后,稻麦两熟农田耕层土壤Zn存在累积效应,并随着猪粪有机肥施用量增加呈线性增强的趋势。基于该定位试验的耕层土壤总Zn累积速率,建议短期猪粪有机肥氮替代率不超过35%,中长期猪粪有机肥氮替代率不超过12.5%。     

有机物料对灌漠土结合态腐殖质及其组分的影响

为查明不同有机物料的土壤培肥效果,通过持续7a的定位试验,研究了长期不施肥(CK)、仅施化肥氮磷(NP)、70%NP+牛粪(NF)、70%NP+猪粪(ZF)、70%NP+鸡粪(JF)、70%NP+沼渣(ZZ)、70%NP+菌渣(JZ)和70%NP+污泥(WN)对灌漠土结合态腐殖质及其组分的影响。结果表明,施有机物料处理土壤有机碳含量和储量较对照(CK)和常规施肥(NP)均显著(P0.05)增加,但增幅有差异,鸡粪和污泥处理增幅最高,其次为猪粪。牛粪、猪粪和污泥处理游离态有机碳含量显著高于对照和常规施肥,而猪粪、鸡粪、菌渣、沼渣和污泥处理结合态腐殖质含量较对照和常规施肥显著(P0.05)增加。6种有机物料处理土壤结合态腐殖质的胡敏酸(HA)含量较对照和常规施肥均显著(P0.05)增加,而仅有菌渣对土壤松结态腐殖质影响不显著,但施菌渣和沼渣土壤稳结态腐殖质含量较对照和常规施肥显著增加(P0.05)。施鸡粪、沼渣和污泥土壤紧结合态腐殖质和富里酸含量较对照和常规施肥显著增加(P0.05),而胡敏素含量仅有牛粪和鸡粪处理较对照处理显著增加(P0.05)。综上,有机物料种类显著影响土壤游离态有机碳、结合态有机碳含量、腐殖质结合形态及其组分,进而影响土壤有机碳含量。猪粪、鸡粪和污泥的土壤培肥效果较好,而牛粪、菌渣和沼渣的效果略差。     

猪粪比例对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响

以烟草废弃物为基本原料进行堆肥试验,研究了不同比例猪粪与烟草废弃物混合堆肥体系中温度、pH、全氮、C/N比、水溶性NH＋4-N和种子发芽指数（GI,germination index）的动态变化规律,探讨了不同猪粪比例对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响。结果表明,在烟草废弃物中加入猪粪能缩短进入高温分解阶段的时间,增加高温分解持续时间,增加全氮含量,加快物料NH＋4-N和C/N比降低的速率,加快烟草废弃物堆肥腐熟化进程。添加一定比例猪粪的处理（烟草废弃物∶猪粪=7∶3、烟草废弃物∶猪粪=8∶2和烟草废弃物∶猪粪=9∶1）,分别在堆肥第3、4、5 d进入高温分解阶段（〉50 ℃）,高温持续时间分别为11、10、8 d;而纯烟草废弃物处理,最高温度为43 ℃,未进入高温分解阶段;至堆肥26 d,NH＋4-N含量分别比纯烟草废弃物对照降低47.7%、61.9%和25.6%;GI分别达到81.4%、84.1%和83.7%。     

规模化猪场沼气工程CDM项目的减排及经济效益分析

以新疆阿克苏某养猪场为案例,利用《气候变化框架公约》清洁发展机制执行理事会批准的方法（ASM III．D）,国家发改委提供的计算消耗电能的CO2排放因子参数,分析了利用沼气工程处理猪场粪便及污水和沼气发电替代化石燃料的温室气体减排潜力。结果表明,项目每年可减排温室气体49193t CO2当量,其中改变粪便管理方式减少甲烷排量占项目活动减排总量的89％,沼气发电能源替代避免的CO2排放量占减排总量的11％。项目的实施可使养殖企业每年从减排温室气体中获益502万元,使项目的投资收回年限由原来的11．5a缩短为5a。因此,如果将此类型项目开发为CDM项目,在很大程度上可提高规模化养殖企业建设沼气工程的积极性,并改善养殖企业的周边环境。     

猪粪与牛粪有机肥对水稻产量、养分吸收利用和 土壤肥力的影响

采用连续5年田间定位试验,研究了等量单独施用猪粪或牛粪有机肥以及有机肥与化学肥料配施对水稻产量、氮磷钾养分吸收累积及利用效率、土壤养分含量及其与产量等关系的影响。结果表明:猪粪有机肥施用(7.5t/hm~2+常量化肥、15 t/hm~2+1/2常量化肥和30 t/hm~2+无化肥)时水稻产量、干物质累积、氮磷累积及生理利用效率与常量化肥处理相比无显著差异;牛粪有机肥与化肥减量配施和单独施用时,尽管氮、磷和钾生理利用效率有所提高,但水稻产量、地上部氮、磷和钾累积量均有不同程度下降,且以单独施用时尤为明显。等量猪粪有机肥对土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量以及pH的提升程度大于牛粪有机肥,有机质含量无明显差异;与猪粪有机肥相比,牛粪有机肥施用时土壤养分各指标与水稻产量、干物质累积量、氮磷钾累积量以及利用效率间的相关性更为明显,其中与产量、干物质累积量和氮磷钾累积量极显著负相关,与氮磷钾生理利用效率显著正相关。因此,等量猪粪有机肥和牛粪有机肥的肥效存在较大差异,在实际生产中应根据不同源有机肥特性进行调节施用。     

猪场废水灌溉对潮土交换性盐基离子含量的影响

通过田间小区试验,研究了猪场废水处理工艺中3个阶段出水（原水、厌氧水和仿生态塘水）与地下水1∶5混水和厌氧水不同灌溉量灌溉对土壤中交换性盐基离子含量的影响。结果表明,厌氧水不同灌溉量对土壤中交换性钾含量影响显著,与对照相比,厌氧水高量灌溉、中量灌溉、低量灌溉分别使0～20cm和20～40cm土层中交换性钾含量提高了291.76%、152.70%、83.11%和116.10%、74.29%、49.85%;对交换性钠、钙、镁含量有一定影响,但处理间未达到显著水平。不同阶段出水混水灌溉对交换性钾、钠、钙、镁的含量处理间未达到显著水平,但土壤中交换性钾和钠含量在0～20cm和20～40cm和处理间呈现了相反的变化趋势,验证了竞争吸附点位理论。     

猪场废水灌溉对潮土磷素肥力的影响

在北方缺水地区利用猪场废水对冬小麦进行小区灌溉试验,分析不同水质及水量灌溉处理土壤剖面全磷和速效磷的时空分布特征.结果表明:不同水质灌溉处理土壤全磷和速效磷在土层中的分布特征相似,均随深度增加含量逐渐减少;厌氧水不同灌溉量处理土壤全磷和速效磷含量与灌水量呈正比关系;收获后,各处理土壤耕层(0-40cm)磷素累积量均有所增加,磷素活化系数明显增大,大部分在7%～9%之间,高量厌氧水灌溉处理达到10.4%.采用未经处理的猪场废水多次灌溉后,过量磷素向下层土壤淋溶现象明显;高量厌氧水灌溉土壤耕层累积大量速效磷,易随地表径流污染周围水体.这两种类型的猪场废水不适于作为磷源进行农田灌溉.     

水溶性有机质对金霉素在猪粪中吸附-解吸附行为的影响

选择来自猪粪和稻草的水溶性有机质（DOM）,用室内模拟试验方法研究了我国常用抗生素金霉素（CTC）在受到内源和外源DOM作用下在猪粪中的吸附和解吸附行为。研究表明,金霉素能被猪粪便快速吸附,等温线呈非线性,用Freundlich方程可以很好地拟合吸附数据;添加DOM能抑制猪粪对CTC的吸附,其能力大小与加入的DOM种类有关,其中内源性猪粪DOM的解吸附效果明显大于外源性稻草DOM;形成阳离子复合体和加入DOM的性质可能是抑制CTC在猪粪便上吸附的主要机制。     

绿狐尾藻湿地对养殖废水中不同污染负荷氮去除效应

为研究绿狐尾藻湿地对不同污染负荷养殖废水氮去除效应和影响因素,该研究在野外建立了9条表面流绿狐尾藻湿地,以低负荷（60 L/d废水+120 L/d清水）、中负荷（120 L/d废水+60 L/d清水/d）和高负荷（180 L/d废水）养殖废水为处理对象,研究了不同污染负荷下绿狐尾藻湿地水体氮素时间变化规律;结合线性混合模型,进一步探究了影响绿狐尾藻湿地氮去除的关键环境因子。结果表明,整个试验期间（2014-07－2015-05）,绿狐尾藻湿地对低、中、高负荷废水铵氮（NH4+-N）和总氮（Total Nitrogen,TN）去除率均较高,其中NH4+-N平均去除率为85.0%～98.6%,TN平均去除率为83.6%～97.1%。线性混合模型分析结果表明,影响绿狐尾藻湿地NH4+-N去除的关键环境因子是水体溶解氧和硝态氮以及底泥NH4+-N含量,其中水体溶解氧对绿狐尾藻湿地NH4+-N去除影响最大。由于绿狐尾藻湿地对不同污染负荷废水NH4+-N和TN去除率均达到80.0%以上,因此绿狐尾藻可作为耐铵植物处理高负荷养殖废水。该研究结果可为绿狐尾藻湿地在规模养殖场的实际应用提供参考。     

有机培肥对红壤坡耕地产流产沙的影响

采用侵蚀小区田间监测方法,研究秸秆覆盖、生物质炭和猪粪等有机物料添加对红壤坡耕地产流产沙的影响。结果表明:2015年红壤坡耕地侵蚀量达到36 t/hm~2,78%~86%发生在花生季,达到中度侵蚀。与对照(CK)处理相比,单施化肥(NPK)处理没有降低产流产沙(P0.05)。与NPK处理相比,秸秆覆盖(NPK+Str)处理显著降低了产流产沙(P0.05);生物质炭(NPK+BC)处理显著降低了产流(P0.05),但是减沙效果不明显(P0.05);猪粪(NPK+SM)处理尽管提高了地表径流(P0.05),但是显著降低了产沙(P0.05)。秸秆资源在该区匮乏,秸秆覆盖难以推广。生物质炭的团聚能力弱,颗粒小,质量轻,易随水流失,在坡耕地上改良效果不明显。猪粪在该区资源丰富,不但提高土壤肥力,促进了团聚体形成,而且水土保持效果好,是该区农业生态环境可持续发展的重要措施之一。     

不同调理剂对猪粪好氧堆肥效果的影响

分别以木屑、药渣、菇渣、砻糠灰作为猪粪堆肥的调理剂,研究其在堆肥过程中温度、含水率、pH、EC和主要营养元素N、P、K的动态变化。结果表明,在整个堆制过程中,4个处理的堆温变化明显呈现出升温期、高温期和降温期3个阶段,其中,木屑处理堆体升温最快,且高温持续时间最长,砻糠灰处理高温持续时间最短;与初始值相比,堆肥后每个处理pH均有所上升,其中菇渣处理上升幅度最大,达0.9个单位;堆制过程中,4个处理有机质总体呈现下降的规律;堆肥后药渣处理的TN和TP含量最高;堆肥后砻糠灰处理的TK含量最高;堆肥后4个处理的pH和EC值都在腐熟堆肥的适宜范围之内,从N+P2O5+K2O总养分和保氮角度来看,应选药渣作调理剂,从提高堆肥TK含量来看,应选砻糠灰作调理剂。