4省市沼渣沼液养分含量和重金属分析

沼肥施用有利于农业废弃物的资源化利用,但目前关于沼渣沼液特性的研究多限于单一地区同一类型沼气池的沼渣沼液分析。对于不同区域,不同大小沼气池,沼渣与沼液间的特性差异并没有深入的研究。文章对湖南宁乡、浙江江门、安徽安庆和河南郑州4个地区的户用沼气池和小沼工程中的沼渣、沼液中养分物质含量和重金属进行了研究,旨在了解不同地区、不同类型沼渣沼液的养分和安全风险差异,为科学利用提供依据。结果表明,小沼工程的沼渣沼液在大部分营养组分和重金属含量方面,普遍少于户用沼气池。4个地区沼液中有机质,TN,TP,TK,速效N的最高含量分别为111.94 g·L~(-1),3.38 g·L~(-1),0.426 g·L~(-1),6.59 g·L~(-1),1682.60 g·L~(-1);而沼渣中的最高含量分别为773.2 g·kg~(-1),34.62 g·kg~(-1),33.63 g·kg~(-1),40.40 g·kg~(-1),4110.00 g·kg~(-1)。沼渣养分含量的变异系数小于沼液。4个地区沼渣与沼液的重金属含量变异系数都较大,有7组样本的沼液中重金属的变异系数超过了100%。沼渣20组样本有11组样本重金属超标,沼液20组样本共有16组样本重金属超标。沼渣中的超标重金属分别为镉和砷,沼液中5种主要有毒重金属均有样本超标,且汞与砷的超标现象最为严重。与沼液相比,沼渣拥有更高的营养含量,更低的重金属污染。     

沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化的促进作用

为探明沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,该研究以190℃水热炭化制备的猪粪沼渣水热炭(H-190)为研究对象,采用批次发酵实验,探讨H-190添加对猪粪中温(37℃)厌氧消化产气特性的影响。结果表明,TS=4.0%的猪粪中温厌氧消化系统中,添加H-190后系统的平均产气量和产甲烷量分别为313.07和191.35 m L·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了29.81%和26.22%;而TS=8%的体系中,添加H-190后,二者分别为233.59和145.00 mL·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了12.08%和13.39%。添加H-190可提高TS=4%猪粪中温厌氧发酵系统的消化效率,缩短厌氧消化的延滞期,但对TS=8.0%的系统则相反。沼渣水热炭优良的表面特性是缓解猪粪厌氧消化过程中中间代谢物质的抑制、促进微生物间的电子传递、提高系统消化产气和产甲烷的主要原因。该研究对养殖场粪污厌氧消化高效处理具有工程指导意义。     

不同牲畜粪便厌氧发酵产沼气性能研究

为提高牲畜粪便厌氧发酵产沼气速率和综合利用率,文章以猪粪和牛粪及其混合物作为发酵原料,在常温条件下(25℃~35℃)进行厌氧发酵产沼气试验。结果表明:猪粪、牛粪及其混合物在发酵65 d内的累积产气量为15.42 m~3,5.33 m~3和11.30 m~3,单位TS产气率为0.33 m~3·kgd~(-1)TS,0.19 m~3·kgd~(-1)TS和0.30 m~3·kgd~(-1)TS,池容日平均产气率为0.16 m~3·m~(-3)d~(-1),0.055 m~3·m~(-3)d~(-1)和0.12 m~3·m~(-3)d~(-1)。猪粪甲烷含量在发酵开始9 d时稳定到50.0%以上,牛粪在发酵开始3 d时即达到57.5%,此后一直在50.0%以上,其混合组在发酵开始4 d时即达到59.7,此后一直在55.0%以上。不同牲畜粪便混合发酵能克服其单独发酵性能的不足之处,也是提高牲畜粪便产沼气速率和综合利用率的有效途径。     

链霉素菌渣与酱油渣混合厌氧发酵协同作用

为提高链霉素菌渣厌氧发酵效率,文章以链霉素菌渣含固率20 gVS·L~(-1)为基础,通过添加不同比例的酱油渣(依次为5 gVS·L~(-1),10 gVS·L~(-1),15 gVS·L~(-1),20 gVS·L~(-1)),中温30℃,进行批式混合厌氧发酵。定期监测体系的产气情况和发酵液理化性质,结果发现链霉素菌渣与酱油渣进行混合厌氧发酵,显著提高系统启动速率,总产气量和产气能力相比于两种原料单独处理均显著提高,链霉素菌渣+酱油渣的添加量为20+15 gVS·L~(-1)时的产气能力最高。4种比例混合处理发酵过程中的pH值,氨氮,SCOD,VFA等变化趋势基本一致。对混合发酵过程中的BMP实验结果进行产沼气协同效果评估,菌渣和酱油渣添加比例为(20+5～20+15)gVS·L~(-1)时,两种底物混合发酵具有显著协同作用,提高沼气产量20%以上。     

头孢菌素C菌渣与剩余污泥联合厌氧消化技术研究

采用热水解的方式对头孢菌素C菌渣进行预处理,确定预处理的最佳工艺条件为:加水量3倍,水解温度80℃,水解时间120分钟。在此条件下,处理后残渣中头孢菌素C残留小于0.50 mg·kg~(-1),凯氏氮消减率大于45%,为菌渣后续厌氧消化高效、稳定进行创造有利条件。通过研究发现,热水解破坏了绝大部分头孢菌素的分子结构,而菌渣中凯氏氮的消减只是单纯的物理转移。经预处理后的菌渣与剩余污泥联合厌氧消化,系统进料固含量5%～7%,有机负荷3～3.5 kg COD·m~(-3)d~(-1),消化时间约20天,可控制系统氨氮浓度在1500 mg·L~(-1)之内,挥发性有机酸浓度在100～200 mg·L~(-1)。沼渣头孢菌素残留未检出,其它各项指标均低于《危险废物鉴别标准》(GB5085.7-2007)的标准值,沼渣肥效成分满足《有机肥料》(NY 525-2012)指标要求。     

添加活性炭的猪粪厌氧干发酵研究

为了提高猪粪厌氧干发酵的产气效率和研究活性炭的添加量对猪粪厌氧干发酵的影响,文章在中温(37℃±0.5℃),发酵浓度为20%,接种物和猪粪比例为1∶1的条件下,向发酵瓶内分别添加发酵体系干物质的0%,1%,5%,10%的活性炭(分别为0 g,0.8 g,4.0 g和8.0 g),进行厌氧发酵至产气结束。实验结果表明;实验从开始产气至结束一共85 d,添加8 g活性炭(发酵干物质的10%)的试验组,添加4 g活性炭(发酵干物质的5%)的试验组,添加0.8 g活性炭(发酵干物质的1%)的试验组和不添加活性炭的试验组的TS产气量分别为411 mL·g~(-1),440 mL·g~(-1),392 mL·g~(-1)和391 mL·g~(-1);活性炭添加量为发酵体系干物质的5%时,对猪粪干发酵产气效果的提升最高;添加活性炭可以缩短猪粪干发酵的HRT,且活性炭添加量越多,HRT越短。     

沼肥对重金属Cr作用效应的研究

随着配合饲料养殖法的应用,使得以畜禽粪便为主要发酵原料的沼气工程产生的沼肥中重金属含量发生了明显的变化。施用沼肥后能否造成土壤重金属污染?这直接影响着沼肥(沼渣和沼液)的安全合理利用。文章通过油菜盆栽试验,以重金属Cr为研究对象,采取2种土壤样品(未受污染的棕壤土及受污染的棕壤土),对沼渣沼液施肥后土壤和油菜中重金属的含量及形态进行分析。得出:1)施用沼肥能增加未受污染棕壤土重金属Cr含量,而施用猪粪化肥能降低未受污染棕壤土Cr含量;施用沼肥能降低污灌区棕壤土Cr含量;2)对于未受污染棕壤土来说,施用沼肥有利于降低油菜食用部位茎部、叶部Cr含量;施用沼肥能有效降低污灌区棕壤土-油菜根部、叶部Cr的含量;3)对未受污染棕壤土来说,除过量沼渣沼液试验处理,其他试验处理的Cr各形态含量占总量的比例大小为:残渣态可还原态可氧化态酸溶态;对污灌区棕壤土来说,各个试验处理前后的Cr各形态含量占总量的比例大小几乎不变,为:残渣态可还原态可氧化态酸提取态;4)试验后未受污染棕壤土Cr有效态含量百分比的大小顺序为:原土样、猪粪化肥处理、空白处理、沼渣沼液处理;对污灌区棕壤土,试验后常量猪粪化肥处理Cr有效态含量百分比最大,过量沼肥处理最小。可见过量沼渣沼液试验处理对土壤中重金属Cr的有效态含量的减少有较为明显的作用。     

沼液灌溉对芥菜产量及养分吸收的影响研究

通过箱体栽培试验研究沼液施用量对芥菜产量及养分吸收的影响、比较沼液处理与化肥处理,得出芥菜最适合沼液量,为"猪-沼-菜"生态循环农业模式推进提供依据。试验表明,每次施用1.5 L沼液最为合理:芥菜地上部分生物量最高624 g,相比空白处理增产831%,相比化肥处理增产54.4%;体内硝态氮190 mg·kg~(-1)仅占化肥处理的54.0%,含量远低于化肥处理;总养分含量可达8.66 mg·kg~(-1),是空白处理的5.47倍,化肥处理的1.49倍,其中全氮、全磷、全钾含量相比空白处理分别提高368%,427%,477%。适量沼液灌溉,可有效促进芥菜生长,提高芥菜产量及其对养分的吸收能力,降低硝酸盐含量。     

沼肥种类及不同施氮量对芹菜品质影响研究

沼渣沼液作为厌氧发酵后的产物,因其量大消纳难,已逐渐成为限制沼气工程发展的制约因素。因此研究沼渣沼液作为肥料施用于农田对作物生长发育的影响具有重要的意义。该研究分别以猪粪厌氧发酵剩余物和秸秆牛粪厌氧发酵剩余物作为肥料,设置不同氮浓度施用水平(0,8.5,17,34,68 gTN·m-2 y-1),具体以沼渣作为底肥、沼液作为追肥的施肥方式,实际施用量以总氮(TN)作为标定指标,沼渣沼液施用比例为1∶2。研究结果表明:不同来源厌氧发酵剩余物对芹菜品质的影响效果不同;中低浓度氮条件下的猪粪沼肥和高氮浓度条件下的秸秆牛粪沼肥更有利于芹菜的营养物质的积累。     

7种添加剂对杂交狼尾草厌氧发酵产沼气的影响北大核心

文章研究了7种添加剂对杂交狼尾草厌氧发酵制沼气的影响。在中温(35℃),TS质量分数6%,VS接种率20%,初始pH值7.5条件下,探讨了不同添加剂对杂交狼尾草厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,除活性炭对杂交狼尾草厌氧发酵具有一定的抑制作用外,其余添加剂均显示了较好的促产气性能。各添加剂的最优添加量分别为:FeCl20.5 mg·L^(-1)d^(-1),Co Cl_20.1 mg·L^(-1)d^(-1),NiCl_20.4 mg·L^(-1)d^(-1),酵母提取物为1.0 g·L^(-1),纤维素酶(1500 U·g^(-1))10 g·L^(-1),吐温20(0.01%)0.25 g·L^(-1)。甲烷产量提高比例最大值达到27.36%。     

啤酒糟产沼气潜力试验研究

文章以啤酒糟为发酵原料,在厌氧发酵温度35℃±1℃条件下进行序批式沼气发酵试验,发酵历时60 d,总固体TS浓度为6%时,其原料产气率为115 mL·g~(-1),TS产气率为139 mL·g~(-1)TS,VS产气率为149 mL·g~(-1)VS,池容产气率为0.11 mL·mL~(-1)d~(-1)。结果表明,啤酒糟是较好的沼气发酵原料。     

不同添加剂对猪粪厌氧发酵的影响

传统猪粪厌氧发酵沼气产率低,重金属含量高,限制了其在厌氧消化的广泛应用。文章选用猪粪为发酵原料,采用中温(35℃±1℃)厌氧发酵,发酵周期为35 d,通过添加不同种类添加剂(2. 5%粉煤灰,2. 5%生物炭,2. 5%磁性粉煤灰和2. 5%磁性生物炭),研究它们对厌氧发酵沼气产量和甲烷含量的影响。同时,分析了厌氧消化运行过程中的p H值,COD,VFAs,NH+4-N以及厌氧消化后重金属浓度的的变化。结果表明:添加2. 5%的粉煤灰,2. 5%的生物炭和2. 5%的磁性粉煤灰均能促进猪粪的厌氧发酵,与空白对照相比,产气总量提高了约5%～12%; 4种添加剂对猪粪厌氧发酵产甲烷也具有促进作用,相对于空白对照组提高了4%～10%。猪粪厌氧发酵后,各实验组中重金属Cu和Zn的浓度都普遍升高,分别提高了1. 08～1. 35和1. 02～1. 10倍,表现出明显的"相对浓缩效应",这主要是因为有机质的降解,导致重金属浓度的升高。     

秸秆沼渣中重金属的安全风险分析

通过对沼渣中重金属进行含量和风险分析,以期达到评价沼渣的农用安全性的目的。研究了不同混合比例的秸秆和牛粪原料中温厌氧发酵过程中,进料类型、物料比例、预处理方式等对沼渣内重金属含量产生的影响。在不同类型的出料沼渣中重金属最高含量为:Cd 0.796 mg·kg-1,Cr 55.4 mg·kg-1,Pb 13.1 mg·kg-1,Hg 2.02mg·kg-1,As 23.8 mg·kg-1。沼渣基本符合我国《城镇垃圾农用控制标准》,但是Cu和Zn含量较高;重金属风险评价显示,沼渣农用存在着金属积累的风险,需处理后再农用。     

基于化肥、菌肥与沼肥对白菜生长影响的经济对比分析

试验以白菜为试材,研究了菌肥、沼肥与化肥单独施用下对作物生长影响及经济对比分析。综合不同的指标做出合理预测分析,结果表明施用沼肥对土壤全氮、速效磷、速效钾的影响效果最好,一轮耕种后种植白菜的土壤中全氮含量为765 mg·kg~(-1),速效磷含量为5.98 mg·kg~(-1),速效钾含量为138.95 mg·kg~(-1);浇沼肥作物品质最优,总糖含量占4.7%,比浇水提高了159.16%,VC含量85.25 mg·kg~(-1),比浇水提高了23.68%;相对于无肥、化肥、菌肥,施用沼肥经济效益最高。菌肥对白菜品质影响较好,总糖含量占4.15%比浇水的提高了128.97%,VC含量73.59 mg·kg~(-1)比浇水提高了11.98%;对土壤的肥力提升效果趋势优于浇化肥的,经济效益较低,不适合单独施用。综上,对化肥、菌肥、沼肥对作物生长影响进行经济对比分析得出沼肥优于菌肥优于化肥。     

碳氮比对稻秸厌氧发酵过程的影响

在实验室条件下,考察了C/N对稻秸厌氧发酵过程的影响,重点研究了不同C/N对稻秸厌氧发酵前后氮素转化的影响,实验设置初始C/N分别为15∶1(T1),25∶1(T2),35∶1(T3)和45∶1(T4)4个处理.结果表明,C/N对稻秸厌氧发酵产气的影响较大,C/N太高发酵初期会出现酸化现象,以C/N 25∶1的产气效果最好,TS产气量为286.82 mL.g-1;不同C/N对甲烷含量的影响不大,各处理平均甲烷含量均在55%左右;厌氧发酵后,稻秸中有机物被大量分解,VS,纤维素和半纤维素含量大幅降低,纤维素结晶区受到较大破坏,木质素相对被浓缩,FTIR和XRD的结果与常规分析的结果一致;厌氧发酵过程中,氮素的损失较大,T1,T2,T3和T4的氮素损失率分别为43.97%,42.94%,33.71%和32.34%;氮素主要流向沼液中,但随着初始C/N从15∶1提高到45∶1,保留在沼渣中氮素的比例从29.77%增加到42.86%;厌氧发酵后厌氧系统中氮素以铵态氮和有机氮为主,随着C/N增加,总氮中铵态氮的比重降低,有机氮的比重增加,硝态氮无论是在沼渣还是沼液中含量均不高。     

猪粪干式厌氧消化中试试验研究

试验采用牛粪消化液为接种物,在中温(36℃)条件下,对猪粪进行了干式厌氧消化中试试验。结果表明,随着进料量由300 kg·d~(-1)提高到450 kg·d~(-1),系统表现出了较好的稳定性,沼气产量为30~35m3·d~(-1),甲烷含量在57%~62%范围内,含水率下降到81%~82%,VS下降到71%~72%,VS去除率在40%左右,p H值在7.98~8.20范围内,碱度由15000 mg·L~(-1)升高到23000 mg·L~(-1)。随着试验的进行,系统氨氮浓度不断增加,为了防止氨氮抑制情况的发生,从第42天开始对出料进行固液分离,只回流沼渣,最后氨氮浓度稳定在5000 mg·L~(-1)左右,游离氨浓度在750 mg·L~(-1)左右,厌氧消化系统没有出现明显的抑制现象。但就产气情况来看,随着进料量的提高,产气量并没有上升,系统现阶段处于抑制平衡状态。     

钝化剂对猪粪厌氧发酵产气特性及重金属含量的影响

为了减少重金属污染,文章在猪粪厌氧发酵过程中添加钝化剂,探讨钝化剂对甲烷含量、重金属含量的影响,以期为减少重金属污染提供有效途径。笔者选用钝化剂种类、钝化剂浓度及温度3个因素,每个因素取3个水平,采用正交设计的方法,对猪粪进行厌氧发酵。结果表明:影响猪粪厌氧发酵甲烷含量的因素主次顺序为:钝化剂种类、温度、钝化剂浓度,甲烷含量最高的处理为采用7.5%浓度的活性炭钝化剂,在35℃条件下反应的处理组合;影响猪粪厌氧发酵后重金属Cu含量的因素主次顺为:温度、钝化剂种类、钝化剂浓度,Cu含量减少最多的处理为温度为25℃,5%浓度粉煤灰钝化剂的处理组合;影响猪粪厌氧发酵后重金属Zn含量的因素主次顺为钝化剂种类、温度、钝化剂浓度,Zn含量减少最多的处理为:5%浓度的粉煤灰钝化剂,温度为25℃的处理组合。猪粪厌氧发酵后,各组试验中沼渣中重金属含量均降低,沼液中重金属含量均增加,大多数组重金属总的含量减小。     

农村生活垃圾厌氧发酵产沼气性能研究

文章研究了在TS为8%和5%,中温(35℃)与常温,粉碎程度为粗粒与细粒的条件下,不同组合的农村生活垃圾厌氧发酵的产气效果。结果表明,当TS为8%,中温粗粒条件下的累计产气量和TS甲烷产率达到最高,分别达8035 m L和0.2704 m~3·kg~(-1),而TS为5%,常温粗粒条件下,农村生活垃圾的累计产气量最低,仅为2453 m L。发酵过程中pH值维持在6.0~7.5之间,厌氧发酵产气效果较好,而pH值低于6时,厌氧发酵受到明显抑制。此外,厌氧发酵对农村生活垃圾的重金属含量有明显去除作用。     

不同温度猪粪厌氧发酵甲烷产量和产能实验

实验分4组进行,以猪粪为原料,加入驯化过的接种物,控制总固体浓度为6.6%,发酵温度设置为室温(平均15℃),20,35和55℃,记录41d产气量。通过甲烷含量的测定和甲烷累计产量、产能的计算,探究猪粪厌氧发酵的最适温度条件。结果表明,低温不利于甲烷的生产,温度升高能较大幅度地提高甲烷的产量。为了兼顾消化时间和产能效益,以35℃中温条件、31d为发酵周期,对规模较大幅度地的养殖场较为适宜。20℃常温发酵也能得到较高的产能,但发酵周期较长,适合规模小、粪便产量较少的养殖场。对于年均气温接近20℃的广大华南地区,农户利用20℃常温发酵也能得到较好的产能效益。要进一步提高厌氧发酵产能,必须改进发酵装置,加强保温隔热措施,提高输入能量的利用效率,降低发酵散热损耗。     

猪粪厌氧干湿发酵产气效率对比

为了对比研究猪粪厌氧干湿发酵的产气效率,文章在中温37℃±1℃,接种物与原料的比例为1∶1的条件下,设置发酵浓度分别为8%和20%进行猪粪厌氧发酵产沼气实验。结果表明:猪粪厌氧湿发酵(发酵浓度为8%左右)的发酵产气周期要比猪粪厌氧干发酵(发酵浓度为20%左右)的更短;猪粪厌氧干发酵的VS产气率以及VS降解率均要高于猪粪厌氧湿发酵,且VS产气率提升了22. 10%;猪粪厌氧干湿发酵降解过程与Logistic方程的相关系数R~2均高于0. 99,Logistic方程可很好的反映猪粪厌氧干湿发酵过程的规律。