鸡粪沼渣好氧堆肥颗粒尺度下氧气渗透深度表征

利用傅里叶变换显微红外光谱技术对鸡粪沼渣好氧堆肥颗粒尺度下氧气渗透深度进行了量化表征。用于表征鸡粪沼渣颗粒氧气渗透深度的显微红外透射光谱法的光谱采集范围为750~4 000 cm~(-1),光谱分辨率16 cm~(-1),像素点尺寸6.25μm×6.25μm,扫描次数8次。鸡粪沼渣好氧堆肥样品经冷冻干燥处理后,应采用石蜡切片技术制成12μm薄片,选取2 856 cm~(-1)和1 640 cm~(-1)代表脂肪类化合物,1 568 cm~(-1)和3 001 cm~(-1)代表芳香族化合物作为氧气渗透深度边界判定特征波长,且氧气渗透深度终点定义为差分曲线迅速下降处。鸡粪沼渣颗粒氧气渗透深度较小,介于7~20μm范围内动态变化,其符合指数关系式。研究结果表明,采用傅里叶显微红外透射光谱法判定好氧堆肥颗粒氧气渗透深度具有可行性,但应根据不同物料特性,选用适用的方法和技术参数。     

鸡粪好氧堆肥研究进展

城市规模化养鸡场的出现使鸡粪处理日益成为一个难题。好氧堆肥可以将鸡粪转变为稳定而安全的有机肥料。为此,介绍了好氧堆肥的机理、堆肥过程中控制因素、氮素的转化和保持、堆肥的腐熟度指标和施用效果等研究内容,并指出了未来的研究方向。     

沼渣好氧堆肥种子发芽指数快速预测可行性分析

种子发芽指数是衡量好氧堆肥植物毒性和腐熟度的重要参数。以沼渣和猪粪为主要原料,麦秸和蘑菇渣为辅料,利用自行研制的智能型好氧堆肥反应器系统开展了联合好氧堆肥试验,基于获取的种子发芽指数和基本理化指标数据进行了相关性和回归建模分析研究。试验结果表明:种子发芽指数与挥发性固体、总碳、总氮、半纤维素和木质素干基相对含量以及碳氮比均具有显著的相关性(R≥0.83,Sig.为0.000)。所构建的一元和二元线性预测模型均具良好的拟合度(R≥0.81,Sig.为0.000),其中,以总碳和总氮为二元变量的种子发芽指数快速预测模型(R=0.92,SEP为7.58)具有最好的预测能力。该研究为种子发芽指数的快速预测分析提供了方法学支撑。     

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程的影响

生物炭作为堆肥调理剂对于加快畜禽粪污好氧堆肥进程、增强堆肥品质和改良堆肥工艺具有重要意义.分别选用玉米秸秆和树叶与鸡粪混合进行堆肥试验.通过研究堆体温度变化、含水率、pH值、电导率,以及氮、磷、钾营养成分含量的变化,分析生物炭对堆肥过程的影响.结果 表明,添加生物炭可有效缩短堆肥周期2～3d.添加生物炭前期会使堆体pH...     

生物炭对鸡粪好氧堆肥主要氮素形态含量影响与保氮机制

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程氮素形态含量影响及保氮机制的研究对有害气体减排、氮素减损控制以及好氧堆肥工艺的深度优化具有重要意义。以鸡粪和麦秸为主要原料,通过添加适量生物炭,利用实验室智能型好氧堆肥反应器系统进行了好氧堆肥试验。基于获取的主要理化、生物学指标以及氮素存在形态动态数据,结合扫描电镜和主要种类微生物数量动态变化分析,研究了好氧堆肥过程主要氮素形态含量变化并初步阐释了生物炭保氮机制。研究结果表明:添加生物炭有利于鸡粪好氧堆肥过程氨气减排和减少氮素损失;堆肥过程氨气排放量与铵态氮浓度和硝态氮浓度分别呈显著正相关关系(r=0.783,p=0.0370.05)和高度显著负相关关系(r=-0.941,p=0.0170.05)。生物炭多孔结构能有效吸附铵态氮和氨气等氮素物质,降低堆体铵态氮浓度,进而减少氨气挥发;生物炭能为硝化细菌等微生物群落提供适宜的环境,有利于促进硝化反应并抑制氨气挥发。     

翻抛频率与混合比对鸡粪槽式好氧堆肥的影响

为了提高和改善槽式堆肥产品品质,研究影响槽式堆肥质量的因素,将鸡粪和辅料以一定比例混合作为研究对象,测定了3种混合比（鸡粪：辅料（W/W）,50：50、60：40和70：30）的物料在3种不同翻抛频率（每12h、24h、36h进行一次翻抛作业）的处理下总养分、含水率、温度、PH等4个堆肥品质指标的变化。分析和比较了在两周的好氧堆肥过程中,堆肥物料品质指标的变化规律,结果表明,翻抛频率和混合比对堆肥品质指标有不同程度的影响。混合比对堆肥物料的总养分、含水率变化有着极显著的影响（P＜0.01）,翻抛频率对堆肥物料含水率的变化有极显著的影响（P＜0.01）,对PH的变化有显著影响（0.01≤P≤0.05）,两者都对温度的变化影响不显著。另外,试验结果显示物料在混合比为70：30和翻抛频率为每24h翻抛一次的条件下,堆肥后总养分含量提升最明显,理化性质稳定,有利于产出高品质的有机肥。     

猪粪好氧堆肥碳排放分析

以生命周期法为指导,应用排放系数法对猪粪秸秆好氧堆肥路径下碳排放量进行计算。本文研究的范围包括：堆肥厂内微生物降解活动产生的直接排放;加工设备电力消耗等上游活动产生的间接排放;有机肥作为化肥替代品减排量、土地施用后的土壤碳结合等下游活动减排量。结果表明：项目日处理420吨原料,可生产20吨有机肥,堆肥生物降解过程产生的直接排放为19.26 tCO₂e,电力消耗间接排放为17.84 tCO₂e,产品作为化肥替代品的减排量为0.87 tCO₂e,土地施用固碳量为113.4 tCO₂e。生命周期范围内,生产及施用有机肥净碳汇量为77.18 tCO₂e,可实现负碳排放,有效提升土壤固碳能力,可为农业减排降碳提供技术模式。     

飞灰添加量对沼渣、牛粪共堆肥的影响

为改善沼渣、牛粪共堆肥低磷和低钾等问题,向共堆肥肥堆中添加生物质飞灰,对堆肥过程中堆体理化特性进行分析。选取飞灰添加量为8%、12%、20%和25%,按四分法每10天取样记录含水率、电导率、总碳、总氮、总磷和总钾等变化,分析研究飞灰添加量对沼渣、牛粪共堆肥的影响。结果表明：当飞灰的添加量由8%增加到25%,堆体的含水率增加,但是当添加量超过12%时,对含水率影响不大,最终维持在58%左右;飞灰中的碱金属等物质的存在,中和好氧发酵过程产生的酸,提高堆体的pH值,同时还提高堆体的电导率,改善堆体的发酵环境;飞灰中的生物炭和钾等成分提高堆体的总碳和总钾含量,60天腐熟后,堆体的总碳含量由37.37%增加到47.81%,总钾含量最大值为35.74 g/kg,但是对总氮和总磷含量的影响不明显。然而过高的飞灰添加量会抑制微生物的生长,从而降低发酵速率和产品质量。     

猪粪好氧堆肥过程有机质降解和热量平衡模型

依据有机质降解一级动力学方程和系统热量平衡方程,充分考虑猪粪好氧堆肥有机质降解的梯次性对数学建模的影响,建立了反应器好氧堆肥过程有机质降解Monod模型和热量平衡模型.有机质降解Monod模型考虑了温度、含水率、氧体积分数和自由空域4种因素对降解系数的影响,其中温度作为最主要影响因素;热量平衡模型中主要考虑了对流、传导的热量传递方式.利用实验室好氧堆肥反应器进行的模型验证试验结果表明:堆肥试验实测值与模型模拟值表现出较好的一致性,有机质降解的实测值与模型模拟值的相对标准误差为13.02％,温度变化的实测值与模型模拟值的相对标准误差为9.9％.     

沼渣与餐厨废弃物、牛粪联合堆肥的腐殖化进程研究

为探究不同沼渣联合堆肥的腐殖化进程,以污泥沼渣、秸秆沼渣和醋糟为主要原料分别与餐厨废弃物、牛粪联合堆肥,进行堆肥过程中酶活性变化及堆肥前后腐殖化特征变化的表征。研究结果表明:秸秆沼渣堆肥过程中脱氢酶和脲酶活性随着堆肥进行呈先增加后降低的趋势,且保持较高的多酚氧化酶、纤维素酶活性,加速了有机物的分解和腐殖化;相比秸秆沼渣和醋糟,污泥沼渣在堆肥结束时脱氢酶和脲酶活性依然较高,分别为19. 25μg/(g·h)、6. 22 mg/(g·d),表明还存在部分不稳定有机物。经过30 d堆肥后,沼渣逐渐腐殖化,腐殖酸的分子量分别由堆肥前的2 024、3 284、2 090 Da变为堆肥后的2 061、3 929、3 990 Da。综上,基于多元参数表征能够为沼渣的高效资源化及其产品应用提供理论依据。     

融合多环境参数的鸡粪氨气排放预测模型研究

NH₃是影响舍内肉鸡生长发育的主要有害气体,对其排放量的准确测量与预测有助于建立鸡舍环境调控模型,提升畜禽福利化养殖的水平。生产中,NH₃监测多采用电化学传感器,精度差且寿命短,较难直接获取NH₃排放量。结合NH₃产生和释放的机理过程,选择相对较易获取的CO₂排放量(E_CO2)和H₂O排放量(E_H2O)等环境参数建立NH₃排放量的预测模型。建立了肉鸡厚垫料养殖模式下,舍内鸡粪气体排放的模拟试验装置,连续多日向试验装置内投入等量鸡粪以模拟鸡舍每日粪便生成,监测温度、相对湿度以及CO₂、H₂O、NH₃排放量数据。基于多种机器学习方法和环境参数,构建了NH₃排放量预测模型,并运用特征和排列重要性探究参数重要程度,运用部分依赖图和个体条件期望图探究模型对参数的依赖关系。...     

餐厨、果蔬与鸡粪多元混合物料厌氧消化实验研究

文章研究了多元混合物料在不同混合比例条件下厌氧消化性能.以餐厨与鸡粪混合、果蔬与鸡粪混合、餐厨果蔬(TS计,8∶5)与鸡粪混合为原料,三种混合处理的混合比例均分别为4∶1,3∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶3,1∶4,同时设单一餐厨、果蔬、鸡粪消化试验,进料负荷为2％(TS).结果表明:在三种不同混合原料中,相同比例条件下产气具有一致性,鸡粪含量较少的4∶1和3∶1条件下出现严重酸化现象,产气周期45天.比例为2∶1和1∶1条件下,出现酸化后恢复期短,自身调节能力较好.鸡粪含量较多的1∶2,1∶3和1∶4条件下并未出现酸化现象,产气周期20天.不同混合原料出现了协同或抑制作用,以餐厨与鸡粪、餐厨果蔬与鸡粪为原料的两个系统中,协同作用较明显,与理论产CH4量相比分别提高1.2％ ～45.5％和8.1％ ～27.0％,但以果蔬与鸡粪为原料的系统中协同作用不明显,甚至出现了一定程度的抑制.多元物料混合厌氧发酵实验中,餐厨垃圾与鸡粪在1∶2条件下混合时系统缓冲性能好,单位TS产气量573 mL·g-1,T90为16天,协同产气量提高45.5％,是最佳的混合比例.     

添加过磷酸钙的猪粪堆肥污染气体减排工艺优化

过磷酸钙作为农业生产中常用肥料添加到堆肥中一方面能够显著降低堆肥过程中氨挥发,减少甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放,另一方面可以提高磷的生物有效性,对于降低堆肥环境污染风险提高堆肥品质具有重要意义。为研究不同工艺参数对堆肥污染气体排放的影响,研究了添加过磷酸钙条件下不同通风率(0.12、0.24、0.36 L/(kg·min))、含水率(55%、60%、65%)和碳氮比(15、18、21)对堆肥典型污染气体CO_2、CH_4、NH_3和N_2O排放的影响。结果表明:含水率65%和通风率0.36 L/(kg·min)条件下会显著降低过磷酸钙的固氮效果,低通风率更有利于减少NH_3挥发控制氮素损失。过磷酸钙能够有效控制猪粪堆肥N_2O的排放,低通风率有利于堆肥高温期N_2O减排。过磷酸钙对CH_4的减排效果显著,受工艺参数影响较小。不同工艺参数均不会影响添加过磷酸钙堆肥达到稳定和腐熟,从CO_2、CH_4、NH_3和N_2O总温室效应减排效果来看,含水率60%、通风率0.12 L/(kg·min)、碳氮比18是最优堆肥工艺参数方案。     

鸡粪工厂化堆肥过程中有机质含量预测模型

以148份肉鸡粪和菊花渣工厂化高温堆肥过程样品为研究对象,分别探讨了基于基本理化指标和近红外光谱预测鸡粪堆肥过程中有机质含量的可行性.根据样品中干物质含量、pH值和电导率3种理化指标与有机质含量的相关关系建立了基于理化指标预测有机质含量的一元和二元线性回归模型.结果表明,利用干物质含量预测有机质含量简便、易行且最具实际应用价值(R~2=0.81, P<0.001).采用多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘回归3种定量分析方法分别建立了鸡粪堆肥过程有机质含量的近红外预测模型.其中,主成分回归和偏最小二乘定量分析方法所得预测模型的验证决定系数(r~2)均为0.95,验证相对分析误差(RPD)均大于4.0,所建模型的预测精度较高,可用于实际检测工作.     

生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷工艺参数优化

为探究生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷最优工艺参数,在前期试验的基础上,以鸡粪添加量、生物炭添加量和碳氮比为参数,在(35±1)℃条件下进行了生物炭介导的鸡粪序批式三因素二次旋转组合厌氧消化试验。以单位挥发性固体(VS)累积产甲烷量为评价指标,通过响应面法获得单位VS累积产甲烷量随三因素变化的二次回归模型。结果表明:回归模型拟合性较好,能较好描述单位VS累积产甲烷量随鸡粪添加量、生物炭添加量和碳氮比变化的规律。通过对模型工艺参数寻优,得到最优工艺参数为鸡粪添加量14.35 g、生物炭添加量4.97%、碳氮比22.02,此条件下单位VS产甲烷量为283 m L/g,为生物炭介导的鸡粪厌氧消化工程应用提供了参考依据。     

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。     

中性纤维素酶促进牛粪厌氧消化性能的研究

试验考察直接添加中性纤维素酶对牛粪沼气发酵性能的影响.向厌氧消化体系添加50,100,150,200 FPU·g-1的中性纤维素酶,通过产气数据、发酵终点沼液性质来估计评估中性纤维素酶对牛粪沼气发酵性能的影响.中性纤维素酶可以促进牛粪的厌氧消化性能.当酶添加量为50 FPU·g-1时,对牛粪产气没有影响;当酶添加量继续...     

猪粪水热预处理和厌氧消化条件下的典型抗生素降解性能

畜禽养殖过程中排泄的粪污中残存大量抗生素给环境带来潜在风险。为进一步了解水热预处理和厌氧消化对畜禽粪污中典型抗生素降解变化特征,同时明晰抗生素与产甲烷性能的相关性,以猪粪为研究对象,考察了不同温度（70、90、120、150、170℃）水热预处理对3种抗生素（磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星）的消减作用,研究了3种抗生素在中温厌氧消化过程中的降解规律及其对产甲烷性能的影响。结果表明,磺胺嘧啶和恩诺沙星在70℃水热处理条件下100%去除,而土霉素在90℃水热处理条件下100%去除;3种抗生素的去除率随着厌氧消化时间的延长而逐渐增加,恩诺沙星在厌氧消化5d基本达到100%的去除;土霉素在厌氧消化15d基本达到100%去除,而磺胺嘧啶在厌氧消化30d去除率达52.9%;厌氧消化过程中磺胺嘧啶的去除率随着起始浓度的增加而降低,低浓度组（SDZ-1、SDZ-2和SDZ-3）在前12d均能够完全降解,高浓度组SDZ-4和SDZ-5在厌氧消化36d后的去除率分别为65%和71%。此外,猪粪中磺胺嘧啶为5~150mg/kg范围内,未见对猪粪厌氧消化产甲烷性能产生负面影响作用,厌氧消化累积沼气和甲烷产量与磺胺嘧啶浓度呈负线性相关（R2=0.9546和R2=0.8654）。因此,水热预处理和厌氧消化对猪粪中磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星具有明显的消减作用,可为后续水热预处理耦合厌氧消化处理含抗生素粪污的研究提供数据支撑。