规模化养猪场粪污全量收集及贮存工艺设计

基于全量收集的粪污贮存技术具有粪尿收集方便、运行成本低廉和养分利用率高等特点,在欧美等发达国家得到了普遍应用,是一种适合在中国华北、西北等地区和土地匹配较充足的区域进行推广的粪污处理与还田利用技术。文章以规模化养猪场尿泡粪全量贮存技术为研究对象,分析了尿泡粪收集量、贮存工艺控制参数、贮存设施设计和投资运行成本等内容,旨在为该技术的推广应用提供参考。结果表明：每头生猪整个饲养周期内尿泡粪收集量为0.70 m3;粪污贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存罐2种,粪污贮存方法可采取舍内贮存、舍外贮存和舍内结合舍外贮存3种。粪污pH值酸化至5.5～6.5,氨排放量最高可减少80%;粪肥还田前一般要求存储时间为6个月。以存栏5 000头规模养猪场为例,舍内贮存池所需容积为6 600 m3,投资660万元;舍外贮存罐所需容积为4 118 m3,投资206万元;舍内结合舍外贮存设施所需容积为8 214 m3,投资651万元;粪污处理成本为3.83万元/a,施肥成本为10.8万元/a;全部粪肥还田可满足133 hm2农田用肥,节省化肥6.0万元/a,该研究可为粪污贮存及利用提供参考。     

规模化猪场粪污处理工艺的研究

在国内外猪场粪污处理工艺调研的基础上，通过对粪污粒径分布、沉降性能和气浮工艺适用性的试验研究，确定了一种先进实用、可靠、易行的猪场粪污达标排放的处理工艺。     

规模化猪场粪污处理工艺的研究

在国内外猪场粪污处理工艺调研的基础上，通过对粪污粒径分布、沉降性能和气浮工艺适用性的试验研究，确定了一种先进实用、可靠、易行的猪场粪污达标排放的处理工艺。     

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。     

规模化好氧堆肥底部曝气系统管道内流场仿真与试验

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑制局部厌氧环境的形成,改善堆肥环境。该研究基于4种规模堆体（48、90、180、270 m³）所需风机和管道参数;建立了底部曝气系统流场模型,模拟分析了通风管道内及通风孔处的流速分布;并依据实例进行了深入分析。结果表明,对于较小规模堆体（48、90 m³）,不同布风方式对管道内和通风孔处流速分布的均匀性影响不大,而渐密布孔相比于均匀布孔可以提高其均匀性。对于较大规模堆体（180、270 m³）,可通过铺设多排管道的方式来提高其均匀性,其中四管相比于三管可以减少10 %的动能损失;基于对工厂100 m³堆体的实例仿真,发现仿真得到的流速与实际测量值没有显著差异,该研究结果可为后续工程建设提供理论依据和数据支撑。     

农村户用厕污堆肥反应器设计与试验

针对农村户用厕所环境条件差、厕污处理困难等问题,该研究研制了一种具有负压抽吸进料-螺旋盘管曝气-膜辅助加热功能的110 L农村户用厕污堆肥反应器。根据工程热力学和生物学原理,设计了厕污负压抽吸进料机构、螺旋盘管曝气系统和膜辅助加热机构等关键部件,集成反应器控制单元,并开展反应器性能试验。试验结果表明：堆肥高温期（50 ℃）维持5 d,连续发酵15 d后,蛔虫卵死亡率达到100%,大肠菌值检测为46个/g（≤100个/g）,种子发芽指数为88.4%,满足《粪便无害化卫生标准》要求。该研究可为农村户用厕污无害化处理及肥料化利用提供装备支撑。     

猪粪堆肥挥发性有机物的产生规律与影响因素

堆肥是畜禽粪便处理及资源化利用的有效途径,然而堆肥过程中极易产生挥发性有机物(VOCs,volatile organic compounds),引发恶臭问题,并对人体健康带来危害。该研究以猪粪和秸秆为原料,通过堆肥试验,研究了含水率、碳氮比和通风速率等工艺参数对猪粪堆肥过程中主要VOCs产生的影响。研究结果表明:堆肥过程中TVOCs的最高体积分数可达2 000×10~(-6)以上,主要在堆肥升温期产生。二甲二硫、二甲三硫是主要的致臭VOCs,其中,影响二甲二硫排放的主要因素为物料初始含水率,影响二甲三硫排放的主要因素为通风速率。极差及方差分析结果表明,堆肥过程中采用含水率65%,碳氮比30,通风速率0.1 m~3/(min·m~3)可以有效控制VOCs的排放。     

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。     

适宜猪粪与菌渣配比提高堆肥效率

为摸索猪粪和菌渣堆肥生产有机肥技术,在自然发酵条件下,设计猪粪和菌渣9:1、8:2、7:3、6:44种不同比例(湿质量比)进行高温堆肥试验,研究了堆肥过程中温度、pH值、有机碳、发芽指数及养分氮、磷、钾的动态变化。结果表明,堆体温度在第3天即达50"C以上,保持高温25~32 d后开始下降,其中6:4处理高温期比9:1处理长7 d;4个处理pH值都呈先快速上升、之后下降并趋于稳定的趋势,pH值在6.83~8.62间变化;有机碳(质量分数)总体上呈下降之势,至堆肥结束4个处理分别下降了16_3%、14.5%、13.6%和11.9%,菌渣比例提高可减少堆体有机碳的损失:除6:4处理外,其他处理发芽指数分别于23、33和47 d达80%以上,同一时期菌渣比例越高堆体提取液对植物的毒害作用越强;氮磷钾总养分(质量分数)前期(约19 d)呈基本持平或少量下降,随后持续上升,堆肥结束4个处理分别为5.93%、5.57%、5.64%和5.13%。6:4处理氮磷钾总养分在堆肥大部分时期(45 d内)≤5.0%,其他处理在21~25 d后均≥5.0%。综合考虑堆肥质量和堆期等因素,利用猪粪和菌渣为原料规模化生产机肥,猪粪和菌渣适宜的比例为8:2。同时,因猪粪和菌渣C/N均较低,建议适当增加米糠等C/N高的添加料,进一步提高堆肥效率。     

通风量对粪渣与树叶共堆肥的影响

为实现园林废物的无害化与资源化并获得合适的通风量,以粪渣与树叶为原料,采用0.08、0.14和0.20 m3/(min·m3) 3个通风量进行了静态好氧堆肥,分析了不同通风量对堆肥过程中的堆体温度、二氧化碳浓度、发芽指数、肥效指标氮磷钾以及重金属质量分数等指标的影响。结果表明：在粪渣与树叶含水率分别为80%和8%左右,粪渣与树叶质量比例为3/1,通风量为0.078、0.14和0.20 m3/(min·m3)时,均可以实现高温好氧堆肥。通风量为0.14 m3/(min·m3)时堆肥效果较佳。所得堆肥产品肥效指标和重金属质量分数均符合国家相应标准。     

堆积肉牛粪便甲烷排放影响因子试验

通过测定肉牛粪便在不同温度和堆高时的甲烷排放量,探讨了中国肉牛粪便甲烷排放量及其主要影响因素。采用动态箱法测定了肉牛粪便在15℃、25℃和35℃中,堆高分别为10cm、20cm和40cm时的甲烷排放通量,同时分析了试验前后粪便的性质。结果表明,15℃时肉牛粪便堆放15d的鲜牛粪甲烷排放通量为(0.031±0.002)～(0.002±0.000)g/(d·kg),累积排放量为0.17～0.18g/kg;25℃中堆放26d的甲烷排放通量为(0.323±0.018)～(0.051±0.063)g/(d·kg),累积排放量为3.8～5.1g/kg;35℃中堆放26d的甲烷排放通量为(0.414±0.073)～(0.033±0.050)g/(d·kg),累积排放量为3.6～6.6g/kg。15℃中粪便甲烷排放量显著小于25℃和35℃中的排放量(P<0.01)。粪便堆高与单位表面积的累积甲烷排放量相应也高。     

牛粪堆肥方式对温室气体和氨气排放的影响

为明确堆肥过程中温室气体和氨气排放规律以及产生的总温室效应,在云南省大理州开展堆肥试验,并以奶牛粪便为试验材料,研究了农民堆肥(FC)、覆盖堆肥(CC)、覆盖-翻堆堆肥(CTC)和覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)4种堆肥方式对温室气体和氨气排放的影响。结果表明:覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)可提高堆肥腐熟度,有效降低CH4和N_2O排放,但并没降低CO2和NH_3排放;与农民堆肥(FC)相比,覆盖堆肥(CC)的CH4排放量增加了48.7%,而N2_O和NH3排放量与农民堆肥(FC)基本一致;覆盖-翻堆堆肥(CTC)虽然提高了腐熟度,但CH_4、CO_2和NH_3排放量较大;堆肥结束时,4个处理的总温室效应分别为25.6、32.9、38.1及18.0 kg/t;温度与CH_4、CO_2、N_2O和NH_3排放速率均极显著相关,pH值显著影响N_2O和NH_3的排放。因此,覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)不仅能够满足堆肥产品的腐熟度要求,而且能够减少总温室效应,再加上其操作简便,能够在生产中推广应用。     

塑料薄膜覆盖对牛粪便温室气体排放的影响

为控制短期贮存畜禽粪便的温室气体排放,该文研究了塑料薄膜覆盖对肉牛粪便短期贮存过程中温室气体排放量的影响。试验采用静态箱-气相色谱法观测了秋季(日均22.87℃)肉牛粪便自然露天堆放(对照组)和塑料薄膜覆盖堆放(覆盖组)时温室气体的排放通量。结果表明:秋季覆盖塑料薄膜贮存粪便可使N2O和CO2的日均排放通量分别降低94.85%(P0.01)和88.85%(P0.01),并在试验前期(0~9 d)使CH4的日均排放通量降低了43.37%(P0.05),但随后的10~30 d,覆盖组粪便CH4的日均排放通量极显著高于对照组(P0.01)。结论:当环境温度在17.23~30.35℃时,覆盖塑料薄膜可以降低堆放贮存(0~30 d)粪便N2O和CO2的排放通量以及堆放初期(0~9 d)CH4的排放通量。因此,塑料薄膜覆盖贮存法可显著降低粪便堆放初期的温室气体排放。     

不同调理剂对牛粪好氧堆肥的影响

养殖业的发展造成了周边环境的严重污染。好氧堆肥技术是处理固体有机废弃物的一种有效方法。该文利用自制发酵箱进行了牛粪与不同调理剂一玉米芯、玉米秸秆和稻草的混合好氧堆肥试验。试验结果表明,当堆肥底料的初始碳氮比为27:1,初始含水率为65％时,玉米芯、玉米秸杆和稻草均可作为调理剂与牛粪进行好氧堆肥,且可达到无害化要求。而采用粒径大、多孔、疏松的玉米芯作为调理剂,有利于通风供氧,堆体升温和降温均较快,高温持续时间长,堆料腐熟快,有利于加快堆肥的进程。     

不同调理剂对牛粪好氧堆肥的影响

养殖业的发展造成了周边环境的严重污染。好氧堆肥技术是处理固体有机废弃物的一种有效方法。该文利用自制发酵箱进行了牛粪与不同调理剂-玉米芯、玉米秸秆和稻草的混合好氧堆肥试验。试验结果表明，当堆肥底料的初始碳氮比为27：1，初始含水率为65%时，玉米芯、玉米秸杆和稻草均可作为调理剂与牛粪进行好氧堆肥，且可达到无害化要求。而采用粒径大、多孔、疏松的玉米芯作为调理剂，有利于通风供氧，堆体升温和降温均较快，高温持续时间长，堆料腐熟快，有利于加快堆肥的进程。     

添加微生物菌剂对牛粪高温堆肥腐熟的影响

通过向堆肥中添加微生物菌剂和腐熟堆肥研究了其对堆肥腐熟速度的影响。结果表明,添加菌剂和腐熟堆肥在堆制初期均能促进堆体快速升温,较对照提前1～4d到达高温阶段(＞50℃),且菌剂添加量越大,升温越快;与对照相比,添加600mg·kg~(-1)菌剂和50g·kg~(-1)腐熟堆肥使高温期(＞50℃)延长了3～4d。堆制29d后,添加600 mg·kg~(-1)菌剂和50 g·kg~(-1)腐熟堆肥的处理均较好腐熟,种子发芽指数分别为92．1％和84．4％,其他处理则未达到腐熟。这表明向堆肥中接人一定量的菌剂和腐熟堆肥均可加快堆肥腐熟,缩短堆肥周期。     

除氨菌系对牛粪堆肥氮素转化的影响

为了减轻牛粪堆肥过程中NH3释放对环境的污染及氮素损失,在牛粪堆肥时添加除氨菌系,研究其对氮素形态转化的影响。加除氨菌系处理的NH4+-N、NH3较对照分别降低20.47%和61.21%,全氮、NO3--N较对照分别提高11.63%和65.01%,酸解有机氮、氨基酸态氮、酰胺态氮和氨基糖态氮含量分别提高12.42%、11.26%、16.92%和19.51%。表明除氨菌系在牛粪堆肥过程中,能够固定NH4+-N向有机氮各组分转化,减少NH3挥发,具有较好的保氮作用。     

开放式牛舍舍内喷雾和屋面喷淋通风降温改善肉牛生产性能

为缓解南方夏季高温高湿热应激对肉牛生产性能的影响,探讨不同降温方式对肉牛的降温效果。以江西省地方品种锦江黄牛为试验对象,试验分为3组,每组8头牛,试验1、2和3组分别为舍内通风组、舍内喷雾通风组和屋面喷淋通风组,3个组牛的平均体质量分别为(250.38±24.54)、(247.93±24.54)和(250.00±24.02)kg(P0.05),试验于2014年7—8月进行。分别测定了环境温度、湿度,肉牛直肠温度、呼吸频率和日增质量等,结果表明:屋面喷淋运行期间(10:00—18:00),与1组相比,3组舍内距屋顶0、1、2和3 m处温度分别降低4.79(P0.01)、2.13、1.37和1.42℃;湿度分别增加9.66%(P0.01)、6.76%(P0.01)、2.66%和1.80%;在14:00时,距离地面高度1.5和0.5 m分别降低1.20(P0.05)和1.07℃;呼吸频率降低12次/min(P0.01);直肠温度差异不显著;日增质量提高0.19 kg/d,提高率为26.38%(P0.05)。喷雾运行期间14:00时,与1组相比,2组肉牛体感温度喷雾前后分别降低0.51和1.43℃(P0.05),在18:00分别下降0.70和1.60℃(P0.05);呼吸频率降低13次/min(P0.01);直肠温度差异不显著;日增质量提高0.08 kg/d,提高率为11.11%。从以上结果可以看出,喷雾通风和屋面喷淋通风均可以一定程度缓解肉牛的热应激。     

牛粪好氧和蚯蚓堆肥腐熟料成型基质块制备及育苗试验

为优化蔬菜育苗成型基质的配方,提高成型基质蔬菜育苗效果,分别以牛粪好氧堆肥腐熟料和牛粪蚯蚓堆肥腐熟料为主料,草炭为辅料,吸水树脂为膨胀剂,木醋液为调节剂,黄瓜为指示植物,研究不同配方对成型基质块成型及育苗效果的影响,并对各目标指标进行综合评价,以确定较佳的成型育苗基质配方。试验结果表明:牛粪好氧堆肥腐熟料制成的成型基质块在膨胀性能、抗跌碎性及育苗期间破损情况优于牛粪蚯蚓堆肥腐熟料制成的成型基质块,但其p H值、EC值较高,使其存活率和茎粗株高等育苗特性与牛粪蚯蚓堆肥腐熟料相比较差。2种腐熟料基质配方可采取不同的调节方法改善其特性,蚯蚓堆肥腐熟料中添加适量秸秆类纤维状物质可以减小其成型基质块的跌碎率和破损率,牛粪好氧堆肥腐熟料中添加硫磺粉可以调节p H值。从基质块质量综合指数来看,既适合成型又有利于育苗效果的配方为:腐熟料和辅料的体积比为3:2~4:3;成型基质块中膨胀剂的含量以该试验中最小添加量27 m L左右最为合适,与总物料(腐熟料和辅料混合后的物料)的比值为5.5 m L/L;木醋液在2种腐熟料中的添加量不同,在牛粪好氧腐熟料中,木醋液添加量约为8.5 m L/L,而牛粪蚯蚓腐熟料中则为18 m L/L,此时两种腐熟料成型基质块的跌碎率均小于5%,破损率均小于20%和小于40%,幼苗存活率分别大于40%和大于70%,全株干质量全部大于100 mg。该研究结果可为蔬菜有机栽培成型基质的开发及其品质改善提供理论依据,具有重要意义。     

不同微生物对猪粪堆肥过程及其养分状况的影响

为使集约化猪场固态猪粪无害化和资源化,采用耐温性和猪粪水适应性选择法,从新鲜猪粪和堆肥中分离出地霉菌、解脂耶罗威亚酵母菌、凝结芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌和奴卡菌5株,并采用五因素两水平正交试验法,设计出15种不同组合发酵菌剂,研究其将猪粪发酵成有机肥的效果。统计分析显示,地霉菌和嗜热脂肪芽孢杆菌为最佳菌种。结果表明,利用发酵菌剂与猪粪混合堆肥发酵,堆肥的最高温度可由自然腐熟的67℃提高到72℃,速效养分较自然腐熟提高9.5%。因此,选择合适的发酵菌剂与猪粪混合堆肥,可较好地实现猪粪变有机肥的目标。