膨润土对猪粪厌氧发酵重金属铬钝化的影响

随着饲料工业的发展,铬(Cr)等重金属元素作为饲料添加剂在规模化养猪场中广泛应用,且由于猪对重金属吸收利用率低,Cr等重金属元素积累在猪粪中.厌氧发酵是中国政府倡导的处理畜禽粪污的有效途径,但经厌氧发酵,重金属仍残留在沼肥中.重金属的危害与其形态密切相关.因此,为减少沼肥中重金属污染、提高其资源化安全利用提供科学依据,...     

不同预处理玉米秸秆对猪粪厌氧发酵重金属镉钝化效果

由于养殖饲料中重金属添加剂的使用,使畜禽粪便中重金属含量增加。为减少畜禽粪便重金属的污染,该研究以猪粪为发酵原料,通过添加不同预处理(稀H2SO_4处理、Na OH处理)的玉米秸秆,在温度35℃,接种物量30%,总固体(Total Solid,TS)浓度为10%,pH值为7.0,C/N比为25的条件下进行90 d厌氧发酵试验,旨在研究添加玉米秸秆对重金属Cd钝化效果的影响。结果表明:猪粪厌氧发酵过程中添加玉米秸秆有利于重金属Cd从有效态转化为稳定态;猪粪在厌氧发酵过程中添加玉米秸秆能提高重金属Cd的钝化效果,添加碱处理玉米秸秆钝化效果最佳,为32.38%,添加稀酸处理玉米秸秆的处理钝化效果次之,为32.00%。显著性分析表明,猪粪厌氧发酵过程中添加酸碱处理玉米秸秆对重金属Cd的钝化效果显著高于猪粪单独发酵和添加不经过处理的玉米秸秆(P0.05),而添加稀酸处理秸秆与添加碱处理秸秆重金属钝化效果差异不显著(P0.05);傅立叶红外光谱法(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)显示厌氧发酵后,沼渣中碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等有机物含量减少,腐殖质含量增加,添加玉米秸秆后有机物腐殖化程度有所提高,且添加碱处理玉米秸秆时有机物腐殖化程度较好,其次是添加酸处理玉米秸秆的处理。因此在猪粪厌氧发酵过程中适量添加经过酸、碱处理的玉米秸秆,可以降低沼渣中重金属Cd的生物有效性。研究结果可为畜禽粪便厌氧发酵重金属钝化提供参考。     

海泡石对猪粪秸秆厌氧发酵产物中Cd的钝化效果研究

由于饲料添加剂的使用,畜禽粪便中重金属含量增加。因此,为降低厌氧发酵过程中的重金属污染风险,该文以猪粪和玉米秸秆混合为发酵原料,重金属Cd为研究对象,通过添加2.5%的海泡石作为钝化剂,在35 ℃的条件下进行为期60 d的发酵。利用H2O、KCl、Na4P2O7、NaOH、HNO3分级提取法对有机碳含量和重金属Cd在有机质中的分布变化情况进行分析,结果表明：随着发酵的进行,沼渣中有机质含量呈现前中期迅速降低,后期缓慢降低的趋势,且添加钝化剂后沼渣中有机质含量降低;总可提取态有机碳在10%～20%之间,发酵过程中胡敏酸（humic acid,HA）所占比例明显增加,富里酸（fulvic acid,FA）所占比例明显降低,HA/FA也随之增大,说明添加海泡石提高了腐殖质的腐殖化程度;沼渣中所提取的Cd含量达到总量的80%以上,其中大部分的重金属Cd存在于腐殖质中。水溶态和可交换态重金属Cd所占比例随着发酵过程的进行会逐渐降低,矿物质态和残渣态逐步增加,并且添加海泡石这种增加趋势进一步增强;沼渣中腐殖质大部分Cd主要与FA结合。随着发酵的进行,HA含量增加,FA含量降低,HA/FA也逐渐增大,增强了腐殖质中Cd的稳定性,从而降低了沼渣中重金属Cd的毒害作用。因此猪粪秸秆混合厌氧发酵或在这个过程中添加2.5%海泡石作为钝化剂可减少重金属污染的风险。     

温度与有机负荷对猪粪厌氧发酵过程的影响

为提高畜禽养殖场沼气工程能源利用效率,降低工程运行成本.该文通过全混式半连续试验,以猪粪为发酵原料,研究不同温度(20、28、38℃)和有机负荷(0.3、1.3、2.3、3.3、4.3 kg/(m3·d))条件下,甲烷产率、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)及总无机碳(total inorganic carbon,TIC)的变化特征.结果表明:20℃条件下,反应器启动缓慢,甲烷产率低.当有机负荷增加全1.3 kg/(m3·d)以上时,反应器运行不稳定,需外加NaHCO3调节pH值;在28℃与38℃条件下,各有机负荷甲烷产率无明显差异,但是在较高有机负荷3.3和4.3 kg/(m3·d)下运行时,28℃条件下产生挥发性脂肪酸积累的现象,系统缓冲能力缺乏,VFA/TIC值分别达到0.4和0.6.当实际沼气工程低负荷率运行时,可选择28℃作为发酵温度,以达到节省能源、提高沼气工程经济效益的目的.该研究可为实际沼气工程运行管理提供数据参考.     

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。     

光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响研究

研究光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响,为沼气池的改进、提高产气量提供参考。试验以猪粪、牛粪为发酵原料,设置0、6、12、24h4组光照梯度处理,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下进行厌氧发酵。结果显示,不同光照强度下同一发酵原料的产气量差别较大,猪粪、牛粪在12h光照条件下的累积产气量分别是0h光照条件下的（黑暗）1.80、2.34倍;相同的光照强度不同发酵原料产气量存在差别,0h光照条件下（黑暗）猪粪的累积产气量为8136mL,牛粪的累积产气量为3282.5mL;光照条件改变发酵料液的理化性质,使累积产气量与发酵料液的碱度、挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids,VFA）、pH值、氨态氮的相关性呈动态变化。     

黑水虻生物转化猪粪过程中重金属的迁移变化

利用黑水虻处理猪粪为一种高效的环境友好型的技术,但猪粪中重金属的含量对黑水虻的转化产生影响。该研究在30 ℃环境下猪粪中接种7日龄的黑水虻幼虫,研究黑水虻的生长和对猪粪的转化效率,以及猪粪中的重金属（Cu、Zn、Cr、Cd、As）在黑水虻虫体和虫粪中的变化情况。结果表明：在8 d的生长过程中,0~2 d时,生长速率最慢,4~6 d时生长速率最快,在第8天时虫体干质量最高。黑水虻对猪粪的转化率随着时间的延长而增加,在第6天时达到了最大11.5%,而到第8天时下降。在转化过程中虫体中Cu、Cr、As的浓度随着黑水虻幼虫生长降低,在第8天时,虫体Cu、Cr、As浓度较第2天分别降低了24.5%、21.7%、33.1%。Cd含量随着黑水虻幼虫生长增加,在第8天时,虫体Cd浓度较第2天增加了75.3%。Cu、Cr、As、Cd在虫粪中浓度的变化同虫体变化相反。Zn在虫体和虫粪中含量没有发生显著变化。在第8天时虫粪中的Cd含量显著低于猪粪,而Cu、Cr、As、Zn含量与猪粪比没有显著差异。黑水虻幼虫对猪粪中Cd的富集系数最高,达到了3.8,其余都小于1,各重金属的富集顺序为Cd>Zn>Cu>Cr>As。转化后Cu、Cr、As、Zn有83.6%～92.7%分布于虫粪,而Cd有49.8%～69.7%分布于虫粪,30.3%～50.2%分布于虫体。转化后Cu、As的生物活性提高,Cr、Cd的生物活性降低,Zn的生物活性没有明显的变化。研究结果为畜禽粪便的黑水虻生物转化提供参考。     

麦秸生物炭添加对猪粪中温厌氧发酵产气特性的影响

为探明不同热解温度生物炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,以400、500、600℃热解制成的麦秸生物炭（BC400、BC500、BC600）为研究对象,采用批次发酵试验,探讨了生物炭添加对猪粪中温（37±1）℃厌氧发酵产气特性的影响。研究结果表明：麦秸热解生物炭可显著（P<0.05）提高猪粪发酵系统的产气潜力和甲烷含量,其影响从大到小依次为BC600>BC500>BC400。厌氧发酵49 d期间,添加生物炭处理的产气量和产甲烷量分别为260.7~288.7 mL·g-1 VS和163.7~185.5 mL·g-1 VS,较纯猪粪处理提高了77.1%~96.1%和78.1%~101.8%。同时,添加生物炭可明显提高猪粪厌氧发酵系统的消化效率（T90）,缩短厌氧发酵的延滞期。不同热解温度麦秸生物炭对猪粪厌氧消化产气特征的影响明显不同,对畜禽养殖场沼气工程运行中的物料选择和条件优化有实际的指导意义。     

钝化剂对猪粪厌氧发酵沼渣中As的钝化效果及工艺优化

由于饲料添加剂的使用,规模化养殖场猪粪中重金属残留加剧。为了减少重金属污染,阐明钝化剂对发酵过程中As在沼渣中的含量及其形态转化的影响,为沼渣沼液的安全合理利用提供科学依据,该文以重金属As为研究对象,猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,通过正交试验,选取3个因素,每个因素3个水平,采用BCR提取法分析重金属形态。研究不同种类钝化剂(粉煤灰、硅藻土、活性炭),钝化剂的不同添加比例(2.5%,5%,7.5%)及不同发酵温度(25,30,35℃)对猪粪中重金属钝化效果的影响,结果表明:1)猪粪经厌氧发酵后重金属As大多数存留在沼渣中,在沼渣中质量分数范围在5.50~6.56 mg/kg之间;发酵前猪粪中残渣态质量分数为3.38 mg/kg,猪粪厌氧发酵后残渣态含量升高,说明添加钝化剂可以降低重金属As的生物活性,从而有效减少重金属的危害;2)影响重金属As有效态钝化效果的因素主次顺序为钝化剂种类,钝化剂的添加比例及发酵温度;钝化剂种类对As有效态钝化效果有显著的影响,而钝化剂添加比例及发酵温度对有效态钝化效果影响不显著;3)重金属As有效态的钝化效果最好的是添加7.5%的活性炭,发酵温度为30℃的试验处理,其钝化效果可达到62.34%。猪粪厌氧发酵中添加适量的重金属钝化剂,可以在一定程度上降低沼渣中重金属的有效性以及沼渣利用中重金属污染的风险。     

生物炭和腐植酸类对猪粪堆肥重金属的钝化效果

为深入了解农业固体废弃物资源化、无害化利用的发展前景,探讨不同钝化材料对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响规律,该文利用猪粪和秸秆进行高温好氧堆肥,研究生物炭(木屑炭、玉米秸秆炭、花生壳炭)和腐植酸(福建(fujian,FJ)生物腐植酸、嘉博文(jiabowen,JBW)生物腐植酸、草炭)等不同钝化材料对猪粪堆肥发酵效果及重金属Cu、Pb、Zn、Cd形态的影响。试验结果表明:添加花生壳炭、玉米秸秆炭、JBW腐植酸以及木屑炭分别对重金属Cu、Pb、Zn和Cd表现为相对较好的钝化能力。添加花生壳炭(F3)对重金属Cu的钝化效果为65.79%;添加玉米秸秆炭处理(F2)对重金属Pb的钝化效果为57.2%;添加JBW生物腐植酸处理(F5)对重金属Zn的钝化效果为64.94%;添加木屑炭处理(F1)对Cd的钝化效果为94.67%;并且,针对不同重金属的钝化效果,此4个处理均明显高于不添加钝化材料的对照处理(P0.05)。添加花生壳炭虽然对重金属Cu具有较好的钝化效果,但其堆肥物料的最高发酵温度仅为45.14°C、pH值为5.41、电导率为9.48 mS/cm、种子发芽率指数为0.47%,无法达到堆肥无害化标准。基于以上试验结果,综合考虑堆肥发酵效果及重金属钝化效果认为,木屑炭、JBW生物腐植酸是2种较理想的钝化材料,该研究结果为畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化技术研发、生物炭和腐植酸改良土壤结构的特性推广及有机肥规模化应用提供参考。     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

牛粪厌氧发酵过程中的分层流变特性

厌氧发酵过程中,物料分层及各层料液黏度、密度等参数是搅拌装置设计的重要依据。该文采用接力试验研究了牛粪中温厌氧发酵过程中各层料液基础物性的变化情况。结果表明:牛粪厌氧发酵过程中,反应器中料液密度自上而下逐渐变大,且各层密度随总固体含量增加而升高,反应过程中各层密度均在发酵第4天达到最大值,料液总固体质量分数为4%、6%、8%时对应的上中下层溶液的密度最大值分别为1.02、1和1.02,1.02、1.03和1.07,1.03、1.03和1.07 g/cm3。受料液分层的影响,反应器中上层和中层料液黏度呈先增大后减小并逐步趋于稳定,下层料液黏度以初始黏度为最大,且不同初始料液总固体含量对黏度变化过程具有显著影响,TS=4%时,上、中层料液黏度分别在第7天、第4天达到最大值11.5和14.7 m Pa·s,下层初始最大黏度为107 m Pa·s;TS=6%、8%时,上、中层料液黏度均在第4天达到最大值,上层料液黏度最大值分别为25.5和63.5 m Pa·s,中层料液黏度最大值分别为15.5和95.5 m Pa·s,下层初始最大黏度分别为135.5和185.5 m Pa·s。随着初始物料总固体含量的增加日产气量也相应增高,产气高峰出现时间相应提前;TS=8%时的累积产气量分别比6%和4%提高了21.4%和8.71%,但产气中甲烷含量增加速率基本相同,并在第10天左右基本趋于稳定。该结果可为厌氧发酵反应器的搅拌装置设计提供参考。     

NaOH预处理甘蔗叶与猪粪-牛粪混合厌氧消化工艺参数优化

为探究Na OH预处理甘蔗叶与猪粪、牛粪混合厌氧消化性能,该文在研究甘蔗叶分别与猪粪、牛粪不同配比厌氧消化性能及动力学特性的基础上,采用Box-Behnken试验设计方法开展3种物料混合厌氧消化试验,并运用响应曲面法模拟和优化温度、混配比、C/N 3个工艺参数。结果表明,甘蔗叶与动物粪便混合厌氧消化时产生了协同作用,累积沼气产量比假设未产生协同作用的理论计算值提高了8.13%～15.01%;修正的Gompertz模型可以较好地模拟2种物料混合厌氧消化的动力学过程,相关度系数大于0.998;甘蔗叶与猪粪/牛粪(1:1)混合(甘蔗叶与粪比为1)厌氧消化的最优工艺条件为:温度36.5℃,C/N比27∶1,该条件下混合物料的单位干物质产沼气量实测值为337.5m L/g,与预测值(331.92 mL/g)非常接近。     

猪粪秸秆不同物料比对固体产酸发酵效果的影响

在沼液回流的条件下,研究猪粪和秸秆固体产酸发酵过程中,不同原料配比（猪粪与秸秆质量比分别为4︰1、2︰1、1︰1、1︰3和0︰1即纯秸秆）对产酸发酵效果的影响。试验结果表明：增加发酵原料猪粪比例有利于调节发酵体系pH值,但酸化液中氨氮质量浓度较高;沼液回流能有效避免体系过酸现象;上述不同原料质量配比产酸发酵产物以乙酸为主,试验周期内,累积产乙酸质量分别占各反应器挥发性脂肪酸（VFAs）总质量的80.8%、81.8%、77.1%、78.3%和73.8%,酸化液中丙酸质量浓度均低于1.6 g/L,累积产生质量分别占各反应器VFAs总质量的4.8%、2.8%、7.2%、6.5%和8.4%。综合分析表明,猪粪与秸秆比为2︰1时,发酵过程中产酸效果优于其他配比试验。     

花生壳磁性生物炭对颜料污泥厌氧消化及重金属形态的影响

投加外源添加剂磁性生物炭（Magnetic Biochar,MBC）是解决颜料污泥厌氧消化效率低和重金属钝化效率低的有效途径。该研究选取农业废弃物花生壳制备生物炭（Biochar,BC）,而BC对厌氧消化和重金属钝化的影响有限,对其赋磁改性制得MBC以提升影响效果。设置3组厌氧消化批式试验,A组为对照组,B组投加BC,C组投加MBC,探索花生壳MBC对颜料污泥厌氧消化效率及重金属Cr和Ni钝化的影响。结果表明,MBC投加可有效提升消化系统挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids,VFAs）的产量,最高VFAs浓度达914.5 mg/L,较对照组（最高浓度603.9 mg/L）提升51.4%。同时MBC可实现生物炭和Fe3O4的双重直接种间电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer,DIET）效应的耦合,缓解消化系统的酸化并提高有机物去除率和CH4累积产量。与对照组相比,挥发性固体（Volatile Solid,VS）去除率、累积甲烷产量、平均日甲烷产量和平均日甲烷产率分别提升37.8%、56.3%、56.3%和37.2%。此外,MBC投加可有效降低颜料污泥的重金属生物可利用态分配率和提升钝化效率,与原料相比,Cr的可交换态、可还原态质量占比降低43.6%、61.6%,而可氧化态、残渣态质量占比提升53.2%、243.6%;Ni的可交换态、可还原态质量占比降低41.0%、59.2%,而可氧化态、残渣态质量占比提升65.2%、181.4%。研究结果表明MBC可有效提高颜料污泥厌氧消化效率并降低重金属Cr和Ni的生物利用度,该研究有助于实现颜料污泥的稳定化、无害化、资源化利用。     

温度和料液浓度对牛粪高浓度厌氧水解酸化的影响

该文在室温为20℃的实验室条件下,对牛粪进行了批量式高浓度厌氧发酵试验,在以往研究的基础上进一步探讨发酵物料温度为32℃、35℃和40℃,料液浓度为9%和10%,发酵时间为12d时,温度和料液浓度对牛粪高浓度水解酸化的影响情况,找出较优的厌氧水解酸化条件。结果表明,当温度分别为32℃、35℃和40℃时,水解酸化产物各主要成份的含量差异较小,但在日均挥发性脂肪酸CODVFA产率方面32℃要远高于35℃和40℃,32℃和40℃之间的差值最大可达452mg/(L·d),约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37%;当料液浓度为9%和10%时,水解酸化产物各主要成份的含量差值较小,而在日均CODVFA产率方面9%组要远高于10%,差值最大可达463.38mg/(L·d),约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37.77%,因此牛粪高浓度厌氧水解酸化过程的较优工艺条件为温度32℃,料液浓度9%,发酵时间6d。