华北地区畜禽粪便有机肥中重金属含量及溯源分析

为了揭示商品有机肥普遍存在的重金属超标的原因,该研究以华北农产品产地为研究范围,通过对畜禽粪便为原料的商品有机肥进行调查取样和分析测试,获得了华北地区畜禽粪便有机肥中重金属污染现状,利用主成分分析法对重金属溯源进行了初步探讨,明确了影响华北地区商品有机肥重金属污染的重要因素。结果表明,华北农产品产地商品有机肥中重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、As、Hg质量分数的平均值分别为0.21、45.42、69.22、87.40、274.58、16.50、3.21、0.33 mg/kg。按照中国有机肥行业标准,Pb的超标率高达80.56%,其他不超标;按照德国腐熟堆肥标准,大部分重金属超标,Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的超标率分别为8.33%、13.89%、16.67%、19.44%、2.78%、11.11%,但Cd不超标。主成分分析结果表明,前3个主成分的贡献率分别为34.7%、16.6%、13.0%,可以解释总变量的64.3%,能够基本反映大部分数据信息。结合商品有机肥生产原料及工艺特点分析发现,华北农产品产地商品有机肥中重金属污染的主要来源为高Pb、高Hg饲料添加剂的使用;磷肥的添加;高Cu、高Zn饲料添加剂的使用。华北地区养殖场饲料中重金属含量测定及饲料-有机肥中重金属含量的相关性分析也进一步证实了上述观点。该文为评价华北地区有机肥重金属污染状况提供依据。     

秸秆类生物质气炭联产全生命周期评价

为探究秸秆类生物质热解转化生物炭及热解气过程的能源转化过程的效率、经济性及温室气体排放,该文依据全生命周期评价分析原理,建立秸秆类生物质气炭联产全生命周期3E(economic,energy and environment)模型,对以玉米秸秆为原料的生物质气炭联产过程进行全生命周期分析,评价范围从作物种植到生物气炭产物的利用,系统分为玉米作物种植阶段、秸秆从田间到转化工厂的收储运阶段、生物质气炭转化阶段、生物质气炭应用阶段等4个阶段,并对比分析了横流移动床生物质气炭联产和竖流移动床生物质气炭联产2种工艺技术优劣。结果表明,横流移动床生物质气炭联产的净能量6 542.2 MJ/t,能量产出投入比为4.5,其中,居能源消费的前三位的是种植氮肥、种植农机油耗、热解电耗,分别占总能耗的30.8%、20.4%、17.2%;气炭联产转化的总成本319.4元/t,其中热解气炭转化阶段成本最高,约占总成本34.0%,产品收入567.6元/t,纯利润248.2元/t;能源消耗过程的温室气体CO_2当量排放量18.05 g/MJ,经生物炭还田固碳,CO_2当量减排量约为40 g/MJ。竖流移动床生物质气炭联产技术能源效益较横流略低,但经济效益较高,2种生物质热解气炭联产技术各具优势,可根据产品应用特点选择最适宜的转化工艺方案。2种气炭联产技术具有一定的经济效益,而且均有较大的节能、减少温室气体排放的效益,具有一定的推广应用价值。     

喷淋次数和接种量对序批式秸秆牛粪混合干发酵产气性能的影响

序批式干法厌氧发酵产沼气技术可明显提高有机废弃物处理能力,但在提高以秸秆为主的农业废弃物发酵效率核心工艺及产气性能方面还缺乏系统的研究。该文通过调节喷淋次数和接种量研究了以玉米秸秆为主要原料的序批式干法厌氧发酵产气性能,并通过模型拟合、水解产物分析等手段揭示了影响水解和甲烷生产的制约因素。结果表明,调节喷淋次数和接种量均对沼气产量具有显著性影响（P<0.05）。喷淋次数为4次/d,接种量不低于质量分数20%时,沼气产量最大为251.6 L/kg。而且,产气高峰期甲烷体积分数平均为55%左右。增加接种量、提高喷淋次数可有效促进底物的水解。但是,甲烷产量、最大产甲烷率却呈现先增加后降低的趋势,并明显受到有机酸（丙酸）、氨氮积累浓度的制约,水解产物高效转化对提高产气效率具有重要作用。该研究可为改善秸秆序批式干法厌氧发酵工艺优化提供理论指导。     

基于微好氧同步预升温的序批式厌氧干发酵特性

序批式厌氧干发酵是规模化处理农业农村废弃物生产清洁能源的重要技术,存在物料分解速率低、运行能耗高、传质传热不均匀等突出问题,制约甲烷产率的提高。该研究通过调节发酵初期反应器溶氧浓度,建立微好氧同步预升温高效序批式厌氧干发酵体系,进一步研究微好氧状态下物料自升温、分解、中间产物性质,以及关键微生物群落对促进物料升温及甲烷生产的作用机制。结果表明：微好氧环境使物料升温速率提高27.12%,产甲烷过程不依靠外源加热温度仍可保持在42.48 ℃以上。发酵初始阶段的少量曝气使厌氧发酵过程中间产物转化效率显著提升（P<0.05）,特别是丙酸积累含量下降了82.63%,累积沼气和甲烷产量分别提高了56.76%和41.79%。细菌Bacteroidales、Clostridiales和古菌Methanosarcina、Methanobacterium有利于促进微好氧同步预升温和甲烷生产效率提升,并与降解率和有机酸浓度具有显著的相关性。该研究可为探索序批式厌氧干发酵实际工程高效调控工艺提供理论基础。     

农业固体废物分类及其污染风险识别和处理路径

防治农业固体废物污染,对保障农民身体健康,维护农业生态安全,促进农村经济社会可持续发展具有重要意义。在总结农业固体废物内涵和外延的基础上,探讨农业固体废物的主要来源、分类方法和基本特征,按照来源、毒性、组分和形态对农业固体废物进行了分类,剖析来源单一与类型多样的双重性、潜在污染与重要资源的两面性、周年持续与季节波动的复杂性等农业固体废物的基本特征。识别农业种植固体废物、畜禽水产养殖固体废物、废旧农业投入品和农产品初加工固体废物的潜在污染风险。梳理农业固体废物污染防治、处理利用代表性法规政策,分析农业固体废物全链条运营和监管体系,提出\     

秸秆微波水热炭和活性炭理化及电化学特性

为了解秸秆微波酸催化水热炭和碱活化活性炭形成机制和理化特性演变规律,该研究开展了不同柠檬酸质量分数下的秸秆微波水热和活性炭的制备试验,并研究了水热炭和活性炭理化及其电化学特性。结果表明,随柠檬酸质量分数的增加,秸秆水热炭的产率、挥发份和H含量减少,而其灰分、固定碳、C和高位热值增加,且酸质量分数为10%后趋于稳定。柠檬酸质量分数为10%时,水热炭的碳微球结构最丰富,其比表面积和孔体积最大,且以中孔为主。10%柠檬酸水热炭在900℃下经KOH活化后的活性炭产率为8%～11%,活化气体产率为32%～35%,且以CO和H2为主。900 ℃活性炭的比表面积为1 250～1 570 m2/g,总孔体积为1.00～1.20 cm3/g,孔径为3.55～4.10 nm,且以中孔和微孔为主。当电流密度为1 A/g,水稻、玉米和油菜秸秆活性炭的比电容分别为160.54、150.12和155.17 F/g,且循环5 000次后的电容保持率分别为91.04%、88.12%和89.06%,表现出较好的循环稳定性。水稻秸秆水热炭和活性炭的产率、灰分、碳转化率、能量转化率、比表面积、总孔体积、比电容和电容保持率最大。     

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。     

秸秆捆烧清洁供暖技术评价

中国北方地区秸秆资源丰富,将秸秆打捆转化为能源实现清洁取暖,既能解决秸秆过剩问题,又能有效替代煤炭,对改善大气质量和人居环境具有重要意义。为探究秸秆捆烧清洁供暖技术的能源效率、经济效益和温室气体排放,采用3E（Economic,Energy and Environment）评价模型,从作物种植收获到秸秆捆烧供暖应用全过程开展系统评价。结果表明,秸秆捆烧供暖技术的能源和经济效益较好、温室气体排放少,适于居住较集中的村镇地区冬季供暖,也可用于农业、工业园区等区域供热。供暖面积0.5×104～10×104m2范围内,供暖面积越高,能源和经济环境效益越好,秸秆捆烧供暖的净能量10 512～10 774.8 MJ/t,能量产出投入比8.4～8.5,能源转化率较高,温室气体CO2当量排放量为9.67～11.21 g/MJ;经济成本391.1～560.5元/t（折合16.2～23.8元/m2）,按基准收益率8%计算,供暖规模应不小于2×104 m2,若不考虑折旧只考虑运行成本,则供暖面积应不小于1×104 m2。与秸秆成型燃料和秸秆炭气联产供暖技术比较,均具有较好的经济效益,秸秆捆烧供暖技术的能量效益最优,温室气体排放量最少。与煤炭供暖技术相比,3种秸秆供暖技术的净能量产出不如煤炭,但温室气体排放仅为煤炭的1/10～1/7,秸秆清洁供暖技术的环境效益显著。     

关于促进秸秆固体成型燃料产业发展的有关建议

正长期以来,党中央国务院高度重视秸秆固体成型燃料利用工作,相继出台政策法规,鼓励和支持相关产业的发展。《可再生能源中长期发展规划》提出"到2010年秸秆固体成型燃料年利用量达到100万吨以上;力争到2020年秸秆固体成型燃料年利用量达到5000万吨。"     

中国农作物秸秆综合利用潜力研究

针对秸秆分区布局规划不完善,导致地区性、季节性、结构性秸秆过剩,资源浪费与环境污染问题突出,研究秸秆综合利用规划理论,提出"一主多元、农用优先"秸秆综合利用途径。中国秸秆综合利用潜力总量8.76亿t,比2015年增加利用量1.56亿t,其中秸秆肥料化、饲料化和能源化利用量分别增加8 722.4万t、5 122.3万t和1 720.1万t。通过肥料和饲料化利用,可直接和间接替代化肥潜力氮肥(N)1 481.6万t、磷肥(P2O5)419万t、钾肥(K2O)1 885.1万t,节本增效节约化肥成本约685.9亿元(折合98.5元/t秸秆);通过能源化利用,可替代煤炭等化石能源5982.4万t(标准煤),可减排二氧化碳1.5亿t、二氧化硫448.7万t、氮氧化物224.3万t,烟尘4068万t,经碳排放交易经济效益可达20.25亿元(折合16.9元/t秸秆),环境和经济效益显著。