中国规模化秸秆沼气工程现状及存在问题

中国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一。利用农作物秸秆进行厌氧发酵产沼气,是一条清洁高效的秸秆能源化利用途径。为了研究中国规模化秸秆沼气工程的现状,笔者在实地调研的基础上,结合前人的研究结果,简述了中国规模化秸秆沼气工程发酵原料的分布特征及特性、发酵原料的预处理方法、发酵工艺类型及特点、沼气利用状况等发展现状。同时,对比当前欧洲先进的沼气发酵工程特点、借鉴欧洲沼气产业发达国家的经验,论述了中国秸秆沼气工程发展中现存的原料收集与处理、工程运行管理等问题,并对中国沼气工程发展提出了建议。     

三种添加剂对猪粪厌氧干发酵的影响

为避免猪粪厌氧干发酵酸抑制,提高产气效率,以猪粪为主要发酵原料,研究中温(37℃)条件下不同添加剂(蛭石、海泡石和生物炭)及添加量(添加比例为5%、10%、15%和20%)对厌氧干发酵(总固体为20%)的产酸及产气性能的影响。结果表明:加入添加剂的发酵体系中,总有机酸(TVFAs)质量浓度随蛭石和生物炭添加比例的增加而降低,第25 d后TVFAs质量浓度迅速降低,相比生物炭和蛭石,海泡石的不同添加比例差异不显著。与猪粪单独发酵相比,不同生物炭(P-C)添加比例下迟滞期可缩短31.23%～83.90%。10%添加比例下,蛭石、海泡石和生物炭使累积挥发性固体(VS)产气率分别提高了98.97%、76.78%和93.06%,当添加比例达到20%时,最大VS产甲烷速率分别为3.62、2.87 mL·g~(-1)和3.15 mL·g~(-1),累积VS产甲烷量可达106.38、106.68 mL·g~(-1)和126.23 mL·g~(-1)。3种添加剂均能够缓解猪粪厌氧干发酵的酸抑制,提高甲烷产率,总体上生物炭效果优于蛭石和海泡石。     

粪草比对猪粪与稻草干发酵产沼气及古菌群落的影响

为获得猪粪与稻草联合厌氧干发酵较佳原料配比,采用批次试验在进料有机负荷(organic loading rate,OLR)为90 g/(L·d)和中温((37±1)℃)的条件下研究猪粪与稻草挥发性固体(volatile solid,VS)质量比(1∶0、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0∶1)对干发酵厌氧消化性能的影响。结果表明,猪粪与稻草不同配比累积VS甲烷产率分别为188.8、204.0、213.4、198.1、168.5、169.6和124.7 mL/g,猪粪与稻草配比为2∶1时累积VS甲烷产率最高,与猪粪单独发酵处理相比甲烷产率提高13.0%。协同效应分析表明,猪粪与稻草不同配比联合厌氧干发酵均存在协同作用,当配比为2∶1时协同效应最大,增率达到27.5%。古菌群落分析表明,发酵前后各配比古菌Shannon指数下降幅度与累积甲烷产率变化规律一致,当配比为2∶1时Shannon指数下降幅度最大,达到29.1%;Methanosphaerula为试验中优势菌属,其相对丰度与累积甲烷产率呈正相关。在中温厌氧干发酵工程应用中,建议猪粪与稻草VS配比为2∶1,设计水力停留时间为36 d。     

猪场废水施用对设施白菜地土壤氮盈余的影响

为降低丹江口水源涵养区养殖业面源污染,高效合理将猪场废水还田利用,促进库区种养结合下绿色发展。本研究在丹江口水源涵养区,连续4茬进行猪场废水施用设施白菜定位试验,设置不施肥处理、优化施肥处理和猪场废水替代化肥(废水氮量分别为281、374和561 kg/hm~2)5个处理,研究猪场废水施用对设施白菜产量、氮吸收利用和土壤氮盈余的影响。结果表明,较优化施肥,猪场废水施用后白菜产量显著增加,废水施用处理平均增产率达13.73%～39.45%。在4茬白菜种植中,猪场废水氮等量替代化肥氮处理(每茬白菜废水氮施用量281 kg/hm~2)的氮表观利用率显著高于其他施氮处理,平均为27.68%,而高量废水氮施入处理(每茬白菜废水氮施用量561 kg/hm~2),显著增加了土壤氮盈余。研究表明,综合白菜产量、植株氮吸收利用和土壤氮盈余,每茬白菜废水氮施用量为281 kg/hm~2是较合理的处理,能够提高白菜氮表观利用率,减少土壤氮盈余,降低硝酸盐淋失的风险。     

工艺措施对猪粪秸秆混合厌氧干发酵产气性能的影响

为避免挥发性脂肪酸积累、提高产气效率,研究猪粪单独发酵、猪粪秸秆混合发酵、猪粪秸秆混合原料分层接种和猪粪秸秆混合原料渗滤液回流等工艺措施下,中温(37℃)厌氧干发酵(总固体含量为20%)的产酸及产气性能。结果表明:猪粪秸秆混合原料分层接种厌氧发酵启动快,产气效果最佳,累积挥发性固体含量VS产甲烷量可达139.2mL/g;混合发酵渗滤液回流可有效降低总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acids,TVFAs)质量浓度(维持在0.66 mg/g),累积VS产甲烷量比分层接种低16.7%;猪粪秸秆混合发酵与猪粪单独发酵的反应器中TVFAs质量浓度分别达到19.08和19.83 mg/g,前15 d日产甲烷量为0.1 mL/(g·d),基本不产气。通过不同工艺措施对比,获得产气量最高和启动期最快的发酵方式,提高猪粪厌氧干发酵产气效率,为猪粪等高固体含量有机废弃物的资源化处理利用提供参考。     

国内外畜禽养殖粪肥还田利用研究进展

养殖粪肥还田利用是解决畜禽养殖污染问题的根本出路,也是破解农业面源污染难题、践行绿色发展理念的重要举措。本文以固体粪肥和液体粪肥为主要研究对象,在充分查阅国内外文献的基础上,介绍了粪肥分类、标准及粪肥农田利用主要技术,重点分析了粪肥还田对农田土壤中有机质、氮、磷含量影响及抗生素、抗性基因污染水平,概述了固体粪肥和液体粪肥还田的主要机械设备,并针对粪肥还田技术创新、监测体系、环境与安全风险和还田补贴等提出了具体建议。     

巢湖流域农村生活污水处理设施运行管理机制的探讨

从给水排水规划、工艺设计、施工管理、运行费用、运行监管、产权明晰和运行管理考核体系等方面对巢湖流域农村生活污水处理设施的运行机制进行了探讨,为如何保证农村污水处理系统的稳定运行提供参考。     

鸟粪石沉淀法回收猪场沼液氮磷工艺参数优化模拟研究

针对规模化养殖场沼液难以农田消纳的问题,探索化学方法回收沼液中氮磷的工艺条件和优化参数。本研究选择猪场沼液为研究对象,采用鸟粪石沉淀法,进行单因素影响试验,选取p H、镁氮比、磷氮比为自变量,以氮磷回收率为响应值,通过BoxBehnken响应面试验设计对工艺参数进行优化。结果显示:猪场沼液氮磷回收的最佳工艺为:p H 10,镁氮比为1.1,磷氮比为0.6,氨氮回收率为65.21%,磷酸盐回收率为89.47%,实际值氨氮回收率为65.01%,磷酸盐回收率为90.81%,差值分别为0.20%、1.34%,回归模型拟合较好。     

微生物群落对厌氧干发酵挥发性脂肪酸抑制的响应

为研究挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid,VFA)抑制对厌氧干发酵体系微生物的影响,在接种率25%[以挥发性固体(VS)计]条件下以猪粪(P组)、猪粪秸秆混合物(VS比1∶1,M组)为原料开展厌氧干发酵实验,结合体系中产气性能、理化指标,分析微生物群落对VFA抑制的响应。结果表明,两组发酵体系均出现VFA抑制,且M组抑制效应更明显,体现在日甲烷产量(以VS计)一直低于0.99 mL·g^-1。高通量测序结果显示,VFA抑制下,2种发酵体系中细菌门以Firmicutes为主,主要优势菌属为Clostridium sensu stricto;优势古菌门为Euryarchaeota,氢营养型产甲烷菌Methanosphaerula和乙酸营养型产甲烷菌Methanothrix为主要优势菌属。混合发酵体系中以氢营养型产甲烷途径为主。2组发酵体系中产生的主要酸抑制种类不同,P组中酸抑制主体为丙酸,而M组中为乙酸。本实验中,猪粪秸秆混合原料比猪粪单独发酵的酸抑制作用更强,并且细菌和古菌协同作用受到阻碍,严重影响了体系的产气性能,酸抑制的发生对菌群结构的演替有很大影响。     

猪粪固体含量对厌氧消化产气性能影响及动力学分析

为优化猪粪厌氧消化总固体质量分数（total solid,TS）,以猪粪为原料,采用批式试验方法,研究不同TS对厌氧消化产气性能的影响。结果表明：底物固体质量分数分别为3.0%、7.5%、12.0%和15.0%时,猪粪的挥发性物质（volatile solid,VS）沼气产率随底物固体质量分数的增加而降低,分别为579、527、356和237 mL/g,底物固体质量分数为3.0%和7.5%时的CH4产率优于其他固体质量分数,分别为317和326 mL/g,占理论CH4产率的66.9%和68.8%;不同固体质量分数厌氧消化过程中,最高产CH4速率分别为37.0、24.4、10.4和4.7 mL/(g·d);固体质量分数为7.5%时消化体系的TS、VS降解率最高,分别达到49.2%和65.5%;固体质量分数为3.0%和7.5%的厌氧消化过程符合一级动力学方程,但猪粪的产甲烷速率常数从0.126 d-1下降到0.063 d-1;与3.0%的固体质量分数相比,消化时间为30 d时,底物的生物转化产CH4效率随固体质量分数的增加分别降低6.3%、55.8%和74.7%,固体质量分数为3.0%和7.5%时生物转化产CH4效率达到58.0%所需的时间分别为18和30 d。