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畜禽粪便无害化处理技术研究进展

时间:2017-03-07    点击: 次    来源:家畜生态学报    作者:张家才 - 小 + 大

        3.2.4 微生物   仅由粪便土著微生物堆肥,周期长且养分损失大,堆肥效率低,而在堆肥过程中添加微生物制剂能促进堆肥腐熟,降低养分损失,提高粪便肥力。Liu 等将微生物接种至牛粪堆肥后,堆肥过程快于自然堆肥,堆肥的效果优于自然堆肥。Wang 等用能降解纤维素的青霉菌堆肥后,粪便腐殖质增加12%,纤维素分解增加57.5%。孙晓华等在猪粪发酵中添加纤维素分解菌黑曲霉,有利于快速分解有机物的有益菌种形成优势群落,显著提高发酵温度,加快腐熟。
        肥料化是一种传统的使用畜禽粪便的方法。目前我国的畜禽粪便主要是直接还田。由于集约化养殖的发展,局部地区产生了大量的畜禽粪便,超出周围耕地的负荷。多余的粪便堆肥后,经包装运输至粪便产生少的地区,可大大缓解畜禽粪便引发的环境问题。但粪便堆肥周期长,占用一定的土地资源。
        3.3 能源化   能源化是将畜禽粪便通过一定的技术方法转化为可利用的能源,包括燃烧产热、厌氧发酵产气等。
        3.3.1 燃烧产热   畜禽粪便具有很高的热值,可直接燃烧获取热能。长期以来在高寒缺能的牧区粪便是主要的燃料。牦牛粪是我国西藏牧区主要的生活能源,占能源总消费的80%以上。畜禽粪便碳化后无异味易储存,也可作为燃料使用。畜禽粪便碳化后进一步加工为活性炭后对重金属的吸附作用优于市售活性炭。
        3.3.2 厌氧发酵产气   畜禽粪便厌氧发酵生产沼气的潜力巨大,2009年我国畜禽粪便沼气潜力约1200×108 m3,规模化养殖畜禽粪沼气潜力约为472.1×108 m3 。将畜禽粪便用于厌氧发酵沼气是一种有效的能源化方法。厌氧发酵一般分为四个阶段:水解阶段、产酸阶段、乙酸化脱氢阶段、产甲烷阶段。每一个阶段均由相应的微生物完成,所以能够直接或间接地影响微生物活动的因素都能影响厌氧发酵过程。如原料成分、温度、pH、微生物等。
        原料成分:原料成分影响微生物的生长,主要包括脂类、蛋白质及纤维素。脂类物质能为厌氧发酵提供大量的C和H而利于甲烷生成。Neves 等研究显示,厌氧发酵中一定量的油脂有利于产气,但高油脂含量时对产气有很强的抑制作用。油脂含量高时,产生大量挥发性脂肪酸(VFA)和长链脂肪酸。而高浓度挥发性脂肪酸会抑制甲烷产生,同时降低发酵的pH,不利于微生物活动而抑制甲烷产生。长链脂肪酸的积累对微生物有毒性作用。蛋白质可降解为氨。当氨积累至高水平时抑制厌氧发酵过程。纤维素主要影响原料的C/N比而影响微生物的生长活动。畜禽粪便中的C/N比较低,实际中需加入农作物秸秆等以调节C/N比。厌氧发酵的适宜C/N比为20~30。大量研究表明,仅用畜禽粪便制取甲烷的效果并不好,产气量低,可能是因为粪便本身C/N过低。加入高碳含量的原料共同发酵,如粗甘油、农作物秸秆等,均能显著增加甲烷产量。
        温度:根据发酵温度,厌氧发酵可分为高温厌氧发酵(50~60 ℃)、中温厌氧发酵(30~40℃)和低温厌氧发酵(<30℃)。高温厌氧发酵最适温度为50~55℃,中温厌氧发酵最适温度为32~38℃。一般高温与中温适合微生物活动而有利于甲烷产生。所以高温和中温条件研究较多,低温条件研究相对较少。低温厌氧发酵的一些相关研究也取得了一定的成功。

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