畜禽养殖场臭气治理技术研究进展

随着我国畜禽养殖规模逐渐扩大,畜禽养殖场产生的臭气问题日渐突出。在畜禽养殖过程中,养殖场的臭气主要来源于畜禽粪尿、畜禽自身排出气体、饲料残渣、污水、堆肥间等,臭味大多与氨气、硫化氢、吲哚、粪臭素等相关,其中含量较多的成分是氨气和硫化氢,会对生态环境和人体健康甚至畜禽本身产生严重危害,因此对畜禽养殖场臭气的治理迫在眉睫。针对养殖场臭气治理,可采用源头减排、过程控制和末端治理三大途径,从异位和原位进行臭气控制:异位控制是通过物理、化学和生物法对已经释放的臭气进行末端控制;原位控制是通过一些饲料添加剂对畜禽体内进行调控,从而实现过程控制和源头减排臭气,以此减轻养殖场臭气产生的危害。本文基于国内外养殖场臭气治理的相关研究,系统梳理了养殖场臭气的治理技术,并分别对各个技术进行了相关典型案例分析,为养殖场臭气治理的研究提供了一定的技术参考。

黑水虻幼虫肠道微生物的功能及组学应用

黑水虻Hemertia illucens幼虫肠道中栖息着许多种类的微生物,这些微生物与宿主之间的相互作用极为复杂,它们可以影响宿主的生长发育、繁殖能力、营养代谢、行为偏好和寿命。此外,它们还可以调节宿主的免疫系统并保护宿主免受病原体的侵害。深入了解微生物与黑水虻的互作机制,有助于优化黑水虻的生长环境,从而实现更高效的人工繁育。相关文章对微生物与黑水虻互作机理进行了总结,但这些研究方法只能提供微生物群落的结构信息,而无法揭示微生物的功能和代谢能力。因此,宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学逐渐被应用,这些技术除了提供关于微生物种群的完整分类,还揭示了它们的功能和代谢能力。通过了解肠道菌群的组成和功能,可以有效调整黑水虻的饲料、饲养环境和生长条件,从而提升黑水虻肠道菌群的稳定,提高黑水虻的生产性能和经济效益。

沼液兼养培养微藻潜力及不同有机碳源影响

利用沼液培养微藻可在收获藻生物质的同时回收碳、氮、磷养分,是沼液资源化利用极具潜力的途径。与光合自养相比,兼养培养可实现藻生物量快速积累,且对光、碳利用灵活,与透光性不佳的沼液相性较好,但目前缺乏相关研究论证其可行性。本文首先选取了小球藻Chlorella sp.、蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa、栅藻Scenedesmus sp.,以葡萄糖为碳源利用猪粪沼液对3株微藻进行了兼养培养。结果显示,兼养策略可在大幅强化藻生物量积累的同时协同提升沼液污染物去除。其中,Chlorella pyrenoidosa展现出最佳的生物量及养分去除优势,培养7 d生物量可达1.51 g·L^(-1),为光合自养的6.12倍,沼液COD、氨氮、总氮、总磷去除率较自养分别提高了20、36、41个和32个百分点。本研究进一步考察了具备两种典型碳代谢路径的有机碳源(葡萄糖-三羧酸循环,乙酸钠-乙醛酸循环)对Chlorella pyrenoidosa沼液兼养培养的影响,发现葡萄糖相较于乙酸钠更适宜作为沼液兼养培养的有机碳源,且葡萄糖浓度与利用效率呈负相关,1 g·L^(-1)葡萄糖浓度条件下Chlorella pyrenoidosa具有最高的单位有机碳生物量产率。此外,兼养微藻通过代谢葡萄糖可协同提升光合性能,使PSⅡ最大量子产量、实际量子产量、调节性能量耗散量子产量等维持较高水平,既弥补了沼液弱透光下光能不足,也强化了持续光照后的光系统损伤恢复机制。因此,本研究认为以添加1 g·L^(-1)葡萄糖的沼液兼养培养Chlorella pyrenoidosa是克服沼液养藻光衰减等不利因素,强化微藻生物量产量及养分回收效率的有效方式,在畜禽养殖场沼液生物消纳与资源化利用方面有较好的应用前景。

发酵助剂配方优化对小麦秸秆厌氧消化产甲烷的研究

试验旨在研究不同种类及不同复配方式的添加剂对小麦秸秆厌氧消化(anaerobic diges⁃tion,AD)的影响。研究了四氧化三铁纳米颗粒(Fe_(3)O_(4)nanoparticles,NPS-Fe_(3)O_(4))、三氧化二铁纳米颗粒(Fe_(2)O_(3)nanoparticles,NPS-Fe_(2)O_(3))、四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))、三氧化二铁(Fe_(2)O_(3))、氯化亚铁(FeCl_(2))、血晶素(hemin)、皂苷(Ginsenoside Rg1,Rg1)七种外源添加剂在不同添加浓度及搭配方式对AD产甲烷的影响。结果表明:单独添加各发酵助剂均可显著提高AD的累计甲烷产量,混合添加后提升效果反而降低。其中单独添加100 mg/L Fe_(2)O_(3)的提升效果最好,累计甲烷产量达到207 mL/g,比空白组提高了86%。通过不同复配方式添加发酵助剂的试验结果显示,混合添加100 mg/L FeCl_(2)+1 mg/L hemin的提升效果最好,累计甲烷产量达到192 mL/g,比空白组高出了70%。试验所用的发酵助剂提高了小麦秸秆厌氧消化效率,为农业废弃物厌氧处理提供进一步技术支撑。

菌酶协同高效制备黑水虻蛋白肽及其生物活性研究

为确定黑水虻虫浆蛋白肽的最佳制备条件,试验以新鲜黑水虻虫浆为原料,利用黑曲霉(Aspergillus niger)结合外源酶制剂胰蛋白酶作为菌酶发酵剂进行发酵。采用单因素和响应面法优化发酵工艺,通过单因素试验对接菌量、加水量、加酶量及发酵时间4个工艺参数进行研究,测定蛋白肽产量,在此基础上通过响应面法优化菌酶协同发酵工艺,建立回归预测模型。结果表明,黑水虻蛋白肽的最佳菌酶协同工艺条件为加水量32%、接菌量4.0%、加酶量0.1%、发酵时间35 h。在此条件下黑水虻蛋白肽产量可达295.57 mg/g,较未发酵组提升了92.0%,体外总抗氧化能力提升50.27%;黑水虻虫浆抗菌肽对金黄色葡萄球菌抑菌活性较未发酵组提升31.82%。说明菌酶协同制备的黑水虻蛋白肽具有更强的抗氧化活性,黑水虻抗菌肽具有更高的抑菌活性。

微纳米气泡在厌氧消化中的应用研究进展

微纳米气泡(micro/nano bubbles,MNBs)因其广泛的应用领域及良好的应用前景而备受关注。在厌氧消化(AD)领域,MNBs具备的高气体转移效率、产生ROS、高zeta电位、高表面电荷以及固有的微曝气能力(空气或O_(2)-MNBs)等特性,可以提高AD过程的性能和效率,改善限速步骤(水解和产甲烷),这为AD工艺的改进提供了新的方向。近年来,越来越多的研究将不同MNBs以不同方式用于AD中,这些研究主要集中于利用富有纳米气泡的纳米气泡水来提高AD反应器性能,而有关微气泡在AD中的应用研究相对较少。考虑到纳米气泡和微气泡都拥有改善AD的潜能,本文从MNBs的特性、制备方法和设备、其在AD中的研究现状和可能的作用机理方面开展综述,并探讨了未来可能的应用方向,旨在为进一步利用MNBs增强AD的研究提供参考。

微生物预处理餐厨垃圾对黑水虻生长发育的影响

采用5种单一微生物菌株和1种复合微生物菌剂对餐厨垃圾进行发酵预处理,以考察外源微生物预处理对餐厨垃圾理化性质、黑水虻生长发育及虫体营养组成的影响。结果表明:经不同方式预处理后的餐厨垃圾,物料的pH均快速下降至4.2,直到发酵产生的酸性环境不利于微生物生长,最终迫使pH稳定在3.5左右。微生物的水解和代谢作用对餐厨垃圾中的总糖和溶解性化学需氧量(SCOD)产生了显著影响,发酵产生大量挥发性有机酸(VFA),其中复合菌剂处理组(F)的总糖和SCOD含量下降幅度最大,与灭菌对照组(CK1)的相比分别降低了56.93%和12.39%,而戊糖片球菌(B)处理组,有机酸的最大产生量为10 627.14 mg/L,与对照组(CK1)的相比提高了3.44倍。不同方式预处理的餐厨垃圾都能够提高黑水虻的平均体质量及收虫时幼虫的总质量,其中拜耳接合酵母菌组处理组的效果最佳,第7天的黑水虻平均体质量和总虫质量分别达到230 mg和22.37 g,与对照组(CK1)的相比分别提高17.95%和22.30%,同时黑水虻幼虫达到半数预蛹的周期缩短2 d。本研究结果可为黑水虻高效转化餐厨垃圾提供技术支撑。

规模奶牛场生产用水监测分析研究

为探明规模奶牛场污水产生来源,提出源头减量有效措施,对江苏省两家规模奶牛场生产用水情况进行了周年运行监测,结果表明:①奶牛饮水、挤奶厅用水全年占比分别为58.83%、11.52%,喷淋水在夏季占比达到20.63%;②单位产奶量的泌乳牛饮水量为(4.6±1.7)L/kg牛奶,单位产奶量的总生产用水量为(13.1±6.0)L/kg牛奶;③奶牛场污水生化处理过程使用絮凝剂会额外消耗配制用水,进一步增加污水量。通过分析规模奶牛场生产用水构成发现,将挤奶厅地面冲洗废水、饮水槽清洗废水收集进行循环利用,传统喷淋改为红外感应喷淋等方式,千头规模奶牛场每年预计可节水减排超过3000m3。

餐厨垃圾含水率和碳氮比对黑水虻幼虫养殖过程中气体释放的影响

近年来,利用黑水虻转化餐厨垃圾并生产饲料蛋白已经成为餐厨垃圾处理的重要途经。为了评估黑水虻养殖过程中气体排放对环境的影响,采用气体动态吸收采集方法考察不同初始物料含水率、碳氮比(C/N)对黑水虻幼虫转化餐厨垃圾过程中NH3、温室气体释放的影响。结果表明,提高初始物料含水率、C/N均可明显抑制NH3的释放,NH3的总释放量最高分别可降低53.71%、61.95%。物料含水率、C/N对CH4、N2O释放的影响较小,不同养殖条件下的CH4、N2O释放量均较低。CO_(2)的释放速率与虫体生长发育紧密相关,当C/N为20.00时,CO_(2)的释放速率峰值可达(3242.69±67.09)mg/h。从虫体生长角度看,当物料含水率为70%、C/N为10左右时更有利于幼虫生长,最佳条件下的总虫质量可达(1.16±0.01)kg,与C/N为30.00的处理组相比,总虫质量提高了70.59%,幼虫粗蛋白、粗脂肪含量分别达到(35.36±0.21)%、(30.97±0.27)%。通过分析餐厨垃圾的基础理化特性对黑水虻养殖过程中气体排放的影响发现,不同初始物料含水率、C/N对养殖过程中气体排放及幼虫生长的影响显著,研究结果可为大规模黑水虻养殖过程中环境影响评估和臭气控制技术开发提供理论支撑。

农村有机生活垃圾干发酵氨胁迫下中试工艺

我国农村生活垃圾年产量达到2.94亿吨,占比约40%的有机部分需妥善处理。处理效率较高的干式厌氧发酵由于高有机负荷,容易出现酸化和氨氮抑制问题,在中试及以上规模的发酵中更加明显。农村有机生活垃圾与牛粪进行1m3规模的干式厌氧共发酵,卧式厌氧发酵罐内总固体含量为19.94%,对其沼气产量、甲烷含量、甲烷产量、挥发性脂肪酸浓度、氨氮浓度和微生物群落结构进行分析。结果表明发酵过程中未出现酸化和氨氮抑制,单位挥发性固体含量沼气产量达到1.253m^(3)/kg,甲烷含量稳定在70%,甲烷产量达到了0.815m^(3)/kg,远高于已有报道。微生物群落结构分析表明此次干式厌氧发酵中试系统的微生物生长环境良好,Methanosarcina相对丰度发酵全程大于80%,Firmicutes全程高于77%,分别为古菌和细菌的绝对优势菌群,发酵系统具有良好的微生物环境。

农村生活垃圾厌氧发酵产沼气潜力研究

旨在对农村有机生活垃圾厌氧发酵产沼气的潜力进行研究。对江苏省徐州市沛县大屯街道王庄村生活垃圾分类处置中心每月1次采集样品,并对一周年十二个月份的生活垃圾样品进行批式中温厌氧发酵产气潜力研究,考察农村生活垃圾作为发酵原料周年沼气产量和甲烷产量的变化,各月份试验组的累积沼气产气量范围为447~1398 mL、累积甲烷产气量范围为215~865 mL。并用SPSS数据分析发现农村生活垃圾含水率、总磷TP、总钾TK、总氮TN、有机质、C/N、半纤维素、纤维素、木质素的含量均对产沼气潜力有影响,其中纤维素含量会对产沼气潜力有显著的正向影响关系,而TP会对产气潜力产生显著的负向影响关系,最后,该研究根据生活垃圾理化性质数据基础上建立了多元线性逐步回归最优方程,可根据农村有机生活垃圾的含水率、纤维素和木质素的含量预测其厌氧发酵产沼气潜力。

畜禽养殖业碳排放核算方法研究进展

畜禽养殖业是农业碳排放的重要来源,也是气候变化的重要贡献者。为了量化畜禽养殖业的碳排放,为畜禽养殖业的碳减排提供依据,寻找合适的畜禽养殖业碳排放计算方法成为目前的研究热点。从碳排放到碳足迹,国内外畜禽养殖业的碳排放计算方法正朝着全面化和完整化的方向发展。参考国内外有关畜禽养殖业碳排放的相关文献,介绍OECD(经济合作与发展组织)法、IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)系数法、质量平衡法3种畜牧养殖业碳排放的计算方法及投入产出法、生命周期评价法2种碳足迹计算方法。在3种碳排放方法中,IPCC系数法相较于OECD法具有更全面且准确的优势,而IPCC系数法在计算排放设备更换频繁、自然排放源复杂的情况下没有质量平衡法准确。研究发现,在2种碳足迹的计算方法中,基于过程的生命周期评价法是目前计算碳足迹的主流方法,该方法体现了较高的系统性和完整性,适用于畜禽养殖业碳足迹的计算。

琥珀酸发酵过程中固定CO_2的研究进展

随着全球温室效应问题日趋严峻,如何实现CO2的减排成为当今社会各界关注的焦点。本文以琥珀酸发酵过程中固定CO2为出发点,通过CO2固定产生琥珀酸的微生物及产琥珀酸的原理、CO2固定过程优化以及对CO2固定过程的基因改造等方面概述了琥珀酸发酵过程中固定CO2的研究进展。同时指出,基因工程改造将会成为以后研究的重心。考虑到实际应用过程中放大的重要性,在琥珀酸发酵过程中固定CO2的反应条件优化对于与其它发酵产CO2的过程的耦合也将显得日益重要,应加强这一方面的研究。

秸秆批式和半连续式发酵物料浓度对沼气产率的影响

为比较秸秆批式发酵和半连续发酵工艺的产沼气效果,以水稻秸秆为单一发酵底物,开展了室内中温批式发酵和半连续发酵对比试验,以容积产气率和原料产气率为特征指标,研究不同料液浓度对秸秆批式和半连续发酵产沼气的影响,以期获得秸秆沼气工程适宜的运行参数。结果表明,批式发酵容积产气率随着TS浓度的增加而增加,但增幅逐渐减少;与静态批式发酵相比,间歇搅拌有助于提高批式发酵容积产气率,特别对高TS浓度处理容积产气率的提升效果更加明显;而半连续进料条件下更有利于高TS浓度处理容积产气率的提高,但各处理原料产气率均随着固物滞留时间(solid retention time,SRT)缩短而逐渐降低。综合考虑产气情况及工程应用实际,建议秸秆批式发酵底物质量分数不超过8%,而半连续发酵TS质量分数8%时SRT设计为20 d(容积产气率1.00 m3/(m3·d)),若发酵TS质量分数6%时,SRT设计为15 d,容积产气率0.75 m3/(m3·d),该运行参数为秸秆沼气工程发展提供了理论依据。

温和湿热预处理对稻秸理化特性及生物产沼气的影响

为考察温和湿热预处理提高秸秆产气速率的可行性,以水稻秸秆为原料,在湿热预处理温度80℃、物料含水率60%条件下,通过分析湿热处理前后稻秸理化特性及厌氧生物产气特性的变化,研究不同湿热预处理时间对秸秆预处理及产沼气效果的影响.结果表明,温和湿热预处理促进了稻秸有机物的溶出,预处理后稻秸水浸提液p H值有较大幅度下降,而COD、TVFA和乙酸含量均大幅度增加,与对照组相比,T1、T2和T3处理秸秆水浸提液COD浓度分别增加了47.19%、55.18%和60.62%,TVFA浓度分别增加了22.34%、33.98%和50.12%,乙酸浓度分别增加了19.52%、34.02%和49.37%,并且乙酸占TVFA百分比均超过85%以上,差异显著性分析表明,处理T1水浸提液各理化特性指标与对照组相比呈极显著差异,而不同温和湿热预处理之间无显著差异;对稻秸纤维素组分破坏效果明显,但不同预处理时间对秸秆木质纤维组分破坏效果影响不大;厌氧发酵产气的结果表明,温和湿热预处理可明显提高稻秸厌氧生物产沼气,发酵20d平均容积产气率可提高12.53%以上,累积TS产气率可提高36.17%以上.可见,温和湿热预处理提高秸秆厌氧生物产沼气效果是可行的,考虑到工程应用中预处理能耗成本因素,湿热预处理时间以T1处理(即6h)为宜.

温和水热预处理促进秸秆产沼气的条件优化研究

以水稻秸秆为原料,在前期单因素试验基础上,通过正交试验研究不同水热预处理条件对稻秸理化特性及产沼气效果的影响.结果表明,预浸时间、初始含水率和热处理时间3个因素对稻秸厌氧发酵20d累积TS产气率的影响程度各不相同,各因素对厌氧发酵累积TS产气率的影响大小顺序为初始含水率>预浸时间>热处理时间;得出的最佳水热预处理条件为:初始含水率为55%,预浸时间为2h,热处理时间为6h;与处理CK相比,最佳预处理条件下稻秸20d容积产气率提高29.79%,产气量达总产气量60%和80%时间可提前5d;结合预处理前后稻秸理化特性变化规律分析,表明温和水热预处理促进了纤维素和半纤维素的降解溶出,并促使其更多转化为挥发性脂肪酸(VFA),从而有利于稻秸快速产沼气.

麦秸不同部位生物降解速率差异

通过外源添加娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei),研究其对麦秸不同部位腐解速率的影响,模拟常温、淹水条件,进行为期27 d的腐解试验,测定麦秸叶片、叶鞘、穗轴、茎以及根在腐解过程中的干物质损失率、纤维素酶活力、放线菌数量、纤维组分及结晶度、总酚酸理化指标,并对其进行相关性分析。结果表明:娄彻氏链霉菌能在淹水环境下成为优势菌株;麦秸不同部位腐解速率为:叶片>叶鞘>穗轴>根>茎;干物质损失率与纤维素酶活、纤维素酶活与总酚酸呈极显著正相关(P<0.01),干物质损失率与总酚酸呈显著正相关(P<0.01);麦秸不同部位中穗轴、茎和根的腐解速率比较慢,且穗轴、茎和根占整株麦秸的比重比较大,根据这一结论,将有机物料腐熟剂接种到麦秸的茎和穗轴部位,可加快麦秸的腐解速率,为秸秆的资源利用及接种装置在收割机上固定位置的确定提供科学依据。

棘孢木霉1285对麦秸的降解及厌氧发酵的影响

为了提高秸秆厌氧发酵产气效率,本研究以1株新分离的秸秆降解菌棘孢木霉(Trichoderma asperellum1285)对麦秸木质纤维进行生物预处理,研究T.asperellum 1285对麦秸木质纤维的降解效果,并确定最佳的生物预处理时间;随后将生物预处理的秸秆原料用于中温[(37±1)℃]厌氧发酵产沼气研究。结果显示:T.asperellum1285对麦秸的木质纤维具有较好的降解能力,可有效降解木质素,保留纤维素并降低干物质损失率,降解预处理8d时,木质素损失率比对照组提高了53.09%,而干物质损失率、半纤维素损失率、纤维素损失率分别比对照组降低了55.89%、16.08%、50.91%;扫描电镜、红外光谱结果进一步证明麦秸经T.asperellum 1285预处理,木质素可被有效降解而纤维素保留并暴露在外。将经过T.asperellum1285生物预处理8 d后的麦秸用于中温厌氧消化产沼气,总产气量和总产甲烷量分别为(14 774.30±216.56)ml、(7 638.90±165.36)ml,较未经过生物预处理的对照组分别提高14.05%、16.01%。表明麦秸经T.asperellum 1285预处理可有效提高麦秸厌氧发酵产气效率。

利用纤维素水解液中的纤维二糖发酵制备丁二酸

纤维素水解液中通常含有纤维二糖。本文考察了Actinobacillus succinogenes NJ113利用纤维二糖厌氧发酵生产丁二酸的能力,并利用蔗渣纤维素制备纤维二糖作为碳源用于厌氧发酵生产丁二酸。3 L发酵罐厌氧发酵结果显示:以35 g/L纤维二糖作为碳源发酵制备丁二酸,其产量为23.51 g/L,产率达到67.17%;用含有18 g/L纤维二糖和17 g/L其它糖类的蔗渣纤维素水解液作为碳源发酵制备丁二酸,丁二酸的产量和产率分别为20.00 g/L和64.73%。因此,Actinobacillus succinogenes NJ113具有较强的利用纤维二糖生产丁二酸的能力,而且利用废弃的纤维素制备纤维二糖作为碳源高效、经济地发酵制备丁二酸具有可行性。

江苏省苏翠1号梨叶养分标准值初探

为实现基于梨叶营养诊断的科学施肥,拟构建江苏省苏翠1号梨叶养分标准值。在江苏省不同地区采集苏翠1号梨叶样品,分析测定其养分含量,然后采用概率分级法构建其养分标准值。偏度及峰度正态性分布检验结果显示叶片中N、P_(2)O_(5)、K_(2)O、Ca、Mg含量符合正态分布,而微量元素Fe、Mn、Cu、Zn含量则为偏正态分布。对于符合正态分布的养分采用概率分级法进行叶养分标准值的确定,偏正态分布的元素则采用ln函数将养分数据转换为正态分布后进行概率分级,再将分级数据转换为养分数据。最终初步确定江苏省苏翠1号梨叶N的适宜范围为2.09%~2.32%,P_(2)O_(5)为0.10%~0.13%,K_(2)O为1.18%~1.41%,Ca为2.19%~2.65%,Mg为0.25%~0.31%,Fe为261~369 mg/kg,Mn为38~75 mg/kg,Cu为2~5 mg/kg,Zn为32~50 mg/kg。本研究采用概率分级法制定的梨叶养分标准值平均值与传统高产园法所制定的养分标准值平均值相比,仅Mn和Cu分别存在29.2%和12.5%的差异,其他元素的差异均小于10%。