我国羊养殖量及其粪尿资源化利用潜力分析

为了解我国各地区羊粪尿产量及其资源化利用潜力,本研究依据统计年鉴数据和粪尿产排污系数,估算了2021年我国各省份羊粪尿产生量、羊粪尿肥料化和能源化利用潜力,进一步测算了羊粪尿养分农田耕地负荷。结果表明,2021年全国羊粪尿总产生量达2.91亿t,其中总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)含量分别为91.08万、19.28万t和73.89万t,可有效替代氮肥(以尿素计)255.31万t、磷肥(以P_(2)O_(5)计)108.45万t、钾肥(以K_(2)O计)191.82万t,可产沼气165.95亿m^(3),具有较高的肥料化与能源化利用潜力。青海和西藏两省份农田耕地负荷居全国第一和第二,消纳羊粪尿时,应充分考虑耕地、农牧交错带、林地和草地等多种土地类型。

农林废弃物对厨余垃圾堆肥腐殖化的影响与微生物驱动机制

高碳源农林辅料复配是实现厨余垃圾好氧堆肥促腐提质的关键技术,但不同辅料对厨余垃圾堆肥过程腐殖化的影响及其相应的微生物驱动机制仍不清楚,从而限制了对辅料的有效筛选与利用。为此,该研究选用园林废弃物、玉米秸秆和西瓜秧3种典型高碳源农林废弃物为辅料,探究其对厨余垃圾堆肥过程有机质腐殖化的调控效果与机制。研究结果表明:相较于园林废弃物和西瓜秧,添加15%玉米秸秆(湿质量)作为辅料,能够有效调节堆体物料结构,富集功能微生物,促进厨余垃圾堆肥产物腐熟度提升,种子发芽指数可达139%。具体而言,西瓜秧蛋白质含量较高,作为辅料能够在堆肥初期促进堆体快速升温,但不利于高温期延续,且产物腐殖化程度较低。相比之下,园林废弃物和玉米秸秆添加可以在高温期和降温腐熟期富集更多Ureibacillus、Bacillus Oceanobacillus和Flavobacterium等具有木聚糖降解和纤维素降解功能的细菌,促进有机质转化为多酚、氨基酸等腐殖质前驱物,进而推动稳定的腐殖酸生成。特别是玉米秸秆作为辅料时有效增加了具有木质纤维素降解功能的细菌,从而能够加速有机质的降解,促进腐殖化提升75%,研究结果为选取适宜的辅料强化厨余垃圾堆肥产品品质提供参考。

好氧堆肥去除畜禽粪便病原体的研究进展

近年来,非洲猪瘟、甲型H1N1流感、禽流感和新冠肺炎等疫情频发,其中甲型H1N1流感和禽流感等人畜共患病的病原体引发的疫情传播逐渐受到固体废弃物处理利用领域的关注。携带大量病原体的畜禽粪便若不能合理循环利用,会对人体健康和生态安全造成威胁。高温好氧堆肥是一种处理固体废弃物的常用方法,堆肥过程的高温阶段能够有效降低病原体数量,但仍有部分堆肥产品因病原体残留而存在安全风险。本文综述了堆肥过程对病原体的去除效果及其影响因素,探讨了堆肥产品中病原体残留的可能原因和存在的风险,并基于此提出了可以提高堆肥病原体去除效果的工艺优化方向,这将最大程度降低堆肥产品的安全风险,确保畜禽粪便堆肥产品的安全高效使用。

纳滤膜孔径对沼液超滤透过液养分富集与膜污染行为的影响

超滤(ultrafiltration,UF)能有效浓缩沼液,但透过液中仍含有大量养分,可进一步采用纳滤(nanofiltration,NF)等精密膜浓缩利用。NF膜的孔径会直接影响膜的截留特性和通量,从而影响浓缩性能。为了探究NF膜孔径对沼液浓缩过程养分富集效果和膜污染行为的影响,该研究以鸡粪沼液的UF透过液为研究对象,分别采用800 D、500 D、100 D的NF膜(平均膜孔径分别为2.0、1.0、0.5 nm)进行浓缩,重点分析养分截留效果和膜污染特征。结果表明:不同孔径的NF膜均能高效截留化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总磷(total phosphorus,TP),截留率可达68%以上,但对总氮(total nitrogen,TN)和总钾(total potassium,TK)的截留较低,仅为19%~35%。随着膜孔径降低,NF对COD、TN、TP、TK的截留效果略有提高,但整体差异不明显。不同孔径NF膜在沼液浓缩过程均出现了明显的水通量降低。与1.0 nm的NF膜相比,0.5 nm膜较小的孔径和2.0 nm膜较大的初始通量均会导致膜表面有机—无机致密污染层的形成,从而造成水通量快速降低;而1.0 nm膜表面形成的以无机晶体为主的污染层较为疏松,通量下降较为缓慢。综合养分截留效果和水通量变化规律,确定孔径为1.0 nm的NF膜更适用于浓缩沼液的UF透过液,研究结果可为推动沼液膜浓缩的发展与工程应用提供理论与技术支撑。

秸秆对猪粪静态兼性堆肥无害化和腐熟度的影响

为促进猪粪静态兼性堆肥产品无害化和腐熟,通过添加玉米秸秆调控堆体物理结构特性和碳氮比,采用传统自然发酵方式进行为期90d的静态兼性堆肥试验,分别设置纯猪粪处理(P)和秸秆调控处理(PC)研究静态兼性堆肥过程腐熟度指标、粪大肠菌群以及微生物群落结构演变特征。结果表明,秸秆调控增加了堆体孔隙率(提高19.41%),促进氧气向堆体内部扩散,增强了好氧微生物对有机质的降解,降低NH_(4)^(+)-N,可溶性有机氮(dissolved total nitrogen,DTN)等植物毒性物质含量,提升了堆肥腐熟度,两组处理堆肥产品种子发芽指数分别为40.84%(P)和114.60%(PC)。静态兼性堆肥经过30~40 d自然发酵后,粪大肠菌群数量达到卫生安全标准,堆体温度、NH_(4)^(+)-N和有机酸含量均会影响粪大肠杆菌的活性。堆体中微生物以厚壁菌门、放线菌门、变形菌门等与木质纤维素降解相关的菌门为优势菌门,堆体自上而下由好氧菌属演替为厌氧菌属,并形成好氧、兼性、厌氧的微生物分层。秸秆调控增加了堆体的好氧区域,促进和提高了猪粪静态兼性堆肥无害化和腐熟度。

膜孔径对沼液超滤浓缩过程养分和污染物富集的调控作用

为确定适用于沼液浓缩的低污染高截留超滤(UF)膜孔径,选取鸡粪沼液为浓缩对象,采用膜孔径为500、100、50、30 KD的UF膜(平均膜孔径分别为20、6、4 nm和3 nm)进行浓缩处理,考察不同孔径UF膜对沼液浓缩过程中养分和风险污染物迁移的调控作用。结果表明:不同孔径UF膜的水通量均呈现快速降低-平稳-再降低的三段式现象,整体降低38%~49%,且低孔径膜下降更为明显。不同孔径UF膜对沼液中有机质的截留效果整体差异不显著,对TP、TN、TK等养分的截留率随孔径缩小而逐渐提高。同时,不同孔径UF膜对Ca、Mg、Fe和Zn 4种中微量元素的截留性能相似,对重金属和抗生素的截留性能也随孔径的缩小而逐步提升,对Cu和Pb的截留率均可达到100%。综合稳定水通量、养分截留和风险污染物富集,确定适用于沼液浓缩的UF膜孔径为100 KD。

典型沼液养分特征及环境风险评价

为了研究不同有机物料厌氧发酵产生的沼液中养分特征以及环境风险,选取7种典型有机废弃物源沼液进行对比,结果表明:尽管不同沼液的无机养分含量差异较大,但整体呈现总氮(TN)>总钾(TK)>总磷(TP)的趋势,总养分含量为1.2~11.5 g·L^(-1),中微量元素含量仅为84~2294 mg·L^(-1),远低于相关液态肥料标准(2~30 g),可进一步浓缩,实现高值利用。畜禽粪便原料的沼液比其他沼液的抗生素和重金属含量都高,但污染程度安全性评估风险系数均小于1,不具有环境风险。相比较而言,鸡粪沼液养分均衡,还富含9.7 mg·L^(-1)氨基酸,明显高于其他原料的沼液。尽管畜禽粪便沼液的重金属以及猪粪沼液的抗生素残留不具有环境风险,但是其较高的含量仍需要进一步消减控制,以保障沼液的安全肥料化利用。

长期施肥下黄壤无机磷组分空间分布特征

利用土壤无机磷分级方法，研究长期施肥对黄壤中不同组分磷累积、迁移的影响。结果表明，施肥土壤全磷、有效磷、无机磷的含量均较不施肥处理有明显增加，随土层深度的加深而显著减少，施肥主要增加了Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、A1-P含量，而对Call3-P、0-P含量影响较小。Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、Al-P、Calcl-P、0-P以表聚为主，同一土层上表现为0-P>Fe-P>Al-PJai。-P>Ca2-P>Cas-P。不同形态的无机磷含量随土层深度呈现垂直分布规律，在0.100cm土层中无机磷形态以〇-P、Fe-P为主，且该比例随土层深度的增加而增加。因此，从长远来看，有机无机配施促使无机磷组分在土壤剖面的移动得以放缓，还不足以影响到地下水质量，更有利于黄壤区农业的可持续发展。

国际生产方式变革、国际经济规则重塑与制度型开放高地建设

本文以经济基础与上层建筑之间的关系为切入点,从国际生产方式变革的制度需求与供给视角,构建国际贸易投资规则重塑的理论分析框架,为中国制度型开放提供理论依据。总体上来看,目前发达国家所倡导的国际贸易投资新规则基本上体现了国际生产发展新趋势,但没有充分重视全球生产网络中其他权力主体在减少契约摩擦和促进国际贸易投资争端解决中的作用,也没有反映全球生产链上技术标准的公共产品属性。作为制度型开放高地,自由贸易试验区应“先行先试”那些反映了国际生产方式变革制度需求的贸易投资新规则,并借鉴发达国家相关经验,引领和推动中国全方位对外开放新格局。

厨余垃圾堆肥间歇通风方式的可行性研究

以好氧堆肥成熟的通风方式连续通风为参考,研究了对厨余垃圾好氧堆肥采用间歇通风方式的可行性。结果表明,厨余垃圾好氧堆肥采用间歇通风方式的温度和O2体积分数变化规律与连续通风方式基本一致。腐熟度指标pH、电导率(EC)和发芽率指数(GI)均能达到厨余垃圾好氧堆肥的要求。但是间歇通风不但可以减少鼓风时间,节约成本,而且能够显著降低NH3、N2O的排放,提高总碳(TC)、总氮(TN)的积累,从而提高堆肥产品品质。因此,建议厨余垃圾好氧堆肥过程采用间歇通风方式。

不同施肥模式下黄壤旱地土壤碳氮储量分布特征

以长期定位试验为基础,研究不同施肥模式(不施肥CK、单施有机肥M、氮磷钾配施NPK、氮磷钾配施有机肥NPKM)对黄壤旱地土壤碳氮储量的影响。结果表明:与不施肥相比,施肥均能显著提高表层(0~20cm)土壤碳氮质量分数,碳表现为M>NPKM>NPK,氮表现为NPKM>M>NPK,其质量分数均随土层增深而递减;CK、M、NPK、NPKM模式下黄壤旱地0~100cm土层碳储量依次为122.55、218.57、161.95和177.76t·hm^(-2),氮储量依次为11.55、15.08、12.25和13.19t·hm^(-2),其施肥模式下耕层(0~20cm)土壤碳氮储量占总储量的38.31%~42.95%和33.64%~38.20%。有机肥、化肥及有机无机配施能够显著提高耕层土壤有机碳、氮质量分数,有利于提升土壤养分供应能力,但同时也增加了农田系统碳氮损失的潜在风险。因此,从长远来看,有机物料的输入可以提高黄壤旱地土壤碳氮贮量,维持并提高土壤肥力和养分供应能力,更有利于黄壤区农业的可持续发展。

基于沼液浓缩的液态有机肥利用现状与展望

厌氧发酵是解决有机废弃物处理与资源化利用的有效手段,然而发酵残余物——沼液的处理利用成为限制厌氧发酵技术发展的关键因素。沼液中富含养分及活性物质,可作为有机肥还田,在农田承载力和运输成本的双重约束下,沼液浓缩制肥技术迅速发展。沼液浓缩不仅可以减少储存和运输成本,还可以大幅度提高单位体积沼液中的养分含量,复配成高品质有机肥,分离后的水还可回用或达标排放。本文通过查阅文献,根据现阶段的沼液浓缩技术及浓缩液利用现状,分析了不同浓缩技术的优缺点及浓缩液制肥潜力,并对沼液的应用潜力提出了展望及建议。

蚯蚓-蚯蚓粪分离-收获工艺与关键部件试验

蚯蚓堆肥是实现农业有机固体废弃物减量化、无害化、资源化和增值化的生物处理技术之一。蚯蚓堆肥结束后,如何将成熟活体蚯蚓从大量堆肥物料中快速分离收获,是目前规模化蚯蚓堆肥亟需解决的难题之一。为实现蚯蚓体快速、高效、稳定的分离和收获,该研究提出了蚯蚓堆肥产物3步分离收获工艺方法,并针对此工艺中的动态斜面分离收获关键部件和工艺参数开展了试验研究。在此基础上,结合力学分析、EDEM离散元仿真模拟揭示了蚯蚓分离关键过程中的动力学机制。结果表明:本研究所提出的分离工艺可较好实现蚯蚓、蚯蚓粪的分离和集中收获,动态斜面在蚯蚓-蚯蚓粪分离过程中起关键作用,利用了蚯蚓体表液膜接触粘附摩擦特性强,易粘附于斜面,而动态斜面作用下蚯蚓粪滚动摩擦力小的特性,蚯蚓与蚯蚓粪抛落于动态斜面后因受力差异导致两者呈相反方向运动,实现分离。蚯蚓-蚯蚓粪分离收获的最优参数组合为安装锥形分离器下,分离收获斜面速度50 mm/s、倾角为30°。基于此工艺方法处置蚯蚓粪-蚯蚓混合物料10 kg耗时55.36 s,在蚯蚓收获区的蚯蚓收获率为(81.50±5.55)%,蚯蚓粪含杂率接近于0,物料总收获率为(96.56±1.79)%。研究结果可提高蚯蚓堆肥产物分离收获的速度与效率,为规模化蚯蚓堆肥机械装备化、减少人工作业和降低成本提供借鉴与参考。

国内外堆肥标准分析及其对中国的借鉴启示

中国农业废弃物产量巨大,堆肥是农业废弃物资源化利用的主要方式之一,也是养分和有机质回收到土壤中的方法。结合国内外堆肥标准制定情况,通过分析对比无害化指标、有机质、总养分、重金属、含水率等指标,指出中国存在就农业废弃物处理缺乏专业化堆肥及有机肥标准推进委员会、对堆肥产品中氮磷钾和有机质含量的最低限值较高及未建立堆肥标准体系等问题。建议国家组建堆肥标准制定专家委员会或堆肥协会,进一步规范有机肥生产运行管理,进一步修订有机肥、生物有机肥、沼肥等标准,建立完善的堆肥标准体系。

含水率对羊粪堆肥腐熟度及污染气体排放的影响

为了优化羊粪好氧堆肥的工艺条件,研究初始含水率对羊粪堆肥腐熟度及污染气体排放的影响。该研究以高湿新鲜羊粪为堆肥原料(含水率为75%),添加玉米秸秆调节初始物料含水率分别为70%、65%、60%和55%,堆肥在60 L密闭发酵罐中共持续35 d。结果表明:75%含水率羊粪堆体单独不能顺利启动升温,且在试验期间释放了大量的甲烷和氧化亚氮等温室气体,在所有处理中产生的总温室效应最大(41.4 g/kg)。玉米秸秆与羊粪联合均能成功启动堆肥过程,且堆肥产品均可以达到无害化卫生要求和腐熟标准。其中初始含水率为65%时,堆体不仅高温期持续时间长,且有机质降解程度高,物料干质量降解率达45%,同时比其他处理可降低4.81%~16.99%的总氮损失和7.56%~48.62%的总温室气体排放量。因此,在羊粪和玉米秸秆联合堆肥时,初始含水率65%左右为最佳条件。

碳氮比对鸡粪堆肥腐熟度和臭气排放的影响

为确定鸡粪堆肥最优碳氮比(C/N比),该研究以新鲜鸡粪为堆肥原料,添加玉米秸秆调节初始C/N比为14、18和22进行好氧堆肥,研究不同C/N比对鸡粪堆肥腐熟度和臭气排放(NH3和H2S)的影响。结果表明:C/N比为14的处理堆肥产品未腐熟,C/N比为18和22的处理均达到腐熟。C/N比为18的处理NH3累积排放量和总氮(TN)损失率最高;C/N比为18~22时,C/N比越高,NH3累积排放量和TN损失率越低。C/N比为14的处理H2S累积排放量和总硫(TS)损失率最高;C/N比为18和22的2个处理,H2S累积排放量显著降低,且无显著差异。此外,C/N比为18处理的微生物群落多样性在整个堆肥过程中显著高于C/N比为14和22处理。堆肥的理化指标、臭气排放与微生物群落之间的相关性分析表明,高温、高pH值和缺氧环境会增加Firmicutes丰度,进而促进NH_3和H_2S的排放,相反地,低温、低pH和氧气充足的环境更有利于Actinobacteria增殖,有利于减少NH3和H2S的排放。综合考虑堆肥产品腐熟度和臭气减排效果,建议低C/N比鸡粪堆肥的初始C/N比为18~22。当秸秆资源不足时,建议初始C/N比为18;秸秆资源充足时,建议初始C/N比为22。

厨余垃圾与农林废弃物协同好氧堆肥效果及产品性质

厨余垃圾含水率高、易腐烂。在北京南宫堆肥厂4m高的隧道发酵仓中堆肥发酵时,堆体高度难以达到1.5m,隧道空间利用严重不足,堆体难以升温,同时发酵过程中产生大量渗滤液。这严重阻碍了堆肥的正常运转,直接制约了厨余垃圾资源化利用,迫切需要技术工艺优化与配置升级改造。前期研究表明,农林废弃物与厨余垃圾混合,具有有效改善堆体结构、增大物料孔隙度、调节堆体含水率等功效,具有缩短堆肥周期、提高堆体腐熟度等优点。

生物炭和菌剂对羊粪微好氧堆肥腐熟度和温室气体排放的影响

为探究微好氧堆肥方式对羊粪堆肥腐熟度和温室气体排放的影响,该研究以纯羊粪为研究对象,设置对照(CK)、生物炭添加(BC)和VT菌剂添加处理(MC)3个处理,在60 L的敞口发酵罐中进行42 d的堆肥试验,堆肥前14 d微量间歇强制通风,后28d停止强制通风。结果表明:羊粪微好氧堆肥均能满足种子发芽指数(GerminationIndex,GI)≥70%、pH值不小于8等腐熟标准,与CK相比,BC和MC处理分别提高27.8%和38.8%的GI,并延长堆肥高温期至10 d以上,满足堆肥无害化和腐熟标准。NH_(3)、CH_(4)和N_(2)O排放集中在前14 d,排放速率主要受温度、腐熟度等理化性质影响,且添加外源功能材料可不同程度减少气体排放量,其中添加生物炭使NH_(3)、CH_(4)和N_(2)O排放量分别减少38.68%、14.26%和31.54%,总温室效应降低31.11%;菌剂添加降低18.41%的NH_(3)排放,增加21.10%的N_(2)O排放,总温室效应增加20.70%。因此,在羊粪微好氧过程,生物炭作为调理剂可促进堆肥腐熟,减少堆肥过程温室气体排放,加速有机质矿化和腐殖化,增加堆肥产品养分含量,为羊粪轻简化堆肥提供数据支撑。

菌剂和含磷添加剂联合添加对污泥堆肥污染气体排放及堆肥品质的影响

以脱水污泥和玉米秸秆堆肥为对照,采用实验室规模系统,研究了外源添加微生物菌剂(VT菌剂)和含磷添加剂(过磷酸钙和磷石膏)对污泥堆肥腐熟度、污染气体排放以及产品品质的影响。结果表明:菌剂添加显著促进堆肥腐熟,最终种子发芽率指数为126%~158%。菌剂和两种含磷添加剂混合添加可更大程度降低污染气体的排放,其中菌剂和过磷酸钙联合添加可减少63.3%的NH_(3)和42.8%的H_(2)S排放量,菌剂和磷石膏联合添加可减少97.6%的NH_(3)和54.4%的H_(2)S排放量。添加剂处理均可降低CH_(4)的排放。添加菌剂可以降低30.7%的N_(2)O排放,但是菌剂与过磷酸钙和磷石膏联合添加会增加堆肥前期的N_(2)O排放。含磷添加剂处理可提高18.3%~22.9%的总养分(TN+P_(2)O_(5)+K_(2)O)含量。研究表明,VT菌剂和含磷添加剂联合使用是提高堆肥产品品质、减少堆肥过程污染气体排放的有效方法。

微生物菌剂对厨余垃圾堆肥温室气体减排的影响

为对厨余垃圾堆肥过程中的温室气体进行减排,在60 L强制通风静态堆肥装置中进行为期35 d的厨余垃圾和园林废弃物的联合好氧堆肥试验。在堆肥原料中分别添加复合微生物菌剂VT1000(VT)、枯草芽孢杆菌(BS)和地衣芽孢杆菌(BL)三种菌剂,并以不加菌剂的堆肥处理(CK)作为对照,监测堆肥过程中的CH4和N2O排放,以研究不同微生物菌剂对于厨余垃圾堆肥温室气体排放的影响。结果表明:微生物菌剂的添加会加快堆体升温和促进腐熟,同时能够实现不同程度的温室气体减排。堆肥过程中N_(2)O的排放量在总温室气体二氧化碳排放当量中占比远高于甲烷,达到总排放当量的76.83%~88.57%,排放高峰期分别出现在堆肥初期和腐熟期。各处理的总温室气体排放当量分别为95.84 kg/t(CK)、52.31 kg/t(VT)、42.03 kg/t(BS)和62.49 kg/t(BL)。与CK处理相比,BS处理的总温室气体的减排效果最好,减排率为56.15%,BL处理的减排率最低,为34.80%,VT处理减排率为45.42%。相较于CH_(4),菌剂对N_(2)O的减排效果更好,可达35.32%~61.86%。结合堆肥过程的温度及各腐熟度指标,该研究选取的微生物菌剂能够在保证堆肥效率和产品质量的前提下有效减少温室气体排放。