外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称）浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率（基于猪粪中挥发性固体含量计算）分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK（对照）组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/（g·d）〕,与CK组相比水力停留时间（HRT）缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型（R2=0.999 2）.研究显示,纤维素酶和α-淀粉酶对促进猪粪厌氧发酵有协同作用,当α-淀粉酶添加量不超过30 mg/g时,α-淀粉酶添加量与甲烷产率呈正相关;当纤维素酶添加量超过10 mg/g时,纤维系酶添加量与甲烷产率呈负相关.      

猪粪中有机成分对生物产甲烷潜力的影响研究

为研究不同生长期猪粪中有机成分对生物产甲烷潜力的影响关系,文章采用全自动甲烷潜力测试系统,研究了3种猪粪在中温厌氧发酵中的产甲烷潜力(BMP)。结果表明,保育猪粪便和生长猪粪便的BMP值分别为273 mL CH_4/gVS和272 mL CH_4/gVS,二者相接近,妊娠母猪的BMP为220 mL CH_4/gVS,是3种猪粪中最低的。利用傅里叶红外光谱仪和热重分析仪检测猪粪样品中的有机物,使紫外-可见分光光度计谱和荧光光谱仪检测了粪便DOM提取液中的有机组分。通过检测得出,保育猪粪便和生长猪粪便的有机物含量和组分相接近,而妊娠母猪的有机物含量低,且含有更多的纤维素、木质素和芳香族化合物等难降解有机物,这些物质高度腐殖化,生物难降解,因此导致其甲烷产生潜力低。     

猪粪污厌氧发酵进程中的Cu、Zn钝化调控机制研究

厌氧发酵技术是实现猪粪污减量化、无害化、资源化的主要途径。厌氧发酵过程中有效钝化Cu、Zn等重金属、降低重金属对土壤及农产品污染风险仍需持续地开展相关研究。该文以猪粪/玉米秸秆为发酵原料，选用腐殖酸、生物炭和粉煤灰制备复合钝化剂，以厌氧发酵产气率和Cu、Zn稳定态钝化率来优化钝化剂复合比，从Cu、Zn的可还原态、可氧化态、残渣态、生物有效态等方面对猪粪污厌氧发酵进程中的钝化调控机制进行研究。结果表明，当腐殖酸、粉煤灰、生物炭的添加比例为发酵系统中干物质量的7.5%、7.5%、5.0%时产气量最高。影响Cu、Zn稳定态钝化率的主次因素并不相同：影响Cu稳定态钝化率的主次因素顺序为腐殖酸>生物炭>粉煤灰，腐殖酸∶粉煤灰∶生物炭最佳复合比为7.5%∶7.5%∶7.5%，影响Zn稳定态钝化率的主次因素顺序为粉煤灰>腐殖酸>生物炭，腐殖酸∶粉煤灰∶生物炭最佳复合比为5.0%∶7.5%∶7.5%。此外，添加复合钝化剂使得发酵沼渣中Cu、Zn可还原态、可氧化态、残渣态、生物有效态发生显著改变，Cu、Zn由不稳定态向稳定态转化，生物有效性降低。复合钝化剂中的有机、无机成分之间存...     

猪粪堆肥中一株溶磷菌的筛选鉴定及溶磷能力初步测定

从猪粪堆肥中分离纯化得到一株具有较强溶磷能力的菌株PSM-1,进行了形态学和分子生物学鉴定,研究了其溶磷能力和遗传稳定性.结果表明:通过菌落形态和ITS基因序列分析鉴定,菌株PSM-1为产黄青霉(Penicillium chrysogenum);在3种不同无机磷源液体培养基中其溶磷量依次为Ca3(PO4)2(138.36 mg·L-1)Fe PO4(117.38 mg·L-1)Al PO4(113.76 mg·L-1),且PSM-1的溶磷量均与培养液p H值呈现出显著负相关性;以葡萄糖为碳源、硝酸铵为氮源时,菌株PSM-1的溶磷量最高可达195.67 mg·L-1,比初始有效磷高141.42%;该菌株对碳源和氮源的利用效率分别依次为:葡糖糖蔗糖麦芽糖淀粉,硝酸铵硝酸钾硫酸铵草酸铵;经过20次传代培养后PSM-1的溶磷量保持在(124.54±3.50)mg·L-1,说明其溶磷遗传稳定性良好.研究表明:PSM-1菌株具有良好的溶解无机磷的能力,在土壤微生态改良方面具有重要的应用潜力.     

长期施用猪粪水稻土抗生素抗性基因污染研究

为了全面研究猪粪有机肥对水稻土抗生素抗性及分布格局的影响,选择295对抗生素抗性基因引物,采用高通量荧光定量PCR对水稻土中的抗生素抗性基因污染情况进行了研究.结果表明,未施用猪粪水稻土检测出66种抗性基因,而施用猪粪水稻土则检测出107种抗生素抗性基因,施用猪粪后水稻土中抗生素抗性基因种类显著增加(P<0.05).相对于未施用猪粪水稻土,施用猪粪水稻土有49种抗生素抗性基因丰度显著增加(P<0.05),其中施用猪粪水稻土中喹诺酮类/氯霉素类抗性基因的mexF的丰度相对于未施用猪粪水稻土增加1791倍.高通量定量结果表明,施用猪粪的水稻土抗生素抗性基因分布格局发生显著变化,高通量定量技术是研究环境抗生素抗性基因的一个非常实用的工具.     

竹醋酸在堆肥中的应用

以秸杆、锯末和猪粪为原料,以竹醋酸为添加剂进行静态好氧堆肥试验,分析堆肥过程中温度、pH、有机质、TN等的变化情况,比较不同竹醋酸浓度对堆肥的促进作用。在对腐熟后堆肥的分析表明,适宜的竹醋酸浓度可以促进微生物的活性,缩短达到高温所需的时间;跟空白堆体相比,添加竹醋酸的堆体氮损失率降低10%。     

猪粪在管道抽吸过程中的非牛顿流体流动阻力特性

为解决高浓度猪粪收集转运等过程涉及的基础性技术问题,以不同浓度猪粪为研究对象,探讨了含固率、真空度、管径及自然放置时间等参数对管道抽吸流量和非牛顿流体流动阻力特性的影响.结果表明:猪粪含固率由2％增加到20％,其流变指数由0.952 3降至0.300 4,抽吸流量随猪粪含固率增加而减少;抽吸流量与管径呈幂指增长关系,当...     

长期连续施用猪粪的旱地红壤肥力健康与花生产量研究

依托中国科学院鹰潭红壤生态实验站内一个连续施肥23 a的旱地红壤-花生作物体系长期定位试验点,重点研究长期施用猪粪对土壤酸度、有机质含量和主要养分等土壤肥力指标与健康的影响。采用由隶属度值制成的雷达图探讨旱地红壤肥力的制约因素,并采用土壤健康指数面积法定量评估土壤肥力健康指数水平,最后以连续施肥23 a后的花生产量验证土壤肥力健康指数的适用性。结果表明,连续23 a的施肥提升了花生地土壤肥力健康水平;与施用化肥相比,施用猪粪大幅降低了土壤可交换性酸度,同时提高了土壤pH值、有机质和氮磷养分含量,从而将整体土壤健康指数从0.70提高到1.20,施用猪粪处理组的花生植株总生物量与花生果粒产量分别是施用化肥组的2.84和2.28倍。因此,长期施用猪粪可有效改善旱地红壤酸度强、养分少等肥力限制条件,提高土壤肥力健康水平及作物产量。     

磁化改性猪粪水热炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附

该文以猪粪为原料,采用水热炭化法制备猪粪水热炭（HC）并用氯化铁溶液进行磁化改性得到磁性水热炭（MHC）。通过傅里叶红外光谱分析、扫描电镜、比表面积和孔径分析、Zeta电位分析等方法对改性前后生物炭的结构和性质进行了表征,并研究了吸附剂投加量、初始p H、吸附时间、共存离子对HC和MHC吸附水中Cr(Ⅵ)的影响。结果表明,MHC的比表面积、孔体积和含氧官能团含量都显著增加,吸附位点增多。当投加量为4 g/L,溶液初始p H为2时,MHC对50 mg/L Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为12.32 mg/g,去除率为98.76%,MHC对Cr(Ⅵ)的吸附能力明显提高。Langmuir和Freundlich等温吸附方程均可较好描述MHC对Cr(Ⅵ)的吸附特性,且Langmuir吸附模型更好,吸附过程更符合准二级吸附动力学方程。共存离子在浓度不高时对吸附过程影响有限。     

温度对畜禽粪便水热炭产率及特性的影响

以猪粪、牛粪和鸡粪3种畜禽粪便为原料制备水热炭,研究了温度对畜禽粪便水热炭产率及其特性的影响,着重分析了不同温度(140～220℃)下水热炭的产率、元素组成、碳保留量、官能团及重金属含量的变化。结果表明:畜禽粪便水热炭产率为48.8%～74.2%,且随着温度的升高其产率逐渐降低;此外,49.6%～82.1%的碳被保留在水热炭中,低温利于碳的保留。水热炭的H/C随着温度的升高而逐渐降低,但—OH峰逐渐减弱。畜禽粪便经过水热炭化后,其重金属含量均有不同程度的增加,其中Cu、Zn和Cd的含量超标。重金属元素的相对富集系数1,由此可见,重金属除了部分保留在水热炭中外,还有部分重金属进入到热解液态产物中。