SBR处理高浓度养猪废水工艺条件

以养猪场废水作为研究对象,采用序列间歇式活性污泥法SBR,通过实验研究了供气量、pH、排泥量、原水稀释倍数、水力停留时间（HRT）对SBR出水水质的影响。结果表明,供气量为375 L/（min·m³）、pH为8.0,并添加排泥100 mL的操作,可使SBR处理效果明显提高,COD、磷和凯氏氮去除率最高分别可达96.37%、94.14%、99.38%。逐步降低进水稀释倍数有利于培养出处理高浓度有机养猪废水的活性污泥,可将平均COD、磷和凯氏氮含量高达9 161.24、33.41和1 502.77 mg/L的养猪废水处理至出水的490.11、5.35和17.84 mg/L。降低HRT对SBR去除率影响不大。     

猪粪堆肥中铜锌与腐殖质组分的结合竞争

为研究猪粪堆肥中铜锌与腐殖质组分的结合竞争,以猪粪和秸秆为堆腐原料,进行了为期36 d的好氧堆肥实验,研究猪粪堆肥过程中腐殖质组分(胡敏酸和富里酸)、胡敏酸结合态铜锌、富里酸结合态铜锌含量的变化。结果表明,堆肥结束后,腐殖化程度提高,胡敏酸碳含量增加394.4%,富里酸碳含量降低64.9%,腐殖化指数从0.24增加到3.33;随着堆肥的进行,胡敏酸结合态铜锌含量分别增加394.3%和56%,而富里酸结合态铜锌含量分别下降17.5%和28.4%;相关分析表明,胡敏酸结合态铜、富里酸结合态锌与胡敏酸、富里酸碳含量及腐殖化指数均成显著相关(P<0.01);堆肥过程中,胡敏酸结合态铜与富里酸结合态铜之比大于1,而胡敏酸结合态锌与富里酸结合态锌小于1,另外,胡敏酸中的Cu/Zn大于1,而富里酸中的Cu/Zn小于1,表明在腐殖质中铜主要与胡敏酸结合,而锌主要与富里酸结合。研究揭示了猪粪堆肥中重金属铜锌与不同腐殖质组分的结合竞争关系,为畜禽粪便堆肥土地利用的风险评估和风险控制提供科学依据。     

Speciation of Cu and Zn during composting of pig manure amended with rock phosphate

Pig manure usually contains a large amount of metals, especially Cu and Zn, which may limit its land application. Rock phosphate has been shown to be effective for immobilizing toxic metals in toxic metals contaminated soils. The aim of this study work was to investigate the effect of rock phosphate on the speciation of Cu and Zn during co-composting of pig manure with rice straw. The results showed that composting process and rock phosphate addition significantly affected the changes of metal species. During co-composting, the exchangeable and reducible fractions of Cu were transformed to organic and residue fractions, thus the bioavailable Cu fractions were decreased. The rock phosphate addition enhanced the metal transformation depending on the level of rock phosphate amendment. Zinc was found in the exchangeable and reducible fractions in the compost. The bioavailable Zn fraction changed a little during the composting process. The composting process converted the exchangeable Zn fraction into reducible fraction. Addition of an appropriate amount (5.0%) of rock phosphate could advance the conversion. Rock phosphate could reduce metal availability through adsorption and complexation of the metal ions on inorganic components. The increase in pH and organic matter degradation could be responsible for the reduction in exchangeable and bioavailable Cu fractions and exchangeable Zn fraction in rock phosphate amended compost.     

Effects of a gradually increased load of fish waste silage in co-digestion with cow manure on methane production

This study examined the effects of an increased load of nitrogen-rich organic material on anaerobic digestion and methane production. Co-digestion of fish waste silage (FWS) and cow manure (CM) was studied in two parallel laboratory-scale (8 L effective volume) semi-continuous stirred tank reactors (designated R1 and R2). A reactor fed with CM only (R0) was used as control. The reactors were operated in the mesophilic range (37 °C) with a hydraulic retention time of 30 days, and the entire experiment lasted for 450 days. The rate of organic loading was raised by increasing the content of FWS in the feed stock. During the experiment, the amount (volume%) of FWS was increased stepwise in the following order: 3% – 6% – 13% – 16%, and 19%. Measurements of methane production, and analysis of volatile fatty acids, ammonium and pH in the effluents were carried out. The highest methane production from co-digestion of FWS and CM was 0.400 L CH4 gVS^?1, obtained during the period with loading of 16% FWS in R2. Compared to anaerobic digestion of CM only, the methane production was increased by 100% at most, when FWS was added to the feed stock. The biogas processes failed in R1 and R2 during the periods, with loadings of 16% and 19% FWS, respectively. In both reactors, the biogas processes failed due to overloading and accumulation of ammonia and volatile fatty acids.     

不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响

以麦茬稻田为对象,研究基肥施用不同有机肥对稻田CH₄和N₂O排放的综合影响.结果表明:有机肥施用对稻田CH₄和N₂O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量.与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼+化肥(菜饼处理)促进CH₄和N₂O的排放,其季节排放总量分别增加了252%和22%;施用小麦秸秆+化肥(秸秆处理)和牛厩肥+化肥(牛厩肥处理)明显增加CH₄排放,增加量分别为250%和45%,同时却减少N₂O排放,分别减少18%和21%;施用猪厩肥+化肥(猪厩肥处理)降低CH₄和N₂O的排放,分别降低4%和18%.对CH4和N₂O排放的综合温室效应分析表明,菜饼和秸秆处理的全球增温潜势(GWP)约为化肥处理的2.5倍,牛厩肥和化肥处理基本持平,但施用猪厩肥可减少10%～15%.各处理的GWP从高到低依次为菜饼、秸秆、牛厩肥、化肥和猪厩肥.单位产量的GWP以秸秆处理最高,菜饼次之,牛厩肥比化肥处理略高,猪厩肥处理最低.从本生长季来看,猪厩肥的施用对于实现环境效益与生产效益的协调发展具有一定作用.     

赤子爱胜蚓处理鲜牛粪的适宜条件研究

文章以鲜牛粪为饵料,通过培养试验研究不同乙酸添加量、湿度、温度、接种密度和添加EM菌对赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)生长繁殖的影响,从而为蚯蚓处理畜禽粪便筛选最适宜的生长条件。结果表明:蚯蚓生长最适宜的条件为,每90g(干重)饵料接种8条蚯蚓,加1mL10%的乙酸溶液,含水率控制在65%～70%;温度控制在20～25℃,并接种EM菌促进蚯蚓的生长繁殖。     

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.      

我国畜禽粪便重金属含量特征及土壤累积风险分析

由于饲料中微量元素的添加,造成畜禽粪便中重金属元素的环境污染风险增高.本文通过各地畜禽粪便样品采集分析和文献查阅等途径,搭建了我国畜禽粪便重金属元素含量数据库,使用统计学方法系统分析了我国畜禽粪便中重金属含量特征及不同来源畜禽粪便重金属的含量差异;在此基础上,借助农田土壤重金属流动模型进行情景分析,定量了施用畜禽粪便时土壤中主要污染元素的累积速率和对应的最大施用年限.结果表明,我国畜禽粪便中各重金属元素含量分布为偏态分布,镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的含量(mg·kg~(-1))范围分别为未检出(ND)～147、ND～1 919、0. 003～2 278、ND～978、ND～103、ND～1 747、ND～11 547和1. 22～1 140,均值(中位值,mg·kg~(-1))分别为2. 31(0. 72)、13. 5(8. 96)、36. 3(12. 0)、14. 0(3. 52)、0. 97(0. 07)、282(115)、656(366)和21. 8(13. 1),均值比中位值高1～13倍.依据我国有机肥行业标准NY 525-2012,畜禽粪便中Cd、Pb、Cr、As和Hg的超标率分别为12. 3%、2. 58%、2. 76%、20. 6%和3. 69%;按照德国腐熟堆肥标准,Cu、Zn和Ni的超标率分别为53. 9%、45. 7%和0. 59%.我国畜禽粪便中Cd、As、Cu和Zn的超标率比较高,达到10%以上.不同区域畜禽粪便重金属含量也有明显差异,山东省畜禽粪便As、Cd平均含量最高,分别是全国平均含量的1. 7倍和10. 1倍,江西省畜禽粪便Cu、Zn含量相对最高,分别是全国含量均值的2. 1倍和2. 4倍;华东沿海地区畜禽粪便重金属含量相对较高.不同来源畜禽粪便重金属含量存在一定差异,猪粪中Cd、As、Hg、Cu、Zn、Ni这6种元素平均含量分别是牛、羊、家禽粪便的1. 0～3. 0、1. 8～6. 8、1. 1～15. 8、4. 9～17. 5、2. 7～12. 0和1. 7～2. 1倍;家禽粪的Pb含量最高,其均值分别是对应猪、牛、羊粪便的2. 8、2. 5和2. 2倍.进一步预测施用不同来源动物粪便后土壤重金属累积风险,发现超过90%的情形下,Cd的累积速率低于0. 02 mg·(kg·a)~(-1); Pb累积速率均低于0. 15 mg·(kg·a)~(-1),施用家禽粪便情景下Cr累积速率最大,最大值达到了0. 28 mg·(kg·a)~(-1).     

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.     

不同催花肥对莲雾根际土壤细菌群落多样性的影响

为了解在反季节催花期间不同催花肥处理下莲雾根际土壤细菌群落结构的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对细菌16S rRNA V3-V4区进行检测,并结合土壤理化性质,比较分析不施肥（CK）与两种不同浓度施肥处理组（IF组,即无机肥处理组;GM组,即羊粪有机肥处理组）下的根际土壤细菌群落结构多样性.结果表明:①所有样品中共检测到10 925个OTU（operational taxonomic unit,操作分类单元）,包括239 639条有效序列,可分为28个门411个属.②多样性指数分析显示,细菌群落多样性顺序为IFM（中浓度无机肥处理）> GML（低浓度羊粪有机肥处理）> IFL（低浓度无机肥处理）> GMM（中浓度羊粪有机肥处理）> CK（对照）> IFH（高浓度无机肥处理）> GMH（高浓度羊粪有机肥处理）.其中,酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）为主要菌群,所占比例超过总数的67.33%.③不同施肥条件下莲雾根际土壤细菌群落结构特征分析显示,CK、IF组和GM组所特有的OTU数量分别占总数的0.51%、7.08%和2.60%,表明不同肥料的添加对土壤细菌群落多样性产生一定的影响,在IFH和GMH处理下,酸杆菌门的Subgroup_2_norank属与绿弯菌门的JG37-AG-4_norank属的相对丰度最高,分别为13.13%和15.89%.④环境因子的相关性热图分析表明,装甲菌门（Armatimonadetes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门（Firmicutes）这五类菌群与不同环境因子的显著性关系如下:装甲菌门群落结构与pH呈现出极显著正相关,硝化螺旋菌门群落结构分别与w（TN）和w（有机质）呈现出显著负相关,酸杆菌门群落结构与w（速效磷）呈现出显著负相关,放线菌门群落结构与w（速效磷）呈现出显著正相关,厚壁菌门群落结构分别与w（速效磷）和w（速效钾）呈现出极显著正相关.研究显示,适量施加无机肥或羊粪有机肥,可以显著提高土壤细菌的丰度和多样性,有利于土壤生态环境的改良与维系.