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[硕士论文] NDONGO DIOUF
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:Biogas production from agricultural waste has large potential for energy demand.However,to enable the optimization of the anaerobic digestion(AD)process with agricultural substrates characteristic must be carefully evaluated.In this study,fresh cornstalk was used to investigate feasibility of agricultural waste as carbon sources and the effect of different nitrogen sources on the anaerobic digestion.The greatest enhancement was observed on methane production yield with high concentration of240.57mL/g-TS of ammonia and250mL/g-TS oftryptone addition compare to those control tests.The methane production was totality inhibited in overall the nitrogen sources additions excepted nitrate addition.The initial TS(%)and VS(%)of cornstalk were37.07mL/g and35.23mL/g respectively and sludge initial TS(%)and VS(%)were9.54and2.93,after40days incubation the TS(%)and VS(%)were1.56and1.14respectively.
  Therefore,the evaluation and the feasibility of anaerobic digestion using fresh cornstalk can optimize the nitrogen species supplemented as nitrogen source and the ratio of C/N but need a suitable conversion ratio.In fact,different nitrogen sources promoting different effect.Inhibition of NO3-N did not affect the bacteria growth in anaerobic digestion in this experiment.However,the addition of ammonia as nitrogen source on AD was optimized the results of biogas production yield in this study compared to others nitrate and tryptone.
  Anaerobic digestion(AD)is an environmentally sustainable technology to manage agricultural lignocellulosic waste(e.g.,rice straw,peanut straw,sugar cane starw,wheat straw...).Economic profitability,however,remains a key barrier to widespread implementation of AD for the conversion of specific agricultural lignocellulosic waste to energy.Specifically,high capital and operating costs and reactor instability have continually deterred the use of AD.In order to develop AD systems that are highly efficient and more cost-effective,it was necessary to add ammonia nitrogen to investigate the effect of inorganic nitrogen in anaerobic digestion of different agricultural lignocellulosic waste.AD systems are promising technologies because they allow for separate process optimization of each stage and can enable processing of high-solids content waste.As methanogenesis is one rate limiting step of the process in the conversion of refractory wastes(e.g.,lignocellulosic materials),optimization of methanogenesis has the potential to radically improve the economic profitability of AD.Various agricultural lignocellulosic waste used for anaerobic digestion have their own advantages and disadvantages,for instance digestion of agricultural lignocellulosic waste may lead to ammonia inhibition due to the high nitrogen content.Due to the lack nitrogen content in the agricultural lignocellulosic waste,high C/N ratios(30∶1,75∶1and100∶1)were used to investigate the effect of inorganic nitrogen in AD.
  The specific objectives of this research were to:(a)investigate the promotional effect of NH+4-N addition with agricultural lignocellulosic waste(b)analyzed the improvement of biogas production and optimize C/N ratio for AD using different agricultural lignocellulosic waste.
  Pretreatment of agricultural lignocellulosic waste is an important step for anaerobic digestion(AD).Appropriate pretreatment can make the lignocellulosic structure more available by microorganisms,which can accelerate the AD process and enhance the biogas production.In this study,milling,ensiling,alkali(NaOH)and sulfuric acid(H2SO4)pretreatments were conducted to investigate the methane production performance of Rice Straw(RS)via anaerobic digestion(AD).
  The results of biogas production of the RS pretreatment with H2SO4and NaOH highest cumulative methane production27.76mL/g-TS was obtained with combination of NaOH pretreatment.For the control test zero(00min),the methane production was only14.85mL/g-TS.Fig.4.2.1(a)showed less effect on increasing the methane production,probably due to the accumulation of acids under AD conditions.Fig.4.2.1(b)showed high cumulative methane production with the high value of32.62mL/g-TS on the36th day with H2SO460min pretreatment time.The cumulative methane production from the control test was estimated at15.67mL/g-TS and was less than all others samples in the end of the experiment Fig.4.2.1(b).The finding of this study could provide useful information for pretreatment of RS and the subsequent AD.
[硕士论文] 何平
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:阿散酸和Cu2+具有促进动物生长、提高生产性能的特点,因此常作为饲料添加剂应用于畜禽养殖。然而绝大多数的饲料添加剂随着粪便排出,影响畜禽粪便的生物处理。厌氧消化是常用的畜禽粪便稳定化处理过程,但残留的饲料添加剂经常影响厌氧消化过程的稳定性。本论文研究了阿散酸和Cu2+对猪粪厌氧消化的影响;分析了阿散酸和Cu2+的相互作用,并探究Cu2+缓解阿散酸对产甲烷抑制的机理;并探讨了微曝气法、添加SO42-法对阿散酸和Cu2+造成的厌氧产甲烷抑制的调控。
  (1)研究了阿散酸和铜对猪粪厌氧消化的影响。结果表明单独添加阿散酸和铜时,厌氧甲烷产量受到严重抑制,约有69.54%的阿散酸转化为无机砷或进入污泥。而同时添加阿散酸和Cu2+时,甲烷产量没有受到明显的抑制,经过一个月的厌氧消化之后,大量的阿散酸(71.35%)仍存在于溶液中,Cu2+的存在阻碍了阿散酸降解为具有更大生物毒性的无机砷,这可能是Cu2+减缓阿散酸对猪粪厌氧产甲烷抑制的机理。
  (2)研究了阿散酸和Cu2+的相互作用。实验结果表明,在中性和碱性条件下,Cu2+和阿散酸相互作用生成复合物而发生静态猝灭,二者是以静电作用力相互结合,其结合位点数约为1。毒性实验表明Cu2+和阿散酸相互作用生成复合物的生物毒性小于二者的生物毒性,且当Cu2+和阿散酸按1∶1混合时,生物毒性最低。揭示了Cu2+与阿散酸生成具有较低毒性的复合物,缓解阿散酸抑制厌氧产甲烷的现象。
  (3)研究了微曝气法、添加SO42-法对阿散酸和Cu2+抑制厌氧产甲烷的调控作用。结果表明微曝气法、添加SO42-法对阿散酸组产甲烷抑制、阿散酸的降解没有明显作用。当Cu2+存在时,微曝气法和添加SO42-法均能提高甲烷产量,同时SO42-降低溶液中As和Cu的含量。因此添加SO42-法是调控由阿散酸和Cu2+造成的产甲烷抑制的有效途径。
[硕士论文] 华晨
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:我国作为一个农业大国,每年农作物秸秆产量惊人,由于缺少有效的解决方案,存在地区性、季节性、结构性的秸秆过剩等问题。农村的秸秆焚烧甚至引起了严重的污染空气,而且由于有机质没有归还土壤,造成土壤板结,肥力减退。秸秆的饲料化加工有利于提高秸秆利用率、转化率及其相关经济效益,而秸秆的青贮处理是其饲料化过程中的关键环节。在反刍动物的饲料中添加青贮秸秆,可以有效提高反刍动物的对饲料的干物质摄入量,促进粗饲料的瘤胃转化率。然而,反刍动物的瘤胃是pH中性环境,青贮秸秆中含有大量的乳酸会对反刍动物的健康造成不利影响。乳酸氧化酶是一种能够将乳酸转化为丙酮酸的生物酶,因此在饲喂前添加可以有效降低青贮秸秆中的乳酸含量,并且所产生的丙酮酸能为大多数瘤微生物进一步利用。同时这一反应过程消耗氧气,这将有利于瘤胃形成厌氧环境。因此,本研究通过微生物的富集分离技术与分子生物学方法,研究了乳酸氧化酶强化秸秆青贮处理的过程与机制。主要研究结果如下:
  (1)从安格斯肉牛瘤胃液中富集分离筛选得到了一株兼性厌氧细菌-鹑鸡肠球菌,并从中克隆得到了乳酸氧化酶(EgLOD)的基因,序列分析表明:EgLOD基因全长1104kb,编码368个氨基酸,其与粪链球菌Streptococcus faecalis中克隆得到的乳酸氧化酶基因相似度最高,有64.8%的相似度。
  (2)成功实现EgLOD基因在大肠杆菌BL21中的重组表达,并对其诱导表达条件进行了初步探索,发现向培养基中添加0.1-0.5g/L的核黄素能够显著提高乳酸氧化酶的表达量。对重组表达的酶通过镍柱纯化,纯化的EgLOD的最适pH值为7.0,最适温度为25-30℃。EgLOD的动力学参数Km和Vmax值分别为0.74mM和50.20mmol min-1mg-1。
  (3)针对野生型EgLOD热稳定性差的问题,利用生物信息学方法,通过构建同源模型,以不会破坏酶的比活性为目标对EgLOD进行分子改造,成功得到了两个热稳定性显著提高的突变体D250N和D281N。其在60℃下处理30min后仍然能够保持50%以上的酶活,比野生型提高一倍以上。
  (4)将改良后的EgLOD应用于青贮秸秆的处理,发现向每克青贮秸秆中添加酶量80U的EgLOD能够明显降低其中乳酸的含量。这使得青贮秸秆在饲料中的添加比例获得提高,从而提高废弃秸秆的资源化程度。
[硕士论文] 张梦雪
养殖 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:为减轻规模化猪场对环境影响,推进规模化养猪健康持续成长,本文调查分析石家庄市规模化猪场粪污处理与资源化利用现状,规模化猪场对环境造成的影响,以达到探索建立石家庄市规模化猪场粪污处理与资源化利用新模式的目的,并提出石家庄市规模化猪场粪污科学处理与利用措施及建议。本研究具有促进规模化猪场与环境和谐共处的理论价值与实用价值。
  本文采用收集相关统计资料、查阅文献、实地调查、室内化学分析等方法,以石家庄市规模化猪场粪污处理作为调查对象,通过分等按比例随机抽样,对石家庄市各县区规模化猪场进行调查研究。选取了石家庄市规模化猪场附近土壤进行检测,样品采集位置为猪场500米及1千米范围土样。检测有机质、全氮、有效磷、pH值四项指标,其中土壤采样及检测标准均使用农业行业标准。
  通过对石家庄市规模化猪场数量、规模、粪污处理与利用状况调查,发现石家庄市养猪场规模化发展已成为趋势,目前超过60%的猪场采用规模化养殖。全市实际存栏量只占设计存栏量的60%,石家庄市猪场具有较大的发展前景。石家庄市规模猪场使用各种粪污处理与资源化利用方式的比例各有高低,一些无害化技术在应用上还有困难。调查了石家庄市规模化猪场对周围环境造成影响,发现规模化猪场越集中,对附近居民影响越大。通过对土壤检测分析,发现规模化猪场对土壤中有机质、全氮和有效磷含量产生影响,猪场500米内含量比猪场1千米内含量高,同时土壤也出现酸化趋势。采取提出的石家庄市规模化猪场新模式后,推行干清粪法,采用堆肥、种养结合模式等进行资源化利用,2015年土壤增长量有所降低。远端土壤比近端土壤污染情况平均小15%左右,说明远端土壤污染情况有很大的衰减,石家庄市规模化猪场对环境的影响有限。
  观察到石家庄市规模化猪场粪污处理面临的主要问题,并针对这些难题,提出石家庄市规模化猪场粪污处理与资源化利用新模式,实地调查两个猪场粪污处理与资源化利用实际效果,为石家庄市规模化猪场粪污处理与资源化利用新模式提供案例。提出石家庄市规模化猪场粪污科学处理与利用的基本措施及建议。从规模化猪场自身做起,政府与行业协会积极配合,养殖人提高自我意识三种方式多管齐下,主动将规模化猪场粪污污染转变成无害化排放和再生有益资源。
  总之,石家庄市猪场规模化发展已成为趋势,无论是在猪场规模还是数量上都有较大发展潜力,同时说明石家庄市规模化猪场面临更大的粪污处理与资源利用压力。石家庄市规模化猪场对土壤内有机质、全氮、有效磷、pH值含量均有提升,产生富集化、酸化,并且距离猪场越近,影响越大。石家庄市规模化猪场粪污处理面临的问题主要有粪污处理成本较高、耕地难以满足猪场粪污排放需求、环保设施投入不足、政府监督管理不规范等。石家庄市规模猪场粪污处理与资源化利用新模式从源头控制规模、提高养殖投入品利用效率、建立合理处理体系能最大限度减轻污染。
[硕士论文] 潘燚
农业生物环境与能源工程 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:中国水果产量及种植面积长期位居世界第一,香蕉、水蜜桃、猕猴桃的种植位居世界前列。由于香蕉、水蜜桃、猕猴桃这三种水果富含多种矿物质和维生素,非常受到中国大众的喜爱,但是由于受到地域限制以及生产储存技术上有限,每年有大量的香蕉、水蜜桃、猕猴桃腐烂,最严重的是在长途运输过程中以及储藏过程中,这三种水果存放量大,成熟果实大量的释放乙烯,导致大量的水果被催熟腐烂,特别是香蕉,由于其表皮里面的细胞含有一种氧化酵素,极度容易被氧化,形成黑斑,加上香蕉之间的催熟,十分容易腐烂。这些烂果如不进行无害化处理而随意丢弃,会增加环境污染特别是水污染,因此采用合适的工艺将这些废弃物妥善处理势在必行。
  在中国,对于腐烂香蕉、水蜜桃、猕猴桃的处理方式一直以堆积填埋为主,这样不仅会污染了环境,而且对这些有用资源浪费严重。因此,采用厌氧发酵制沼气的方式进行合理利用起来,不仅可以解决了环境污染的问题,而且还能增加了废弃物的二次利用。
  本文主要以这三种废弃物为厌氧发酵的原料,在中温35℃条件下,观察其能否产生沼气,判断腐烂香蕉、水蜜桃、猕猴桃能否作为良好的厌氧发酵原料,选出最优异的原料再与猪粪进行不同比例的混合发酵,选找到最佳的配比,达到资源利用最大化。论文的主要结论有:
  (1)在原料均为100g,接种物均为400g,中温条件(35℃)下,香蕉的总产气量为7310ml,日均产气量为348ml,TS产气率为422.06ml/g,VS产气率为446.15ml/g,总产甲烷量4447.9ml,日均产甲烷量211.8ml,能源转化率为60.914%。
  (2)在原料均为100g,接种物均为400g,中温条件(35℃)下,水蜜桃的总产气量为5835ml,日均产气量291.75ml,TS产气率为378.16ml/g,VS产气率为392.12ml/g,总产甲烷2404.37ml,日均产甲烷量120.22ml,能源转化率为35.245%。
  (3)在原料均为100g,接种物均为400g,中温条件(35℃)下,猕猴桃的总产气量为5970ml,日均产气量351.18ml,TS产气率为428.26ml/g,VS产气率为451.28ml/g,总产甲烷量3266.2ml,日均产甲烷量192.13ml,能源转化率为53.962%。
  (4)腐烂香蕉、水蜜桃、猕猴桃均为良好的发酵原料,腐烂香蕉相对于腐烂水蜜桃和腐烂猕猴桃更适合做厌氧发酵产沼气原料。
  (5)在腐烂香蕉与猪粪按照不同比例混合发酵中,腐烂香蕉∶猪粪=1∶1时,总产气量和总产甲烷量最佳,即总产气量为39970ml,日均产气量为929.53ml,总产甲烷量为26577.72ml,日均产甲烷含量为618.09ml,平均CH4浓度为66.49%,能源转化率为76.678%。
  (6)在腐烂香蕉与猪粪按照不同的比例混合发酵实验中,随着原料的增加,猪粪比例的增高,TS产气率和VS产气率呈上升趋势,最大值为,其中当香蕉∶猪粪=2∶1的时候,实验TS产气率为346.94 ml/g,VS产气率为423.84 ml/g。
[硕士论文] 龚律
环境规划与管理 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业生产是活性氮排放的主要源头,而畜牧业在农业源活性氮排放中占有重要地位。氧化亚氮、氨、凯氏氮是畜禽饲养及其粪便管理过程排放的主要活性氮,对环境构成严峻威胁。
  畜禽饲养过程中投入的氮素只有很小部分用于动物本身生长发育,绝大多数经由各种途径排放到环境中。生猪养殖一直是我国畜禽养殖的主体,每年来自其养殖过程中的粪尿总量巨大,含氮量高,是养殖业活性氮主要来源。
  本研究在优化后的IPCC排放因子基础上,研究了武汉市生猪规模养殖过程中的氮素流动过程,利用统计资料,分析了1990-2014年武汉市生猪养殖粪便氮足迹年际间变化规律、养殖过程中不同形态活性氮排放量及不同区域生猪养殖氮足迹变化,全面地评估武汉市生猪养殖氮素利用和排放比例关系。获得了以下主要结果:
  (1)1990-1997年间,生猪规模养殖粪便氮足迹1994年最大,为6.59×106kgN,1995年最小,为5.95×106kgN;1998-2014年间,生猪规模养殖粪便氮足迹2005年最大,为6.49×106kgN,2007年最小,为3.51×106kgN。
  (2)氧化亚氮占生猪粪便氮足迹比例最小,约为2.82~13.31%,折合C02当量约7.48~20.29万吨;氨挥发量其次,约占粪便氮足迹的20.98-38.11%;粪便中的凯氏氮所占比例最大,约占总量的51.53-76.2%。
  (3)1990-1997年,1990年的单位生猪胴体粪便氮足迹最大,为119.79gN/kg胴体,1997年最低,为92.87gN/kg胴体;1998-2014年,单位生猪胴体粪便氮足迹最大的是1998年的95.87 gN/kg胴体,最低为2014年的35.61 gN/kg胴体。结果表明出栏生猪的体重和单位胴体生猪粪便氮足迹成一定的正相关关系,即生猪出栏时体重越小,对环境排放的氮足迹也越小。
  (4)四个主要养殖区域平均单位产量生猪粪便氮足迹由大到小依次为黄陂区、江夏区、新洲区、蔡甸区。
[硕士论文] 刘颖
农业昆虫与害虫防治 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:作物秸秆是重要的农业资源,我国作物秸秆年产量约8亿吨。作物收割后,大量秸秆被焚烧,既污染环境又浪费资源。为了有效利用作物秸秆资源,本文在调查和统计华中五省作物秸秆种类及数量的基础上,对作物秸秆进行基质化处理后配制成人工饲料,研究了不同作物秸秆饲料对家蝇Musca domestica的饲喂效果,并比较分析了饲喂后家蝇幼虫营养成分的变化,评估了秸秆饲料饲养的家蝇蛆粉对蛋鸡生长发育的影响,为昆虫转化和利用作物秸秆提供了理论依据。主要研究结果如下:
  1华中五省作物秸秆资源种类及数量
  通过《中国统计年鉴2015》发布的各省大田作物种类,利用秸秆系数法评估华中五省秸秆产量。结果表明:2014年湖南、湖北、河南、江西和安徽华中五省秸秆总产量为21483.14万吨,占全国秸秆总产量的27.36%,其中河南省秸秆资源最丰富,为7326.47万吨。华中五省主要作物秸秆为水稻、小麦、玉米、豆类、花生和油菜秸秆,产量分别为8311.90、6033.69、2799.89、457.44、809.40及2141.88万吨,其中,水稻秸秆主要分布于湖南(产量最多)、湖北、江西和安徽,小麦秸秆主要分布于河南(产量最多)、湖北和安徽,玉米秸秆主要分布于河南(产量最多)、湖北、湖南和安徽,豆类秸秆主要集中于安徽省,而五省都有油料作物秸秆,湖北省较多。
  2作物秸秆基质化处理后对家蝇的饲喂效果
  为实现作物秸秆资源的有效利用,本研究对玉米、小麦和水稻秸秆进行基质化处理(包括机械粉碎和酵母发酵)后添加麦麸,配制成人工饲料饲养家蝇。结果显示:1.25℃培养箱发酵3d后三种作物秸秆的的营养成分最佳;2.基于家蝇生物学指标(孵化率、幼虫存活率、化蛹率和羽化率)的测定结果,三种作物秸秆饲料对家蝇的饲喂效果依次为:玉米秸秆优于小麦秸秆,小麦秸秆优于水稻秸秆。故选择玉米与小麦秸秆进行后续实验;3.秸秆饲料被家蝇幼虫取食后,玉米秸秆饲料的粗蛋白、粗脂肪的含量显著下降,小麦秸秆饲料的可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪含量显著下降。基于上述结果,获得最佳的秸秆饲料配方:秸秆经机械粉碎,过10目筛,称取秸秆,添加1%的酵母及5-6倍的水,密封,于25℃培养箱中发酵3d;发酵后,与麦麸混配1∶1制成人工饲料。最佳接虫密度为:每250g饲料添加家蝇初孵幼虫200mg。
  3秸秆饲料饲养的家蝇幼虫营养成分
  通过获得的优化秸秆饲料配方饲养家蝇,筛出幼虫制备成蛆粉,按照《食品安全国家标准》对家蝇蛆粉进行了营养成分分析。结果表明:1.与常规饲料组(纯麦麸)相比,玉米、小麦秸秆饲料饲养的家蝇幼虫含水量、蛆粉粗蛋白、粗脂肪及灰分含量无显著变化,其中蛋白质含量分别为57.499%、57.802%、60.732%,说明可利用家蝇转化和利用作物秸秆;2.三组饲养组蛆粉中均含有9种人体所需的必需氨基酸及10种非必需氨基酸,其中必需氨基酸/总氨基酸(EAA/TAA)分别为0.38、0.37及0.38,EAA/NEAA(非必需氨基酸)分别为0.62、0.58及0.61,家蝇幼虫蛋白质品质符合FAO提出的优质蛋白理想模式,是较理想的昆虫蛋白源。
  4秸秆饲料饲养的家蝇蛆粉对蛋鸡生长发育的影响
  添加秸秆饲养的家蝇蛆粉于蛋鸡基础日粮中,研究家蝇蛆粉对蛋鸡生长发育的影响。结果显示:1.与空白对照组(基础日粮)及阳性对照组(鱼粉)相比,蛆粉饲养组蛋壳硬度显著增加,常规饲料组(纯麦麸)、玉米、小麦秸秆饲料组的蛋壳硬度,相对空白组提高了18.73%、46.40%及8.07%,相对鱼粉组提高了18.05%、45.56%和7.45%;而蛆粉饲养组蛋鸡体重、产蛋量、鸡蛋重量、蛋清相对重、蛋黄相对重、蛋壳相对重以及蛋形指数与对照组并无显著差异;2.添加蛆粉显著提高了蛋鸡血清中的溶菌酶活力和超氧化物歧化酶活力,而对总抗氧化能力无影响。空白对照组,鱼粉组,常规饲料组,玉米秸秆组,小麦秸秆组溶菌酶活力分别为139.65、166.24、317.46、387.24、324.26 U/ml,超氧化物歧化酶活力分别为311.00、385.06、361.74、394.48及339.64U/ml,总抗氧化能力分别为12.91、12.70、12.21、12.74、11.88 U/ml。
  综上所述,本文比较了不同秸秆对家蝇的饲喂效果,分析了秸秆饲养的家蝇幼虫营养成分差异以及家蝇蛆粉对蛋鸡生长发育的影响,建立了一种秸秆基质化预处理和家蝇饲养转化技术,并开发了家蝇秸秆饲料优化配方和最佳饲养密度。研究结果对作物秸秆资源的综合利用及昆虫转化利用秸秆具有重要的理论和实践意义。
[硕士论文] 程宇
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国规模化生猪养殖的快速发展,日益增多的养猪废水已经成为我国主要的农业污染源之一,未经处理的污水对周边地区的水体、大气、土壤产生了严重污染,对居民健康也造成了显著危害。规模化猪场废水常用厌氧工艺进行处理,但厌氧处理具有水力停留时间长、构筑物容积大、初期投资成本高和氨氮去除效果差等缺点。本论文选用无机、有机絮凝剂复配的混凝工艺和沸石材料吸附的联合物理工艺对养猪废水进行预处理,研究其对养猪废水的净化效果。
  研究所选的聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硅酸铝铁(PSAF)等4种无机絮凝剂,以及阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和非离子聚丙烯酰胺(NPAM)等3种有机絮凝剂对养猪废水均有较好的处理效果,其中浊度、COD和TP去除效果较好,而NH3-N和TN去除较差。通过比对筛选得到了最适宜的无机和有机絮凝剂分别为PAFC和CPAM,在处理1L的养猪废水时,100 g/L的PAFC最佳投加量为11mL,2g/L的CPAM投加量为5 mL。
  在pH为5时,混凝出水最为澄清,浊度和COD的去除率最高,但调节pH至5耗酸较多,且TP在酸性条件去除较差;在原水pH下,出水浊度、COD去除稍差,但TP去除效果大幅提高,更为经济适用。无机絮凝剂在静置15 min左右后沉降达到稳定,有机絮凝剂静置5 min左右沉降稳定。通过正交试验确定了PAFC在烧杯试验的最佳水力条件为:混合阶段搅拌30s,搅拌速度350 r/min,反应阶段搅拌20min,搅拌速度40 r/min; CPAM最佳水力条件为:混合阶段搅拌30s,搅拌速度350r/min,反应阶段搅拌30 min,搅拌速度60 r/min。
  在用无机、有机絮凝剂复配混凝处理养猪废水时,应先投加无机絮凝剂PAFC后投加有机絮凝剂CPAM,且保持60~90 s的间隔时间。无机、有机絮凝剂复配最佳的使用条件为:100 g/L的PAFC投加8 mL,2g/L的CPAM投加3.5 mL,静置沉淀5 min。在最优混凝条件下,污水浊度、COD和TP去除率分别可达到89.39%、84.85%和89.93%,但NH3-N和TN去除效果不理想。
  文中比对了2种天然沸石(FS1和FS2)对NH4Cl模拟废水中氨氮的吸附效果,选取了较优的颗粒沸石(FS2KL)合成了一种脱氮除磷填料(FS2TL)。4种材料对模拟废水氨氮的等温吸附特征均能较好的符合Langmuir和Freundlich曲线,其饱和吸附量分别为13.95 mg/g、13.98 mg/g、9.94 mg/g和8.02 mg/g。材料对氨氮的动力学过程均呈现出“快速吸附,缓慢平衡”的特点,其中FS1、FS2、FS2KL的动力学曲线采用准二级动力学方程较准一级动力学方程拟合更好,而FS2TL更符合准一级动力学方程。pH在5~7时,材料氨氮吸附量受pH影响不大,pH超过7后,吸附量略微下降,pH从8增加到9,吸附量明显降低。废水氨氮去除率均随着沸石材料投加量的增加呈现出先快速增高后逐渐稳定的趋势,单位质量沸石的氨氮吸附量则是随投加量的增加而快速降低,下降速度逐渐放缓。4种材料对氨氮的吸附量是随着温度的上升而上升,表明其对氨氮的吸附均为吸热反应。
  填料FS2TL对混凝出水氨氮的饱和吸附量为5.71 mg/g,明显小于模拟配水氨氮的饱和吸附量8.02 mg/g。在采用FS2TL动态吸附处理混凝出水时,吸附柱对污水中NH3-N、TN和TP都有较好的处理效果,但对COD吸附效果不佳。随着进水流速增大,污水在柱层中停留时间减少,吸附柱穿透和饱和时间点提前;随着填料柱层高度增加,吸附剂质量增加,柱层停留时间随之延长,吸附柱穿透和饱和速度减慢。因此,适当减小进水流量或增加柱层高度,可以有效提高吸附柱对NH3-N、TN、TP、COD等污染物的去除效率。
[硕士论文] 王晶
环境工程 黑龙江科技大学 2017(学位年度)
摘要:秸秆中含有大量营养元素和有机物,经人工处理后可作为饲料和肥料进行广泛应用,但现有的处理技术大多存在占地面积大、耗时长等问题。本文基于蚯蚓处理有机固体废弃物技术,采用 EM、VT1000、强兴三种菌剂联合蚯蚓,同时作用于秸秆与果皮蔬菜混合垃圾按不同配比混合的物料,建立微生物-蚯蚓耦合处理系统,寻求系统最适的微生物菌剂和原料配比,以期在降解秸秆的同时实现其资源化利用。
  探讨微生物菌剂对秸秆性能的影响,结果表明:微生物菌剂对全碳、全氮、C/N具有降低作用,对速效磷和速效钾具有提高作用,可加快半纤维素的降解。EM菌剂对全碳、速效磷和C/N的作用效果更好,VT1000菌剂对全氮、速效钾和半纤维素的作用效果更好,各菌剂于物料配比3:2时处理效果最佳,此时采用EM菌剂处理后的物料全碳和C/N分别为8.19%和14.44,速效磷上升幅度为51.49%;采用VT1000菌剂处理后,物料全氮、速效钾和半纤维素的变化幅度分别为54.75%、80.46%和60.09%。
  采用高通量测序技术,探讨微生物群落结构对物料性能的影响,结果表明:EM菌剂处理的物料,优势菌群Unclassified-k-Fungi的相对丰度明显高于其他菌剂的处理,而VT1000菌剂处理的物料,优势菌群Acidobacteria相对丰度明显高于其他菌剂的处理,前者对C/N变化具有影响,后者与全氮和速效钾均有一定的相关性。
  探讨微生物-蚯蚓耦合系统对秸秆处理的影响,研究表明:微生物-蚯蚓耦合系统对物料性能的影响与单独使用微生物菌剂的影响规律基本一致,但变化幅度更大。以EM菌剂物料配比3:2时,处理效果最佳,蚯蚓的日增重增殖倍数分别达到0.0484和0.1858;蚓粪中全碳、全氮、C/N分别为11.48%、0.66%、16.99,速效磷、速效钾增长幅度分别达到77.14%、75.34%,半纤维素降解率可达73.23%。
  采用X射线荧光光谱和傅里叶红外光谱技术,对EM菌剂和蚯蚓耦合处理配比3:2的物料所产生的蚓粪进行元素含量和有机成分分析。结果表明,该条件下植物生长所必需的Mg、S、P、K等元素含量更高,其有机成分也发生了变化,具有做植物肥料的潜力。
[硕士论文] 张泽忠
环境工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:近年来国家开始关注环境中挥发性有机化合物的排放与治理问题。挥发性有机化合物又叫VOCs,全称Volatile Organic Compounds,各种处理VOCs的手段和技术不断被提出,其中就包括活性炭吸附法处理技术,而同时农业废弃物的处理也一直是一个难题。本文从热裂解入手,对农业废弃物进行炭化,制得活化生物炭的前体物质-生物炭,并把研究重心放在活化生物炭的制备以及其对VOCs的吸附性能研究上,将农业废弃物处理和VOCs治理有机地结合起来,探索活化生物炭替代煤质活性炭来作为吸附剂处理VOCs的可能性。在本研究中采用的生物炭活化方法是物理活化法,包括水蒸气活化、二氧化碳活化。水蒸气活化主要考察了不同炭水质量比对活化生物炭的吸附效果有何影响;二氧化碳活化主要考察了不同温度下活化同种生物炭,其所得产物对VOCs吸附性能差异和同一温度下以不同生物质为前体所制备的活化生物炭对VOCs吸附性能差异。具体的研究包括表观密度测定、主动吸附实验、被动吸附实验、碘吸附值测定、表面含氧官能团测定等实验。结论主要包括:1、物理活化法生物炭表观密度为(0.2±0.02)g/mL;2、主动吸附实验结果表明,水蒸气活化法生物炭在VOCs排放源浓度不饱和的情况下,MPCL1-1对正己烷饱和吸附量可以达到54.80 mg/g,吸附性能稍低的MPCL6-1也达到了22.90 mg/g;3、二氧化碳活化实验中,随着活化温度的升高活化生物炭对正己烷的吸附量不断下降,从750℃时的17.8 mg/g下降到850℃时的6.2 mg/g;4、被动吸附实验一方面验证了主动吸附实验中的一些参数,同时也发现同一种炭对不同种VOC的吸附性能是不相同的,对苯吸附效果好的炭对正己烷却可能不理想。一级动力学反应方程的拟合结果表明被动吸附很符合一级动力学模型,R2在0.956-0.998之间;5、通过Boehm滴定实验发现在水蒸气活化过程中,炭表面没有检测到酚羟基的形成;6、碘吸附值实验测定了市售优质活性炭和实验室自制的物理活化法生物炭的碘值,通过结果分析发现编号为MPCL1-1的炭吸附效果达到了413.93 mg/g,市售活性炭1#为877.46 mg/g,与主动、被动实验结果相符。
  综合上述结果,并结合煤质活性炭天生的缺陷-原料煤是紧缺的不可再生能源,物理活化法生物炭有替代煤质活性炭作为VOCs的吸附剂大规模应用的前景。
[硕士论文] 贾倩
植物营养学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:钾是植物生长过程中所必需的大量营养元素之一,合理施用钾肥是保证作物产量和品质的重要途径。但我国可溶性钾矿资源短缺,寻找合适钾肥替代措施关系国民粮食安全。由难溶性含钾矿物制成的钾硅肥对作物生长起到一定促进作用。为探究钾硅肥替代化学钾肥的施用技术,本研究采用盆栽试验,研究了水旱轮作模式下不同钾肥种类,钾硅肥不同用量,不同形态钾肥配比对油菜-水稻生长,钾素吸收及钾肥利用率的影响,明确了钾硅肥替代钾肥施用技术。在此基础上,为探究钾硅肥中含有的硅、钙等元素对土壤铅、镉的钝化效果,进一步研究了钾硅肥及其副产品(硅钙肥)施用对重金属污染土壤上水稻生长及重金属吸收的影响,结合土壤有效态重金属含量变化,分析了钾硅肥及硅钙肥降低水稻地上部各部位重金属含量的机制。为钾硅肥合理施用及改良重金属污染土壤提供理论依据。主要研究结果如下:
  1.在等量钾肥(K2O)投入的情况下,钾硅肥施用效果和硫酸钾施用效果等同,都显著增加了两季作物的生物量。与不施钾处理相比,钾硅肥处理前、后两季的作物增产率分别为61.2%和37.8%,粉碎性钾矿粉对两季作物增产效果均不显著。钾硅肥施用显著增加了前季油菜和后季水稻茎秆的钾素含量,钾硅肥处理前、后两季的钾肥吸收利用率分别为50.7%和26.0%。钾硅肥施用显著增加了前季作物种植后土壤钾素含量。从钾的养分供应角度考虑,钾硅肥可以替代水溶性钾肥。
  2.盆栽试验条件下,钾硅肥的适宜用量为0.15-0.225 g K2O/kg。前季油菜生物量随着钾硅肥用量的增加而增加,当施肥量达到2.25 g K2O/盆时,油菜生物量达到最大值,最大增产率为70.6%,显著高于其他处理。后季水稻生物量随着施肥量增加而增加,当施肥量为3.00 g K2O/盆时,生物量最大,最大增产率为57.0%。两季作物种植后,只有当施肥量为3.00 g K2O/盆时,偏养分平衡值小于1,此时土壤钾素处于盈余状态。
  3.综合结果表明,含25%~50%水溶性钾的钾硅肥效果较好。不同形态的钾肥配比均能显著提高两季作物生物量和钾素积累量。与不施用钾肥处理相比,25%水溶性钾的钾硅肥处理春油菜和水稻的增产率分别为61.5%和50.7%,显著高于其他处理。含50%水溶性钾的钾硅肥处理两季作物总吸钾量最高,春油菜和水稻钾肥吸收利用率分别为58.0%和52.0%,钾肥真实利用率分别为98.3%和58.4%。钾肥施用显著增加第一季作物种植后土壤速效钾和缓效钾含量。
  4.钾硅肥的施用显著降低了水稻地上部各部位铅、镉的积累量,且水稻地上部铅、镉的积累量随着钾硅肥用量的增加而降低。钾硅肥的施用显著降低了水稻茎、叶和籽粒中铅和镉的积累量,与施用硫酸钾处理相比,水稻茎、叶和籽粒中铅和镉的积累量分别降低了34.2%、49.0%、18.6%和28.2%、42.4%、24.4%,且随着钾硅肥用量的增加,水稻地上部各部位铅镉的积累量显著降低,但水稻根部重金属积累量并无显著差异。土壤中有效态铅、镉经过一季水稻种植后均有不同程度降低,钾硅肥处理和硫酸钾处理土壤有效铅、镉含量并无明显差异。钾硅肥的施用即满足了水稻对钾素的需求,又降低了水稻地上部各部位对土壤重金属的吸收。
  5硅钙肥施用显著提高了水稻产量,显著抑制水稻对重金属的吸收与积累。与对照处理相比,水稻产量增加51.9%;与重金属处理(M)相比,重金属+硅钙肥处理(MF)的水稻茎秆、叶片和籽粒中Pb浓度分别降低了50.9%,56.3%和24.3%,水稻茎秆和籽粒中Cd浓度则分别下降36.1%和60.4%;硅钙肥施用增加了水稻各部位硅浓度,水稻地上部重金属浓度减少的原因可能是硅的沉积,各部位硅的浓度和重金属浓度呈现明显的负相关。水稻种植后,土壤Pb、Cd浓度都有一定程度的降低,硅钙肥施用未能明显促进土壤重金属从酸可溶态和可还原态向可氧化态和残渣态的转化。
[硕士论文] 张盼
生态学;资源环境生态学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着资源短缺和环境污染问题不断加剧,秸秆纤维素作为可再生的生物质资源,其处理和利用不仅关乎新能源的开发,缓解全球能源短缺的现状,同时也关系到农村的生态保护以及新农村建设。因此秸秆还田作为最环保、利用率最高的处理方式受到国内外研究者的广泛关注。随着分子生物学的不断发展,秸秆还田的方式也已经发生改变,从传统的焚烧、机械粉碎等方式逐渐倾向于向秸秆中投加纤维素类微生物菌剂,来促进秸秆纤维素的腐解,此方法既不会造成环境污染,又能提高土壤的肥力,改良土壤结构。目前已经从土壤中筛选出的纤维素类微生物已经有上千株,但总体来讲,它们对秸秆的降解能力比较单一,降解效果一般。因此筛选高效的纤维素分解菌是降解秸秆纤维素的重中之重。
  本研究主要内容包括:⑴基于获得高效纤维素分解菌的目的,通过分离纯化初步得到30株菌株,利用刚果红染色法进行初筛,共得到14株纤维素分解菌,采用滤纸条崩解试验进一步筛选,共得到5株效果较好的纤维素分解菌,利用秸秆和麸皮作为碳源,对筛选出来的5株菌株进行连续5d的发酵产酶培养,并每隔24h取样,利用DNS显色法测定其CMCase活力和FPA活力,最终确定4株纤维素优势分解菌,并分别命名为X-1,X-6,X-7和X-11,同时测定4株菌株的CMCase活力、FPA活力以及β-Gase活力,4株菌株的CMCase活力均较高,分别为71.17U/mL,57.48 U/mL,65.96 U/mL和69.2 U/mL; FPA活力最低和最高的菌株分别为X-6和X-11,酶活分别可达到34.17 U/mL和53.41 U/mL;菌株X-11的β-Gase活力最高,为74.43U/mL,而菌株X-7的β-Gase活力最低也可达到35.79 U/mL。综合考虑,筛出的4株纤维素分解菌均具有较高的产酶能力。将该4株纤维素优势分解菌应用于秸秆的固液态发酵,在为期30d发酵中,同自然状态下进行固态发酵相比,其对秸秆的降解率分别提高了28.92%,30.40%,30.33%和37.99%;同自然状态下进行液态发酵相比,其对秸秆的降解率分别提高了31.92%,40.15%,35.29%和39.98%,表明4株菌均具有相对高效的降解秸秆纤维素的能力。⑵以菌株X-11为例,用海藻酸钠包埋法对其进行固定化,通过正交试验确定包埋剂的浓度为5%、固定剂的浓度为5%、包埋剂与菌液比为2∶1以及交联时间为24 h时,制备的固定化菌体小球质量最佳。并根据Logistic方程和Luedeking-Piret方程,利用Origin8.0软件,构建了固定化菌体X-11的动力学模型,为探索固定化微生物在降解纤维素领域的应用提供了理论依据。⑶经过对4株高效纤维素分解菌进行分子鉴定,根据16SrDNA序列比对结果发现,菌株X-1,X-7和X-11均为粪产碱杆菌;菌株X-6属于解糖假苍白杆菌。由于该菌属应用于降解纤维素领域的研究较少,本研究结论为该菌属在此类应用上的后续研究提供了一定的理论依据和实际意义。
[硕士论文] 司祥
农业废弃物资源利用 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业秸秆及其不合理的处置给环境带来严重的污染,厌氧发酵是农业秸秆无害化、资源化利用的一种有效方式。
  农业秸秆的木质纤维素结构限制了微生物对多糖物质的利用,并且农业秸秆具有高C/N比,导致农业秸秆厌氧发酵产气效率低,而碱预处理和混合发酵是提高农业秸秆厌氧发酵产气效率的有效方法。本论文以玫瑰秸秆为研究对象,研究预处理湿度对厌氧发酵产气效率的影响;在最佳预处理湿度下,采用玫瑰秸秆与猪粪的混合发酵,探明不同玫瑰秸秆与猪粪混合发酵的混合比对厌氧产气效率的影响。主要结论如下:
  1.三种秸秆与水配比(1∶3、1∶2、1∶1)下的NaOH预处理玫瑰秸秆的厌氧发酵产气效率分别提升0.39、0.36、0.34。各组日产气量变化规律基本相似,经过3个产气高峰后逐渐降低甚至趋近于零,并且在第2个高峰处日产气量最高,日产量分别为1557mL、2142mL、2193mL、953mL,三个预处理组的产气量明显高于未处理组,且出峰时间比未处理组提前1~2天。随着预处理湿度的增加产气效率也随之提高,秸秆与水配比为1∶3时,厌氧产气效率最好。
  2.三种秸秆与水配比(1∶3、1∶2、1∶1)下的NaOH预处理玫瑰秸秆的厌氧发酵适合一级动力学方程,一级产气速率常数k值分别为0.108、0.080、0.089,比未处理分别提高了0.037、0.009、0.018。
  3.玫瑰秸秆与猪粪三种配比(1∶3、1∶2、1∶1)的混合发酵甲烷产量分别为27231.6mL、25597.7mL、27531.2mL,比秸秆单独发酵分别提高1.56、1.46、1.57倍。四组实验的累计产气量中,R1(玫瑰秸秆与猪粪混合配比为1∶0)的累计产气量最少,R2(玫瑰秸秆与猪粪混合配比为1∶1)的累计产气量是R1的1.6倍;R3(玫瑰秸秆与猪粪混合配比为1∶2)的累计产气量是R1的1.45倍;R4(玫瑰秸秆与猪粪混合配比为1∶3)的累计产气量是R1的1.55倍。
  4.混合发酵的工艺稳定性的研究结果表明:玫瑰秸秆与猪粪配比为1∶1时各液相指标的浓度变化较平缓,工艺稳定性较好。
[硕士论文] 程璐璐
环境工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,利用废弃生物质制备高附加值的生物产品的研究日益受到关注。然而,针对农业废弃物制备生物炭(Biochar)的活化工艺及应用研究较少。KOH活化法制备的活化生物炭(Active biochar)比表面积大,因此对污染物具有有效的吸附作用,可作为吸附剂使用。但是,KOH活化法的一个缺点是使用化学试剂,后处理操作繁琐,这将限制该方法在环境修复领域的应用。因此,探究最佳活化工艺及其再生利用方面的研究有助于今后活性生物炭的发展。
  本研究首先探讨了活化温度(600℃、700℃和800℃)和碱炭比(0.5、1和2)对活化生物炭性质和吸附性能的影响,且运用单柱动态吸附实验获得炭吸附材料的动态穿透曲线。同时考察了活化生物炭与市售活性炭、工业活性炭在吸附性能方面的差异,并对再生性能进行了研究。结果表明,(1)活化温度700℃、碱炭比0.5、活化时间30min所得的活性生物炭对正己烷的吸附性能最佳,为0.1169 g/g,经过KOH活化的生物炭对正己烷的净饱和吸附容量最高可达到未活化生物炭的8.5倍。(2)该最佳活性生物炭的碘吸附值为708 mg/g,总酸性官能团含量为1.99mmol/g,产率为48.2%,综合性能良好。(3)通过吸附动力学研究,发现该类炭材料对正己烷吸附速率的变化规律一致,统一为先呈指数型增长后呈直线型增长。(4)通过对正己烷和苯的吸附比较,发现同种活化生物炭对不同挥发性有机化合物(VOCs)的吸附效果不同。(5)通过热再生可以使生物炭的吸附效率恢复19%以上,说明该活化生物炭可以有效回收利用。
[硕士论文] 郭娇
动物营养与饲料科学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:畜禽粪便产生的温室气体(GHG)是畜牧业温室气体排放的重要来源,也是施行温室气体减排的重点领域。畜禽种类不同,粪便管理方式不同,粪便温室气体的排放因子各不相同,而排放因子是评估温室气体排放量的基础。因此,本试验采用实地监测的方法,利用静态箱-气相色谱法研究了我国猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪在静态堆放和翻堆堆放条件下的CO2、CH4和N2O排放因子,并记录试验过程中的环境温湿度,测定粪便的理化性质,利用高通量测序分析粪便微生物组成的差异,以探究温室气体排放与环境温湿度、粪便理化性质以及微生物多样性的关系。以期为我国畜禽粪便温室气体排放量的估算提供科学依据,为我国畜牧业的合理布局提供理论指导,也为畜禽粪便温室气体的减排提供科学支撑。主要研究结果如下:
  1.静态堆放和翻堆堆放条件下猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的腐熟时间
  以种子发芽指数GI≧80%为腐熟标准,猪粪在静态堆放和翻堆堆放条件下的腐熟时间分别为92 d和77 d;蛋鸡粪在两种粪便管理方式下的腐熟时间分别为146 d和128 d;肉鸡粪则分别为112 d和102 d。结果显示,翻堆能够加快畜禽粪便的腐熟,缩短粪便腐熟时间;粪便种类不同,粪便的腐熟时间也会不同,蛋鸡粪的腐熟时间最长,肉鸡粪次之,猪粪最短。
  2.静态堆放和翻堆堆放条件下猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的温室气体排放特征
  结果表明,翻堆能够减少猪粪和鸡粪温室气体的排放。CH4的减排效果最明显,猪粪减排76.61%,蛋鸡粪减排42.05%,肉鸡粪减排96.75%; CO2也有一定的减排效果,猪粪、蛋鸡粪、肉鸡粪分别减排29.68%、14.57%、30.44%;翻堆对N2O排放的影响因粪便种类的不同呈现出不同的结果,在猪粪和蛋鸡粪中表现为减排,减排比例分别为20.74%和16.18%,而在肉鸡粪中则表现为增加N2O的排放,与静态堆放相比增加了12.17倍。就温室气体排放总量而言,翻堆具有一定的减排效果,在猪粪、蛋鸡粪、肉鸡粪中(CO2+CH4+N2O)的减排效果分别为67.41%、36.33%、75.94%,(CH4+N2O)的减排效果分别为72.32%、41.99%、87.75%。因此,翻堆是实现畜禽粪便温室气体减排的一项有效措施。
  就各温室气体的占比而言,CH4是3种粪便温室气体的主要贡献者,CO2的排放比例则是蛋鸡粪和肉鸡粪高于猪粪,N2O则是在猪粪中所占比例最大,其次为肉鸡粪在翻堆条件下,而蛋鸡粪在两种粪便管理方式下以及肉鸡粪在静态堆放条件下的N2O排放所占比例接近于零。因此,粪便种类不同,各温室气体所占的比重也有所不同。
  3.静态堆放和翻堆堆放条件下猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的温室气体排放因子
  利用温室气体累积排放量,结合各畜禽在我国的饲养现状,计算出猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的CO2、CH4和N2O排放因子。猪粪在静态堆放条件下的CO2、CH4和N2O排放因子分别为1.84 kg/头、0.47 kg/头、4.11 g/头;在翻堆堆放条件下则分别为1.29 kg/头、0.11 kg/头、3.26 g/头。蛋鸡粪在静态堆放条件下的CO2、 CH4和N2O排放因子分别为41.59 kg/100只、5.70 kg/100只、1.44 g/100只;在翻堆堆放条件下则为35.53 kg/100只、3.30 kg/100只、1.21 g/100只;肉鸡粪在静态堆放条件下的CO2、CH4和N2O排放因子分别为2.36 kg/100只、0.32 kg/100只、0.24 g/100只;在翻堆堆放条件下则分别为1.64 kg/100只、0.01 kg/100只、3.10 g/100只。结果显示,粪便种类不同,管理方式不同,各温室气体的排放因子也会不同;除两种管理方式下的蛋鸡粪及静态堆放条件下的肉鸡粪的CH4排放因子外,《IPCC,2006》及《省级温室气体清单指南(试行)》中的CH4和N2O排放因子均高估了本研究实际测得的排放因子。
  4.环境温湿度、粪便理化性质与温室气体排放的相关性
  研究结果表明:在猪粪和鸡粪试验中,温度(环境温度和堆体温度)与CO2、CH4和N2O的排放速率呈显著或极显著相关。粪便的理化性质与CO2、 CH4和N2O的排放也有一定的关系。以相关性分析为基础,以相关性出现率(两指标具有显著相关性的次数占两指标分析总次数的比例)大于50%为依据,筛选出与CO2、CH4和N2O的排放具有较好相关性的粪便指标。结果显示,粪便中的含碳物质与CO2和CH4排放具有较好相关性,而含碳和含氮物质均与N2O的排放呈现较好相关性。与CO2的排放相关性较好的指标有WSC、VS、TOC、TN,与CH4的排放相关性较好的指标有pH和TOC,与N2O的排放相关性较好的指标有pH、NH4+-N、TS、VS、TOC、TN。由此表明,温度、粪便pH、粪便中的含碳含氮物质能够影响粪便各温室气体的排放。
  5.微生物多样性与CH4和N20排放的关系
  不同管理方式,不同堆放时间的粪便中存在差异的菌属有13个,其中,梭菌属(Clostridium)与CH4的排放呈显著正相关;副球菌属(Paracoccus)、Sedimentibacter、密螺旋体属(Treponema)与N2O的排放呈显著正相关。以上结果显示,造成粪便CH4和N2O排放差异的原因可能与上述微生物在粪便中的分布有关。
  综上所述,本研究主要得出以下结论:1)翻堆能够加快粪便的腐熟进程,缩短腐熟时间。2)翻堆能够减少畜禽粪便在管理过程中的温室气体排放。3)粪便种类不同,管理方式不同,各温室气体排放因子不同;除蛋鸡粪和静态堆放条件下肉鸡粪的CH4排放因子外,现有的粪便CH4和N2O排放因子均高估了实际测得的排放因子。4)温度与粪便各温室气体的排放具有较好的相关性。CO2的排放与粪便中WSC、VS、TOC、TN的含量具有较好的相关性;CH4的排放与粪便pH及TOC含量具有较好对的相关性;N2O的排放则与粪便pH以及NH4+-N、TS、VS、TOC、TN的含量具有较好的相关性。5)粪便中梭菌属分布的差异可能是造成各组CH4排放差异的原因之一,而副球菌属、Sedimentibacter和密螺旋体属在粪便中分布的差异可能是导致N2O排放差异的原因之一。
[硕士论文] 白玫
环境科学与工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:全球变暖的事实已经上升到了国家安全的高度,温室气体减排刻不容缓。国际社会作出积极响应,经过多方、多轮谈判和友好协商,最终达成一致,先后出台了《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》。《公约》和《京都议定书》是国际社会努力解决气候变化问题的核心。清洁发展机制(CDM)是《京都议定书》提出的三种履约机制之一,其中心思想是允许发达国家为了达成该国家的减排目标而与发展中国家进行项目级的减排量抵消额的转让与获得,项目实施地点为发展中国家。
  本文针对CDM项目的方法学,首先对国内外文献进行了详细的调研,并且对EB相关文件、已开发的方法学文件及项目开发文件进行了学习、分析、研究,对方法学方案的确定、编写进行了系统研究,尤其是种养结合模式下温室气体排放量的计算方面。在此基础上,利用案例分析法以及定量分析法,本文对种养结合模式小规模CDM项目基准线、边界的确定和减排量的计算等方面的问题重点探讨。
  对种养结合模式小规模CDM项目方法学得出以下结论:
  (1)项目边界:
  ①奶牛粪便管理系统:由于奶牛粪便管理所产生的CH4和N2O排放;
  ②种植系统:由于种植系统所带来的碳库的变化;
  ③能源消耗:由于三个系统在运转过程中会投入机械的制造、运输和使用等,消耗能源产生CO2排放。
  (2)基准线情景:
  ①畜禽粪便的处理系统采用的是开放式厌氧塘;
  ②开放厌氧塘系统粪污施入田中;
  ③养殖场使用化石燃料作为能源的使用。
  (3)减排量计算:根据基准线情景的确定,找到了计算温室气体减排量的计算公式,并确定了公式中相关参数的来源情况。
  (4)额外性论证:可以通过证明中国没有强制性要求收集和销毁粪便管理产生的甲烷来说明项目活动的额外性。在这种情况下,可以不遵循《小规模项目活动额外性示范指南》。
  本文通过具体的案例分析,以北京市海淀区某规模奶牛养殖场为例,经过计算,得出该养殖场通过实施种养结合模式小规模CDM项目以后,一年可减少2931.23tCO2的排放,每年可获得的额外减排收入超过十五万元人民币。
[硕士论文] 张济韬
农业生物环境与能源工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:糟液作为纤维乙醇工业的副产品产量巨大,富含大量有机物,COD较高,难以利用。本文通过探究发酵原理以及在众多对秸秆猪粪厌氧发酵研究的基础上探讨实现糟液环保利用的方法,实现乙醇甲烷联产的目的。结论如下:
  模拟糟液对厌氧发酵影响,在发酵初期加入其主要成分挥发酸以考察对厌氧发酵影响。高温发酵下挥发酸可以提高甲烷浓度,但随添加量增加,自身转化甲烷效率下降。浓度由4g/L升到8g/L时,乙醇转化率由70.24%降为60.45%。乙酸由87.13%降为73.04%。乙酸钠的表现与乙酸相似,初始浓度为8g/L时的转化率为76.26%。而乙酸铵的加入会对稻秸发酵造成抑制,使得试验组产量低于对照组。丁酸在初始浓度为8g/L时的转化率为理论值的57.86%。中温条件下在1g/L、2g/L和3g/L的外源挥发酸初始浓度下,乙醇的产气量分别为理论值的56.32%、59.04%和42.26%。乙酸产气量分别为理论值的190.3%、107.2%和1.8%。丁酸各组产气量分别为理论值的54.53%、103.8%和69.2%。表明在初始加入适量外源挥发酸不会对稻秸厌氧发酵造成影响。
  糟液自身碳氮比较低,无法单独发酵,与稻秸猪粪混合后可以发酵。当糟液添加量占发酵体积12.5%时,秸秆在TS3%,6%和9%下,产气量分别为627.8、585.6和443.9 mL/g TS,高于秸秆对照组292.5 mL/g TS,甲烷体积分数从低于60%增至70%以上。猪粪添加糟液在TS浓度3%产气量最高676.7 mL/g TS,秸秆猪粪按TS1∶1比例混合时添加糟液的产气效果最佳。秸秆添加糟液的最大VFAs比对照组高2.8-4.7倍,从混合型发酵变为典型的丁酸型发酵;猪粪添加糟液后VFAs浓度相对较低,产气启动快,从混合型发酵转变为典型的丙酸型发酵。表明在厌氧发酵过程中,糟液不但可以促进稻秸与猪粪的降解,自身也可以获得转换。
  中温条件下,对于稻秸糟液添加量过高会导致发酵失败,但猪粪可以发酵。糟液添加量为25%时,秸秆在TS浓度6%和9%条件下发酵均失败;猪粪正常发酵,产气量分别为271.52和237.75 ml/gTS。高温条件下,在此添加量下秸秆可以正常产气,产气量分别为478.54和475.58ml/gTS;猪粪产气量分别为426.20和353.93ml/gTS。在高温条件下,在不同糟液添加量下,秸秆和猪粪均可以发酵。当添加量分别为12.5%、25%。37.5%、50%和62.5%时,扣除糟液产气后稻秆各组产气量分别为373.26、474.95、490.35、518.37和561.85ml/gTS,相对于对照组大幅提高;猪粪各组产气分别为371.03、436.20、423.26、385和307.50 ml/gTS,相较对照组,大幅提高。表明,稻秸或猪粪与糟液混合发酵可以获得较高转换效率。
  由此,实现了利用厌氧发酵降解糟液并实现纤维乙醇和沼气联产的目的。
[硕士论文] 赵晨
环境科学与工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:全球每年会产生大量的水果废弃物。与农作物秸秆等传统农业生物质废弃物不同的是,水果类废弃物有机物含量高,湿度大,极易腐败,如不妥善处理会对环境造成污染,并引发蚊虫滋生、疾病蔓延等一系列后果。厌氧消化技术较为适合用来处理水果类废弃物,该技术不仅能够高效降解水果类废弃物,还能够产生清洁能源沼气。目前各国学者已对农业、养殖业和市政等领域的有机废弃物的厌氧消化利用有较为深入的研究,但在水果类废弃物作为单一底物的可消化性方面还存在较大空白。本课题广泛研究了多种水果废弃物的厌氧消化产气性能及相关性质,并以榴莲壳为重点,进行了优化产气条件和与粪便进行厌氧共消化的研究。
  首先,研究和比较了17种水果废弃物的厌氧消化产甲烷性能。结果表明有些水果废弃物富含脂质或碳水化合物,如枇杷皮和红毛丹核,比较适合用来进行厌氧消化产气。而木质素含量较高的水果类废弃物厌氧消化产气不佳,不建议作为单一底物进行发酵。采用了多元线性回归模型来模拟水果废弃物的厌氧消化实验产甲烷量和其有机组分间的关系,通过该模型可对其他水果废弃物的实验产甲烷量进行预测。四种动力学模型被用来对多种水果废弃物的厌氧消化过程进行拟合。结果显示相比于一阶动力学模型和Fitzhugh模型,修正的Gompertz模型和Cone模型对于水果废弃物的拟合度更高。
  其次,基于上述实验结果,结合各种水果废弃物的实际产生量和利用价值,对榴莲壳废弃物展开了更深入的研究。采用响应面法,以产甲烷量最大化为目标,系统研究了榴莲壳在不同进料有机负荷和F/I下的厌氧消化产气性能。结果显示在0.2到2的范围内,F/I越低越好。同时,当进料有机负荷从3上升至27gVS/L时,榴莲壳的甲烷产量呈现先急速上升后缓缓下降的趋势。计算得出当F/I为0.2,进料有机负荷为20.45gVS/L时的实验产甲烷量最高,为170.6ml/gVS。为了使最佳迸料参数更具实际意义,选取0.5为进料时最佳F/I,此时的最高实验产甲烷量为165.0ml/gVS,对应的进料有机负荷仍为20.45gVS/L。对出料液性质的分析表明在该条件下的厌氧消化系统是稳定的。
  此外,结合响应面实验的结果,本课题在总负荷为20gVS/L,F/I=0.5的反应条件下,对榴莲壳和鸡粪、牛粪和猪粪以不同比例进行厌氧共消化的研究。结果显示鸡粪和牛粪不宜用来和榴莲壳进行厌氧共消化反应。而猪粪能够提升猪粪-榴莲壳共消化系统的产甲烷性能。当榴莲壳∶猪粪=50∶50时,其实验产甲烷量为224.8ml/gVS,高于榴莲壳或猪粪单一厌氧消化时的实验产甲烷量。经协同性分析,榴莲壳∶猪粪为50∶50和25∶75时,榴莲壳和猪粪间均表现出协同作用。实际实验产甲烷量与加权产甲烷量的差值分别为27.5和10.3ml/g VS。50∶50的实验组协同作用更加明显,产甲烷量更高。
[硕士论文] 孙文叶
环境工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:气候变化是全世界普遍关注的问题,也是人类面临的共同挑战。温室气体产生的温室效应是导致气候变化的主要因素。中国政府在逐步完善碳市场,运用市场机制的办法应对气候变化。2015年6月,我国政府明确提出到2030年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。我国秸秆资源丰富,但大多就地焚烧或废弃,其价值一直未被有效利用。将秸秆用于造纸、发电、制肥等行业可有效改善秸秆焚烧或废弃的现状,有利于减少秸秆无控燃烧造成的温室气体排放。
  本文的主要研究目的是开发“废弃农作物秸秆造纸项目碳减排方法学”,建立废弃农作物秸秆造纸项目“可监测、可报告、可核查”的MRV体系,为自愿减排碳市场交易体系提供技术支持。本文以“废弃农作物秸秆造纸项目碳减排方法学”为主要研究对象,研究内容及结果如下:
  国家发改委共公布200个自愿减排方法学,涉及秸秆利用的自愿减排方法学共有5个,均未涉及秸秆造纸项目。本文通过借鉴已开发方法学,研究出适合我国国情的“废弃农作物秸秆造纸项目碳减排方法学”,主要包括其适用说明(来源、定义、适用条件)、排放量相关计算(基准线排放、项目排放、泄漏等)以及具体的监测方案(监测规则和监测的数据、参数)。以黑龙江某秸秆造纸项目为例,采用该方法学对项目温室气体减排量进行了计算,秸秆供应量、运输情况和工艺能耗是影响项目碳减排量的主要因素;利用层次分析法,对废弃农作物秸秆在不同利用方式下的综合效益进行了对比评价与分析。
[硕士论文] 刘文娣
生物工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:由于微藻对于生存环境要求低,能有效地降低COD、氮磷、重金属的含量,所以被用于处理废水。在微藻的生长代谢过程中,有电子产生并被传递,将电子有效地导出细胞外,经过燃料电池设备,实现产电的目的。课题研究的目标就是将微藻废水处理和燃料电池产电两者进行结合。
  课题所用藻种共15株,在绘制完这15株藻种的生长曲线后,进行了藻种的驯化及废水处理用藻种的选择实验,最终筛选出10株优势藻种。将10株藻种分成两组进行畜禽废水处理实验,每天测定废水中COD、TN、TP含量。在经过8天的处理之后,有5株藻种的降解效果突出,降解效果由高到低分别为:C1-7、KJ1-7、Twg-13、C366、Th-10。藻种Twg-13是5株藻种中对COD降解能力最强的,降解率达29.85%;对TP降解能力最强的为KJ1-7,降解率达73.2%;对TN降解能力最强的是C1-7,降解率达52.62%。
  由于5株优势藻种在废水原液中的生长受到抑制,故将废水进行不同浓度梯度的稀释。在经过8天的培养之后,实验得出藻种Th-10、C1-7和C366在稀释5倍的废水中生长最好,Twg-13在稀释8倍和10倍的废水中的生长情况没有显著差异,KJ1-7则在稀释8倍的废水中生长最好。
  课题搭建了H型双室反应器,为验证微藻能够产电,以BG-11为空白做了对照实验,实验数据表明微藻不仅能产电,电压还能保持在20 mV左右。随后测定了以BG-11为底物的5株微藻燃料电池的内阻和开路电压,并计算了理论最大输出功率。结果显示藻种C366的电池内阻最小,KJ1-7的电池内阻最大。5株藻种中KJ1-7的开路电压最高,开路电压最低的是C1-7。理论最大输出功率KJ1-7最大,其次是C366、Th-10、Twg-13、C1-7。
  最后进行了阳极电极的优化实验,结果显示优化阳极电极对于内阻、开路电压的数值有显著性的影响,对理论最大输出功率没有显著性影响。在证明废水作为底物对于产电量贡献极小后,对藻种KJ1-7、C366和Th-10进行废水-微藻产电实验,结果表明藻种Th-10的理论最大输出功率是3株优势藻种中最大的。
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