传统的污水处理需要消耗大量的能耗换取清洁水,已是不可持续的处理方法.污水本身具有良好的资源化潜力,客观上污水中蕴含着大量有机物,转化为可利用资源.在双碳背景下,从污水中提取能源已成当前污水处理行业的热点.采用厌氧膨胀颗粒污泥反应器处理污水预处理浓缩碳源水解液,产生可利用的沼气.根据能源估算,当前污水厂进水低COD情况下,污水预浓缩碳源通过甲烷回收能量占污水处理能耗的61.8％,不能达到污水厂碳中和的目的;污水预浓缩碳源与餐厨垃圾协同厌氧消化,不仅能够实现污水厂碳中和,还可以向厂外输出额外的能量.市政污水预处理碳源浓缩-碳源水解-EGSB路线是完全可行的,是实现污水处理碳中和的重要途径,可为国家减污降碳协同增效贡献行业重要力量.
城市污水通过膜浓缩是一种截留有机物及减少能耗的有效方式.BMP实验研究了在膜池停留时间(SRT)为6 d、4 d、2 d的膜浓缩污泥含水率分别为96％、94％、92％时的厌氧消化性能.结果表明:膜浓缩污泥的总产甲烷量随含水率的降低而升高.单位VS产甲烷量随含水率的降低先升高后降低,含水率为94％时最高,为167.6 mL·g-1 VS～205.3mL·g-1 VS,比初沉污泥(155.7 mL·g-1 VS)提高了 7.6％～31.8％;比剩余污泥(159.1 mL·g-1 VS)提高了 5.3％～29.0％;COD 降解率(36.6％～48.7％)比初沉污泥(33.2％)、剩余污泥(29.6％)分别提高了 10.2％～46.7％、23.6％～64.5％.同一 SRT工况下的污泥,蛋白质去除率随着含水率的降低呈现增加的趋势,而多糖类碳水化合物去除率相反,呈现下降的趋势.膜浓缩工艺促进了蛋白质、多糖类碳水化合物等有机物的溶出降解,从而提高厌氧消化产甲烷潜能,为城市污水处理厂实现"能源中和"提供可能.
沼液富含植物生长所需的多种营养物质与活性物质,将沼液用于水培蔬菜,可以获得良好的经济效益与生态效益.较高的氨氮浓度以及不均衡的营养元素是制约沼液作为营养液用于水培植物的关键因素.针对该问题,以小葱为研究对象,探究了不同初始氨氮浓度与不同营养元素添加对小葱生长状况的影响,获得了以沼液为基质的小葱水培营养液配方.该配方为:氨氮浓度为850 mg·L-1的沼液稀释5～6倍,添加磷酸二氢钾120 g·m-3、氯化钾340 g·m-3、七水硫酸镁150 g·m-3、氯化钙180g·m-3、微肥0.1 mL·m-3.此配方下以沼液为基质的小葱水培营养液中含氮 150 g·m-3、磷42g·m-3、钾310g·m-3、钙80g·m-3、镁50g·m-3、硫65 g·m-3、铁4.5g·m-3、铜0.02 g·m-3、锌0.05 g·m-3、锰0.52 g·m-3、钼 0.005 g·m-3、硼 0.5 g·m-3.
基于磷酸铵镁(MAP)法回收厌氧消化液中氮磷的反应构建MAP-MINTEQ模型并优化.利用化学平衡模型Visual MINTEQ 3.1结合实验进行建模,取得拟合度较高的模型参数.首先,研究了碳酸盐对磷酸铵镁反应的影响,对比了两种活度系数方程中活度系数γ的影响因素和校正因子,扩展的德拜-休克尔方程更适用于本模型.其次,研究厌氧消化液中复杂缓冲体系对副产物MgCO3沉淀溶解平衡的影响,利用其ksp校正MAP-MINTEQ模型,优化其拟合结果.基于优化的模型,调整厌氧消化液氮磷回收的MAP实验配比,反应后残留的氨氮浓度最低降至41.2 mg·L-1,氮回收率达到98.0％;总磷最低降至5.5 mg·L-1,磷回收率达到99.2％,实现了氮磷的高效回收.
为了给市政污泥寻找一种合适的处理方法,以市政污泥为原材料,用热解和氯化镧改性两种方法制备生物质炭材料,用于处理含磷废水.探析了pH值、磷初始浓度以及干扰离子对污泥生物质炭除磷效果的影响,并讨论了污泥生物质炭磷吸附的热力学过程.结果表明:氯化镧改性污泥生物质炭对磷的最大平衡吸附量为58.76 mg·g-1,是热解污泥生物质炭磷最大吸附量(5.50 mg·g-1)的近11倍;热解污泥生物质炭磷吸附的最适pH值为6.0～10.0,而氯化镧改性污泥生物质炭磷吸附的最适pH值为4.0～6.0.Langmuir等温吸附模型能够很好地拟合热解污泥生物质炭吸附磷的热力学过程(R2=0.9436),Freundlich等温吸附模型能很好地拟合氯化镧改性污泥生物质炭吸附磷的热力学过程(R2=0.9652).氯化镧改性污泥生物质炭对磷吸附有较高的选择性,当干扰阴离子Cl-、NO3-和SO42-在很高浓度(0.5 mol·L-1)下时对氯化镧改性污泥生物质炭磷吸附的影响较弱.高浓度的HCO3-(5 mol·L-1)会显著增加水体的pH值,降低了氯化镧改性污泥生物质炭磷的吸附能力,但该生物质炭对磷仍保持着较强的吸附能力.氯化镧改性污泥生物质炭可以有效地去除污水中的磷,缓解水体富营养化,实现污泥的资源化利用.
探究不同总固体(TS)配比对白菜尾菜与羊粪厌氧发酵的影响,为甘肃省尾菜进行资源化利用提供理论基础.通过白菜尾菜与羊粪混合进行高温厌氧发酵,在发酵温度为(55±1)℃,原料总TS为3.15％,初始pH值为7.5±0.1条件下,运行30d后,研究5种不同TS比例:2∶1(T1)、1∶1(T2)、1∶1.5(T3)、1∶2(T4)、1∶2.5(T5)对白菜尾菜与羊粪厌氧发酵的影响.结果表明:T1处理甲烷产量最高,为69790.68 mg·m-2;各处理系统环境调控能力:T1＞T2＞T4＞T5＞T3;其水解能力:T3＞T5＞T4＞T2＞T1;其缓冲能力:T1＞T2＞T4＞T5＞T3;随着白菜尾菜与羊粪的TS比例上升时,各处理的电导率、碱度浓度也在增加;T3、T5处理在发酵周期内都处于绝对稳定状态,其它处理的厌氧系统大部分时间处在绝对稳定状态,少部分时间处在较为稳定的状态;各处理在运行过程中未出现明显的酸抑制和氨抑制.当白菜尾菜与羊粪的TS比例为1∶2时,更有利于白菜尾菜与羊粪厌氧发酵的进行.
我国是一个农业大国,农业农村领域的减排增汇对实现我国"双碳"目标具有重要的战略意义.以四川省遂宁市安居区海龙村为研究对象,针对村域种植业、养殖业、农村能源生产和消费以及农村人居环境等现状特点,通过碳汇核算等模块化设置,探讨农业农村减排增汇途径.海龙村具有典型的西南丘陵村落特征,农业农村生产生活活动形式单一.碳排放实体构成及碳排放路径清晰,农业农村生产生活活动是村域碳排放的主要来源,工业化排放实体较少,净碳排放水平较低.通过对村域各生态模块中排放实体的系统管理与减排技术的耦合嵌入可在提升村域生产生活效能的同时显著降低村域碳排放总量,实现低碳乡村建设目标.初步形成了针对农业农村生产生活特点的减排增汇实施路径,可为推动中国农业农村领域"双碳"目标的实现提供技术蓝本.
为了解菏泽市畜禽粪污土地承载力空间分布特征及近十年来的变化情况,及时调整种植业规划、合理利用畜禽粪污资源、优化畜禽养殖结构,以期为菏泽市畜牧业合理规划布局和粪污资源化利用提供科学依据,进一步推动种养结合绿色发展,选取2012～2021年菏泽市年鉴数据,依据农业农村部印发的《畜禽粪污土地承载力测定技术指南》,对植物粪污养分需求量、畜禽粪污养分供给量进行测算,从而对菏泽市畜禽粪污土地承载力指数时间和空间变化趋势进行分析.从空间上来看,虽然各县区畜禽粪污土地承载力均小于1,但畜禽粪便污染风险存在差异,其中以N为基准的畜禽粪污土地承载力指数,郓城最高为0.32,单县最低为0.17,差了将近一倍.从时间上来看,近年来植物粪污养分需求量整体表现为增长趋势,由于受到非洲猪瘟、新冠肺炎疫情以及中美贸易摩擦等国内外多重不确定性因素,养殖规模发生波动,但畜禽粪污养分供给量整体表现为下降趋势,其中以N、P为基准的养分供给量分别下降39.04％、38.89％,以N、P为基准估算的畜禽粪污土地承载力指数均呈逐年下降趋势.研究表明,各县区植物粪污养分需求量与畜禽养殖粪污供给量在一定程度上存在错位现象,应进行合理调整.无论是时间上还是空间上,菏泽市畜禽土地承载力指数均＜1,养殖量均不超载,尚有较大养殖潜力,应加大畜禽粪污无害化处理及资源化利用,做好"最后一公里",进一步加大种养结合力度.
为了解决餐厨/厨余垃圾在存放、收集、转运及处置过程中存在的问题,利用黑水虻转化率高、周期短和产品附加值高等特点,设计了一种餐厨/厨余垃圾分布式昆虫转化就地处理设备.该设备具有占地面积小,便于分布式建设;自动化养殖,智慧化运营管理,就地资源化循环利用;便于复制推广等优点.通过应用该设备,既解决了餐厨/厨余垃圾收集与转运难题,又节省了收运费用,无论是小区居民及物业,还是垃圾收运单位和处理单位,都可以大大节约成本、降低能耗,并缩短处理流程降低了管理风险,符合"节能减排"、"低碳循环"和"人居环境整治"等国家发展战略政策,具有很好的经济、社会和生态效益.
提升厌氧反应器温度可提高其在低温环境条件下的反应效率.为了优化厌氧反应器加热保温装置工艺参数,降低加温系统投资,以永州市某科研项目现场已有的小型仿生肠道式厌氧反应器为对象,利用计算流体力学的数值模拟方法对装置内部的温度场展开研究.重点考察加热温度和保温材料的选用对反应器加热保温效果的影响,同时以温度场模拟结果为基础计算装置的热能损耗量,并对不同加热方式进行经济性评价.综合分析后得出:当热风送风温度为35 ℃、选择发泡水泥作为保温材料时,热风加热保温工艺在满足中温厌氧发酵条件下加热保温效果最优,该条件下装置的总热能损耗量为428.24 MJ·d-1;采用沼气发电余热利用的加热方式最为经济,其电能出售收入为20281元,费用年值为4047元.此优化方案可为仿生肠道式厌氧反应器热风加热保温装置的设计改进提供理论指导.
为研究猪粪沼液施用对玉米产量品质及土壤理化性质的影响,选取规模化养殖场的猪粪沼液进行秋玉米种植试验.试验设置4个处理,每个处理3个重复,共12个小区,每个小区66.66 m2.对照组(CK组)施用100％化肥(50％基施+50％追施),试验组分别施用50％化肥基施+50％沼液追施(T1组),100％沼液基施(T2组),100％沼液追施(T3组).试验结果表明:1)T1组玉米产量最高,达1159.34 kg·666.67 m-2、亩产值2782.42元,经济效益明显,产量利润分别比对照高16.06％、385.08元;2)T1、T3与对照(CK)、T2相比,单果重、产量明显增加;3)施用沼液的玉米中均不含抗生素,不会影响玉米的食用品质安全;4)水旱轮作种植中,施用沼液土壤中的理化性状不会明显改变,也不会集累重量金属等有害物质.因此,施用50％化肥基施+50％沼液追施可以明显提高玉米产量产值和利润,而且不会对玉米抗生素含量和土壤理化性质产生明显影响.
青贮预处理在秸秆厌氧消化中的应用目前已有一定的研究和实践经验.通过对已有研究的回顾,批判性地评述了青贮过程特征和青贮对秸秆厌氧消化的影响,揭示了青贮促进秸秆厌氧消化产气效率的作用机制;从原料总固体含量和粒度、添加剂的使用、青贮时间和压实度等方面总结了秸秆青贮过程控制策略,为进一步改进大规模应用提供理论指导.最后,介绍了青贮预处理农作物秸秆所面临的挑战和前景.
为探索抗生素菌渣的无害化、资源化和高附加值处理途径,防止二次污染,以来源于青霉素菌渣的厌氧发酵沼渣为主要原料、玉米秸秆作为调理剂进行好氧堆肥研究,考察添加不同比例玉米秸秆对沼渣好氧堆肥温度、pH值、EC、氨氮、GI等腐熟效果的影响,对堆肥结束之后产品的酶活、营养成分等进行分析,并通过盆栽实验验证堆肥产品的应用效果.试验结果表明添加43％的玉米秸秆作为调理剂与沼渣进行混合堆肥,堆体升温迅速最高达61.25 ℃,高温期(≥55 ℃)持续5～6天,堆肥结束时GI值最高达到107.75％.以玉米秸秆作为调理剂时,还可调节堆肥体系的pH值,提高纤维素酶和蔗糖酶活性,促进腐殖质的形成,有效改善堆肥质量.应用效果表明该堆肥产品能够有效促进白三叶生长,株高和根长分别显著提高了26.32％、39.64％,同时显著增加植株叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白含量,较不施肥增幅分别为12.67％、24.31％和10.50％,效果优于同施用量(10％)市售有机肥.试验结论表明添加适当比例的玉米秸秆作为调理剂可显著提高源于青霉素菌渣的沼渣堆肥腐熟效果,提高堆肥产品品质,明显促进植株生长.该结果可为源于青霉素菌渣的沼渣堆肥过程中调理剂种类的选择和添加比例提供参考.
农户对改厕结果的满意程度是有效推行农村改厕政策的重要条件.为了更好地了解农村居民对改厕结果的满意度,在概念界定、维度划分的基础上开发量表,采用结构方程模型进行实证分析.研究结果显示:1)农村改厕农户满意度是指农民了解与参与农村厕改的相关工作以后,在实际使用或改厕成效等方面的直观感受,即在体验被改造后的厕所与自身预期之间的差距而引发产生的心理状态;2)农村改厕的农户满意度量表由政策支持、环境改善、使用感知、费用支付4个维度构成,具体由20个测度项组成.分析得出,使用感知满意度最高,政策支持维度农户满意度最低;3)农户满意度量表通过信效度检验,模型拟合良好,能够较好的解释潜变量;4)政策支持、环境改善、使用感知和费用支付分别在88％、92％、97％、94％水平上反映农户的满意度,此次研究为政府动员群众改厕与研究农户参与改厕的行为响应提供了科学依据.
研究了生物电化学系统(BES)强化厌氧消化的机理以及不同底物对强化效果的影响.实验结果表明,BES生产的沼气中甲烷浓度可以稳定提高,同时可以避免产酸阶段挥发性脂肪酸积累造成的不稳定.当底物分别为葡萄糖和乙酸钠时,BES反应器中的甲烷浓度和甲烷产率均高于传统厌氧消化反应器.当底物为葡萄糖时,单批次投料的平均甲烷浓度为71.7％.当底物为乙酸钠时,单批次投料的平均甲烷浓度最高可以达到85.4％,单日池容甲烷产率最高为1.24m3·m-3d-1.通过对BES反应器中的微生物进行高通量测序分析,发现可以通过还原CO2来生成甲烷的古菌微生物群落的占比高达82.2％,体现出BES中还原CO2的产甲烷菌占主导.实验结果表明,BES对丙酸盐有明确的降解效果,在15天内反应器中的丙酸盐浓度由1100 mg·L-1下降至10 mg·L-1,能避免底物的过度酸化.
为进一步建设宜居宜业和美乡村,补齐农村公共服务领域突出短板,同步推进改厕与污水处理,实施农村"厕污共治"至关重要.研究指出:1)农村"厕污共治"以系统治理、资源整合、标本兼治为主要特征,是指采用直观的技术,将农村厕所粪污和生活废水一起治理.2)四川省已实施的农村"厕污共治"模式主要有以点带面,分类实施;粪污共治,建管并重;以工代赈,惠民惠农.3)推进四川省农村"厕污共治",要以质量推动数量、统筹推进、因地制宜为主要原则.4)从坚持问题导向,因地制宜构建"厕污共治"政策体系、以整合环保类涉农资金为重点,构建可持续多元投入机制、以典型引路、示范带动,夯实农村"厕污共治"技术根基等,提出四川省"厕污共治"要按三步走的战略思路,推动乡村全面振兴迈上新台阶.
厌氧发酵技术是实现有机废弃物资源化利用的重要手段之一,而系统失稳是阻碍发酵工艺正常稳定运行,甚至导致发酵失败的主要原因.预警指标监测可以实现对系统失稳的早期诊断和预判,便于及时进行调控,避免发酵失败.在归纳总结国内外相关研究的基础上,将现有的预警指标分为单一指标和复合指标,分别进行了综述,总结了这些指标的预警效果及存在的问题,并对今后该领域的研究方向进行了展望,以期为有机废弃物厌氧发酵系统的高效稳定运行提供参考.
当前新型职业农民可持续创业发展压力大,创业整体效益及示范带动能力弱,不利于乡村振兴及经济社会可持续高质量发展.因此,从分析新型职业农民可持续创业能力的内涵入手,剖析了新型职业农民可持续创业能力培养存在的问题,提出了新型职业农民可持续创业能力培养的建议:构建基于乡土情怀的农民主体发展机制,健全农业可持续创业人才培养机制,完善政府支持与社会参与的保障机制.
运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis,Z.mobilis)是生产燃料乙醇的传统优势菌株,也是秸秆燃料乙醇研究方向的热点.秸秆为底物具有难降解性的特性,在实际生产应用过程中往往需要额外投加酶制剂,导致菌株发酵效率降低,发酵成本增高.为缓解这一问题,通过引入外源纤维素酶基因,在Z.mobilis内构建纤维素酶的分泌途径,让发酵菌株能够水解利用纤维素.研究利用竹虫肠道内微生物含有丰富的纤维素酶基因,连接到质粒转化菌株后并检测其在大肠杆菌和Z.mobiis的异源表达.结果显示,研究构建了21株重组菌ZMS912,胞外酶活显示,ZMS912-GH44 酶活最高为 192.56 U·mL-1,ZMS912-GH44C 酶活为 139.19 U·mL-1,ZMS912-GH28 为 138.7 U·mL-1,分别比出发菌株提高了11倍、7.7倍和7.6倍.在菌株内构建分泌纤维素酶途径以降低生产中加酶量是一个可行的降低成本的方法.
推进农作物秸秆综合利用,是提升耕地质量,改善农村环境的重要举措.为更好地了解湖北省农作物秸秆综合利用水平,选取湖北省14个市,通过实地调研、问卷调查以及典型案例分析,对湖北省秸秆还田和离田比例进行统计,并对秸秆收储运体系及综合利用概况进行评估.调研结果显示:14个市中仅有襄州区为大部分秸秆离田利用,其他县市秸秆还田作业面积占总收获面积比例达60％及以上.还田利用中,秸秆主要以粉碎还田为主,不同秸秆还田方式会产生一定成本差异.尽管粉碎还田比直接还田每亩增加约10元的经济成本,但直接还田不利于作物根系扎深,导致后茬作物易倒伏、产量低.对于离田作业,大部分地区以机械打捆为主,其打捆成本主要集中在每亩60～80元,运输半径越大对应的运输成本越高,但其增长幅度并不成正比.最后,针对调研过程中所发现的问题,提出了相关建议,以期为提升湖北省秸秆综合利用水平提供参考.
