农业废弃物厌氧发酵及沼肥利用过程碳氮变化研究

作     者：刘烨 

作者单位：武汉轻工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李睿;孟海波

授予年度：2018年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 080702[工学-热能工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：厌氧发酵 好氧堆肥 沼渣 沼液 发芽指数 

摘      要：我国“十三五规划提出,就地就近用于农村能源和农用有机肥是解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题的主要方向。因此,了解农业废弃物厌氧发酵及沼肥处理过程碳氮元素含量的变化,从而寻找沼肥养分含量较高的处理,对于提升沼肥养分含量具有重要的参考价值。本研究设计小型可控型恒温发酵装置,以猪粪、鸡粪和秸秆等常见的农业废弃物为原料,调节干物质浓度(TS)为4%、8%、15%和20%厌氧发酵30 d,确定最优产气阶段。设计温度可控型好氧发酵装置,将干发酵15 d和30 d的沼渣添加秸秆等辅料并调节含水率均为65%和70%进行高温好氧堆肥15 d,研究厌氧发酵-好氧堆肥过程沼渣碳氮含量变化。将静置分离出的湿发酵沼液,采用密闭静置、密闭搅拌、敞口静置和敞口搅拌4种方式储存30 d,研究厌氧发酵-沼液储存期间沼液碳氮含量变化。结果如下:1、物料TS含量为4%、8%、15%、20%四个处理组,均在8 d前达到日产气量最高值,分别为1201、1940、2602、4099 ml/kg。4个处理组在15d左右日产气量均低于峰值的1/2,累计产气量达到整个周期的71%以上,此时容积产气率为1.91 m/(m·d),比30 d时提高了41%。2、厌氧发酵阶段,沼渣碳氮养分均持续下降,沼液碳氮养分先增加后减少,在138 d有最大值。湿发酵组中,碳元素有20.1%8.1%以CH?和CO?的形式进入到气相中,13.2%5.8%进入到沼液中,剩余66.3%1.4%残留在沼渣中;氮元素有60.6%4.8%进入到沼液,其他基本均留在沼渣中。干发酵组中,碳元素有15.2%9.3%以CH?和CO?形式进入沼气中,其他残留在沼渣中,氮元素基本均留在沼渣中。3、沼渣堆肥阶段,碳元素含量随堆肥时间一直下降,15 d后4个处理组碳元素含量下降率分别为20.0%、20.7%、17.8%和19.5%,15dBR+65%MC组堆料碳元素含量最高。氮元素含量一般呈先降低后增加的变化趋势。15 d之后,30dBR+65%MC和30dBR+70%MC处理组氮元素含量比发酵初分别降低0.5%和1.2%,15dBR+65%MC和15dBR+70%MC处理组氮元素含量比发酵初分别增加3.9%和1.7%。15dBR+65%MC组堆料碳氮元素含量比30 d沼渣堆肥组高21.7%和10.2%。同时15dBR+65%MC处理组pH值在7.5.5之间,电导率和E4/E6值均为最低,同时发芽指数大于90%,满足有机肥腐熟要求。4、在室温下采用密闭静置、密闭搅拌、敞口静置和敞口搅拌4种方式储存储存30 d,沼液中的TC、TN浓度均有所降低,TC先下降后升高,总体降低幅度较小(2.9%2.0%),降幅顺序为敞口静置敞口搅拌密闭静置密闭搅拌;TN先升高后降低,总体降低幅度较大(4.2%6.2%),降幅顺序为密闭静置密闭搅拌敞口静置敞口搅拌。综上,农业废弃物厌氧发酵前15 d为最优产气阶段,以此时的沼渣经过好氧堆肥后得到的有机肥,碳氮元素含量较高,气肥联产周期厌氧阶段可缩短15 d,既减少了能源损失又节约了时间。此外,采用密闭静置方式储存沼液并缩短储存时间可减少沼液储存阶段碳氮元素的损失,达到提高沼液养分的效果。