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《西北农林科技大学》 2018年
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规模化奶牛场水冲粪—固液分离系统温室气体和氨排放特点研究

崔利利  
【摘要】:规模化奶牛场迅速发展产生的大量粪便和污水该如何处理是一个亟待解决的问题,水冲粪-固液系统以其效率高、故障少、有利于舍内卫生等优点而被逐渐应用于规模化奶牛场,但该系统产生的废水和粪渣在贮存和堆积过程中会释放大量的温室气体和氨,造成全球温室效应和PM2.5增加。本研究以水冲粪-固液分离系统为研究对象,分别采用静态箱-气相色谱法和通气法测定了该系统产生的废水和粪渣在贮存和堆积过程的温室气体和氨排放速率,分析了废水、粪渣及整个系统温室气体和氨排放的季节变化特征,探讨了主要影响因素,并评估了水冲粪-固液分离系统不同季节和全年对全球温室效应和PM2.5的影响,主要结果如下:(1)废水贮存过程,CO_2和CH_4主要受废水温度和有机碳含量的影响。夏季、秋季和冬季试验的CO_2排放主要集中于贮存前期,而春季则除前期出现排放高峰外,中后期也出现排放高峰;春季和夏季CH_4排放速率高峰期与CO_2一致,秋季在整个贮存过程中都较低,而冬季排放几乎为零。不同季节CO_2累积排放量由高到低的顺序为春季(3.73g?kg~(-1))、夏季(3.32 g?kg~(-1))、秋季(2.10 g?kg~(-1))、冬季(0.23 g?kg~(-1)),CH_4累积排放量由高到低的顺序与CO_2一致,即春季(1.71 g?kg~(-1))、夏季(0.86 g?kg~(-1))、秋季(0.51g?kg~(-1))、冬季(4.06×10~-44 g?kg~(-1))。各季节N_2O的排放速率很小,累积排放量均小于21.30μg?kg~(-1)。NH_3排放主要受废水温度和pH叠加影响,且贯穿在整个试验过程,NH_3累积排放量由高到低的顺序为夏季(177.24 mg?kg~(-1))、春季(168.13 mg?kg~(-1))、秋季(162.00mg?kg~(-1))、冬季(144.93 mg?kg~(-1))。(2)粪渣堆积过程排放的主要温室气体为CO_2,CH_4和N_2O的排放量都非常小。CO_2排放主要受粪渣温度的影响,集中于堆积前14 d,不同季节CO_2累积排放量由高到低的顺序为春季(81.85 g?kg~(-1))、夏季(61.86 g?kg~(-1))、秋季(58.50 g?kg~(-1))、冬季(36.46 g?kg~(-1))。CH_4和N_2O排放也主要受粪渣温度的影响,主要集中于堆积前7 d,其它时间排放速率几乎为零,各季节CH_4和N_2O累积排放量均分别小于63.39和1.71 mg?kg~(-1)。NH_3排放主要受堆体温度、pH和翻堆频率的叠加影响,贯穿于整个堆积过程,不同季节NH_3累积排放量由高到低的顺序为冬季(0.67 g?kg~(-1))、秋季(0.54 g?kg~(-1))、夏季(0.42 g?kg~(-1))、春季(0.36 g?kg~(-1))。(3)粪渣是水冲粪-固液分离系统CO_2和N_2O排放量的主要来源,而废水则是该系统CH_4、NH_3、GWP(温室效应潜值)和PMP(PM2.5形成潜值)排放量的主要贡献者。春季、夏季和秋季系统对全年GWP的贡献率基本相当,均为31.70%~34.63%,而冬季的贡献率可忽略不计。不同季节系统对全年PMP的贡献率由高到低的依次为夏季(38.02%)、冬季(26.57%)、秋季(18.45%)、春季(16.95%)。综上所述,废水和粪渣贮存过程的CO_2和CH_4排放主要受温度影响,NH_3排放受温度与pH叠加影响。废水贮存过程的CH_4排放是水冲粪-固液分离系统GWP的主要来源,控制春季、夏季和秋季废水CH_4排放可以减少系统全年的GWP;而减少全年PMP,需同时控制各季节废水和粪渣中的NH_3排放。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X713

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