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基于低碳的规模养殖场粪污处理技术评价与优化

简树贤  
【摘要】:目前温室气体排放引起的气候等问题已经引起了各国的关注,随着我国畜牧业的规模化发展,养殖场数量的扩大,畜禽粪污处理产生的温室气体量也随之增加,导致的全球气候变暖等一系列严重问题,现已引起了全世界的关注。 本课题是在低碳的理念下,对北京市五个规模养殖场典型粪污处理技术进行评估和优化,主要内容包括:查阅文献,对五个规模养殖场粪污处理方式进行调研。分析温室气体排放的评估方法和影响因素,对最大甲烷生产能力(B_0)及其影响因素开展实验研究,以期通过实验研究、分析和计算,得出量化温室气体排放量的实际参数和各种因素对产气量的影响状况。本课题的最终目的是在调研和实验分析等前期工作的基础上,对规模养殖场粪污处理温室气体排放量和减排量进行评估,对不同粪污处理工艺进行优化,在确保规模猪场良性发展的前提下,优选低碳粪污处理工艺,为北京市规模猪场可持续发展和决策提供技术支持和科学依据。 研究内容和成果主要包括以下几个方面: (1)本课题采用自制序批式厌氧发酵装置对牛粪最大甲烷生产能力(B_0)及其发酵过程进行了实验研究,实验在35℃恒温条件下进行了26天,期间对各发酵系统的产气量以及发酵液的pH、氨氮(NH_4~+-N)、化学需氧量(COD)等指标进行连续监测。实验结果显示:处理组的pH值为7.70-7.90,处理组NH_4-N浓度的最大值为582.16mg/L,并没有超出厌氧反应的正常范围。受牛粪固有性质的影响,各组COD去除率相对较低。实验最后得出了牛粪最大产甲烷潜力(B_0)的值为0.139m~3CH_4/kgVS。 (2)本课题通过对不同猪粪厌氧发酵最大甲烷生产能力(B_0)及其特性的实验研究,得出了实验猪场中肥猪粪、母猪粪、仔猪粪的最大甲烷生产能力(B_0)分别为:0.164m~3CH_4/kgVS、0.163m~3CH_4/kgVS、0.202CH_4/kgVS。仔猪粪发酵系统的pH降低幅度较大。处理组氨氮含量的最大值为942.88mg/L,并没有超出厌氧反应的正常范围。仔猪粪发酵系统的上清液COD去除率较低。 (3)本课题对规模养殖场的不同的粪污处理方式下的温室气体排放源和排放机理进行了分析,得出了温室气体排放的三种主要排放源,并根据不同的排放源对粪污处理温室气体排放的量化方法进行了分析。 (4)通过对调研养殖场粪污处理温室气体排放情况的评估,得出了规模养猪场粪污处理温室气体的排放量以二氧化碳当量形式表示分别为:①A猪场为:80807.48kgCO_2e·a~(-1)、130.55kgCO_2e/t·a;②B猪场为:70256.50kgCO_2e·a~(-1)、129.86kgCO_2e/t·a;③C猪场为:91665.52kgCO_2e·a~(-1)、126.96kgCO_2e/t·a;④D猪场为:309952.00kgCO_2e·a~(-1)、122.51kgCO_2e/t·a。⑤规模奶牛场为:74563.00kgCO_2e·a~(-1)。 (5)通过对调研猪场粪污处理温室气体减排量的评估,得出规模猪场粪污处理过程中温室气体的减排量以二氧化碳当量形式表示分别为:规模猪场A的减排量为:2343.69kgCO_2e·a~(-1)、3.79kgCO_2e/t·a;规模猪场B的减排量为:2425.77kgCO_2e·a~(-1)、4.48kgCO_2e/t·a;规模猪场C的减排量为:5401.00kgCO_2e·a~(-1)、7.48kgCO_2e/t·a;规模猪场D的减排量为:30016.79kgCO_2e·a~(-1)、11.86kgCO_2e/t·a。 (6)通过对不同粪污处理方式下温室气体的排放量和减排量计算可知:规模猪场D粪污处理工艺下,平均每头猪每年的温室气体排放量相对较小,减排量相对较大,每年总的减排量为5832.71t,将产生的减排量在国际碳市场以每tCO_2e为8欧元出售,每年将获得减排收入为46661.68元。因此,从温室气体减排和经济效益方面考虑,推荐使用D猪场粪污处理技术处理畜禽粪便。


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