基于生物炭选择与氧化改性的蛋鸡粪堆肥有害气体减排技术研究

发布时间：2017-04-01 13:13

  本文关键词：基于生物炭选择与氧化改性的蛋鸡粪堆肥有害气体减排技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：堆肥是畜禽粪便无害化处理与资源化利用的重要手段,然而在堆肥过程中存在着多种有害气体释放造成二次污染。本文以降低蛋鸡粪堆肥过程的氨气与甲烷排放为目的,进行生物炭的优选及改性,以期得到一种能高效减排蛋鸡粪堆肥过程氨气和甲烷排放的生物炭产品,并结合堆肥样品理化指标和微生物学指标初步探讨了生物炭对堆肥氨气和甲烷减排的机制,为生产中有效降低堆肥过程有害气体排放提供技术支撑和理论依据。试验包括三个部分:一是不同生物炭对蛋鸡粪堆肥过程氨气和甲烷减排的研究;二是生物炭的改性与优选;三是改性生物炭对蛋鸡粪堆肥氨气和甲烷减排效应及机理。主要研究结果如下:(1)与空白组相比,堆肥期间添加秸秆炭、竹炭、木炭、椰壳炭、鸡粪炭后堆肥中氨气总排放量分别降低了33.11%、22.70%、32.87%、21.51%和24.19%,其中,生物炭添加组氨气总排放量显著低于空白组,秸秆炭组与木炭组氨气总排放量显著低于其他生物炭组(P0.05);各生物炭添加组甲烷总排放量与空白组相比分别降低了22.17%、12.14%、17.72%、6.12%和14.31%,秸秆炭组、木炭组和椰壳炭组甲烷总排放量显著低于空白组(P0.05)。此外,添加秸秆炭还能提高堆肥温度与物料硝态氮含量,降低铵态氮含量与堆肥pH,促进有机质降解。这可能与其具有更大的比表面积和孔体积以及丰富的表面官能团相关。因此,本文选择秸秆炭为研究对象,通过进一步改性,以期提高堆肥中氨气和甲烷排放的效果。(2)6 mol/L、8 mol/L、10 mol/L HNO3改性炭的氨氮吸附量显著大于其他HNO3改性炭和未改性秸秆炭(P0.05);25%和30%改性炭的氨氮吸附量显著大于其他双氧水改性炭(P0.05);先后经6 mol/L HNO_3和25%H_2O_2改性制备的混合改性炭的氨氮吸附量显著高于6 mol/L HNO_3改性炭(P0.05),但与25%H_2O_2改性炭无显著差异(P0.05)。表面理化性质分析表明:与25%H_2O_2改性炭和6 mol/L HNO_3改性炭相比,混合改性炭具有较大的比表面积、总孔体积及较多的表面酸性官能团数量(P0.05)。基于改性炭的氨氮吸附量和表面化学性质,选取25%H_2O_2改性炭和混合改性炭进行模拟堆肥试验。(3)与空白组相比,添加秸秆炭、H_2O_2改性炭组和混合改性炭组氨气总排放量分别减少27.59%、15.20%和41.07%,混合改性炭组氨气总排放量显著低于秸秆炭组(P0.05)。与秸秆炭相比,混合改性炭添加降低了堆体pH,促进了有机质降解,进一步降低了堆肥氮素损失。添加秸秆炭、H_2O_2改性炭组和混合改性炭组甲烷总排放量分别减少14.10%、14.91%和15.54%,添加改性生物炭并没有进一步降低堆肥甲烷总排放量。添加混合改性炭提高了堆肥中细菌的多样性,改变了细菌群落结构,提高了物料中硝化细菌的平均相对丰度,降低了反硝化细菌和产甲烷菌平均相对丰度。综上所述,在本试验中,相比与其他生物炭,秸秆炭和木炭具有显著的有害气体减排潜势,先后经6 mol/L HNO_3和25%H_2O_2混合改性的秸秆炭有利于进一步提高堆肥产品质量和减少有害气体排放。
【关键词】：蛋鸡粪便 堆肥 氨气 甲烷 生物炭 化学改性
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-22
• 1.1 蛋鸡粪便处理现状10-11
• 1.1.1 沼气发酵10
• 1.1.2 直接还田10-11
• 1.1.3 饲料化处理11
• 1.1.4 好氧堆肥11
• 1.2 堆肥过程有害气体排放特征及机理11-14
• 1.2.1 堆肥过程中氨气排放特征及机理12-13
• 1.2.2 堆肥过程中甲烷排放特征及机理13-14
• 1.3 畜禽粪便堆肥过程中有害气体减排的措施14-16
• 1.3.1 调节C、N代谢14
• 1.3.2 改善通风及翻堆14
• 1.3.3 添加化学添加剂14-15
• 1.3.4 添加外源微生物15-16
• 1.3.5 添加物理吸附剂16
• 1.4 生物炭在堆肥有害气体减排中的研究进展16-18
• 1.4.1 生物炭的特性16-17
• 1.4.2 生物炭对有机废弃物堆肥中氨气减排潜势17
• 1.4.3 生物炭对有机废弃物堆肥中甲烷减排潜势17-18
• 1.5 生物炭表面化学改性的研究进展18-21
• 1.5.1 氧化改性19-20
• 1.5.2 还原改性20
• 1.5.3 有机溶剂改性20
• 1.5.4 表面活性剂改性20-21
• 1.6 本研究目的和研究内容21-22
• 1.6.1 研究目的21
• 1.6.2 研究内容21-22
• 2 材料与方法22-39
• 2.1 不同生物炭对蛋鸡粪堆肥过程氨气和甲烷减排的研究22-27
• 2.1.1 试验材料22-23
• 2.1.2 主要仪器及堆肥设备23-24
• 2.1.3 试验设计24-25
• 2.1.4 样品采集与分析25-27
• 2.2 改性秸秆炭的制备及优选27-28
• 2.2.1 试验材料27
• 2.2.2 改性秸秆炭的制备及表面特性分析27-28
• 2.2.3 氨氮吸附试验28
• 2.3 化学改性秸秆炭对蛋鸡粪堆肥氨气和甲烷减排的研究28-38
• 2.3.1 试验材料28-29
• 2.3.2 主要仪器及堆肥设备29
• 2.3.3 试验设计29
• 2.3.4 样品采集与分析29-38
• 2.4 数据处理38-39
• 3 结果与分析39-79
• 3.1 不同生物炭对蛋鸡粪堆肥过程氨气和甲烷减排的研究39-52
• 3.1.1 堆肥过程理化性质的变化39-43
• 3.1.2 堆体氨气排放量43-45
• 3.1.3 堆体甲烷排放量45-47
• 3.1.4 堆肥氮素转化47-51
• 3.1.5 小结51-52
• 3.2 改性秸秆炭的制备及优选52-57
• 3.2.1 改性秸秆炭吸附氨氮实验研究52-53
• 3.2.2 改性秸秆炭的理化特性53-55
• 3.2.3 改性前后秸秆炭红外光谱FTIR分析55-56
• 3.2.4 小结56-57
• 3.3 化学改性秸秆炭对蛋鸡粪堆肥氨气和甲烷减排效应及机理57-79
• 3.3.1 堆肥过程理化性质的变化57-61
• 3.3.2 堆体氨气排放量61-63
• 3.3.3 堆体甲烷排放量63-65
• 3.3.4 堆肥氮素转化65-69
• 3.3.5 堆肥样品中总细菌的数量69-70
• 3.3.6 堆肥样品 16SrDNA分析70-78
• 3.3.7 小结78-79
• 4 讨论79-83
• 4.1 不同来源生物炭对蛋鸡粪有害气体排放的影响79-80
• 4.1.1 不同来源生物炭对NH3排放及氮素原位控制的影响及机理79
• 4.1.2 不同来源生物炭对CH4排放的影响及机理79-80
• 4.2 混合改性秸秆炭对蛋鸡粪堆肥有害气体排放的影响80-82
• 4.2.1 混合改性秸秆炭减少蛋鸡粪堆肥NH3排放的机理80-81
• 4.2.2 混合改性秸秆炭对蛋鸡粪堆肥CH4减排的影响81-82
• 4.3 研究展望82-83
• 5 结论83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：280686