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[博士论文] 靳文尧
工业生态与环境规划 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国是农业大国,农业生产过程中产生的固体有机废物因产量大、难处理、污染严重近年被广泛关注,具有代表性的包括纤维素类生物质和禽畜养殖粪便。厌氧消化技术是处理农业固体有机废物的主流技术之一,因环境友好、可持续发展被广泛研究。纤维素类生物质受结构紧密、结晶纤维素等影响很难被普通微生物高效转化,常用的预处理方法存在操作复杂、成本高的问题。因此,有必要研究一种经济有效的预处理方法和一种可以高效转化该类废物的微生物系统,研发适用于广大农村地区的农业固体有机废物处理新技术,具有重大而深远的意义。
  本研究利用反刍动物瘤胃微生物高效降解纤维素类生物质原理,主要考察沼液对玉米秸秆预处理性能,小试、中试与工业化规模条件下体外模拟瘤胃微生物厌氧消化反应器高效降解玉米秸秆与禽畜养殖粪污产甲烷性能,主要研究内容包括:
  (1)采用正交实验方法,利用厌氧消化剩余沼液含有较高浓度氨的特性对玉米秸秆进行预处理。结果表明:经过沼液预处理后的秸秆表层结构被显著破坏,内部酯键、醚键等连接结构化学键断裂,相对结晶度从80%降低至最低的36.2%;9天的预处理时间、25℃左右的环境温度和50%的沼液投加量秸秆预处理效果最好,影响因素排序为预处理时间>预处理温度>沼液投加量;预处理使瘤胃微生物厌氧发酵秸秆产酸达到稳定期时间缩短40%,干物质消化率提高18%左右,与传统氨化剂对比分析,沼液对秸秆表层及内部结构破坏程度更高,对瘤胃微生物厌氧发酵糖化与酸化过程促进作用更明显,可操作性更强。
  (2)模拟反刍动物瘤胃环境,建立小试规模体外模拟瘤胃微生物连续厌氧消化反应器系统,初步探索瘤胃微生物体外驯化培养条件。结果表明:控制pH为6.5以上,39℃培养温度,120rpm的搅拌速度,模拟反刍动物唾液成分配置缓冲溶液,成功在改良的厌氧消化反应器中实现瘤胃微生物体外培养,单独玉米秸秆底物消化系统30天左右系统即可启动成功。干物质含量与停留时间是影响系统中间产物、酶活性和产气量的主要因素,9天停留时间,1g/(L·d)的干物质投加量条件下,系统产气量达到405mL/(g·VS),系统稳定后CH4、CO2和H2的含量约为60%,40%和0%。
  (3)采用Box-Behnken实验设计与响应曲面模型法,优化混合底物预处理及发酵条件,结果表明:预处理时间3天,混合比例1∶1即C/N比为19.37∶1条件下,预处理效果最好,混合物的相对结晶度从81.8%降低至54.74%,发酵水解酸化速率明显高于单独底物。混合底物消化系统22天即可启动成功,共代谢对厌氧消化混合底物性能的提高优于混合预处理,9天停留时间,干物质浓度1g VS/(L·d)和2g VS/(L·d)条件下,系统产气率均达到430mL/(g·VS),系统稳定后CH4、CO2和H2的含量约为60%,40%和0%。
  (4)在小试实验研究基础上,成功建立瘤胃微生物厌氧消化农业固体有机废物工业化试验基地。沼液预处理后的玉米秸秆相对结晶度降低至50~60%,瘤胃菌厌氧发酵干物质消化率达到73.25%,中试规模预处理效果良好;温度和pH是影响厌氧消化系统稳定的主要因素,添加尿素后对单独秸秆消化系统并无明显促进作用。瘤胃菌厌氧消化系统30天左右启动成功,单独秸秆厌氧消化最高含固率可达到3%,总产气量1550L/d左右并维持稳定,单位重量产气量达到395L/(kg·DM);混合厌氧消化系统含固率10%,总产气量维持在5100~5300L/d左右,单位重量产气量维持在420L/(kg·DM)左右,NH4+-N浓度为3000mg/L左右时对系统产气基本无影响;好氧堆肥系统控制C/N比为20∶1左右时,采用分段逐级鼓风控制系统,有机肥产品质量满足并优于NY525-2012《有机肥料》国家标准。
  (5)采用Miseq高通量测序方法,对瘤胃微生物体外演替与协同代谢机理进行了初步探索。结果表明,体外厌氧消化系统中微生物群落结构发生了较大变化,两个发酵系统中均保留了原始瘤胃微生物内核心纤维降解菌属,相对瘤胃细菌,真菌可以更好地适应新的系统,具备更为出色的纤维素类生物质降解能力。单独玉米秸秆厌氧消化系统中,演替出包括以水解纤维素、降解丙酮酸和糖类物质的优势细菌菌群,以水解纤维素与半纤维素及果糖的优势真菌菌群,系统内甲烷菌仍以氢营养型为优势菌群,代谢底物中H2主要来源于产氢产乙酸菌和乙酸分解菌。混合底物消化系统演替出与单独消化系统不同的纤维素水解及酸化细菌优势菌群,系统内甲烷生成包括了氢营养型与乙酸营养型两种途径。瘤胃微生物在体外厌氧消化系统中演替主要受到3个因素诱导,包括:1)生存环境变化导致部分微生物不能适应而被淘汰,2)底物诱导效应如易降解物质增多、氨氮压力等,3)甲烷菌大量富集改变了系统全过程代谢途径,氢分压降低并诱导大量互营菌出现。
  (6)在工业化试验基础上,建立农业固体有机废物综合治理与资源化示范工程,形成IMFZ关键技术(IMFZ,Integrated Methanation,Fertilization and Zero Emission Technology)。以存栏量十万头猪的规模化养殖场为例进行“区域农业固体有机废物处理与资源化中心”工艺设计,采用IMFZ技术协同处理秸秆与禽畜养殖粪污。项目总投资约6500万,年处理猪粪4.86万吨,污水10.44万吨,消纳秸秆2.54万亩,年可减排CO21.37万吨。项目年产天然气396万Nm3,有机肥10800吨,液态商品肥或叶面肥16.2万吨,直接经济效益2322万元,除去运行费用与折旧等,年利润约966.0万元,投资回报期7年左右。对纤维素类生物质收集半径进行分析,得到收购成本是影响纤维素类生物质原料收集半径的主要因素,项目规模越大装卸均摊成本越低,运输成本越高,在总成本中所占比例越大;在实验室小试、工业化中试与示范工程等基础上,建立了农业固体有机废物沼气化、肥料化、零排放集成技术与关键设备示范工程。
[硕士论文] 孙付超
森林保护学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:生物质气化技术是生物质洁净高效利用的重要方法,具有广阔的发展前景,生物质气化技术液体的大规模商业化利用是未来的发展方向,生物质气化液包括竹醋液、木醋液、秸秆醋液,随着竹木炭应用和生产规模不断增大,其副产物竹木醋液的应用却比较落后,造成大量过剩和经济损失,有些直接排放到空气而污染环境,严重影响生物质炭行业的可持续发展。
  因此,本文用3种醋液为实验材料,以气质联用(GS-MS)分析方法和捷测定竹醋液中有机酸和竹焦油的含量方法相结合,对3种醋液进行质量评价,用最优浓缩方法对醋液进行浓缩去焦油,提高醋液质量;浓缩不同有效含量进行田间除草,以期把生物质醋液制成植物源除草剂提供参考依据,为农林废弃物资源化利用提供新思路、新方向,具体实验结果如下:
  (1)质量评价标准以醋酸含量和焦油含量为指标生物质醋液的进行判定。
  (2)生物质气化液中和蒸馏浓缩优于无机盐除水浓缩和萃取抽滤浓缩方法。
  (3)3种生物质气化液经气质联用仪分析结果显示成分类似但有机酸含量尤其乙酸含量差异比较大。
  (4)3种生物质气化液与草铵膦除草试验可知,除草效果为:竹醋液的除草效果>木醋液除草效果>草甘膦除草效果>秸秆醋液除草效果,在同等的浓度下竹醋液的除草效果优于木醋液。
  把生物质醋液创制成植物源除草剂提供参考依据,填补了乙酸为活性成分除草剂在我国的一项空白,为农林废弃物资源化利用提供了开发思路和研究方向。
[硕士论文] 李易
安全科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:我国是最大的大蒜生产国,巨大的大蒜产量带动了大蒜加工业的发展。在大蒜加工过程中会产生的大量的大蒜废水,该废水由于其成分中大蒜素的杀菌作用使其难以自然处理。现有的针对大蒜废水的处理方法仅停留在生物降解为主,物理方法为辅的阶段。这样的方法不仅处理效率低,产水难以达标,并且极大地浪费了废水中的有效物质大蒜素。
  针对目前情况:本文设计了三种工艺流程进行分离实验,分别采用纳滤+反渗透、超滤+反渗透以及单级反渗透三种工艺进行实验,通过实验发现:三种工艺流程均可实现对大蒜废水的达标处理,其中三种工艺处理后的产水中,大蒜素的浓度分别降低至18.5mg/L、6.25mg/L和4.2mg/L;在对大蒜素与大蒜多糖的分离效果上,一级浓缩液中,大蒜素与大蒜多糖浓度比分别为0.187、0.074和0.012。实验表明,纳滤+反渗透在使产水达标的同时,可以更好地分离大蒜素与大蒜多糖。
  然后,为了充分解决废水处理问题,本文进一步对浓缩废液进行了絮凝-压滤处理。结果表明,在压滤前的大蒜废水浓缩液中投加1%PAC+0.1PAM进行絮凝沉降后,压滤得到的高干度泥饼相对不添加絮凝剂压滤产生的泥饼含水量下降了14.6%,有效降低后续固体废料的处理成本。
[硕士论文] 张鹏飞
市政工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:养殖业产生的废水含有大量污染物,若不经过处理直接排放,会对环境和生态造成很大的危害,尤其在养殖废水中发现抗生素类新兴污染物,更需要引起人们的关注。随着养殖业的不断规模化以及抗生素污染的日益严重,仍需不断探究新的工艺与技术。该论文选用物化处理工艺探究对养殖废水污染物的去除效果,降低有机物浓度的同时提高出水水质和抗生素去除率,为今后工艺改进或与生化工艺配合处理提供参考,对加快我国养殖废水治理,解决水体中抗生素污染等问题具有重要的意义。
  本文采用混凝+磷酸铵镁沉淀法(MAP法)+电化学高级氧化联合工艺探究养猪废水污染物去除情况,通过单因素实验考察混凝法、MAP法、电化学氧化对养猪废水COD、NH3-N、TP、色度、浊度的去除效果和影响,确定最佳反应条件。通过测定各处理单元出水水质指标以及抗生素浓度,分析其去除效果,探讨该工艺的经济可行性。实验结果表明:
  (1)本实验选用聚合氯化铝(PAC)、聚硅酸铝铁(PSAF)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)和壳聚糖五种混凝剂进行养猪废水处理研究。其中,PAC、PSAF、PFS对COD、TP、浊度去除效果好,三者对COD去除率分别为62.2%、61.0%、69.3%,对TP去除率分别为88.4%、91.1%、94.7%,对浊度去除率均在95%以上。正交试验结果表明,PFS对养殖废水COD、TP、浊度去除率均高于其他混凝剂,受pH影响较小,PFS且较为经济。在配比浓度为30g/L,投加量为450mg/L,原水pH为7.09情况下,PFS对废水COD、TP、NH3-N、浊度去除率分别达到65.1%、94.7%、13.9%和95.0%。
  (2) MAP法能够有效去除废水中的氨氮,回收磷元素,而电化学氧化进一步去除MAP法后养猪废水的色度、浊度、恶臭、易降解或难降解有机物等污染物。因此采用MAP法+电化学氧化处理养猪废水。通过单因素实验研究,MAP法在(Mg)∶n(N)∶n(P)=1.2∶1∶1,pH=9,搅拌强度200r/min,反应时间15min,静沉30min条件下,养殖废水出水氨氮浓度为44.2mg/L,TP浓度为5.95mg/L,氨氮去除率为96.7%。
  (3)电化学采用Ti/RuO2-IrO2-SnO2为阳极,不锈钢为阴极,在pH为9.0,极板间距为15mm,Cl-浓度为4000mg/L,电流密度为42.9mA/cm2,电解2h条件下,对养猪废水中COD、TP去除率分别达到48.1%、64.8%,出水COD、TP浓度分别为927.2mg/L、2.9mg/L,NH3-N和色度几乎完全去除。而MAP法+电化学氧化处理,COD去除率比单独电化学处理提高14%,MAP法降低浊度和氨氮,既减小悬浮物对电极表面的影响,也降低了氨氮与COD的竞争关系,同时提高电流效率,降低了能耗。
  (4)采用液质联用色谱检测发现原水中存在恩诺沙星、金霉素和土霉素抗生素,浓度分别为2.88×104ng/L、0.264×103ng/L和1.086×105ng/L。混凝对恩诺沙星、金霉素、土霉素抗生素的去除率分别为33.3%、92.5%、72.6%,MAP法对恩诺沙星、土霉素、金霉素抗生素的去除率分别为12.6%、68.3%、100%,而电化学氧化对恩诺沙星和土霉素抗生素总去除率达100%。为了验证电化学对恩诺沙星和土霉素抗生素的降解效果,模拟养猪废水中投加0.1mg/L土霉素、0.3mg/L恩诺沙星,以最佳条件电解反应5min,结果表明土霉素和恩诺沙星迅速去除。
  (5)实验通过混凝-MAP法-电化学氧化处理养猪废水,对COD、TP、NH3-N、色度和浊度的总去除率分别为84.0%、96.7%、99.6%、95.7%和97.6%。而对恩诺沙星、金霉素、土霉素抗生素的总去除率分别为99.9%、100%、100%。综合分析混凝+MAP法+电化学氧化处理养猪废水成本费用为4.43元/t,提高电化学COD去除率是下一步研究的重点,对该工艺仍需要不断的改进与优化。
[硕士论文] 马壮
环境工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着抗生素在畜禽养殖过程中的大量使用,养殖废水中残留抗生素及其抗性基因(ARGs)已经成为环境中抗生素和抗性基因污染的重要来源。传统的猪场养殖废水处理工艺虽然对COD、NH4+-N、TN和TP等常规污染物有一定的去除效果,但是并不能有效去除猪场养殖废水中的抗生素,甚至会加速ARGs的产生和扩散。AO4微氧曝气系统能有效去除养殖废水中常规污染物,但是其对抗生素及其ARGs是否具有显著的削减效果目前尚不清楚。本文通过运行猪场养殖废水AO4微氧曝气系统中试装置,采用超高液相色谱连用质谱(LC-MS/MS)和实时荧光定量PCR技术定量分析废水处理过程中抗生素浓度及其抗性基因的丰度变化规律,阐明了该系统对猪场养殖废水中抗生素及其抗性基因的削减效果,初步揭示了相关的削减机理。主要研究结果如下:
  (1)AO4微氧曝气系统可有效去除猪场养殖废水中COD、NH4+-N、TN和TP等常规污染物。在200天稳定运行期间,AO4微氧曝气系统对养殖废水COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别达到95%、95%、90%和95%以上,出水水质明显优于《畜禽养殖业污染物排放标准》(二次征求意见稿)的排放要求。
  (2)AO4微氧曝气系统能有效削减猪场养殖废水中的残留抗生素浓度。AO4微氧曝气系统维持相对较高的污泥浓度,能促进活性污泥对抗生素的吸附和降解,去除效果优于传统的猪场养殖废水处理工艺。根据废水中12种残留抗生素的定量分析,发现系统对四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素的去除率分别为99.34%,98.71%和88.52%。进一步分析表明,四环素类和喹诺酮类抗生素的削减机制主要为活性污泥吸附,而磺胺类抗生素的削减机制则主要为微生物降解或转化。
  (3)AO4微氧曝气系统可显著降低猪场养殖废水中ARGs绝对丰度,低DO浓度对削减ARGs相对丰度至关重要。系统对猪场养殖废水中检测到的6种ARGs绝对丰度的削减级数为104~106。AO4微氧曝气系统运行过程中,低溶氧浓度运行条件有利于提升废水处理系统总细菌含量,增加质粒等可移动遗传元件复制的代谢负荷,抑制ARGs产生和扩散,从而降低处理过程废水中ARGs的相对丰度。
[硕士论文] 刘亚樵
环境工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文以猪场废水难处理、可生化性差、气味大等问题为研究背景,以山东省无公害新雅生猪养殖场废水为研究对象,探究了Fe/C微电解对猪场废水的影响,包括Fe/C微电解对猪场废水COD去除效果的影响、Fe/C微电解处理并用曝气处理后的出水水质变化、Fe/C微电解处理后的水再进行曝气处理,其活性污泥组成的影响、Fe/C微电解处理后的水样中有机物组成的影响以及Fe/C微电解对水样中菌群结构的影响等。另外,本研究还从猪场废水中分离到一株乳酸菌,并将其扩大应用于猪场废水中,研究其对COD的去除效果以及除臭效果,取得的研究成果包括:
  (1)用Fe/C微电解对猪场原水样进行处理,水样的COD由3574.24mg/L降为1996.8mg/L,COD去除率为44%;在曝气池水样总体积为2L的条件下,当日处理量为100mL时,猪场原水样经曝气处理后,其COD由3574.24mg/L降为155.68mg/L,COD去除率为95%,对猪场原水用Fe/C微电解处理再用曝气处理后,COD由1996.8mg/L降为38.92mg/L,COD去除率为98%,COD值达到了国家对城市污水排放标准(GB18918-2002)一级A标准;在曝气池水样总体积为2L的条件下,当日处理量为500mL时,猪场原水样只用曝气处理,COD由3574.24mg/L降为1132.65mg/L,COD去除率为56%,而猪场原水先用Fe/C微电解再用曝气处理,其COD由1996.8mg/L降为352.18mg/L,COD去除率为73%,COD值达到了畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)中集约化蓄禽养殖业污染最高允许日均排放浓度。
  (2)用相衬显微镜分别对猪场原水样经曝气处理后的驯化污泥以及用Fe/C微电解处理后再用曝气处理后的驯化污泥进行观察,发现前者的活性污泥中有豆形虫(Colpidium)和斜管虫(Chilodonella)等微生物,说明水质状况不好;而后者可以观察到楯纤虫(Aspidisca)和钟虫(Vorticellidae),说明此种情况下水质良好,即Fe/C微电解处理后,水样的生化性有了很大的提高;傅里叶红外光谱检测污泥组成表明:Fe/C微电解处理可以将一些苯环的取代物氧化;X衍射结果显示:活性污泥中的无机物主要以SiO2为主的无机化合物以及其他元素的复杂化合物的形式或其他无定形态存在,并且活性污泥的结晶度较低,组成稳定;用气质联用检测猪场原水,结果显示:猪场原水样中含有很大比例的长链烷烃;而用气质联用检测Fe/C微电解处理后的水样,发现水样中长链烷烃的比例大幅度降低,出现了很多酚类、喹啉类等环状化合物。
  (3)宏基因组测序结果显示:Fe/C微电解处理后的水样在曝气驯化过程中形成了以Comamonas(丛毛单胞菌属)、Ferribacterium(铁杆菌属)、Aridibacter(旱杆菌属)及Zoogloea(动菌胶属)为主的具有高效降解有机物和反硝化性能的菌群结构;经Fe/C微电解处理并进行曝气驯化后的水样与猪场原水样只用曝气处理后的水样相比较,结果表明:前者中微生物的序列数和OTU数目即物种总数减少,但是菌种的种类数目增多,群落的多样性更好,菌群结构更加稳定。
  (4)从猪场废水中分离纯化得到的乳酸菌RS-5为革兰氏阳性菌,菌落较小,凸起,乳白色,半透明,边缘平整,表面光滑。乳酸菌RS-5可以分解利用蔗糖、葡萄糖产酸,不产氨,无过氧化氢酶活性。通过分类学位置可以确定菌株RS-5为植物乳杆菌属(Lactobacillus plantarum)。乳酸菌RS-5对猪场废水中的COD有一定的降解作用,但降解效果不明显。在自然条件下、厌氧条件下和好氧条件下,乳酸菌接种量为5%,处理时间为六天,猪场废水的COD去除率分别为27.85%、35.68%和48.98%;乳酸菌RS-5对猪场废水除臭效果明显,并且乳酸菌接种量越高,除臭效果越好,从处理效果及经济方面考虑,5%的乳酸菌接种量,可以达到明显除臭效果,为最适接种量。
[硕士论文] 奉小明
环境生态学 广西大学 2018(学位年度)
摘要:作为农田生态系统中重要的组成部分,蔬菜地具有“复种指数高,施肥量大”的特点,是含氮气体氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)的重要排放源。N2O和NO不仅是直接或间接性导致全球气候变暖的温室气体,而且也是造成臭氧层空洞的污染气体,二者在全球气候变化及生态环境中扮演着重要的角色。因此,研究蔬菜地N2O和NO的排放具有重要的意义。
  本研究以洞庭湖地区典型露天传统施肥蔬菜地为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法和静态暗箱-化学发光法,对其垄上(种植行)和垄间(种植行间)的N2O和NO排放通量进行了近一周年(两个蔬菜季)的原位观测,结果如下:
  洞庭湖地区蔬菜地是大气N2O和NO的重要排放源。在当地常规施肥管理模式下(施肥量521kgN ha-1yr-1),蔬菜地垄上和垄间N2O的通量范围分别是-1.1~3285.6μgN m-2h-1和-1.1~530.8μg N m-2h-1,二者之间具有显著的差异性(P<0.01)。按照垄上和垄间所占的面积比重(7∶3),计算的加权平均值为3.9~2369.4μgN m-2h-1。垄上和垄间NO的排放通量范围分别为-0.9~1291.9μgN m-2h-1和-0.3~309.5μg N m-2h-1,加权平均值为-0.8~997.2μg N m-2h-1。N2O和NO的年累积排放通量分别为9.43kg N ha-1和1.41kg N ha-1,二者的直接排放系数分别为0.74%和0.24%。
  洞庭湖地区蔬菜地N2O和NO的排放通量具有春夏高、秋冬低的排放特点,这是由于土壤温度、土壤含水量(WFPS)、施肥、旋耕等环境因子和农田管理措施共同作用的结果。在不同的时段,N2O和NO的排放通量与温度之间均表现为指数关系。土壤含水量对N2O的排放有直接关系,当WFPS<60%时表现为显著正相关,WFPS>60%时则表现为显著负相关,未发现土壤含水量对NO排放有显著的影响。施肥增强了N2O和NO的排放,施肥后的一段时间N2O和NO持续高排放。N2O排放通量与土壤中的NO3-含量变化趋势一致,但没有达到显著相关。NO的排放趋势和NH4+浓度的变化趋势基本一致,呈显著的线性相关,说明N2O和NO的排放还受到其他因素影响。
  蔬菜地全年N2O和NO排放累积通量的总体误差分别为3%和2%,其中,由于通量计算方法引起的N2O排放的系统误差会使估算的通量偏低0~42%,而NO通量由于计算方法引起的误差无法估算。随机误差主要来自观测通量的空间差异,在开展农田温室气体通量观测时,应适当增加空间重复,以减小随机误差,同时还应兼顾垄上和垄间等存在显著差异的区域,均布设观测点,避免对通量观测结果造成系统性偏差。
[硕士论文] 韩帅
环境工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,各类抗生素在畜禽养殖业中的大量乃至过量使用,致使环境中抗生素抗性细菌(Antibiotic resistance bacteria,ARB)和抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes ARGs)的污染正在加剧。作为环境中抗生素耐药菌和抗性基因的重要源头,畜禽环境中ARB和ARGs的相关研究较少,特别是养殖场空气环境中ARB和ARGs污染规律未见系统研究。针对以上不足,对北京地区某典型蛋鸡养殖场粪便,舍内外空气样本进行采集,对其中ARB的浓度,耐药性以及影响因素进行分析,在此基础上,考察了ARGs污染种类和浓度。本研究结果将为养鸡场环境中ARB和ARGs对周围环境的危害评估和制定相应的控制措施提供基础依据。
  首先,采用6级撞击式采样器采集鸡舍内外空气,同时采集蛋鸡粪便,对其中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、金黄色葡萄球菌(S)和总细菌(LB)浓度变化趋势及其可能的影响因素进行分析。通过K-B药敏纸片法对鸡场空气和粪便中MRSA对7大类14种抗生素,青霉素(PEN)、氨苄西林(AMP)、头孢哌酮(CFP)、链霉素(STR)、庆大霉素(GEN)、阿米卡星(AMK)、红霉素(ERY)、环丙沙星(CIP)、左氧氟沙星(LEV)、诺氟沙星(NOR)、四环素(TET)、强力霉素(DOX)、磺胺甲恶唑(SXT)、万古霉素(VAN)的耐药情况进行研究。运用微滴数字PCR(ddPCR)技术对鸡场舍内外空气和粪便样本中的6类22种抗生素抗性基因,β-内酰胺类(blaPSE,blaCTXM,blaTEM,blaOXA10,mecA),氨基糖苷类(aadA1,aadA2,strB,aac(6')-Ⅱ,aphA3),大环内酯类(mpha,mefA,ermA,ermB),磺胺类(sul1,sul2,dfrA1),四环素类(tetG,tetW,tetQ),万古霉素(VanA,VanB)和两类基因整合子(intI1,intI2)进行定量分析。
  研究结果表明,空气和粪便中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌浓度平均浓度为4.31±4.56×102CFU·m-3和3.37±4.83×104CFU·m-3,占金黄色葡萄球菌比例分别为41.99%±26.99%和22.11%±20.06%。鸡舍内空气和粪便中总细菌浓度随蛋鸡的日龄增加而呈现线性升高;整体上,金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌浓度随日龄增加而增加,并受舍内温度和颗粒物浓度的影响。
  药敏实验结果表明,本次实验所分离到的MRSA和金黄色葡萄球菌对β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、喹诺酮类、四环素类均表现出显著的耐药性,对磺胺甲恶唑和阿米卡星敏感性较高,对多肽类的万古霉素则为完全敏感。粪便中的金黄色葡萄球菌和MRSA对头孢哌酮的耐药程度,随蛋鸡日龄的增加而下降,与蛋鸡日龄呈显著负相关,对诺氟沙星的耐药程度与蛋鸡日龄呈显著正相关,在蛋鸡日龄较小时表现出轻度耐药,到成年时期则出现高度耐药乃至完全耐药情况。
  抗性基因究结果显示,本研究所选取的6类ARGs的目标基因及两类基因整合子在鸡舍空气和粪便中大部分都可以被检测到。其中blaTEM、aadA1、aadA2、ermB、tetW、sulI2、sulI1为空气和粪便样品中检出率及丰度较高的基因。从各类抗性基因总量角度来看,依次排序为,氨基糖苷类>四环素类>β-内酰胺类>大环内酯类>磺胺类>多肽类。所选取的六类ARGs中均有与移动基因元件(intI1、intI2)呈显著正相关的目标基因,且这种正相关性在粪便样本中检出较多,舍内空气样本次之。
[硕士论文] 吴丹
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:目前环境中抗生素的污染逐渐增加,规模化畜禽养殖作为环境抗生素和抗性基因污染的重要来源之一,其污染的状况及去除特征逐渐成为人们关注的热点。本论文以抗生素和抗性基因为研究对象,建立和优化了畜禽粪便中抗生素检测方法,调查了北京地区规模化养鸡场、好氧堆肥厂、厌氧消化厂的抗生素残留及抗性基因污染状况,并研究了土霉素、磺胺甲嗯唑、环丙沙星和红霉素等4种抗生素在不同通风条件下的好氧高温堆肥降解规律,主要结论如下:
  首先,建立了一套固相萃取-高效液相色谱串联质谱法(SPE-HPLC-MS),用于检测样品中四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类抗生素。通过对样品预处理条件优化后,进行方法验证,16种抗生素的加标回收率介于61.89%~97.08%之间,检出限为0.01~2.50μg kg-1,定量下限为0.05~7.86μg kg-1,线性相关性为0.9914~0.9996。该方法方便快速、价格低廉且准确灵敏,并应用该方法对北京地区典型规模化养鸡场、好氧堆肥厂和厌氧发酵厂的鸡粪、有机肥和沼渣中抗生素残留进行了检测分析,结果表明,四类抗生素在所有样品中检测率为100%,且厌氧发酵厂中抗生素浓度高于好氧堆肥厂中抗生素浓度。
  其次,对鸡粪、有机肥和沼渣中的抗性基因(ARGs)进行了定性分析和定量分析,从78种抗性基因中筛选出17种代表性的抗性基因进行dPCR定量分析,四类抗生素ARGs检出率均在90%以上,四环素类抗性基因tetA1,tetM2和磺胺类抗性基因sul11,dfrA1检出率达到100%。不同的粪便来源对不同机制的四环素抗性基因的存在影响较大。
  最后,设计堆肥模拟实验,研究了土霉素、磺胺甲噁唑、环丙沙星和红霉素等4种抗生素的降解规律。本文主要研究了不同通风方式下高温堆肥对鸡粪中四种抗生素的去除效果,阐明不同通风条件对抗生素去除效果的影响,并对堆肥过程中的温度、含水率、pH、EC和GI进行论述。设有静置堆肥、自然通风风和强制通风三个实验组,三个处理组对抗生素的去除率高低依次为强制通风>自然通风>静置堆肥,去除率在90.0%~99.9%之间。与正常堆肥体系相比,抗生素的添加并没有影响堆肥试验的进行。抗生素在堆肥中降解可用一级动力学方程进行拟合,相关系数在0.9212~0.9950之间。三种处理中强制通风半衰期最短,静置堆肥半衰期最长,说明充足的氧气和定期翻堆可以促进抗生素的降解,提高抗生素降解速率。
[博士论文] 赵峥
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着化石能源枯竭和环境污染双重问题的日益严重,可再生能源的开发及应用得到了研究者的广泛关注。麦秸作为木质纤维素类非粮农作物废弃物,价格低廉、产量大、分布广泛,从而成为了生物质能源的首选原料之一。由于麦秸的结构复杂,难以被水解,因此需要进行预处理。近年来,离子液体预处理麦秸得到了广泛的认可,但所用离子液体降解木聚糖较多、合成步骤复杂、成本高,限制了此技术的工业化发展。
  本文通过以下两条途径解决离子液体存在的上述问题:第一,开发离子液体-共溶剂混合物,用于麦秸预处理的研究,通过降低离子液体用量,进而降低离子液体的成本、减少多聚糖损失;第二,开发一系列与离子液体性质相似的低共熔溶剂,用于麦秸预处理的研究,进一步降低溶剂成本。
  本文首先以[Bmim][Cl]为溶剂、以3类酸性溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮类酸性离子液体、酸性低共熔溶剂、72%H2SO4)为催化剂预处理微晶纤维素,分别考察了酸性溶剂的种类、温度和时间对还原糖产率的影响。第二,采用酸性、中性低共熔溶剂预处理麦秸,分别考察了低共熔溶剂种类、预处理温度和时间、溶剂pH和粘度对木质素去除率和多聚糖转化率的影响,并研究酸性低共熔溶剂预处理麦秸的机理。第三,开发了一系列碱性乙醇胺类低共熔溶剂预处理麦秸,考察了低共熔溶剂种类、溶剂的pH值和粘度、预处理温度和时间对木质素去除率和聚糖转化率的影响。第四,开发了一种新型的胆碱氨基酸类离子液体([Ch][AA])-甘油混合物作为麦秸预处理的溶剂,考察了离子液体含量、溶剂pH、预处理温度、预处理时间对木质素去除率、酶水解效果的影响。主要研究结果如下:
  纤维素预处理研究表明,以[Bmim][Cl]为溶剂、以[Hnmp][FeCl4]为催化剂对纤维素预处理的能力最强,在水解温度为100℃、水解时间为1h的条件下,[Hnmp][FeCl4]水解纤维素最大还原糖产率可达97.9%;与文献中其他酸性离子液体水解纤维素所得最大还原糖产率相似,但[Hnmp][FeCl4]的预估成本更低;氯化胆碱∶乳酸(C∶L,摩尔比1∶2)水解纤维素的能力比[Hnmp][FeCl4]更温和,适合用于真实原料的预处理。
  酸性、中性低共熔溶剂预处理麦秸研究表明,采用C∶L对麦秸的预处理效果最佳,在预处理温度为90℃、时间为12h、液固质量比为20∶1的预处理条件下,木质素去除率和木聚糖损失率分别为49.0%和80.4%,预处理残渣酶水解72h后纤维素和木聚糖转化率分别为93.9%和69.0%。预处理后麦秸的XRD、FT-IR和SEM表征结果证明了此预处理过程中木聚糖和木质素的去除提高了酶水解效果。
  碱性乙醇胺类低共熔溶剂预处理麦秸研究表明,采用氯化胆碱∶单乙醇胺(摩尔比1∶6,C∶M)对麦秸的预处理效果最佳。在预处理温度为70℃、预处理时间为9h、液固质量比为20∶1的条件下,木质素去除率达71.4%、纤维素保存率达93.7%;预处理残渣酶水解72h后纤维素转化率达89.8%、木聚糖转化率达62.0%。C∶M的预处理能力与其他溶剂相似,并且C∶M具有原料价格低廉、合成步骤简单、预处理条件温和、降解多聚糖较少等优点。溶剂的pH值对其预处理能力有很大影响;碱性越强,木质素去除率越大,酶水解效果越好。预处理后麦秸的XRD、FT-IR和SEM表征结果证明了此预处理过程中木聚糖和木质素的去除提高了酶水解效果。
  [Ch][AA]-甘油混合物预处理麦秸研究表明,采用50%[胆碱][丙氨酸]-甘油(50%[Ch][Ala]-甘油)预处理麦秸效果较好,在预处理温度为90℃、预处理时间为6h和液固质量比为20∶1的条件下,预处理残渣的木质素去除率达67.6%、纤维素保存率达95.2%,水解后纤维素转化率达89.7%、木聚糖转化率达70.9%。[Ch][AA]不仅能够去除木质素,并且能够溶胀但不溶解纤维素。预处理残渣酶水解72h后,50%[Ch][Ala]-甘油预处理效果与其他溶剂相近,但此混合溶剂生物相容性好、甘油的加入降低了[Ch][Ala]的成本、此混合溶剂预处理麦秸(<100℃)降低了纯甘油的预处理温度(>200℃)、降低了多聚糖的损失。
[硕士论文] 胡健楠
环境科学与工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:垂直潜流湿地被广泛应用于废水处理之中,但很少有应用于海水养殖废水的处理之中。海水养殖废水中含有大量氮磷营养盐、有机物和盐分,可生化性好,适于利用人工湿地进行处理。将海水养殖废水引入人工湿地系统,在提高人工湿地对海水养殖废水中氮营养盐的去除效率的同时,有望促进厌氧氨氧化过程,从而优化人工湿地处理系统。
  本研究选用耐盐植物盐地碱蓬,构建了人工湿地小试系统,开展养殖废水中氮磷污染物的去除研究。首先研究人工湿地小试系统对于海水养殖废水中氮磷污染物的去除效果,为其处理海水养殖废水的能力提供科学依据;其次从分子生物学角度出发,探寻人工湿地小试系统对海水养殖废水中氮营养盐的处理机制,为进一步优化人工湿地系统提供理论依据;最后在前段研究的基础之上,研究不同盐度对厌氧氨氧化菌数量和丰度的影响。本研究得到结论如下:
  (1)盐度升高对总磷的去除效果影响不大,但总氮的去除效率有所降低。系统对于氨氮的去除效果随着盐度升高而下降,亚硝氮在较高盐度时有明显积累,硝氮的去除效果稳定。但是在4%的盐度下,湿地装置中总氮去除效率仍可维持在65%以上。
  (2)基质不同深度对氮的去除效果不同。在0-20cm,氨氮和硝氮的浓度大幅下降,污染物去除效率最高;在经过前40cm基质后,2%和3%盐度下的硝氮去除效率较高。0%的系统中几乎没有亚硝氮的积累,亚硝氮在较高盐度(>3%)时有明显积累,氨氮和亚硝氮的浓度比值接近1∶1,更加有利于厌氧氨氧化过程的发生。
  (3)系统中的细菌群落分布受到盐度和基质深度的影响较大。随着盐度的增加,OTU值逐渐降低,说明盐度降低了湿地中微生物的群落多样性。0%系统中,0-20cm处微生物丰度及多样性都是最高;20-40cm处,2%盐度下微生物丰度及多样性最高。在系统中主要存在22个菌门,其中丰度最高的菌门为Proteobacteria(变形菌门)。由于环境中微生物多样性较高,仍有大量的细菌没有被测序和发现。
  (4)系统中全部厌氧氨氧化菌均来自于浮霉菌门,且随盐度升高,海洋厌氧氨氧化菌逐渐成为优势菌群。厌氧氨氧化菌大部分更适应在3%盐度下生长繁殖,尽管厌氧氨氧化菌的丰度有所增长,但它仍不是系统中的优势种。但在这次试验中,我们也看到了利用高盐度促进厌氧氨氧化过程的可能性。
[硕士论文] 马玉婷
生态学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:江苏省设施蔬菜面积近700万亩,常熟市的蔬菜播种面积达42万亩,亩产量6.5吨。蔬菜高产的同时,带来了尾菜量的增加,处置不当即成为农村新的重要污染源。本文以设施蔬菜废弃物(尾菜)为研究对象,研究设施蔬菜产生的尾菜通过蚯蚓、甲烷菌等生物消解及回用技术,探索尾菜的就地资源化利用模式,推进设施蔬菜区生态循环农业的发展。本文在研究试验区尾菜周年生产量变化的基础上,通过不同种类尾菜的沼液发酵和蚯蚓生物消解等试验,同时开展了尾菜发酵沼液替代化肥对牛心菜生长的影响研究。主要结论如下:
  1.设施蔬菜区的尾菜的周年产出量有一定的变化规律,夏季产出量最高,平均产出达5833.33公斤/亩,是冬季的2.07倍,是春季的1.6倍,是秋季的1.06倍;叶菜类尾菜的全氮、全磷、全钾含量均高于其他类的尾菜。
  2.不同类型的尾菜在厌氧发酵进程中有差异,瓜果类尾菜废弃物更易于发酵成沼液。不同类型的尾菜发酵完全后的沼液中养分含量有差异,叶菜类、瓜果类的全氮含量高于藤蔓类、杂草类,叶菜类、藤蔓类的全磷含量高于瓜果类、杂草类,叶菜类的全钾含量显著高于其它类,藤蔓类最低。
  3.尾菜通过蚯蚓生物消解后能增加土壤中氮磷钾含量,其中以叶菜类尾菜消解后土壤的氮磷钾含量显著高于其它尾菜,叶菜类尾菜的全氮含量比藤蔓类尾菜、瓜果类尾菜、杂草类尾菜分别高了0.13%、0.06%、0.13%,全磷含量分别高了0.013%、0.027%、0.35%,全钾含量分别高了0.078%、0.158%、0.177%。
  4.在沼液回用上,60%的沼液浸种能有效提高牛心菜种子的发芽率,替代了60%化肥氮的沼液施肥、叶面喷施能有效提高牛心菜的产量,改善其农艺性状,提高品质,改善果实风味,降低果实中硝酸盐的含量。
  5.蚯蚓工程床生物消解尾菜的速度总体比沼液发酵消解尾菜的速度快,两种不同消解方式对藤蔓类尾菜的影响最大,同样消解20kg尾菜,蚯蚓工程床比沼液发酵消解平均少13天,对叶菜类的影响最小,平均少3.25天;夏季最好采用蚯蚓工程床消解,而冬季除了藤蔓类尾菜,其他类尾菜用两种消解方式均可。
[博士论文] 罗龙皂
环境工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国养猪业及沼气工程的快速发展,随之产生的大量猪场沼液给周边生态环境造成严重威胁。猪场沼液中含有丰富的氮磷元素,将其资源化利用是实现养猪业可持续发展的必然选择。微藻在实现废水氮磷资源化方面显示出巨大潜力,但存在应用范围受限(低浓度废水)、需补充外部碳源及易受溶解氧抑制等问题。本文以近具刺链带藻(Desmodesmus sp CHXl)为研究对象,首先分析了微藻生长、pH和氨氮浓度三者之间的相互关系,探索出削减沼液中高氨氮抑制微藻生长的pH调控策略,并通过向微藻中添加有机物降解菌来促进微藻对废水中内生碳源的利用并降低溶解氧对微藻生长的抑制作用,探明了有机物降解菌对微藻脱氮除磷的强化机理和运行条件,在此基础上设计了敞开式连续流光生物反应器(FPCO-PBR),对其运行参数、微生物稳定性及资源化利用潜力进行探讨,主要结论如下:
  (1)探明微藻生长、pH和氨氮浓度三者之间的相互关系,寻找削减高氨氮废水抑制微藻生长的pH调控策略。
  近具刺链带藻(Desmodesmus sp CHXl)在高氨氮废水中的生长受到抑制,其对游离氨的最大耐受浓度为6337mg L-1。调节废水pH可以减少游离氨对微藻生长的抑制作用,当废水初始氨氮浓度不超过1200mg L-1时,将pH控制在7.5左右时可以确保微藻生长;当废水初始氨氮浓度超过1200mg L-1时,将pH控制在6.5左右时可以确保微藻生长。
  (2)构建有机物降解菌强化微藻资源化利用猪场沼液体系,探明添加有机物降解菌对微藻生长及其脱氮除磷能力的强化效果、机理与运行条件。
  添加有机物降解菌使微藻系统中微生物多样性明显增加,且主要以有机物降解菌数(如Bacillus和Paenibacillus等)为主,它们加速有机物的分解,为微藻生长提供无机碳源和降低溶解氧累积,从而促进微藻生长和废水中氮磷去除,其中微藻对氨氮和总磷的吸收率分别较对照处理提高6.37mg L-1d-1和059mg L-1d-1。藻-菌系统适宜的工作条件为:敞开、温度30℃、光照强度400μmol photons m-2s-1、细菌和微藻的初始接种比例为1∶1。
  (3)设计FPCO-PBR反应器,探讨其运行参数、微生物稳定性、氮磷去除效果及生物质产品产率,探讨其实现猪场沼液资源化可行性。
  在上述藻-菌系统脱氮除磷条件研究的基础上,设计了FPCO-PBR反应器,并对其运行参数进行研究。发现FPCO-PBR反应器运行适宜的布水方式为多点式或喷淋式,最佳水力停留时间为2d,微藻收获的时间间隔控制在2d为宜。FPCO-PBR反应器运行稳定后系统微生物稳定性与启动阶段相比基本保持稳定,此时氨氮和总磷去除率分别为95%和75%左右,氮磷的回收率分别维持在20%(30mg L-1d-1)和80%(7mg L-1d-1)左右,生物量产率为047g L-1d-1。收获的藻-菌混合生物质理论上可以产生10426¥kg-1的经济价值(未考虑光照等成本),即处理一吨废水可以产生4900元的收益。藻-菌混合生物质在有机肥料生产、色素提取及水产动物饲料生产等方面展示出巨大的潜力,表明利用FPCO-PBR反应器实现猪场沼液资源化是可行性的。
[硕士论文] 苏家磊
环境工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:我国是一个畜禽养殖大国,奶肉牛养殖量在世界一直位居前列,每年都会有大量的牛粪产生,牛粪如果处理不当,会使环境遭受巨大的威胁,如果处理得当不仅会减少对环境的危害,还可以生产出很多高附加值的产品,获得良好的经济效益、社会效益和生态效益。因此,如何将牛粪资源化、无害化处理成为处理畜禽养殖业污染的关键问题。
  晒干的牛粪主要组分与植物性生物质相同,包括纤维素、半纤维素和木质素等。因此可将其定义为一种木质纤维素。目前关于牛粪的资源化利用主要集中在堆肥、热解和厌氧发酵等传统方式上,本文以牛粪的新型资源化为方向,研究用牛粪制备高附加值的化学品和碳基固体酸催化剂。
  本文首先以牛粪为底物,研究在水相中稀酸催化制备乙酰丙酸,探究KOH预处理和催化试验中酸种类、反应时间、反应温度、底物添加量和酸浓度等几个因素对产物产率的影响,对乙酰丙酸的制备过程进行优化。当牛粪未经预处理时乙酰丙酸产率仅为135g/kg;底物牛粪经过预处理后乙酰丙酸达到最高产率338.9g/kg,此外另一个重要产物甲酸产率也可达到约160g/kg,整个体系牛粪转化为乙酰丙酸和甲酸的总产率高达500g/kg。这主要是因为KOH预处理去除了牛粪中的大量木质素和半纤维素,破坏了木质纤维素结构,增加了牛粪中的纤维素与酸性位点的接触,从而促进牛粪转化为乙酰丙酸。
  在下一步试验中,仍以牛粪为底物,以NaOH碱处理法对牛粪进行预处理,破坏木质纤维素结构。之后以低浓度硫酸为催化剂,在无水乙醇中醇解牛粪制备乙酰丙酸乙酯。在催化醇解试验过程中,考察了反应时间、反应温度、底物添加量和酸浓度几种因素对试验结果的影响,优化出了制备乙酰丙酸乙酯的最佳条件。试验结果表明当底物为未预处理牛粪时,乙酰丙酸乙酯最高产率为120g/kg;底物为预处理牛粪时,乙酰丙酸产率可以达到293.8g/kg。
  本文在最后以牛粪为原料,以KOH为活化剂,制备出了含有羧基(-COOH)和酚羟基(-OH)的碳基固体酸催化剂,经过各种表征分析和纤维素水解试验,证明了活化温度600℃时固体酸催化剂的催化活性最佳。当固体酸直接用于催化原纤维素水解时,水解产物产率较低;当经过固体酸与纤维素混合球磨预处理后水解效果明显增强,试验条件优化后在水溶剂和0.015wt%盐酸溶剂中葡萄糖产率可以分别达到59.3%和74%,这证明了混合球磨对纤维素水解的双重促进作用。最后我们将固体酸制备方法应用于其他农业废弃物,试验证明制备出的固体酸催化纤维素水解同样也可以获得很高的葡萄糖产率。
  本论文提出了农业废弃物牛粪资源化的新途径,既可以避免牛粪带来的环境污染,又能够创造价值,待试验条件进一步完善并应用于规模化生产时,必将拥有广阔的前景。
[硕士论文] 潘亚茹
农业生态学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:随着经济的不断发展以及人民生活品质的逐渐提升,人们的消费理念和饮食结构产生了新的变化,对肉蛋奶类产品的需求不断增加。畜禽养殖业具有增收比较优势,发展迅速。畜禽养殖业的快速发展,提升人们生活品质的同时,产生了大量畜禽废弃物。未经有效处理的畜禽废弃物对生态环境造成严重污染的同时也成为了水体富营养化的主要原因。
  洱海位于中国云南省西部的苍山东麓,是云南省第二大高原湖泊。其湖水清澈,透明度高,被称为大理人民的母亲河。但是近年来洱海水质却不断恶化,生态功能面临严重威胁。在各种污染源中,奶牛废弃物污染占主导地位。洱海流域现奶牛集中规模化养殖比例很小,高达95%以上沿袭传统的2~3头/户为主的散养方式。小且分散的奶牛养殖状况,随意随处堆积的奶牛粪便,遇雨水冲刷流入洱海流域,造成水质富营养化。
  本文以洱海流域散养奶牛废弃物集中规模化清洁处理为例,借鉴公共物品理论、经济外部性理论和激励理论,基于文献研究、问卷调查和实证建模等方法,提出建立村镇牛粪收集池。借助321个大理州奶农的调查数据,估算了农户参与牛粪规模化集中处理意愿的影响因素,进一步明晰了农户参与村镇收集池建设的支付意愿及强度的影响因素,量化了农户对村镇收集池的分担成本以及政府为激励农户持续参与牛粪清洁处理行动的补贴金额,探讨了针对洱海流域散养奶牛养殖污染规模化防控的高效组织模式及运行机制,以期为洱海流域的水体污染治理以及大理州未来养殖业的健康发展提供理论基础及数据支撑。
  文章主要研究结论如下:
  1.洱海流域奶牛散养户参与牛粪规模化集中清洁处理的意愿受多种因素的影响,其中受教育程度、农户卖牛粪意愿和与肥料企业合作意愿等因素与农户参与牛粪规模化处理意愿呈正相关。
  2.62.68%的奶牛养殖户对参与村镇牛粪收集池的建设具有支付意愿;
  3.户主受教育程度、家庭收入主要来源、奶牛养殖头数、耕地数量及牛粪还田方式是影响农户参与村镇收集池建设支付意愿的重要因素。
  4.户主年龄、受教育程度和牛粪是否还田是影响农户支付意愿强度的重要因素。
  5.政府为鼓励农户持续参与“牛粪集中清洁处理行动”的补贴标准是635.1元/户/年;农户愿意为村镇牛粪收集池的建设分担的成本费用介于224.0元-413.2元之间。
  6.针对洱海流域散养奶牛废弃物污染现状,结合村镇牛粪收集池模式,辅助提出“农户为主体庭院内有独立收储空间场地的“奶牛粪便覆膜收集资源化处理模式”和农户为主体的利用房前屋后原有露天奶牛粪便收集池建立“露天堆置覆膜堆沤贮存清洁资源化处理模式”。
[硕士论文] 王霜
环境工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:猪场废水经厌氧消化处理后,氨氮基本没有降解。在土地紧张地区,厌氧消化液必须经过脱氮处理,达到排放标准后才能排入水体。由于厌氧消化液高氮低碳的特性,传统的硝化-反硝化工艺处理需要添加碳源、碱源,处理成本高,并且脱氮效率低。短程硝化-厌氧氨氧化(PN-Anammox)工艺因不外加碳源和碱源、脱氮负荷高、运行费用低和占地空间小等优点而备受关注。但是,PN-Anarmnox工艺处理厌氧消化液时常有启动时间长、脱氮效能不高,并且运行效果不稳定等问题。基于此,本论文紧密围绕“PN-Anammox同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液调控策略”展开研究。针对PN-Anammox同步脱氮工艺应用过程中的技术难点,本文研究了脉冲曝气控制短程硝化,添加零价铁、接种功能微生物等促进PN-Anammox同步脱氮等调控措施。探寻了PN-Anammox同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的潜在脱氮效能及微生物机理。得出以下结论:
  (1)采用SBR反应器,考察不同的曝气频率对硝化过程的影响,短程硝化(PN)反应产物匹配厌氧氨氧化反应程度,确定最适的曝气频率,并评估不同脉冲曝气频率下的经济性。结果表明:在稳定阶段,3种脉冲曝气频率下亚硝酸盐积累率都在90%左右,NOB活性几乎为0,说明3种脉冲曝气频率都可以稳定实现PN反应。其次,曝气频率越高,出水NO2--N浓度越高。曝气频率最低的R3(2次h-1)更加符合既可以稳定控制PN过程,其出水又匹配Anammox反应的要求。能效分析表明,脉冲曝气频率越高,实际氧转移率和动力效率越高;在相同的曝气速率下,当产生等量的DO时,R1(6次h-1)的能耗分别比R2(3次h-1)和R3(2次h-1)低29.6%和48.5%。
  (2)试验了脉冲曝气下添加零价铁对PN-Anammox工艺脱氮效能的影响。结果表明:R1、R2和R3的氨氮转化率(ACE)和亚硝酸盐积累率(NAR)分别为93.2%、88.0%、81.2%和77.5%、89.3%、90.6%;R1、R2和R3的总无机氮去除率(TNRE)分别为38.4%、45.3%和51.3%。虽然R3获得了较高的NAR和TNRE,但总氮去除率仍不够高。该结果说明反应器均处于短程硝化阶段,Anammox细菌活性较低,因而未能降解基质(NO2--N和NH4+-N)。污泥浓度在243天运行中未有明显增加,且SVI低于30mLg-1SS,脱氮功能微生物相对丰度大于1%的只有Nitrosomonas。究其原因,第一,短程硝化反应产生的大量H+,致使反应体系pH过低(低至4.0),从而影响功能微生物的生长和代谢,同时也影响底物有效性,产生大量的FA和FNA,对功能微生物产生抑制作用。其次,过低的pH导致铁离子的大量析出(R1、R2和R3的总铁浓度平均为1009mg L-1,558mg L-1,319mg L-1),抑制脱氮功能微生物。
  (3)通过接种PN-Anammox颗粒污泥,采用逐步提高氨氮浓度和降低HRT的方法,进行了PN-Anammox同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液启动试验,试验共运行了390天。结果表明:反应总氮去除速率(NRR)和TNRE分别高达3.9kg-N m-3day-1和73%,显著高于目前已有文献的报道。试验获得高脱氮效能的原因是具有高浓度并且良好沉降性能的活性污泥(VSS(11.01gL-1),SVI(78.42mLg-1SS))。其次脱氮功能微生物的相对丰度高达12.15%,其中亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)高达4.2%。尽管处理猪场废水的TNRE与处理模拟废水相似,但是猪场废水脱氮效能(3.9kg-N m-3day-1)低于模拟废水(4.7kg-N m-3day-1),其污泥中的脱氮功能微生物相对含量也都低于处理模拟废水反应器中的功能微生物;究其原因主要是猪场废水厌氧消化液的复杂成分,存在重金属和抗生素等抑制因子,对脱氮功能微生物产生了抑制作用。
  综上所述,相对于连续曝气,脉冲曝气可以更加稳定的控制短程硝化过程。添加PN-Anammox颗粒污泥可以同步自养去除猪场废水厌氧消化液中的氨氮,其脱氮效能(3.9kg-N m-3day-1)可达到相似研究最高水平,其启动运行策略可为PN--Anammox同步脱氮工艺在猪场废水厌氧消化液上的中试及生产应用提供参考和借鉴,但是猪场废水厌氧消化液的某些成分限制其脱氮负荷的再次提升,需要进一步研究来解除这些抑制。
[硕士论文] 何雯菁
食品加工与安全 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:畜禽废弃物资源化利用对减少环境污染具有重要意义。我国畜禽养殖业规模大、密度高、发展快,废弃的蛋壳和猪粪总量不断增加且难以处理,这些废弃物在畜禽养殖场周围随意堆放,给环境带来较大负担。猪粪中Cr、Cu、Zn、As重金属残留已成为制约我国猪粪利用的关键问题之一。本论文针对两种废弃物的特性,通过对蛋壳物理化学处理,使其成为消除、钝化猪粪中重金属的资源,达到以废弃物治理废弃物的效果,主要研究内容与结果如下:
  1.研究蛋壳处理工艺,选取900℃煅烧蛋壳作为蛋壳吸附产品。处理蛋壳添加量为25%时,重金属去除率达90%,其重金属去除效果高于沸石、膨润土、高岭土等其他吸附剂,选择窑炉煅烧扩大生产模式,重金属去除效果与实验室煅烧蛋壳相同。添加25%处理蛋壳对粪液进行吸附实验,发现重金属的去除率随粪液浓度的增加而增加,重金属去除效果较好。利用SEM、TG-DSC、XRD、FT-IR研究处理蛋壳吸附机理,结果表明煅烧可增加蛋壳孔隙及表面积,煅烧后主要成分为CaO和CaCO3,处理蛋壳的吸附机理主要是其高钙成分和多孔结构。
  2.研究猪粪中重金属的检测方法,以HNO3-HCl-HF为消解体系,对猪粪中的Cr、Cu、Zn、As的加标回收率分别为1024%、1037%、1021%和1016%。利用ICP-OES检测,Cr、Cu、Zn、As的检出限分别为13μg/g、05μg/g、26μg/g、78μg/g,其精密度在22%-32%之间,加标回收率为917%-1089%。ICP-MS检出限较低,Cr、Cu、Zn、As的检出限分别为019μg/g、007μg/g、037μg/g、009μg/g,其精密度在20%-106%之间,加标回收率为950%-1125%。说明此方法适用于猪粪中重金属检测。
  3.通过堆肥实验,研究处理蛋壳对重金属的钝化效果,当处理蛋壳添加量为5%时对猪粪中Cr、Cu、Zn、As的钝化效果最佳。对理化性质进行相关性分析,发现添加处理蛋壳对猪粪腐熟无明显影响。堆肥后,重金属总量均增加,当添加量为25%和5%时,Cu、Zn与对照组呈显著性差异(P<005),元素不同加入处理蛋壳后其表现也不相同。对Cr、Cu、Zn、As四种金属元素进行形态分析,加入处理蛋壳作为钝化剂可加强Cr、Cu、Zn、As的钝化效果,减少重金属生物流动性。处理蛋壳的添加量为5%时,猪粪中Cr、Cu、Zn、As可利用率较高的形态分别减少了77%、467%、530%、135%,研究表明,加入处理蛋壳对猪粪中重金属形态变化有显著性差异(P<005),说明加入处理蛋壳对重金属具有较好的钝化效果。
[硕士论文] 李爱秀
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:对于沼液的处理和应用途径,我国近几年的研究重点包括沼液直接归田利用和去除其中的污染物使其满足达标排放的标准。而将沼液作为一种资源,回收或转移其中的营养物质,使其循环利用,也是一种可行的沼液处理方法。沼液用于蔬菜瓜果的灌溉具有很大的优势,但也存在一定的局限性:悬浮物含量高是沼液在使用滴灌或膜浓缩处理过程中最主要的技术障碍,因此,如何去除其中的悬浮物是保证沼液能否更好资源化利用的关键。沼液中氮磷含量较高,可以通过鸟粪石结晶法回收沼液中氮磷用作缓释肥;鸟粪石沉淀回收氮磷的研究较多,但同时获得较高氮磷回收率的反应条件有待进一步探讨。本研究设计了沼液不同过滤方式的筛选和鸟粪石沉淀回收猪场沼液氮磷两部分试验。通过设计了三种不同过滤方式,对比其过滤效果,得到过滤效果最佳的过滤方式;设计了鸟粪石沉淀法回收猪场中氮磷试验,为沼液没有足够农田消纳情况下,探索新的资源化途径,通过设计影响鸟粪石沉淀的主要因素的不同处理水平,寻找氮磷回收的最优条件,为鸟粪石沉淀的推广提供一定的参考。研究结果如下:
  第一个实验是筛选沼液过滤方式试验,过滤方式有三种:石英砂过滤,秸秆过滤和微滤,沼液样品是来自天津某养殖企业沼气工程。秸秆粒径有三种1cm、2cm和5cm,按照由细到粗进行填装;石英砂粒径为1mm、3mm、10mm,同样按照由细到粗进行填装,最后一层起承托作用。石英砂过滤方式,其过滤效果一般,对氨氮、总磷和悬浮物去除率低于10%;秸秆、石英砂和微滤过滤效果相比,石英砂过滤效果最差,微滤过滤效果最好,对悬浮物和COD去除效果远远高于秸秆和石英砂。石英砂对沼液过滤效果最差,几种基本指标去除率均在10%以下,过滤效果较差,不能达到滴灌要求,不适宜用作滴灌前处理的过滤处理。秸秆过滤对沼液有一定的过滤效果,但也不满足滴灌要求,不能单独作为滴灌前处理的过滤处理。微滤过滤效果较好,对悬浮物去除效果最佳,沼液中的氮磷养分带走了一部分,但对悬浮物去除率高达40.01%,且对粪大肠菌群去除效果较好。
  第二个试验是鸟粪石沉法回收沼液中氮磷养分参数优化试验。该实验分为三组试验,第一组试验是单因素实验,选取了pH、反应时间、搅拌速度、Mg∶N、P.N比五个因素,每个因素设置五个水平,每个水平进行三个平行试验。第二组试验是PB试验,通过单因素分析可以初步得出对氮磷回收影响效果较大的因素,结合PB试验设计原理,在试验设计过程中可适当扩大高低水平间差值,进一步分析其影响大小,对pH,反应时间、搅拌速度、Mg N、PN5个参数选择2个水平,筛选显著因素。第三组试验是Box-Benhken试验,结合PB试验结果,以氨氮和磷酸盐的最终回收率为响应值,对影响较显著的三个因素进行Box-Benhken试验分析,另外两个因素固定在单因素确定的水平下。利用Design-Expert软件优化回归方程确定乌粪石回收猪场沼液的最佳条件。经响应面分析,在pH为10,磷氮比为0.6,镁氮比为1.1时,氨氮回收率为6521%,磷酸盐回收率为8947%,实际值氨氮回收率为65.01%,磷酸盐回收率为90.81%,差值分别为020%,1.34%,回归模型拟合较好,在此条件下可以获得较好的氮磷回收效果,为沼液后续还田及处理提供参考,但沼液成分复杂,试验是在实验室条件下进行的,将试验结果用于实际工程处理可能会存在差异。针对这个问题会在后续研究中进一步完善。
[博士论文] 刘刈
设施农业与生态工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:猪场废水通常采用沼气发酵进行处理利用。由于猪场废水体积大、浓度不高,因此升温困难、冬季处理效率低。针对这一问题,提出“在相同加热能量条件下,通过分步加热可以提高沼气发酵产气效率”的科学假设。为了证实这一假设,本文以两步加热策略为例,从理论推导和试验验证两方面求证两步加热策略提升沼气发酵效率的可行性,探索影响沼气发酵效率提升的因素,并研究了两步加热策略对厌氧污泥特性的影响。形成的主要结论如下:
  (1)理论上,相对于传统加热方式,两步加热策略可以提升发酵温度和沼气发酵效率。第一部分废水比例(p)越低,能量废水比(h)越高,两步加热策略的温度提升幅度越大。p值越低,环境温度(T0)越低,两步加热策略的沼气发酵效率提升效率越大。
  (2)以清水为介质的温度验证试验表明,随着p值的降低,两步加热策略温度提升量逐步升高,P值为0.1时,两步加热策略温度提升量为4.61℃。随着h的升高,两步加热策略温度提升量逐步升高,p值为0.3,h为37.62kJ L-1时,两步加热策略温度提升量为9.25℃。试验中两步加热策略温度提升量小于理论值,试验值与理论值的差异主要缘于罐体和管道的散热引起的温度损失。
  (3)以猪场废水为发酵原料的发酵试验显示(p=0.5),两步加热策略可以提升沼气(甲烷)的产量,沼气产量提升幅度为4.70%~11.5%,甲烷产量提升幅度为0.810%~11.6%。容积负荷和环境温度是影响两步加热策略提升效率的两个主要影响因素。
  (4)随着容积负荷的升高,两步加热策略的甲烷产量提升量和提升效率逐渐升高,容积负荷为4.0kgCOD m-3d-1时,提升效率为13.1%。随着环境温度的降低,提升量和提升效率也逐渐升高,在T0为5℃时,甲烷产量提升效率最大,为14.7%。随着p值的降低,提升量和提升效率仍逐渐升高,p值为0.2时,提升效率为20.1%。从产甲烷动力学参数看,两步加热策略的最大容积产气率(Rpmax)和半饱和常数(KLR)高于一步加热。但两步加热策略的甲烷产量提升量和提升效率试验值显著低于理论分析值,主要由于两步加热策略沼气发酵装置中的混合液污泥浓度较低,理论分析没有考虑水力停留时间缩短带来的污泥流失问题。
  (5)在污泥特性方面,两步加热策略沼气发酵装置Ⅰ(R2)的缓冲性能最好,两步加热策略沼气发酵装置Ⅱ(R3)的缓冲性能最差。R2和R3的最大比产甲烷活性分别为8.63mL gCOD-1gMLVSS-1和8.57mL gCOD-1gMLVSS-1,高于一步加热沼气发酵装置(R1)的7.87mL gCOD-1gMLVSS-1,说明了两步加热策略的污泥活性优于一步加热。微生物群落结构分析表明,两步加热策略中的互营氧化作用可能比一步加热策略更活跃。
[硕士论文] 马玲
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:养殖废水中不但含有高浓度的悬浮物(SS)和有机物,还含有高浓度的氮磷等营养物质。Cu2+、Zn2+和抗生素常被用于畜禽养殖中,大部分被排出体外,进入畜禽粪便和养殖废水中,可能会对生物多样性和生态环境产生不利影响。磷酸铵镁(鸟粪石)沉淀法可以同时回收废水中的氮和磷,废水中SS对鸟粪石生成的影响、以及废水中的重金属、抗生素和抗性基因在鸟粪石沉淀过程中的沉积情况尚不清楚。本论文探究了养殖废水中高SS对鸟粪石结晶过程的影响以及回收鸟粪石中重金属及抗生素抗性基因(ARGs)的沉积规律。具体结论如下:
  (1)探究了pH和N∶P∶Mg对鸟粪石结晶法回收高SS养殖废水中氮磷的影响。结果表明,污染物的去除率随着pH和P∶Mg相对于N的摩尔比的增加而上升,当pH从7.5增加到10.0时,NH4+-N和PO43--p的回收率均增加,最高分别达71%和85%。高SS对鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷有一定的抑制作用,通过絮凝预处理去除SS后,可以提高6%的NH4+-N回收率、20%的SS去除率和10%的TCOD去除率。
  (2)探究了金属离子在鸟粪石结晶法回收氮磷过程中的沉积变化。结果表明,不同pH和N∶P∶Mg下鸟粪石结晶沉淀中金属离子的含量变化较大,pH10时,Na、K和Ca的含量突然增大为pH9.5时的1~3倍,Cu和Zn的最高浓度分别达130mg·kg-1和400mg·kg-1。絮凝对金属离子的去除效果较差,NaOH做助凝剂可以使鸟粪石沉淀中的金属离子含量降低一倍左右,Cu和Zn含量可降至53mg·kg-1和185mg·kg-1。
  (3)探究了ARGs在鸟粪石结晶法回收氮磷过程中的沉积规律。结果表明,鸟粪石沉淀产物中ARGs浓度随着pH增大而增大,鸟粪石沉淀物中各目标ARGs的含量增加5~10倍,与养殖废水中的浓度相比,则增加了2~3个数量级,达1.0E+07~1.0E+12copies·g-1。当P∶Mg相对于N的摩尔比从1∶0.7∶0.7增到1∶1.1∶1.1,鸟粪石沉淀物中ARGs含量增加了0.5~1个数量级。PAC絮凝可以使废水中tetW和sulI的浓度降低1~2个数量级。
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