本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)污染治理領(lǐng)域，具體涉及一種改善面源污染的沼渣及其在制備西瓜專用肥中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，氮素和磷素等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì)，通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏形成的環(huán)境污染，主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、畜禽糞便污染等。農(nóng)業(yè)面源污染是導(dǎo)致目前河流、水庫、湖泊等水體水質(zhì)惡化的重要原因，是引起地表水氮、磷富營養(yǎng)化的主要因素之一，同時導(dǎo)致了土地退化。加強(qiáng)面源污染的治理不僅關(guān)系到社會主義新農(nóng)村建設(shè)，也關(guān)系到整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人居環(huán)境。寧夏近年來養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展較快，特別是規(guī)?；B(yǎng)殖奶牛、豬和家禽尤為突出，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，2007年寧夏灌區(qū)畜禽(大牲畜、豬、羊、家禽)存欄數(shù)1631萬頭(只)，產(chǎn)生畜禽糞966萬噸。隨著規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，所帶來的環(huán)境污染問題逐漸呈現(xiàn)加重趨勢，從環(huán)境保護(hù)和疫病防治的角度來看畜禽生產(chǎn)過程，畜禽糞便已成為一個不可忽視的污染源和傳染源。寧夏灌區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖糞便造成的污染，一是嚴(yán)重污染農(nóng)村環(huán)境和區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，二是對水體污染加重，三是對大氣的污染增加，四是土壤污染加劇。本發(fā)明以沼氣厭氧工程技術(shù)為中間起紐帶，把畜禽養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，因而形成了“畜禽養(yǎng)殖－能源－種植業(yè)－畜禽養(yǎng)殖”的良性循環(huán)道路，因此該項(xiàng)目的實(shí)施為畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的清潔生產(chǎn)提供了支撐。項(xiàng)目實(shí)施后，養(yǎng)殖污染得到了有效治理，減少了環(huán)境污染，同時通過沼氣發(fā)電，可解決廠區(qū)或周邊農(nóng)村用電的問題，減少柴薪砍伐，項(xiàng)目每天可產(chǎn)生約40m3有機(jī)肥，在西瓜上進(jìn)行以沼渣為主的有機(jī)質(zhì)含量高的復(fù)合肥，改善土壤環(huán)境和增加西瓜的品質(zhì)，促進(jìn)了當(dāng)?shù)赜袡C(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種改善面源污染的沼渣的制備方法，具體步驟為：(1)污水和糞水流入勻漿池，混合，作為發(fā)酵原料；(2)發(fā)酵原料流入預(yù)熱池，預(yù)熱池和勻漿池之間設(shè)置自動閘板閥，預(yù)熱池起控制進(jìn)料量和冬季進(jìn)料時加溫調(diào)節(jié)的作用；(3)發(fā)酵原料從預(yù)熱池進(jìn)入cstr一級發(fā)酵罐通過連續(xù)進(jìn)料出料和攪拌，實(shí)現(xiàn)連續(xù)全混發(fā)酵產(chǎn)氣；(4)經(jīng)過cstr一級發(fā)酵罐發(fā)酵后的原料進(jìn)入cstr二級發(fā)酵罐進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)酵處理；(5)cstr一級發(fā)酵罐和二級發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼渣流入沼渣緩存池中。優(yōu)選的，糞水或勻漿池中接種低溫菌種污泥。低溫菌種污泥的制備方法：低溫環(huán)境下自然厭氧污泥或低溫馴化污泥作為菌源，接種于ts為8％豬糞原料，料液量為低溫菌源的5倍，攪拌混合，10-15℃厭氧發(fā)酵獲得低溫菌種污泥。優(yōu)選的，豬糞原料中添加產(chǎn)甲烷培養(yǎng)基。添加產(chǎn)甲烷培養(yǎng)基能促進(jìn)低溫菌種中產(chǎn)甲烷菌的生長速度。更優(yōu)選的，低溫菌種污泥的制備方法還包括：將獲得的低溫菌種污泥在添加產(chǎn)甲烷培養(yǎng)基、ts為8％豬糞原料中攪拌混合，10-15℃厭氧發(fā)酵以擴(kuò)繁足量低溫菌種污泥。優(yōu)選的，污水與糞水混合后進(jìn)過格柵，格柵分離污水和糞水混合物中的固形物，減輕后續(xù)處理的負(fù)荷。優(yōu)選的，cstr一級發(fā)酵罐和cst二級發(fā)酵罐的罐內(nèi)設(shè)有加熱盤管熱交換系統(tǒng)，利用太陽能板和氣煤兩用鍋爐的熱源對罐體加熱，實(shí)現(xiàn)中溫發(fā)酵。優(yōu)選的，勻漿池內(nèi)配置槳式立軸攪拌器一臺，讓污水和糞水充分混勻。優(yōu)選的，勻漿池內(nèi)設(shè)加熱盤管一套，保證原料的溫度在中溫發(fā)酵范圍內(nèi)。優(yōu)選的，預(yù)熱池內(nèi)設(shè)加熱盤管一套，保證原料的溫度在中溫發(fā)酵范圍內(nèi)。優(yōu)選的，cstr一級發(fā)酵罐罐頂安裝立軸機(jī)械攪拌機(jī)，用于破除反應(yīng)器表面的浮渣和原料充分?jǐn)嚢杌靹颉?yōu)選的，cstr一級發(fā)酵罐罐頂裝有負(fù)壓裝置，保護(hù)罐體受損變形。優(yōu)選的，cstr一級發(fā)酵罐罐壁設(shè)計(jì)有取樣管，用于發(fā)酵原料特征分析。優(yōu)選的，cstr二級發(fā)酵罐罐底部對稱安裝二臺側(cè)式攪拌器，用于原料混合。優(yōu)選的，cstr二級發(fā)酵罐頂部安裝一套溢流裝置。優(yōu)選的，cstr二級發(fā)酵罐罐壁設(shè)計(jì)有取樣管。一種基于上述方法制備的沼渣。優(yōu)選的，沼渣的有效成分含量n:0.5-1.5％，p2o5:0.5-0.8％，有機(jī)質(zhì)10-40％。本發(fā)明的目的在于提供一種西瓜專用復(fù)合肥，包含沼渣、尿素、磷酸二銨、硫酸鉀，各組分重量比為：沼渣30-80％，尿素5-20％，磷酸二銨2-10％，硫酸鉀2-10％。優(yōu)選的，沼渣50-80％，尿素8-15％，磷酸二銨5-8％，硫酸鉀3-7％。一種西瓜專用肥的使用方法，將重量比為沼渣30-80％，尿素5-20％，磷酸二銨2-10％，硫酸鉀2-10％的西瓜專用肥作為基肥，每畝地施肥150kg-250kg。優(yōu)選的，在施用西瓜專用肥之前每畝地施用牛糞或豬糞等有機(jī)肥1500-2500kg。優(yōu)選的，在施用西瓜專用肥之前采集和測定土壤樣品，根據(jù)土壤中有機(jī)質(zhì)，全鹽，ph，全量氮，全量磷，全量鉀、堿解氮、速效磷的含量適當(dāng)?shù)恼{(diào)整西瓜專用肥各組分的比例及使用量。一種保障沼氣工程穩(wěn)定運(yùn)行的方法，該方法采用太陽能增溫、低溫菌種發(fā)酵、罐體保溫、沼氣鍋爐及發(fā)動機(jī)余熱多種技術(shù)手段。附圖說明圖1是規(guī)模化養(yǎng)殖場上下游干支溝農(nóng)田退水氮、磷和cod污染周年動態(tài)變化圖；1和4是養(yǎng)殖場前端支溝排水監(jiān)測點(diǎn)結(jié)果，2和5為養(yǎng)殖場后端支溝排水監(jiān)測點(diǎn)結(jié)果；3和6為西大溝上游與下游監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果；圖2是低溫菌種沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣效果圖圖3是低溫菌種沼氣發(fā)酵總產(chǎn)氣效果圖圖4是低溫菌種沼氣發(fā)酵產(chǎn)甲烷效果圖圖5是沼氣工程工藝流程圖圖6是低溫菌種污泥培育流程圖圖7是工程運(yùn)行產(chǎn)甲烷效果圖圖8是工程運(yùn)行容積產(chǎn)氣效果圖圖9規(guī)?；B(yǎng)殖廢水主要污染物氮磷cod變化規(guī)律圖圖10是西瓜配方肥試驗(yàn)地各處理西瓜產(chǎn)量示意圖具體實(shí)施方式實(shí)施例1寧夏畜禽養(yǎng)殖污染特征研究1.1試驗(yàn)監(jiān)測區(qū)概況及各監(jiān)測點(diǎn)布局選擇位于寧夏灌區(qū)靈武市的靈武規(guī)?；B(yǎng)殖場做為試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測，該試驗(yàn)監(jiān)測區(qū)內(nèi)有靈武萬頭豬場和奶牛場，萬頭豬場存欄數(shù)在3000頭到3500頭左右，出欄數(shù)為10000頭；牛場始建于2009年，目前存欄620頭牛。豬場與牛場周邊均有農(nóng)田。按照養(yǎng)殖場的污水排放口、上下游支干排水溝，設(shè)置8個主要污染監(jiān)測斷面(2個養(yǎng)殖場前端支溝排水監(jiān)測點(diǎn)；南口、北口為養(yǎng)殖豬場水污染物排污監(jiān)測點(diǎn)；2個養(yǎng)殖場后端支溝排水監(jiān)測點(diǎn)；2個干溝(西大溝)上游與下游監(jiān)測點(diǎn))進(jìn)行監(jiān)測。1.2養(yǎng)殖業(yè)水污染物流量的監(jiān)測與水樣的采集方法流量的監(jiān)測方法：在監(jiān)測期間(2010年11月至2011年10月)，對試驗(yàn)監(jiān)測區(qū)內(nèi)豬場南口、北口兩個監(jiān)測點(diǎn)，按照每15天取水樣，采用漂浮法測定流速。流量計(jì)算公式：流量(m3/天)＝橫截面積{渠(溝)寬)×水位}×流速m3/小時水樣的采集方法：對試驗(yàn)監(jiān)測區(qū)內(nèi)其它各監(jiān)測點(diǎn)每15天定時取水樣，水樣用聚乙烯取樣瓶封裝好后，保存在3～5℃條件下冰箱冷藏，待測。1.3水樣測試分析項(xiàng)目與方法分析項(xiàng)目：總氮(tn)、氨態(tài)氮(nh4+-n)、硝態(tài)氮(no3--n)、總磷(tp)、化學(xué)需氧量(cod)、五日生化需氧量bod5、大腸桿菌。分析方法：總氮(tn)采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；銨態(tài)氮(nh4+-n)和硝態(tài)氮(no3--n)采用流動注射分析儀(traacs2000)測定；總磷(tp)采用過硫酸鉀消化鉬酸銨分光光度法；化學(xué)需氧量(cod)智能cod快速測定法；bod5采用稀釋與接種方法(hj505-2009)測定。1.4試驗(yàn)結(jié)果與分析2010年冬季，我們對靈武養(yǎng)殖豬場兩個排污口進(jìn)行本底調(diào)查，按照國家集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物最高允許日均排放濃度(gb18596-2001)，從表1調(diào)查結(jié)果可看出，養(yǎng)殖業(yè)水污染物中的總氮、總磷、化學(xué)需氧量(cod)和五日生化需氧量(bod5)均有不同程度超標(biāo)，糞大腸菌群未測出，以上數(shù)據(jù)說明靈武豬場養(yǎng)殖場水污染物污染周邊環(huán)境，需加強(qiáng)治理。表1靈武豬場水污染物現(xiàn)狀結(jié)果(2010冬季)靈武規(guī)模化豬場水污染物污染負(fù)荷估算表2規(guī)?；i場廢水污染負(fù)荷估算從表2可看出，按照國家集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水沖工藝最高允許排水量標(biāo)準(zhǔn)(gb18596-2001)，靈武規(guī)模化養(yǎng)殖豬場兩個排污口排放量均未超標(biāo)，但養(yǎng)殖廢水污染負(fù)荷較高，其中總氮年排放量總量達(dá)到4.86噸，cod達(dá)到19.92噸，而總磷只有0.17噸，表明氮和cod是養(yǎng)殖廢水污染的主要指標(biāo)；從不同季節(jié)來看，兩個排污口氮磷和cod濃度冬季明顯高于夏季，這是由于夏季養(yǎng)殖場糞便沖洗次數(shù)多，稀釋了各項(xiàng)指標(biāo)濃度，但冬季污染負(fù)荷并沒有因此而降低，說明在冬季更應(yīng)加強(qiáng)對養(yǎng)殖廢水污染防治工作；從兩排污口濃度和負(fù)荷量來看，氮磷數(shù)據(jù)北口明顯高于南口，這主要是由于北口排污口大于南口，另外北口地處農(nóng)溝廢水流量較緩慢，cod南口高于北口，主要是由于南口比較接近豬場，cod主要是以有機(jī)物形式存在難以稀釋的緣故。規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)水污染物對試驗(yàn)監(jiān)測區(qū)上下游干支溝排水的影響從養(yǎng)殖場上下游干支溝農(nóng)田退水周年動態(tài)監(jiān)測結(jié)果表明(見圖1)，從養(yǎng)殖場周邊上下游干支溝排水中的總氮、總磷和cod來看，不同監(jiān)測點(diǎn)差異較大，依次順序?yàn)轲B(yǎng)殖場下游干溝(2、5)＞西大溝兩點(diǎn)(3、6)＞養(yǎng)殖場上游干溝(1、4)，說明規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)水污染物對試驗(yàn)監(jiān)測區(qū)下游干支溝排水影響很大；從一年養(yǎng)殖場上下游干支溝的排水中的總氮、總磷和cod動態(tài)變化來看，氮磷和cod冬春季＞夏秋季，冬春季各監(jiān)測點(diǎn)變幅較大，總氮在2.95-89.22mg/l、總磷在0.16-18.14mg/l、cod在96.17-402.5mg/l，均超過地表水劣ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)；夏秋季各監(jiān)測點(diǎn)相對變幅較小，總氮在1.47-48.16mg/l、總磷在0..07-6.12mg/l、cod在31-146.9mg/l，大部分均超過地表水劣ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)；由于寧夏灌區(qū)屬于半干旱地區(qū)，農(nóng)作物用水主。要依靠灌溉，冬春季由于農(nóng)田灌溉較少，農(nóng)田退水較少，所以冬春季農(nóng)田退水總氮、總磷和cod濃度較高，而且變幅較大，而夏秋季農(nóng)作物灌溉較頻繁，尤其是稻田用水量大，造成農(nóng)田退水較多，從而稀釋了農(nóng)田退水中的氮磷和cod濃度，但整體依然很高。以上數(shù)據(jù)表明養(yǎng)殖廢水對周邊農(nóng)田干支溝排水污染嚴(yán)重，也是農(nóng)田退水主要污染源之一，對黃河水體的污染也存在潛在威脅。實(shí)施例2規(guī)?；B(yǎng)殖污染控制技術(shù)研究采用“太陽能增溫+低溫菌種發(fā)酵+罐體保溫+沼氣鍋爐+發(fā)動機(jī)余熱”的多種技術(shù)手段來保證春、秋和冬季等低溫下以及增溫措施出現(xiàn)故障下沼氣工程的穩(wěn)定運(yùn)行。①基于多重工藝集成的低溫發(fā)酵工藝技術(shù)沼氣工程保溫技術(shù)構(gòu)建:通過比選確定聚氨酯發(fā)泡材料作為寧夏地區(qū)沼氣工程保溫材料的基礎(chǔ)上，構(gòu)建適合沼氣工程建設(shè)保溫技術(shù)方案，保溫材料為聚氨酯，現(xiàn)場直接發(fā)泡，由發(fā)泡機(jī)罐體噴涂完成，外殼采用彩色瓦楞鋼板，防雨，同時美化外觀。②沼氣工程增溫技術(shù)a太陽能耦聯(lián)沼氣鍋爐聯(lián)合增溫技術(shù):主要以原料增溫和罐體保溫為主。原料增溫中溫厭氧消化的重要條件，為保證消化池在35-38℃條件下正常運(yùn)行，需要對原料進(jìn)行升溫。按每天有11.7噸原料，需要配制成39噸6％含固率反應(yīng)原料計(jì)，需27.3噸補(bǔ)充水。將輸出熱水通過換熱器和罐體接觸對原料進(jìn)行增溫，來實(shí)現(xiàn)熱量的利用。根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁丶暗販厍闆r，干原料溫度取20℃，補(bǔ)充水溫10℃。假設(shè)糞水比熱容和清水相當(dāng)，原料反應(yīng)溫度40℃，則須向罐體輸送熱量為：11.7×1000×(40-20)+27.3×1000×(40-10)＝1.05×106kcal罐體保溫?zé)崴h(huán)系統(tǒng)熱能第二個用途是用于厭氧反應(yīng)罐保溫的保溫。在此過程中應(yīng)考慮管道散熱損耗。反應(yīng)罐體保溫需補(bǔ)充熱能等于罐體散熱，先計(jì)算散熱功率，q＝λ×s×(t1-t2)采用聚氨酯發(fā)泡保溫圍護(hù)，導(dǎo)熱系數(shù)λ＝0.0302。經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)核算厚度為100mm，按照當(dāng)?shù)囟咎鞖馇闆r(平均氣溫零下10℃，風(fēng)速5m/s)，可確定保溫層外面溫度為-5℃，一級厭氧罐體尺寸為φ7.64mx9.6m，頂部為臺體結(jié)構(gòu)，共一座；二級發(fā)酵罐罐體尺寸為φ9.93mx4.8m，頂部為儲氣膜則：s1＝3.14×7.64×9.6+3.14×3.82/0.951＝285.28m2s2＝3.14×9.93×4.8+3.14×4.865/0.951＝242m2s＝s1+s2＝527.28m2將以上所求數(shù)值代入上式，得q＝λ×s×(t1-t2)/b＝0.64×105kcal，b、總供熱量經(jīng)過以上計(jì)算過程，系統(tǒng)運(yùn)行所需熱量：1.05+0.64＝1.69×106kcal，折合日用標(biāo)煤：1.69×106/7000＝241kg，折合沼氣：1.69×106/5600＝302m3，目前每平米太陽能熱水器每天能提供的熱量為2200kcal，因此，只要提供合適的太能板面積，可以完全穩(wěn)定提供的工程所需熱量。但由于太陽能的不連續(xù)性和間斷性，在夜間、連續(xù)陰天以及雪天等氣象條件下，僅靠太陽能并不能完全解決沼氣生產(chǎn)裝置維持在適宜的生產(chǎn)溫度。本研究研發(fā)了一種太陽能耦聯(lián)沼氣鍋爐增溫的聯(lián)合增溫技術(shù)，——熱電聯(lián)產(chǎn)增溫技術(shù):同時如果沼氣工程以發(fā)電為主，可以采用發(fā)電余熱增溫替代沼氣鍋爐，以節(jié)約能源。因此，針對寧夏等嚴(yán)寒地區(qū)沼氣工程，根據(jù)工程的建設(shè)特點(diǎn)和沼氣的用途，可采用多種增溫方式對工程進(jìn)行熱量輸入，具體采用方式根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件進(jìn)行選擇，具體如下表3所示。表3沼氣工程增溫方式注：+++優(yōu)先采用；++采用；+選擇采用；－不采用③基于沼氣發(fā)酵菌群優(yōu)化調(diào)控的低溫發(fā)酵技術(shù)a低溫菌種的培育與調(diào)控技術(shù)表4低溫菌種培育產(chǎn)氣情況由表4低溫菌種培育產(chǎn)氣試驗(yàn)結(jié)果可看出知，啟動階段，10℃和15℃環(huán)境條件下，隨著馴化時間的延長，容積產(chǎn)氣率和ch4都增加，其中容積產(chǎn)氣率從21天時開始基本穩(wěn)定，到45天時，開始略微下降，ch4含量從16天時開始穩(wěn)定，截止60天的試驗(yàn)時間，都穩(wěn)定在50％以上。15℃馴化條件下，無論是容積產(chǎn)氣率還是甲烷含量都高于10℃馴化條件下的試驗(yàn)組，以容積產(chǎn)氣率明顯。b低溫菌種沼氣發(fā)酵效果將擴(kuò)大培養(yǎng)后的低溫菌種污泥以30％的接種量接種于豬糞為原料，ts為8％厭氧發(fā)酵瓶中(容積1500ml)，進(jìn)行低溫菌種沼氣發(fā)酵效果試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2、3、圖4。由圖2、圖3和圖4可知，在10℃和15℃條件下，經(jīng)過馴化培育的低溫菌種污泥與傳統(tǒng)接種中溫污泥相比，容積產(chǎn)氣率和總產(chǎn)氣量都高于接種中溫污泥試驗(yàn)組，在10℃條件下，接種低溫菌種污泥試驗(yàn)組總產(chǎn)氣量比接種中溫污泥試驗(yàn)組提高15％；在15℃條件下，接種低溫菌種污泥試驗(yàn)組總產(chǎn)氣量比接種中溫污泥試驗(yàn)組提高18.5％。c低溫菌種污泥的培育工藝圖6中步驟ⅰ為低溫菌種污泥的起始階段。由于起始階段是步驟ⅱ的菌源，因此第一階段的菌源篩選至關(guān)重要，菌源可以來源長期處于低溫環(huán)境下的陰溝污泥、池塘污泥或低溫環(huán)境下已馴化的污泥。同時為促進(jìn)低溫菌源中產(chǎn)甲烷菌的生產(chǎn)速度，在豬糞料液中添加產(chǎn)甲烷培養(yǎng)基。步驟ⅱ為低溫菌種污泥培育的主要流程。此過程中由于菌源來源于上一批低溫菌種污泥，培養(yǎng)方法同步驟ⅰ，通過不斷重復(fù)步驟ⅱ，以擴(kuò)繁足量低溫菌種污泥。d低溫菌種工程現(xiàn)場使用效果在寧夏靈農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司養(yǎng)豬場沼氣工程內(nèi)進(jìn)行了低溫菌種污泥投加現(xiàn)場試驗(yàn)，投加條件見表5。試驗(yàn)從2011年10月1日開始，連續(xù)監(jiān)測了30天，試驗(yàn)結(jié)果見表6。低溫菌種污泥投加后，在30天內(nèi)，除開始前3天，工程容積產(chǎn)氣率都維持在0.2m3.m-3d-1以上，其中在第15天達(dá)到最高0.35m3.m-3d-1；甲烷產(chǎn)氣率從第11天開始，維持在50％以上，在第16天達(dá)到最高58.4％。以上試驗(yàn)說明，工程投加低溫菌種后，在不提供外源增溫保溫工程措施的基礎(chǔ)上，可依靠低溫菌種對沼氣發(fā)酵菌群的優(yōu)化調(diào)控，依然可以穩(wěn)定產(chǎn)氣。表5低溫菌種現(xiàn)場投加條件表6低溫菌種現(xiàn)場使用效果實(shí)施例3示范工程發(fā)酵適應(yīng)性研究為驗(yàn)證和優(yōu)化小試研究成果，集成了低溫發(fā)酵與增溫保溫技術(shù)和厭氧發(fā)酵過程調(diào)控技術(shù)在示范工程上進(jìn)行了適應(yīng)性研究，構(gòu)建出適合寧夏地區(qū)規(guī)?；笄菁S便資源化處理工藝技術(shù)體系。具體研究結(jié)果如下：a工程概況工程位于寧夏靈武市靈武農(nóng)場，該公司是靈武農(nóng)場的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)之一，是寧夏最大的規(guī)模化瘦肉豬生產(chǎn)基地。工程主要用于處理該養(yǎng)豬糞污，日處理ts含量為6％的糞污約39m3，日產(chǎn)沼氣約700m3，發(fā)酵后殘?jiān)鳛橛袡C(jī)肥還田利用。b工藝流程與技術(shù)參數(shù)----主要工程設(shè)施(見圖5)及技術(shù)參數(shù)集水池:為使豬場沖洗污水收集利用不污染環(huán)境，同時將沖洗污水中的固形物能有效分離出來，集水池與糞水溝聯(lián)接處設(shè)格柵以分離豬場尿污水中的固形物，減輕后續(xù)處理的負(fù)荷。本工程集水池和站外沼液池合建，全地下鋼砼式，池容60m3。勻漿池:勻漿池容積為33.6m3。池體為鋼砼結(jié)構(gòu)，其外形尺寸為ф3.5×3.5m，池深3.5m，水位高度是3.0m。勻漿池為地下式，建設(shè)在預(yù)處理間內(nèi)。勻漿池內(nèi)配置槳式立軸攪拌器一臺，主要作用攪拌，讓污水和糞污充分混勻。預(yù)熱池:預(yù)熱池將起到控制進(jìn)料量和冬季進(jìn)料時加溫調(diào)節(jié)的作用。預(yù)熱池容積為33.6m3。池體為鋼砼結(jié)構(gòu)，外形尺寸為圓筒內(nèi)徑3.5m，池深3.5m，建設(shè)在預(yù)處理間內(nèi)，與勻漿池連接，預(yù)熱池和勻漿池之間設(shè)置自動閘板閥。閘板開啟后原料通過自流從勻漿池進(jìn)入預(yù)熱池。勻漿池內(nèi)建槳式立軸攪拌器一臺，同時設(shè)加熱盤管一套，保證原料的溫度在中溫發(fā)酵范圍內(nèi)。cstr一級發(fā)酵罐:該罐為地上罐，采用搪瓷板拼裝而成，圓柱形，容積440m3，是該沼氣工程主體罐，用于原料一級發(fā)酵，通過連續(xù)進(jìn)料出料和攪拌，實(shí)現(xiàn)連續(xù)全混發(fā)酵產(chǎn)氣。罐內(nèi)設(shè)有加熱盤管熱交換系統(tǒng)，利用太陽能板和氣煤兩用鍋爐的熱源對罐體加熱，實(shí)現(xiàn)中溫發(fā)酵。罐頂安裝立軸機(jī)械攪拌機(jī)，用于破除反應(yīng)器表面的浮渣和原料充分?jǐn)嚢杌靹?；罐頂裝有負(fù)壓裝置，保護(hù)罐體受損變形；罐壁設(shè)計(jì)有取樣管，用于發(fā)酵原料特征分析。cstr二級發(fā)酵罐:該罐為地上罐，容積371m3，集發(fā)酵和儲氣于一體，罐頂部為雙膜式干式氣囊，用于儲存cstr一級發(fā)酵罐和cstr二級發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣，下部為發(fā)酵室，采用搪瓷板拼裝而成。該罐是繼cstr一級發(fā)酵罐之后的二級發(fā)酵罐，經(jīng)過cstr一級發(fā)酵罐發(fā)酵后的原料進(jìn)入cstr二級發(fā)酵罐進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)酵處理，cstr二級發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣通過沼氣管道一起和cstr一級發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣輸送到沼氣凈化系統(tǒng)。罐底部對稱安裝二臺側(cè)式攪拌器，用于原料混合，頂部安裝一套溢流裝置，罐壁設(shè)計(jì)有取樣管。沼渣沼液緩存池:緩存池為全地下鋼砼式，容積37.7m3，緩存池的主要作用是沼渣沼液的臨時儲存。同時當(dāng)反應(yīng)器需要排渣時，緩存池也可以儲存一級和二級反應(yīng)器排出的底渣，因?yàn)榕旁际嵌ㄆ陂g斷運(yùn)行，因此沼渣沼液存儲和底渣的存儲兩者共用該緩存池。站外沼液池:站外沼液池為全地下鋼砼式，容積228m3，與集水池合建，經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液通過固液分離機(jī)將沼液中固體物分離出來制作固體有機(jī)肥，液體部分存儲在站外沼液池，用以灌溉農(nóng)田、養(yǎng)育果林、道旁綠化或泵壓給附近蔬萊基地噴灌、滲灌等，不造成環(huán)境二次污染。因?yàn)殪`武農(nóng)場有6萬余畝，溫室大棚面積也較大，對沼液需求季節(jié)變化較小，因此現(xiàn)有沼液池能滿足沼液儲存的要求。沼氣凈化系統(tǒng):該系統(tǒng)主要由脫水器和脫硫器組成，經(jīng)cstr一級發(fā)酵罐和二級發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣輸送至沼氣凈化系統(tǒng)，首先經(jīng)1#脫水器進(jìn)行脫水處理，脫水后的沼氣進(jìn)入1#脫硫器，脫除沼氣中含有的h2s氣體，再進(jìn)入2#脫水器進(jìn)一步脫水，經(jīng)h2s檢測器、co2檢測器和ch4檢測器檢測合格后，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓后輸送至鍋爐房和發(fā)電機(jī)房。本脫硫器采用三氧化二鐵進(jìn)行脫硫，脫硫后h2s含量在20mg/m3以下。加熱增溫系統(tǒng):針對寧夏等寒冷地區(qū)冬季低溫下沼氣工程產(chǎn)氣率低以及僅太陽能熱源不能維持沼氣生產(chǎn)適宜溫度的問題。工程采用太陽能耦聯(lián)沼氣鍋爐聯(lián)合增溫，該加熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、沼氣鍋爐和加熱盤管以及溫度控制裝置組成，可保證沼氣生產(chǎn)溫度維持在適宜范圍，實(shí)現(xiàn)沼氣工程在行寒冷地區(qū)的穩(wěn)定運(yùn)行。沼氣利用:工程沼氣利用主要用于養(yǎng)殖場燃料補(bǔ)充和沼氣發(fā)電，發(fā)電機(jī)組為沼氣專用發(fā)電機(jī)組，額定功率為60kw，進(jìn)氣壓力要求為2000～3000pa，ch4含量要求大于50％。實(shí)際工作功率與進(jìn)氣壓力和甲烷含量具有極大相關(guān)性?？刂葡到y(tǒng):控制系統(tǒng)由監(jiān)測和控制兩部分組成，通過plc自控程序，通過手動定時控制和自動控制實(shí)施，手動定時控制包括現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)端控制兩種方式，同時手動控制可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序顯示數(shù)據(jù)記錄曲線圖和各裝置工作動態(tài)畫面。自動控制和監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，通過計(jì)算機(jī)plc遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整個沼氣工程的自動監(jiān)控運(yùn)行，出現(xiàn)故障可自動停止并報(bào)警。示范工程適應(yīng)性試驗(yàn)a適應(yīng)性試驗(yàn)設(shè)計(jì)在前期11月份化學(xué)促進(jìn)劑和低溫菌種污泥聯(lián)合應(yīng)用試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，啟動太陽能板和沼氣鍋爐聯(lián)合增溫系統(tǒng)，并投加一定的產(chǎn)甲烷菌劑，進(jìn)行低溫下各技術(shù)適應(yīng)性工程驗(yàn)證試驗(yàn)。b示范工程啟動運(yùn)行效果泵入ts為8％的豬糞料液至設(shè)計(jì)容積，并啟動太陽能板和鍋爐加熱系統(tǒng)，維持中溫發(fā)酵溫度在30℃左右，即進(jìn)入發(fā)酵啟動產(chǎn)氣階段，每2d檢測沼氣含量和容積產(chǎn)氣率，結(jié)果如表2-10所示，由表7可知，沼氣中ch4含量隨運(yùn)行時間的延伸而逐漸升高，在第10d至14d期間時，甲烷穩(wěn)定在60％上下，甲烷含量基本趨于平衡。容積產(chǎn)氣率在運(yùn)行初期較低，從第6天后，容積產(chǎn)氣率迅速增加，在第12d時，容積產(chǎn)氣率到達(dá)1.58m3.m-3.d-1。結(jié)合ch4含量和容積產(chǎn)氣率隨時間的變化規(guī)律，表明工程啟動成功，在第12d時達(dá)到了產(chǎn)氣高峰，此時即可按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行連續(xù)進(jìn)料運(yùn)行。表7示范工程發(fā)酵啟動階段產(chǎn)氣效果2d4d6d8d10d12d14dch4含量(％)15.622.832.551.758.460.259.2容積產(chǎn)氣率(m3·m-3·d-1)0.120.260.370.680.911.581.45c示范工程連續(xù)運(yùn)行效果圖7為工程啟動成功后連續(xù)運(yùn)行30d的情況，由圖7可知，在30d的連續(xù)運(yùn)行期間，ch4含量基本都維持在55％以上，最高時可達(dá)到63.5％，表明厭氧發(fā)酵微生物生態(tài)系統(tǒng)對豬糞的代謝轉(zhuǎn)化高效，產(chǎn)甲烷菌和各類產(chǎn)酸菌處于良性平衡。由圖8可知，在30d的連續(xù)運(yùn)行期間，容積產(chǎn)氣率除第10d和第18d低于1.0m3.m-3.d-1以外，其他都維持在1.0m3.m-3.d-1，最高達(dá)到了1.45m3.m-3.d-1。以上結(jié)果表明，在30d的運(yùn)行期間，工程運(yùn)行非常穩(wěn)定，為沼氣工程技術(shù)在寒冷地區(qū)的推廣提供了參數(shù)和依據(jù)。規(guī)?；B(yǎng)殖廢水主要污染物氮磷cod變化規(guī)律從圖9可看出，3年來規(guī)?；B(yǎng)殖廢水北排污口小于南排污口，這是由于北排污口離萬頭豬場較遠(yuǎn)的緣故；由于沼氣無害化工程實(shí)施后，養(yǎng)殖廢水不在向農(nóng)田排放，造成農(nóng)田退水主要污染物氮磷、cod明顯減少，尤其是cod、總氮、氨氮減少幅度較大，cod減少幅度在68.7％-81.7％，氨氮減少幅度在77.8％-81.6％，總氮減少幅度在34.7％-64.1％。示范工程效益分析集成小試成果在示范工程發(fā)酵適應(yīng)性試驗(yàn)驗(yàn)證后，表明沼氣工程可以在寒區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行，并對示范工程效益進(jìn)行了分析。a能源效益:本項(xiàng)目實(shí)施后，日均產(chǎn)氣700m3，年產(chǎn)沼氣25.6m3，每m3發(fā)電1.5kwh，年發(fā)電約38.4萬kwh。因此該工程的建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)豬糞廢棄物的資源化利用，變害為利，能源效益非常顯著。b經(jīng)濟(jì)效益:本工程年發(fā)電約38.4萬kwh，按0.45元.kwh-1計(jì)算，獲利17.28萬元；工程每天產(chǎn)生有機(jī)肥約40噸，年產(chǎn)有機(jī)肥1.46萬噸，根據(jù)寧夏地區(qū)有機(jī)肥價格，沼渣按1000元.t-1計(jì)算，沼液按80元.t-1計(jì)算，有機(jī)肥年獲利143.7萬元。本工程年毛利潤為：17.28萬元+143.7萬元＝160.98萬元。c環(huán)保效益:工程運(yùn)行后，每天可消納39m3的豬糞糞污，年減排codcr約600噸，tn約70噸，tp約13噸。解決了養(yǎng)豬場產(chǎn)生的大量豬糞、沖洗水出路問題，有效治理了養(yǎng)殖場廢物對周邊天然河流和飲用水的污染。同時該工程的實(shí)施也為寧蒙灌區(qū)面源污染的有效控制提供了一條技術(shù)途徑。d社會效益:項(xiàng)目實(shí)施后，養(yǎng)殖污染得到了有效治理，減少了環(huán)境污染。同時通過沼氣發(fā)電，可解決廠區(qū)或周邊農(nóng)村用電的問題，還可以提供一定的炊事能源，減少柴薪砍伐。工程每天可產(chǎn)生約40m3有機(jī)肥，促進(jìn)了當(dāng)?shù)赜袡C(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。該工程還可解決3-5人就業(yè)問題。e綜合效益:在本工程中，以沼氣厭氧工程技術(shù)為中間起紐帶，把畜禽養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，因而形成了“畜禽養(yǎng)殖－能源－種植業(yè)－畜禽養(yǎng)殖”的良性循環(huán)道路，因此該項(xiàng)目的實(shí)施為畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的清潔生產(chǎn)提供了支撐。實(shí)施例4規(guī)?；B(yǎng)殖廢棄物綜合利用技術(shù)研究在規(guī)?；B(yǎng)殖污染控制的基礎(chǔ)上，有針對性的采用科學(xué)調(diào)配技術(shù)，并結(jié)合灌區(qū)種植的西瓜和設(shè)施蔬菜需肥規(guī)律，研制開發(fā)以沼渣、沼液為基料的各種專用肥；采用田間試驗(yàn)、室內(nèi)分析與生物統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，在試驗(yàn)區(qū)開展各種專用肥肥效試驗(yàn)，提出以沼渣、沼液循環(huán)利用為主的農(nóng)田安全利用關(guān)鍵技術(shù)體系，為寧夏灌區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖廢棄物循環(huán)綜合利用提供技術(shù)支撐。本試驗(yàn)的幾種西瓜配方肥均以沼渣為主原料結(jié)合其他原材料配制而成。表8西瓜試驗(yàn)地基施肥用量表尿素含n量約46％，磷酸二銨含p2o5量約46％、含n量約18％，硫酸鉀含k2o約50％。試驗(yàn)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)布置在楊洪橋鄉(xiāng)沙壩頭七隊(duì)，試驗(yàn)地面積1.8畝/塊，前茬作物水稻；該試驗(yàn)設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想為高氮、高磷、高鉀養(yǎng)分試驗(yàn)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)5個處理，分別為習(xí)慣施肥、配方ⅰ(高氮)、配方ⅱ(高磷)、配方ⅲ(高鉀)、和配方ⅳ，把習(xí)慣施肥，設(shè)為對照，重復(fù)三次，小區(qū)面積為3.8m×13m＝49.4m2，在每畝施有機(jī)肥(牛糞)2100/kg/666.7m2基礎(chǔ)上，撒施化肥和沼渣組成的配方肥，用量見表8，西瓜品種為美國雙抗早冠龍，4月8日播種，壟寬1.9m(種2行)，株距70cm，7月5日收獲，測產(chǎn)是按試驗(yàn)小區(qū)單收后，全部稱重記產(chǎn)，田間管理等同于習(xí)慣施肥。測定項(xiàng)目與方法：土壤樣品采集與測定：試驗(yàn)于施肥前3月10日采取多點(diǎn)s取樣法采集基礎(chǔ)土樣，采樣深度為0-30cm，充分混合均勻，風(fēng)干；在西瓜收獲后，按照不同試驗(yàn)小區(qū)取0-30cm土樣15個，按照常規(guī)分析方法分析測定了有機(jī)質(zhì)，全鹽，ph，全量氮，全量磷，全量鉀、堿解氮、速效磷指標(biāo)；鮮土樣用0.01mol/lcacl2浸提，流動注射分析儀(traacs2000)測定土樣硝態(tài)氮、銨態(tài)氮。植物樣品采集與測定：在西瓜收獲后，按照不同試驗(yàn)小區(qū)采集西瓜植株樣品與西瓜果實(shí)，同時測定整株植物的干鮮重，烘干植物樣品粉碎，果實(shí)(西瓜)測鮮樣，用濃h2so4-h2o2消解，采用凱氏法測定全n、鉬銻抗比色法測全p、火焰光度法測定全k；用手持式折光儀測西瓜的含糖量。收獲與測產(chǎn)：西瓜測產(chǎn)是按試驗(yàn)小區(qū)的不同單收后，全部稱重。結(jié)果與分析4.1土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況表9西瓜試驗(yàn)地基礎(chǔ)土樣養(yǎng)分含量表(0～30cm)通過表9西瓜試驗(yàn)地基礎(chǔ)土樣養(yǎng)分含量表可以看出，該試驗(yàn)地的有機(jī)質(zhì)，全量氮含量偏高，速效養(yǎng)分都很高，尤其是速效磷的含量很高，可見該試驗(yàn)地的肥力水平較高。這是由于該試驗(yàn)地是稻田和西瓜輪作的田，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種作物時施肥量高，造成大量養(yǎng)分殘留在土壤中，使得土壤養(yǎng)分增高。產(chǎn)量結(jié)果分析表10西瓜配方肥試驗(yàn)地各處理西瓜產(chǎn)量(kg/666.7m2)重復(fù)習(xí)慣施肥配方肥ⅰ配方肥ⅱ配方肥ⅲ配方肥ⅳ重復(fù)12267.32422.52739.72476.52334.8重復(fù)22490.02429.32341.52523.72807.2重復(fù)32705.92773.42510.22564.22533.2均值2487.82541.72530.52521.52558.4標(biāo)準(zhǔn)差219.3200.7199.843.9237.2從表10西瓜試驗(yàn)地各處理西瓜產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差可以看出各重復(fù)間的重復(fù)性較好，尤其是配方肥ⅲ的重復(fù)性最好，說明試驗(yàn)間的差異小。從圖10可以看出4個西瓜配方肥的西瓜產(chǎn)量均高于農(nóng)民的習(xí)慣施肥，尤其是配方肥ⅳ和配方肥ⅰ，增產(chǎn)明顯，說明施用配方肥好于農(nóng)民的習(xí)慣施肥，而且施用方便，省時。表11西瓜配方肥試驗(yàn)地投入、產(chǎn)出效益表注：西瓜2.8元/kg，尿素3.9元/kg，磷酸二銨5.8元/kg，硫酸鉀12.2元/kg。從表11可以看出，4個配方肥較習(xí)慣施肥均有增產(chǎn)，配方肥ⅳ和配方肥ⅰ增產(chǎn)較大，增產(chǎn)了2.8％和2.2％；配方肥ⅱ和配方肥ⅲ增產(chǎn)較小，只有1.7％和1.4％，雖配方肥都有增產(chǎn)，但沒有超過5％，增產(chǎn)效果不顯著。從凈收益上看，配方肥ⅳ和配方肥ⅰ的凈收入也高于配方肥ⅱ和配方肥ⅲ，習(xí)慣施肥最低；從畝增效益和產(chǎn)出/投入比上看看，配方肥ⅳ投入最小，畝增效益最大畝，畝增產(chǎn)率2.8％，畝節(jié)本增效307.6元，從環(huán)境和節(jié)本增效考慮配方肥ⅰ的施氮量高，是33.2kg/666.7m2，配方肥ⅳ的施氮量低，是19.4kg/666.7m2兩者相差13.8kg/666.7m2的氮，配方肥ⅰ的施氮量比習(xí)慣施肥的施氮量高出2.9kg/666.7m2，配方肥ⅳ比習(xí)慣施肥的施氮量低10.9kg/666.7m2，故配方肥ⅳ符合該課題減氮控磷的指導(dǎo)思想，由此得出，配方肥ⅳ是本試驗(yàn)要選擇以沼渣為主的最好西瓜配方肥。品質(zhì)、養(yǎng)分結(jié)果分析表12西瓜配方肥試驗(yàn)西瓜植株和果實(shí)化驗(yàn)數(shù)據(jù)(單位：％)從表12西瓜的含糖量一欄可以看出，用配方肥ⅳ和配方肥ⅰ的種植的西瓜含糖量最高，達(dá)到了8.2％，說明用配方肥ⅳ和配方肥ⅰ種植的西瓜甜度好于配方肥ⅱ和配方肥ⅲ種植的西瓜，也好于用習(xí)慣施肥種植的西瓜；從西瓜莖葉養(yǎng)分含量一欄可以看出，西瓜莖葉中吸收的全氮、全磷、全鉀的量，與我們設(shè)計(jì)的高氮、高磷、高鉀肥有很好的相關(guān)性，成正相關(guān)，習(xí)慣施肥中西瓜的莖葉全氮含量最高，達(dá)到2.43％，這與它的施氮量高也成正比。而配方肥ⅳ的施氮量只有16.6kg/666.7m2，配方肥ⅰ的施氮量是30.4kg/666.7m2，它們莖葉中吸收全氮量卻相同，西瓜的產(chǎn)量配方肥ⅳ卻高于配方肥ⅰ的西瓜，這說明，單純的施一種肥料是不行的，要氮、磷、鉀合理配合施用最好，進(jìn)一步說明施氮量高，造成作物對養(yǎng)分奢侈吸收嚴(yán)重，但起不到真正的增產(chǎn)作用，造成大量的肥料浪費(fèi)，更重要地會增加環(huán)境污染的風(fēng)險。從西瓜果實(shí)養(yǎng)分含量看，各處理差異不大，這與西瓜的生長期短有關(guān)。本試驗(yàn)初步結(jié)果表明：1.研制生產(chǎn)的四個西瓜配方肥是以沼渣為主的有機(jī)質(zhì)含量高的復(fù)合肥，可以改善土壤環(huán)境和增加西瓜的品質(zhì)，是種植西瓜良好的復(fù)合肥。2.單一的施用高氮、高磷、高鉀，對西瓜的產(chǎn)量、品質(zhì)都不好，要氮、磷、鉀合理配合施用最好。3.四個西瓜配方肥與習(xí)慣施肥相比，從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益綜合評價來看，西瓜配方肥ⅳ表現(xiàn)最好，畝增產(chǎn)率2.8％，畝節(jié)本增效在307.6元。當(dāng)前第1頁12