沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究

0引言农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering第35卷第19期2019年10月Vol.35No.19Oct.2019目前中国大部分沼气工程面临大量沼液无法消纳的问题，已经成为限制沼气工程正常运行、制约中国生物天然气产业发展的主要因素之一[1-4]。沼液含有丰富的氮、磷、钾等营养元素和铁、铜、锰等微量元素，是一种优质的资源，如何研发低成本的处理技术，实现沼液无害化消纳、资源化利用一直以来是中国学者研究的热点[5-8]。近年来，国内外已有一些研究和应用利用好氧发酵处理养殖粪水、沼液、酒精废液等高浓度有机废水[9]，该技术可以弥补畜禽粪便和秸秆单独好氧发酵时的氮源不足、臭气排放严重等不利因素，同时可以解决粪水、沼液单独处理费用高的问题[10-13]。秸秆、生物炭对沼液中的悬浮物及营养元素有较好的吸附过滤作用，同时生物炭具有除臭的功效。张智烨等[14]分析了玉米秸秆作为一种预过滤材料对猪粪发酵沼液的过滤效果，发现沼液经秸秆吸附后，化学需氧量（chemicaloxygendemand，COD）和总悬浮物（totalsuspendedsolid，TS）的去除率分别达到了50%和60%以上，总氮（totalnitrogen，TN）的去除率约为10%~15%，总磷（totalphosphorus，TP）的去除率最高可达45%，验证了玉米秸秆作为沼液预过滤材料的可行性。在利用秸秆好氧发酵处理沼液方面，邓良伟等[12]以玉米秆、稻草、麦秆为载体吸收猪场沼液的发酵试验，证明了秸秆好氧发酵处理沼液的可行性。李瑞鹏等[13]用麦秸和养殖废水（沼液或牛粪水）混合好氧发酵，结果表明每处理1.0t麦秸可消纳废水1.8t，有利于奶牛场节本增效。张晴雯等[15]将作物秸秆、沼液、粪便等废弃物混合好氧发酵制备生物肥料，总养分含量（N2、P2O5、K2O）≥20%，有效促进农作物增产增收。虽然目前中国部分学者对秸秆和沼液联合发酵生产有机肥的技术有一定程度的研究，但总体尚处于试验研究阶段[16]，尚未就沼液喷淋与秸秆联合好氧发酵效果开展相关研究。在秸秆与沼液好氧发酵过程中，秸秆作为发酵的原料，有机质含量低，而生物炭优良的吸附性能，可以吸附沼液中的有机质、氮磷等养分元素[17]，为微生物提供良好的生存环境，延长发酵高温期[18]。本研究以好氧发酵过程中最大消纳沼液为目标，分析了玉米秸秆对猪粪沼液和鸡粪沼液的吸附过滤效果，利用吸附后的秸秆开展沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究丁京涛，马艳茹，沈玉君，程红胜，孟海波※，宋立秋，张朋月（1.农业农村部规划设计研究院农村能源与环保研究所，北京100125；2.农业部资源循环利用技术与模式重点实验室，北京100125）摘要：为实现沼液的减量化和肥料化，以玉米秸秆为载体吸附过滤沼液，开展沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵试验，分析沼液喷淋对好氧发酵效果的影响，以及与秸秆和生物炭共发酵的效果。结果表明，粉碎后玉米秸秆吸附过滤猪粪沼液、鸡粪沼液后，秸秆含水率由5.92%分别上升至76.35%和85.72%，碳氮比由42.4分别上升至50.2和51.7，沼液中总悬浮物、总磷分别降低了34.42%~43.78%和20.00%~41.01%，而对溶解态的总磷、总钾吸附过滤效果一般。沼液喷淋翻拋可延长堆体发酵高温期2倍时长以上，有机质含量降低了10.42%~18.63%，氮磷钾含量提高6%~21.5%左右，并可提高堆体腐熟度，促进类腐殖质物质产生。添加生物炭可缩短发酵升温期并延长高温期，更有利于堆体消纳沼液。沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵工艺可达到利用沼液生产有机肥的目的，是资源化利用沼液的有效途径之一。关键词：秸秆；发酵；生物炭；沼液；喷淋；资源化利用doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.19.031中图分类号：X71文献标志码：A文章编号：1002-6819（2019）-19-0252-07丁京涛，马艳茹，沈玉君，程红胜，孟海波，宋立秋，张朋月.沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究[J]农业工程学报，2019，35(19)：252—258.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.19.031http://www.tcsae.orgDingJingtao,MaYanru,ShenYujun,ChengHongsheng,MengHaibo,SongLiqiu,ZhangPengyue.Effectofcornstalkandbiocharaerobicfermentationcombinedwithbiogasslurryspraying[J]TransactionsoftheChin