标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水对比研究

——３６８．——江苏农业科学２０１３年第４１卷第９期张进，余志耀，陆佳伟，等．标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水对比研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０１３，４１（９）：３６８—３７１标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水对比研究张进，余志耀，陆佳伟，赖超，许海鹏，葛少晨，单胜道，骆林平（浙江农林大学环境与资源学院，浙江杭州３１１３０％摘要：以养猪粪尿为厌氧发酵原料，研究了标准户用沼气池和红泥沼气袋进出水ＣＯＤ、ＴＩＮ、ＮＨ，一Ｎ、ＴＰ浓度和ｐＨ值变化及进水ＣＯＤ浓度与产气的关系。结果表明：浙江省临安地区１２月初之前，标准户用沼气池和红泥沼气袋对养猪废水ＴＮ、ＮＨ，一Ｎ、ＴＰ、ＣＯＤ去除效率基本相当，随后二者对各指标的去除率均出现下降，但红泥沼气袋降低更加显著。二者出水ｐＨ值没有明显差异。增加进水ＣＯＤ浓度可以提高产气量，但红泥沼气袋厌氧发酵产气受气温影响更加显著。关键词：厌氧发酵；养猪废水；ＣＯＤ；氮；磷；温度；产气中图分类号：￥２１６．４文献标志码：Ａ文章编号：１００２—１３０２（２０１３）０９—０３６８—０３２００７年，我国规模化畜禽养殖业粪便产量２．４３亿ｔ，尿液产量１．６３亿ｔ，化学需氧量（ＣＯＤ）排放量达１２６８．２６万ｔ，１材料与方法总氮（ＴＮ）１０２．４８万ｔ，总磷（ＴＰ）１６．０４万ｔ，铜２３９７．２３ｔ，锌１．１厌氧发酵沼气池４７５６．９４ｔ。畜禽养殖污染物排放总量大约是农村生活污染标准户用沼气池为符合ＧＢ／Ｔ４７５０－ｅ００２（户用沼气池物排放总量的１．５倍，位居全国重点污染排放领域之首，严重标准图集》的圆筒形沼气池（８ｍ３）；红泥沼气袋（福建思嘉公影响村镇人居环境和人体健康¨。３］。畜禽养殖业发展所造成司）为方形户用密闭发酵袋（８ｍ３）。２种厌氧发酵沼气池均的环境污染问题已经引起各级政府的高度重视，开展规模化为２０１１年８月新建。畜禽养殖污染减排也已纳入国家“十二五”重点规划【４Ｊ。浙江１．２试验地点与采样时间省是畜禽养殖大省，２００６年浙江省畜禽养殖污水排放总量已试验在浙江省临安市玲珑街道上山头村一养殖户家进达８７００万ｔ，其中铵氮（ＮＨ，一Ｎ）、ＴＰ、ＴＮ排放量分别为１．９行。厌氧发酵沼气池发酵原料主要成分为养殖户养猪废水，万、２．２万、３．７万ｔ，ＣＯＤ排放量约２０万ｔｐｌ。随着畜禽粪便少量为秸秆和青草（猪圈垫料）。试验时间为２０１１年１０月排放量的大增，畜禽粪便作为农业肥料的比例大幅下降，而且至２０１２年１月，分别于１０—３０、１１—１５、１２—０ｌ、１２—１５、１２—大部分粪便未经过无害化处理，据调查，全国９０％的规模化３０、０１—１５取样。收集厌氧发酵池进出水水样，测定ｐＨ值及养殖场缺乏必要的污染治理设施，养殖小区和养殖专业户对ＣＯＤ、ＴＮ、Ｎｉｌ，一Ｎ、ＴＰ含量。畜禽粪便的处置重视程度更低¨一“。沼气工程技术在规模化１．３试验方法畜禽养殖场排泄物生态化、减量化处理和能源化、资源化利用用ＰＨＳ一３ｃ便携式ｐＨ计（上海虹益仪器仪表有限公中发挥核心作用，是我国处理畜禽养殖废水的主要工司）测定水样ｐＨ值，用重铬酸钾法测定ＣＯＤ，用碱性过硫酸艺哺。…。我国很多省区均要求所有的规模化畜禽养殖场必钾消解紫外分光光度法测定ＴＮ、ＴＰ，用纳氏试剂比色法测定须配有养殖废物的沼气发酵处理设施。根据沼气工程远景规ＮＨ３一Ｎ㈨。划，到２０２０年，我国适宜农户沼气普及率有望达到７０％”１。１．４数据分析笔者对比了浙西北标准户用沼气池和红泥沼气袋２种不同类每个水样各指标平行测定３次，取平均值。采用ｏｒｉｇｉｎ型的厌氧发酵沼气池对养猪废水的处理，考察ＣＯＤ、ｐＨ值、８．５软件作图。ＴＮ、ｉ＂ｑＨ，一Ｎ和四含量随时间的变化规律，并监测了进水２结果与分析ＣＯＤ与产气的关系，以期为该地区中小养猪户配备沼气发酵处理设施提供参考。２．１２种不同类型厌氧发酵池处理养猪废水ｐＨ值的变化由表１可见，２０１１年１０月和１１月，户用沼气池采集的进收稿日期：２０１３－０３—１２出水样ｐＨ值变化不大，１２月水样ｐＨ值开始缓慢上升。整基金项目：浙江省科技计划优先主题重大农业项目（编号：个检测时间段出水ｐＨ值普遍高于进水。红泥沼气袋ｐＨ值２０１ＤＣｌ２００１）；浙江省环保科研计划项目（编号：２０１１８２１）；浙江省变化趋势与沼气池类似。采样期间水样ｐＨ值逐渐升高可能科技计划公益技术研究社会发展项目（编号：２０１２Ｃ２３０５８）。是因为低温导致产酸产甲烷菌活性降低。另外，随着气温降作者简介：张进（１９７９一），男，山东充州人，博士，副教授，主要从事低，进入沼气池的粪水由稀变浓（天气炎热时，需要用清水冲污染土壤碳氮循环与植物营养、农业废弃物资源化研究。圈，冬天需要用秸秆干草等垫圈）也会导致ｐＨ值升高。２个Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｚｈａｎｇ＠ｚａｆｕ．ｅｄｕ．ＣＢ。沼气池出水ｐＨ值普遍高于进水，这可能是由于产甲烷菌利通信作者，单胜道，博士，教授，主要从事循环经济与环境科学研究。用产酸菌所分解转化的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳小分子化合Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈａｎｓｈｄ＠ｒｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍｏ物等生成甲烷，降低了滤液的酸性。万方数据江苏农业科学２０１３年第４１卷第９期一３６９～２．２２种不同类型厌氧发酵池处理养猪废水氮磷的变化用沼气池对养猪废水ＴＮ的去除率从４４．２％降到３３．３％，红２．２．１‘ｒＮ浓度变化由表２可知，１０月份２种沼气池进料泥沼气袋对ＴＮ的去除率从４４．３％降到２５．８％。可见在同一口水样ＴＮ浓度均在２００ｍｇ／Ｌ左右，出料口在１００ｍｇ／Ｌ左个温度阈值（７℃，１２一１５测定）之上，２种沼气池对养猪废水右。２沼气池进出料口水样＇ＩＮ浓度平稳上升，１２月后上升ＴＮ的去除率基本没有差异，随着温度继续降低，２种沼气池幅度较大。１０月红泥沼气袋对养猪废水＇ＩＮ的去除率为的厌氧发酵产气能力受到影响，对ＴＮ的去除率出现不同程４８．２％，略高于标准户用沼气池（４５．４％）。１１月到１２月上度下降。低温条件下标准户用沼气池对ＴＮ的处理能力优于旬，２种沼气池对ＴＮ的去除率基本一致。１２月中旬过后，户红泥沼气袋。表２标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水ＴＮ浓度变化２．２，２ＮＨ，一Ｎ浓度变化由表３可见，２种沼气池进出水池。随后红泥沼气袋对养猪废水中ＮＨ，一Ｎ的去除率持续下ＮＨ，一Ｎ浓度变化趋势与ＴＮ类似。２０１１年ｌＯ月第１次取降，２０１２年１月取样时，进出水水样ＮＨ，一Ｎ浓度分别为样，标准户用沼气池的进水水样ＮＨ：一Ｎ浓度为７５．０ｍｇ／Ｌ，２４８．２、１７４，２ｍｇ／Ｌ。对ＮＨ，一Ｎ的去除率显著低于同期标准出水水样ＮＨ，～Ｎ浓度为１７．１ｍｇ／Ｌ，去除率为７７．２％。标户用沼气池。１０月到１２月初，２种沼气池对养猪废水ＮＨ，一准户用沼气池对养猪废水ＮＨ，一Ｎ的去除率持续降低，２０１２Ｎ的去除率基本保持～致，均高于７０％，表明２种沼气池对年１月，进水水样ＮＨ，一Ｎ浓度升至２５６．３ｍｇ／Ｌ，出水升至ＮＨ，一Ｎ的去除效果良好。１２月末起，受气温下降影响，红泥１３４．３ｍｇ／Ｌ。红泥沼气袋第１次取样时进出水水样ＮＨ，一Ｎ沼气袋的去除效率骤降至３０％左右；标准户用沼气池的去除浓度分别为９５．６、２０．２ｍｇ／Ｌ，去除率略高于标准户用沼气率虽有下降，但仍然基本保持在５０％左右。表３标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水ⅣＨ３一Ｎ浓度变化２．２．３ＴＰ浓度变化由表４可知，２０１１年１０月第１次取势。２０１２年１月，标准户用沼气池对养猪废水ＴＰ的去除率样，标准户用沼气池的迸水水祥ＴＰ浓度为３．９ｍｇ／Ｌ，出水为约为红泥沼气袋的２倍，表明该地区标准户用沼气池处理养０．８ｍｇ／Ｌ，去除率接近８０％，１２月中旬ＴＰ去除率一直比较稳猪废水即能力优于红泥沼气袋。定，但１２月底出现明显下降，２０１２年１月取样时，标准户用２．３２种不同类型厌氧发酵池处理养猪废水ＣＯＤ变化沼气池对养猪废水ＴＰ的去除率降至５４．７％。红泥沼气袋第２．３．１ＣＯＤ浓度变化由表５可知，１０月第】次取样，标准１次取样时进出水水样ｒＩ’Ｐ浓度分别为４．８、０．８ｍｇ／Ｌ，ＴＰ去户用沼气池进水ＣＯＤ浓度为１１８５０ｍｇ／Ｌ，出水为８００ｍｇ／Ｌ，除率略高于标准户用沼气池。随后ｒＩＰ去除率持续降低，２０１２去除率最高，为９３．２％；１１月第２次取样，ＣＯＤ去除率略有下年１月红泥沼气袋对养猪废水ＴＰ的去除率仅为２７．６％。降；１２月前２次取样，进水ＣＯＤ浓度与１１月相比变化不大，稳２０１１年１０月至次年１月，２沼气池的耶浓度整体呈上升趋定在２００００ｍｇ／Ｌ左右，出水ＣＯＤ浓度为ｌ７９４、２１０２ｍｇ／Ｌ，万方数据一３７０一江苏农业科学２０１３年第４ｌ卷第９期ＣＯＤ去除率维持在９０％左右；随后ＣＯＤ去除率下降至８６．去除率低于６０％。冬季气温下降明显，导致厌氧发酵沼气池１％。红泥沼气袋第１次取样，进出水ＣＯＤ浓度分别为１０中微生物菌群活性降低，出水ＣＯＤ浓度增加。另外，与标准０８０、９２５ｍｇ／Ｌ，去除率为９０．８％。１１月第２次取样，ＣＯＤ去户用沼气池相比，红泥沼气袋保温效果更差，对气温变化更加除率略有上升。进入１２月后，进水ＣＯＤ浓度平缓上升，最后敏感，对ＣＯＤ的消解能力也更差。稳定在１９２００ｍｇ／Ｌ左右，但出水ＣＯＤ浓度上升明显，ＣＯＤ表５标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水Ｃ０１）浓度变化２．３．２进水ＣＯＤ浓度与产气的关系由图１可见，１０月末至１２月初，标准户用沼气池产气量与进水ＣＯＤ浓度呈显著ｐ正相关（，＝０．９９），进入１２月中旬后，户用沼气池进水ＣＯＤ运旷浓度继续增加，但产气量却持续降低，表明增加进水ＣＯＤ浓镫言度可以提高户用沼气池产气量，但是１２月当气温降低到一定皂程度后，即使继续提高进水ＣＯＤ浓度，沼气池产气量也不会咖｜一、茜Ｓ扩再增加。殳爹运取样时间（月－日）妒图２红泥沼气袋进水ＣＯＤ浓度与产气关系餐时喜后明显下降。１２月初之前（２０１１年１２月１日实验点实测气衄】一、Ｈ【Ⅱｖ温为９．５℃），红泥沼气袋对养猪废水１Ｎ、ＮＨ，一Ｎ、ＴＰ的去旷．｝Ｌ除率与标准户用沼气池基本相当，但随后显著下降；对ＣＯＤ的去除率在１１月中旬（２０１１年１１月１５日实验点实测气温取样时间（月．日）为１４．１ｏＣ）之后显著降低。当气温高于９℃时，增加进水图１标准户用沼气池进水ＣＯＤ浓度与产气关系ＣＯＤ浓度可以提高标准户用沼气池产气量；但只有当气温高于１４℃时，增加进水ＣＯＤ浓度才有助于提高红泥沼气袋的由图２可见，１２月前２次取样，红泥沼气袋产气量与进水产气量。除ＴＰ指标外，标准户用沼气池和红泥沼气袋出水ＣＯＤ浓度也呈显著正相关关系（ｒ＝０．９９），但进入１２月后，进ＣＯＤ浓度和冬季出水ＮＨ，一Ｎ浓度均高于ＧＢ１８５９６－－２００１水ＣＯＤ浓度继续增加，产气量却快速降低。与标准户用沼气《畜禽养殖业污染物排放标准》。因此，在去除ＣＯＤ的同时，池相比，红泥沼气袋产气量开始下降的拐点时间更加提前，表需要结合其他技术实现脱氮除磷的效果，如厌氧一自然处理明红泥沼气袋厌氧发酵产气受气温影响更加明显，即影响红泥技术和厌氧～好氧利用技术等。沼气袋厌氧发酵产气的温度阈值较标准户用沼气池高。参考文献：３结论［１］马璨．关于农村畜禽养殖污染现状的调查与思考［Ｊ］．环境研本研究表明，１２月中旬之前（２０１１年１２月１５日试验点究与监测，２０１２（１）：４９—５１．实测气温为７．０℃），标准户用沼气池对养猪废水ＴＮ、［２］唐毙民．我国农村畜禽养殖对环境污染现状与防治的研究［ｊ］．ＮＨ，一Ｎ、ＴＰ、ＣＯＤ的去除率分别为４４％、７３％、７６％、９２％，随环境科技，２０１１（增刊）：１３０—１３３．万方数据江苏农业科学２０１３年第４１卷第９期一３７１一金美琴，姜建芳．基于管控一体化技术的滴灌控制系统设计［ＪＪ．江苏农业科学，２０１３，４１（９）：３７１—３７４基于管控一体化技术的滴灌控制系统设计金关琴１，姜建芳２（１．南通农业职业技术学院机电工程系，江苏南通２２６００７；２．南京理工大学自动化学院，江苏南京２１００９４）摘要：针对现代农业集约化、规模化种植的发展要求，研究以工控机和软ＰＬＣ为控制核心、ＷｉｎＣＣ为人机交流窗口，结合变频、现场总线、无线传感等技术，将节水灌溉、农业生产管理与自动化控制技术集为一体的滴灌控制系统。结果表明，研究的系统在为农作物提供最佳生长环境、实现增产增收的同时，还可以节约水资源，因此可以广泛应用于各种类型的农业种植区中。关键词：管控一体化；滴灌；控制系统；软ＰＬＣ；ＷｉｎＣＣ中图分类号：￥２７５．６文献标志码：Ａ文章编号：１００２—１３０２（２０１３）０９—０３７１—０４我国是农业大国，农业节水是不但是水利工程的重要组成部分，而且实行节水灌溉也是实现我国农业可持续发展的１背景系统简介必然要求。在现阶段推广的节水灌溉方法中，微灌（包括滴南通市久发农业生态科技示范园总规划用地约灌、微喷灌等）的节水效果最好¨１，但是我国的农业滴灌系统１３３．３ｈｍ２，目前总体建设规模达到了６６．７ｈｍ２，是集培训、娱大部分依靠的是人工经验控制，使得水的利用率仍然不是很乐、休闲、农业科技开发及花卉、蔬菜、果木、种子种植为一体高；有些滴灌系统虽然采用了自动化控制，但却存在现场布线的农业生态科技园。园区已经配备了滴灌、喷灌等微水灌溉不便、成本较高、操作维护不便等种种问题。缺乏先进的硬件设备，但是没有配置自动灌溉控制系统，仍然采用人工手动开设备与灌溉管理控制技术，特别是灌溉控制系统的自动化水关阀门的方式来控制灌溉，不但浪费了人力，而且也没有充分平不高，是制约我国高效农业发展的瓶颈。随着我国农村经利用水资源。更为不足的是人员看管方面，由于凭的是经验济的发展，农田集约化、大面积种植已经成为一种必然趋势，和责任心灌溉，有时会因经验不足或人员疏忽而造成过度灌因此研制适合于大面积农田使用的、便于统一管理的集散型溉，导致出现淹苗、烧苗等严重后果。智能节水灌溉控制系统是发展现代化农业的必然要求。２管控一体化滴灌控制系统的总体方案基于上述节水灌溉的发展现状及存在的问题，迫切需要运用系统集成的思想和方法，把计算机技术、现场总线技术、本研究根据生态科技示范园规模大、有集中管理的需求无线传感技术、自动控制技术等诸多技术与现代农业生产管以及控制对象分散等特点，讨论了设计与实现管理与合理控理模式结合起来拉Ｊ，建成涵盖农业生产管理与灌溉自动化的制相结合的系统方案。本方案采用计算机集中管理与单片机管控一体化平台，从而实现我国农业从传统经验式管理向现滴灌分散控制的方式，即采用一台工控机集中管理并作为主代化智能化管理的质的飞跃，提升农业灌溉管理的自动化水站控制整个系统；主站通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线协调分散的平，节约水资源。滴灌从站系统，滴灌从站系统再使用无线通信管理和控制每个滴灌子系统，从而实现了滴灌的集中管理与分散控制。本方案以工控机＋软ＰＬＣ为控制核心来实现管控一体化，有效收藕吕期：２０１３—０２—０２地减少了管理系统与控制系统的通信工作量；以ＷｉｎＣＣ（ｗｉｎ—基金项目：２０１０年度江苏省南通市科技计划（编号：Ｋ２０１００６２）。ｄｏｗｓｃｏｎｔｒｏｌｃｅｎｔｅｒ，视窗控制中心）为人机交流接口，并结合作者简介：，＠美琴（１９６９－－），女，江苏南通人，硕士，讲师、工程师，主变频、现场总线、无线传感技术，实现了滴灌管控一体化系统。要从事自动化技术应用教学与研究。Ｔｅｌ：（０５１３）８１０５０５７２；本方案解决了布线困难，方便地获取到了农作物生长和灌溉Ｅ一。。ｉｌ：ｎｔｊｍｑ＠１６３．。。。。的情况冲１，为生产管理决策提供了依据；同时依靠现代化的［３］刘刈，宋立，邓良伟．我国规模化养殖场粪便污水处理利用［８］张东，徐娃，陈斌，等．畜禽粪便沼气工程处理技术进展现状及对策［Ｊ］，猪业科学，２０１１（６）：３０—３３，４２．［Ｊ］．浙江农业科学，２０１２（２）：２２３、２２７．［４］许妍．畜禽污染减排纳人“十二・五”重点规划［Ｊ］．农业技术［９］Ｊｉａｎｇｘ，ＳｏｍｍｅｒｓＧ，ＣｈｒｉｓｔｅｎｓｎＫＶ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｂｉｏ薅∞ｉｎｄｕｓｔｒｙ与装备，２０１０（２３）：７９・ｉｎＣｈｉｎａｆＪ］．ＥｎｅｒｇｙＰｏｌｉｃｙ１，：３９１０６０７３２，一６０８１．［５］单胜道’召５峰，周珊．浙江省农村废弃物调查［Ｍ］．北京：科［１０］ＢｏｎｄＴ，ＴｅｍｐｌｅｔｏｎＭＲ．Ｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｆｕｔｕｒｅｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｂｉｏｇａｓ学出版社，２００９，［６］中国畜牧业年鉴编辑委员会．中国畜牧业统计年鉴［Ｍ］．北京：ｐｌａｎｔｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｗｏｒｌｄ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙｆｏｒＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐ．中国农业出版社，２０１０．ｍｅｎｔ，２０１１．１５：３４７—３５４．［７］中华人民共和国环境保护部．中国环境统计年鉴［Ｍ］．北京：中［１１］奚旦立，孙裕生，刘秀英．环境监测［Ｍ］．北京：高等教育出版国统计出版社，２０１０．社，２００９．万方数据标准户用沼气池和红泥沼气袋处理养猪废水对比研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

张进， 余志耀， 陆佳伟， 赖超， 许海鹏， 葛少晨， 单胜道， 骆林平浙江农林大学环境与资源学院,浙江杭州,311300江苏农业科学

Jiangsu Agricultural Sciences2013,41(9)

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