酸性废渣对猪粪储存及后续处理资源化利用过程中氨气减排效果的研究

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氨气(NH3)是大气中最重要的碱性气体和活性氮化合物,在新粒子形成与雾霾污染中起关键作用。大气NH3沉降会导致水体和土壤酸化、生态系统富营养化和生物多样性减少等问题。畜牧养殖业被是最重要的NH3排放源,生猪养殖业约占全球畜牧业排放量的15%。我国生猪养殖规模大,生猪养殖的NH3排放占畜牧业排放总量的44%。因此,控制生猪养殖的NH3排放对我国人为源NH3减排尤为重要。使用硫酸(H2SO4)酸化猪粪是减少NH3排放的有效方法。然而,使用这种强酸存在缺陷。另一方面,我国每年产生酸性废渣约4000万吨。酸渣种类多、数量大、利用率低,处置不当还会造成环境污染。本研究针对生猪养殖NH3排放量巨大和酸性废渣资源化利用难两个问题,开展了使用酸渣替代H2SO4减少生猪养殖NH3的研究。在本研究中,对猪粪进行酸化,分析比较酸化处理对猪粪储存过程中NH3的减排效果及理化性质的影响;在酸化处理减少NH3排放的基础上,选择合适的酒糟和醋渣添加比例酸化猪粪,在储存结束后进行好氧堆肥处理,进一步分析了酸渣酸化猪粪的NH3排放和理化性质变化;将得到的三种有机肥和尿素施用于土壤,探究了土壤施肥后的NH3排放和理化性质变化,并对酸渣减少我国畜禽粪便NH3排放进行预估。主要研究结果如下:(1)在25℃ 30天的生猪粪便储存实验中,不同的酸化处理显著降低生猪粪便的NH3排放。H2SO4的NH3减排效果优于有机酸,酸渣的NH3减排效果取决于添加比例,酒糟优于醋渣;酸化会显著降低生猪粪便pH,酸渣对于生猪粪便pH的影响不同于H2SO4、乳酸和乙酸,酸渣处理组的最低pH出现在储存期间;酸渣的添加使得生猪粪便中存在大量有机酸,多数有机酸含量出现前期生成后期降解的现象;酸渣添加有助于在生猪粪便中保存更多的总碳(Total carbon,TC)和总氮(Total nitrogen,TN),酸化会增加生猪粪便中可溶性磷(Solublephosphorus,SP)的含量,有机酸和酒糟的添加会增加生猪粪便中总可溶性有机碳(Total soluble organic carbon,TSOC)的含量;酒糟的添加可以减缓生猪粪便中干物质(Dry matter,DM)和有机质(Organicmatter,OM)的减少,使二者更加稳定。(2)根据NH3减排效果,选用1:3酒糟添加比例和2:3醋渣添加比例的生猪粪便进行好氧堆肥。酸化生猪粪便作为堆肥原料时,可进一步减少NH3的排放,分别减少了13.3%、27.2%。酒糟和醋渣添加会降低堆体的pH和电导率(Electrical conductivity,EC),提高堆肥过程中的最高温度,延长堆肥高温期的持续时间,但出现延长了堆体进入高温期时间的现象;酒糟和醋渣添加均增加了堆体中氮(N)、有机质(OM)和可溶性磷(SP)的最终含量,而不对堆肥结束产品中总可溶性有机碳(TSOC)产生影响;将结果与农业行业标准《有机肥肥料》(NY-2022503)比较后发现,酸性废渣的添加不会导致重金属浸出,不会对堆肥产品的种子发芽指数造成影响,总体提高了有机肥品质。(3)将好氧堆肥得到的有机肥和尿素施用于土壤,有机肥施用可以减少土壤NH3的排放,但添加酸渣的有机肥效果不如单一的生猪粪便有机肥;有机肥会降低土壤的pH而增加电导率(EC),尿素对pH和电导率(EC)无影响;其次,三种有机肥会增加土壤中脲酶、碱性磷酸酶、碱性蛋白酶和蔗糖酶的活性,也增加了土壤中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的丰度。(4)2016年,我国畜禽粪便总量预估为23.80×1011 kg,在本研究粪便管理情境下,预估产生2.51Tg(2.51×1011 kg)NH3。如果在畜禽粪便储存前酸化,酒糟、醋渣分别可减少0.70、0.98 Tg的NH3排放,分别相当于2016年我国汽车尾气NH3排放的7.0倍和9.8倍,家庭燃煤的2.7倍和3.8倍,室内生物质燃烧的2.3倍和3.3倍。
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