铁、镁矿物添加对养殖场猪粪厌氧发酵的影响

摘要

集约化畜禽养殖场产生的粪尿等是造成环境污染的重要源头。厌氧发酵处理技术因其能耗低,不需要额外补充氧源,占地少、负荷高的特点,可以有效地处理粪便、回收利用资源。但是厌氧发酵过程中也会产生H2S等危害气体,降低发酵沼气的可利用性,发酵液中也含有大量的氮、磷等元素,增大后续处理的负荷,直接排放会引起环境风险。
　　 本实验以合肥市某养殖场猪粪为研究对象,通过在猪粪发酵过程中添加铁矿物和镁矿物,研究了铁、镁矿物对猪粪厌氧发酵的影响。
　　 模拟猪粪干发酵过程,研究不同比例的针铁矿添加对发酵产气的影响。通过测定产气量、CH4和CO2等气体组分的含量,结果表明,由于铁离子对厌氧菌活性的提高,促成酶的合成,以及生成FeS降低H2S的毒性等因为,可以促进发酵体系中的产气速率和产气量,但是针铁矿的添加比例与促进效果并不呈现线性比例。
　　 在猪粪发酵过程中添加不同比例的赤铁矿和氧化镁,研究它们对发酵过程中H2S释放的影响。通过对气体中H2S的测定,结果表明,各种比例的赤铁矿和氧化镁添加,会在发酵体系中产生生物与矿物的交互作用,从而降低体系中H2S的含量。
　　 添加针铁矿和菱苦土,研究铁镁矿物联合添加对发酵过程中产气的影响和对碳、氮、磷等元素的固定。通过对气体产量和气体成分的测定,发酵液中氮、磷的测定,以及发酵固体的XRD和SEM分析,结果表明,针铁矿促进发酵产气,菱苦土对发酵产气影响不大,而针铁矿和菱苦土联合添加对发酵产气有协同作用；菱苦土和针铁矿添加,均能固定发酵液中的碳,菱苦土添加还能固定发酵液中的氮、磷,生成鸟粪石沉淀。

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第一章 绪论

1.1 畜禽养殖业发展现状及污染问题

1.1.1 我国畜禽养殖业的发展现状

1.1.2 畜禽养殖业污染问题

1.2 畜禽养殖业废弃污染物的危害

1.2.1 对水体环境的污染

1.2.2 对土壤系统的影响

1.2.3 对大气环境的污染

1.2.4 对人体健康和畜牧业发展的影响

1.3 畜禽养殖粪污治理方法、技术

1.3.1 粪污治理方法、技术概述

1.3.2 厌氧发酵的基本原理

1.3.3 影响厌氧发酵的主要因素

1.4 国内外畜禽粪便厌氧发酵技术研究和应用现状

1.4.1 国外研究和应用现状

1.4.2 国内研究和应用现状

1.5 磷酸铵镁固磷机理及影响因素

1.5.1 磷酸铵镁固磷机理

1.5.2 影响磷酸铵镁固磷的因素

1.5.3 磷酸铵镁在畜禽粪便厌氧发酵中的应用

1.6 本课题研究的主要内容和创新点

1.6.1 本课题研究的主要内容

1.6.2 本课题创新点

第二章 实验材料和方法

2.1 实验仪器和试剂

2.1.1 主要实验仪器

2.1.2 主要实验试剂

2.2 取样和分析测试

2.2.1 猪粪样品采集与保存

2.2.2 猪粪样品分析测试

2.3 分析测试方法

2.3.1 硫酸根的测定方法

2.3.2 氨氮的测定方法

2.3.3 磷酸盐的测定方法

2.3.4 H2S的测定方法

2.3.5 CO2测定

2.3.6 CH4的测定

2.3.7 XRD表征样品的预处理

2.3.8 固体SEM预处理和EDS表征

2.4 菱苦土和针铁矿的矿物学特征

2.4.1 菱苦土矿物学特征

2.4.2 针铁矿矿物学特征

第三章 针铁矿对养殖场猪粪干发酵产气的影响

3.1 实验和测试方法

3.1.1 实验材料和仪器

3.1.2 实验方法

3.1.3 测试方法

3.2 结果和讨论

3.2.1 对产气及产气成份的影响

3.2.2 讨论

3.3 本章小结

第四章 铁、镁矿物对猪粪厌氧过程中H2S释放的影响

4.1 实验材料和方法

4.1.1 实验材料和仪器

4.1.2 实验方法

4.1.3 测试方法

4.2 结果和讨论

4.2.1 赤铁矿实验结果

4.2.2 氧化镁实验结果

4.2.3 固体XRD分析

4.2.4 讨论

4.3 本章小结

第五章 铁、镁矿物在猪粪厌氧发酵中对碳、氮、磷的固定作用

5.1 实验材料和方法

5.1.1 实验材料和仪器

5.1.2 实验方法

5.1.3 取样及测试

5.2 结果和讨论

5.2.1 pH值的变化

5.2.2 产气的变化

5.2.3 发酵液氮、磷变化

5.2.4 固体XRD和SEM分析

5.2.5 讨论

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间成果