沼氣工程是一種有效處理有機(jī)廢棄物的工程技術(shù),尤其是在畜禽糞污處理和高濃度有機(jī)污水處理方面效果顯著,在國內(nèi)外得到了大力推廣應(yīng)用。近年來,隨著養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)向大型化發(fā)展以及沼氣作為新能源開發(fā)利用,我國沼氣工程正朝著大型化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。沼氣工程在處理有機(jī)廢棄物的同時(shí)又能夠產(chǎn)生清潔能源,處理后的沼液沼渣還可能成為有機(jī)肥料。但實(shí)際工程中這些廢棄物往往不能得到預(yù)期的“就地直接利用”,帶來很多負(fù)面影響：①沼液中含有大量的N、P、K營養(yǎng)元素、生理活性物質(zhì)(BAC)、數(shù)量龐大的微生物菌群以及其它無機(jī)離子和極微量的重金屬成分等。這些物質(zhì)成份復(fù)雜、含量未知,直接用作肥料灌溉,難以發(fā)揮最好的效用,弊大于利;②沼液直接農(nóng)業(yè)利用受季節(jié)性影響明顯,且由于貯存和運(yùn)輸?shù)仍?沒有足夠的田地及時(shí)消納,只能直接排放造成環(huán)境污染；③沼液、沼渣在農(nóng)田施用時(shí),沒有規(guī)范性的技術(shù)指導(dǎo),一旦施用量過大,超過土地承載能力和作物利用能力,便會(huì)造成二次污染。因此沼液、沼渣問題已經(jīng)成為制約規(guī)模化沼氣工程產(chǎn)業(yè)化推廣的瓶頸。本文圍繞規(guī)�；託夤こ檀嬖诘恼右�、沼渣減量及其高附加值利用等問題開展研究,通過系統(tǒng)分析與測定沼液中的主要組分、生理活性物質(zhì)及其物理化學(xué)和生物學(xué)特性；結(jié)合沼氣工程厭氧發(fā)酵液回流工藝和沼液營養(yǎng)物質(zhì)濃縮與水資源回收技術(shù)應(yīng)用研究,顯著減少沼氣工程沼液沼渣排放量,有效實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液中營養(yǎng)物質(zhì)與水資源分離回收；系統(tǒng)考察了沼液作為有機(jī)營養(yǎng)液、沼渣作為有機(jī)肥和人工基質(zhì)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用的效果,解決沼液、沼渣的消納問題,有效提高沼液、沼渣的附加利用價(jià)值,對于促進(jìn)規(guī)模化沼氣工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下：1)本論文通過系統(tǒng)分析與監(jiān)測,確定了沼液中的主要組分和生理活性物質(zhì)(Major Components and Bioactive Components,MCBAC)及其物理化學(xué)和生物學(xué)特性。首次在豬糞沼液中檢測和分離出多種促進(jìn)植物生長的激素類成分及含量：細(xì)胞分裂素iPR,含量為0.00194μg/L:赤霉素GA4含量為0.857μg/L,GA19含量為1.47μg/L,GA53含量為0.271μg/L。高等植物的赤霉素含量一般是0.001-1 ng/kg鮮重,沼液中赤霉素濃度達(dá)到3個(gè)數(shù)量級(jí)以上；吲哚乙酸(IAA)在植物體內(nèi)生長素的含量很低,一般每克鮮重為10-100 ng,本研究中檢測得知,沼液中IAA含量為332μg/L,比植物中濃度高出了3-30倍,IAA對促進(jìn)植物生長,誘導(dǎo)花芽分化,促進(jìn)光合作用方面有顯著影響；吲哚甲酸ICA含量為397μg/L；檢測出2種殺蟲抗菌類成分及含量：8-羥基-3,4-二氫喹啉-2-酮,在沼液中濃度為0.7375 mg/L;3,4-二氫喹啉-2-酮,在沼液中濃度為0.1775 mg/L；并鑒定了吲哚-3-甲酸、8-羥基-3,4-二氫喹啉-2-酮、3,4-二氫喹啉-2-酮的結(jié)構(gòu)式；為解釋施用沼液對作物促生抗逆抗蟲的機(jī)理提供理論依據(jù),為后續(xù)開展沼液營養(yǎng)液高值化利用研究提供理論支持。2)在沼液減量化技術(shù)研究方面,提出了針對高固含率物料厭氧消化液高回流比的厭氧發(fā)酵工藝,解決了回流液對厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生抑制影響的關(guān)鍵技術(shù)問題,確定了最大回流比；應(yīng)用碟管式反滲透膜(DTRO)工藝,建立了沼液營養(yǎng)物質(zhì)濃縮與水資源回收系統(tǒng),通過試驗(yàn)研究探索了沼液濃縮長期穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)與經(jīng)濟(jì)性;在上述基礎(chǔ)上,總體實(shí)現(xiàn)減少沼液排放量達(dá)到80%以上,清水實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放或回收利用要求。3)針對沼液營養(yǎng)物質(zhì)穩(wěn)定性問題,利用16S rRNA基因克隆文庫和PCR-DGGE技術(shù)等方法研究了沼液中微生物群落組成、通氣狀態(tài)下沼液中細(xì)菌菌群的變化情況。明確了通氣會(huì)改變沼液中微生物多樣性、引起沼液營養(yǎng)物質(zhì)和激素類物質(zhì)不穩(wěn)定的機(jī)理,在沼液中添加秸稈原料,利用降解低價(jià)煤菌種對沼液進(jìn)行二次好氧發(fā)酵,研制了具有穩(wěn)定性能(pH值穩(wěn)定3個(gè)月以上)的沼液有機(jī)營養(yǎng)液,解決了沼液長期儲(chǔ)存及長途運(yùn)輸中營養(yǎng)減少的難題。在多種作物施用試驗(yàn)結(jié)果證明能夠明顯提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。4)在沼渣人工基質(zhì)技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)方面,利用沼渣富含多種營養(yǎng)元素和促生長活性成分,通過栽培對比試驗(yàn)證明了豬糞、雞糞和牛糞3種原料的沼渣人工育苗基質(zhì)效果：牛糞沼渣可完全替代草炭,豬糞沼渣和雞糞沼渣可部分替代草炭,且育苗效果優(yōu)于草炭、蛭石、珍珠巖配比施用化肥的人工育苗基質(zhì)。5)在沼肥施用土地承載力評價(jià)方面,建立了土柱精確模擬系統(tǒng),在自然環(huán)境下,通過種植不同作物品種和沼肥施用水平,全年監(jiān)測不同深度土壤滲濾液水質(zhì)(總氮、硝態(tài)氮、氨氮、總磷等)變化,評價(jià)沼肥施用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和土地作物系統(tǒng)消納沼肥的土地承載力；揭示了不同作物種植形式、氣候因素對沼肥土地承載力具有重要影響。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X71;S216.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 沼渣利用研究
        1.2.1 沼渣用于土壤改良
        1.2.2 沼渣對作物的影響
        1.2.3 沼渣人工基質(zhì)
    1.3 沼液利用研究
        1.3.1 沼液活性成分分析研究
        1.3.2 沼液作為營養(yǎng)液的研究
        1.3.3 沼液浸種及防治蟲害
        1.3.4 沼液其他用途
    1.4 本論文選題特色及研究內(nèi)容
        1.4.1 論文選題特色
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
第二章 沼液主要成分定量分析
    2.1 研究方案
        2.1.1 設(shè)計(jì)思路
        2.1.2 技術(shù)路線
    2.2 材料與方法
        2.2.1 沼液中氮磷鉀的測定
        2.2.2 沼液中金屬離子的測定——ICP-AES法
        2.2.3 全鹽量的測定
        2.2.4 細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌測定
        2.2.5 氨基酸測定
        2.2.6 植物激素
        2.2.7 抗菌成分
    2.3 結(jié)果與分析
        2.3.1 沼液中氮、磷、鉀測定結(jié)果
        2.3.2 沼液中重金屬含量測定結(jié)果
        2.3.3 沼液中全鹽量測定結(jié)果
        2.3.4 沼液中微生物測定結(jié)果
        2.3.5 沼液中氨基酸含量
        2.3.6 沼液中植物激素測定結(jié)果
        2.3.7 沼液中抗菌成分測定試驗(yàn)結(jié)果
        2.3.8 活性成分結(jié)構(gòu)式鑒定
    2.4 本章小結(jié)
第三章 沼液回流工藝研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
        3.1.1 沼液高回流比對厭氧發(fā)酵的影響研究
        3.1.2 沼液好氧曝氣試驗(yàn)研究
        3.1.3 沼液曝氣后回流對厭氧發(fā)酵的影響研究
            3.1.3.1 試驗(yàn)材料
            3.1.3.2 試驗(yàn)方法
            3.1.3.3 測定項(xiàng)目及方法
    3.2 沼液高回流比對厭氧發(fā)酵的影響研究
    3.3 沼液好氧曝氣試驗(yàn)研究
    3.4 沼液曝氣后回流對厭氧發(fā)酵的影響研究
    3.5 結(jié)論
第四章 沼液營養(yǎng)物質(zhì)濃縮與水資源回收工藝
    4.1 DTRO系統(tǒng)運(yùn)行性能及影響因素
        4.1.1 膜通量
        4.1.2 脫鹽率
            4.1.2.1 壓力對脫鹽率的影響
            4.1.2.2 進(jìn)水電導(dǎo)率對脫鹽率的影響
            4.1.2.3 溫度對脫鹽率的影響
    4.2 DTRO系統(tǒng)最佳工藝參數(shù)分析
        4.2.1 DTRO系統(tǒng)最佳運(yùn)行壓力分析
        4.2.2 DTRO系統(tǒng)濃縮沼液最佳回收率分析
    4.3 DTRO系統(tǒng)長期運(yùn)行效能結(jié)果與分析
        4.3.1 DTRO系統(tǒng)長期運(yùn)行膜通量的變化
        4.3.2 電導(dǎo)率的濃縮效果
        4.3.3 COD的濃縮效果
        4.3.4 氨氮的濃縮效果
        4.3.5 長期運(yùn)行出水水質(zhì)
    4.4 DTRO膜污染情況與控制
        4.4.1 膜污染分析
        4.4.2 膜的清洗
    4.5 本章小結(jié)
第五章 有機(jī)沼液營養(yǎng)液制備及栽培試驗(yàn)研究
    5.1 沼液細(xì)菌群落組成及穩(wěn)定性分析
        5.1.1 沼液細(xì)菌群落組成
        5.1.2 沼液穩(wěn)定性分析
    5.2 沼渣及濃縮沼液對圓生菜生長及氮素利用率的影響
        5.2.1 材料與方法
        5.2.2 結(jié)果與分析
    5.3 基質(zhì)栽培油菜追施濃縮沼液應(yīng)用效果研究
        5.3.1 材料與方法
        5.3.2 結(jié)果與分析
        5.3.3 小結(jié)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 沼渣人工基質(zhì)技術(shù)與應(yīng)用研究
    6.1 技術(shù)路線
    6.2 沼渣的理化性質(zhì)
    6.3 沼渣人工基質(zhì)育苗試驗(yàn)研究
        6.3.1 發(fā)酵原料為雞糞的沼渣人工基質(zhì)育苗試驗(yàn)
        6.3.2 發(fā)酵原料為豬糞的沼渣人工基質(zhì)育苗試驗(yàn)
        6.3.3 發(fā)酵原料為牛糞的沼渣人工基質(zhì)育苗試驗(yàn)
    6.4 發(fā)酵原料為牛糞的沼渣人工基質(zhì)栽培試驗(yàn)
    6.5 本章小結(jié)
第七章 沼液、沼渣有機(jī)肥應(yīng)用土地承載力研究
    7.1 研究方案
        7.1.1 研究依據(jù)
        7.1.2 技術(shù)路線
    7.2 土柱模擬實(shí)驗(yàn)研究
        7.2.1 材料與方法
        7.2.2 試驗(yàn)處理
        7.2.3 結(jié)果與討論
        7.2.4 結(jié)論
第八章 結(jié)論
本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者和導(dǎo)師介紹
附件


本文編號(hào)：2848105