基于禽畜养殖水体污染现状构建沼气蓄热温室生态系统研究

　　摘要以松前村为研究对象，调查研究该村畜禽养殖业对环境的污染状况，从而构建沼气蓄热温室生态系统，该系统利用太阳能加热沼气池，一方面为生态大棚提供必要温度，另一方面可对大棚内土壤进行堆肥。该系统模式可减少其COD、氮、磷等污染物质含量，达到排放标准，减轻对地表水体污染。

　　关键词禽畜养殖水体污染资源化利用

　　养殖论文范文：水产养殖中硝化细菌的应用

　　摘要：在目前的集约化水产养殖模式下，养殖水体中常会累积大量的氨氮类污染物，对养殖生物造成危害。硝化细菌可分解水中的氨氮，并将其转化为可被生物利用的硝酸盐，是水产养殖中常用的有益微生物。本文主要探讨其在水产养殖中的应用。

　　0引言

　　近年来畜禽养殖污染已成为当前继工业污染、生活垃圾污染后的第三大污染源[1]。在吉林省农村，以种植玉米，家庭养殖禽畜为主要增收方式。以吉林省松前村为例，该村位于伊通河上游，全村28户农民均以养鸡为主要经济来源，年养殖约300万羽。规模化养殖产生大量的畜禽粪便，使污染集中，难于处理，大量粪便直接倒入伊通河，对环境造成严重危害。一方面畜禽粪便、玉米秸秆无法资源化处理，污染环境，另一方面农村能源资源非常短缺，这是我国北方农村面临的普遍问题。因此，积极开发利用生物质能的可再生能源用于温室大棚，使得农民摆脱单一玉米种植模式，实现经济效益增收，又能利用沼气发酵作为处理畜禽粪污、玉米秸秆，最大限度地节约能源和保护环境，实现促进农业生产和谐地发展。

　　1水体污染现状

　　样品采集点设置在伊通河上游流经该村的某支流上，共设置地表水监测点9个。村庄位于采样点7所在位置。水样中氨氮和硝酸盐氮含量可知，该支流上共设9处采样点，其中6处采样点的氨氮质量浓度在0.5mg/L以下，硝酸盐氮质量浓度在1mg/L以下，说明该支流流经以上6处采样点的地表水水质较好，达到Ⅱ类标准。分析采样点2和9处氨氮和硝酸盐氮含量稍高的原因是上述两个采样点有灌溉后的水流入。

　　采样点7是养鸡场污染区，未经过任何处理就直接排放，测得的氨氮质量浓度≥1mg/L，硝酸盐氮质量浓度≥1.5mg/L，属于地表水水质IV类。水样中总氮、总磷、COD含量，可以看出，总氮的污染情况要比氨氮和硝酸盐氮严重很多，特别是采样点7，远远超过地表水水质V类限值，分析原因为鸡粪及剩余饲料中的氮以有机氮化合物的形式存在;总磷的含量在7采样点及下游超过地表水水质V类限值;COD在7采样点的质量浓度高达1710mg/L，远远超过地表水水质V类限值。未经处理的禽畜粪便会对土壤、水体造成污染。用未经处理的禽畜粪便施肥，会导致土壤中重金属含量超标，进而污染地表水和地下水。经检测，该村土壤中的重金属含量均超标，Cu、Zn和As的含量相对于对照组最高超标分别为142%，49%，12%。

　　2沼气蓄热温室生态系统

　　系统由太阳能集热系统、沼气池增温系统和温室大棚内土壤蓄热轮耕系统3部分组成[2]。太阳能集热系统可为大棚温室内的土壤和沼气池冬季正常工作提供所需温度;沼气池增温系统，是沼气池外部敷设换热管，换热管内的流体通过和沼气池池壁对流换热来提升沼气池温度;土壤蓄热轮耕系统为大棚内设有两层土壤，两层土壤中间敷设换热管，上层土壤种植，下层土壤堆肥，两层土壤轮休耕种。

　　2.1沼气蓄热温室生态系统模式

　　保温大棚长20m，宽5，高1.5m，容积150m3。大棚内的底部垂直高度上设有2个储土槽12、13，储土槽中间安装有换热盘2，换热盘内部敷设换热管用于提升大棚内温度，上下储土槽位置可调换，从而实现土壤的轮休耕种，储土槽底部设有泄水孔和溢流孔6，在植物生长期间可通过自动浇灌系统进行灌溉，该系统设有太阳能集热板8，通过太阳能集热板加热循环水，热水储存在储热罐11内，沼气池由钢纤维混凝土建造，内嵌在换热槽10内，换热槽外设绝热保温板，阻止沼气池内温度损失。热水由储热罐11内流出，并联流入大棚和沼气池内进行换热，以提高大棚内的土壤温度和沼气池内的发酵温度。沼气池内产生的沼气被集中收集在集气罐9内，夜间通过沼气灯7的形式向大棚内供热，提升保温大棚的温度。

　　2.2沼气池增温

　　沼气池由钢纤维混凝土建造，沼气池外部敷设换热管，通过太阳能集热板加热循环水，对沼气池内进行换热，以提高沼气池内的发酵温度[3-5]。可以看出在系统换热3天后，沼气池内温度分层，形成高中低温3个区域，上部为低温区，温度在280~290K之间，中间为中温区，温度300K左右，靠近沼气池壁面为高温区，达到了310K;换热7天后，沼气池内温度场趋于稳态，高温区进一步扩大，有3/4的区域温度达到了310K以上，说明连续换热7天后，沼气池内的温度趋于稳定，完全能够满足沼气发酵所需温度。

　　为一月份沼气池内各点实测温度曲线图，通过对沼气池进行加热实验，池体内沼液的温度均有明显升高，沼气池沼液平均温度达到23.77℃，在室外-24℃的情况下，沼气池内的平均温度也能达到23℃，说明该沼气池增温系统能够提供正常发酵所需的温度。玉米秸秆与鸡粪好氧堆肥处理大体可分为升温、高温和腐熟3个阶段。升温阶段，温度上升可达45℃以上;进入高温阶段后，温度变化趋势相对平缓，可持续一段时间;高温后，温度会逐渐降低，最终与环境温度趋于一致，进入腐熟阶段。鸡粪、玉米秸秆，添加污泥的堆体升温时间最短，只需7天，高温阶段持续两周，堆肥35天后完成腐熟。未添加污泥的堆体，堆体升温时间较长，堆肥21天后温度可达到45℃，高温阶段时间较短，45天完成腐熟。

　　3结果与分析

　　3.1土壤质量的改善

　　分别对比该模式实施一年后大棚内土壤中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量。Ⅰ代表土壤养分Ⅰ级标准值[6]，可以看出一年后土壤中速效钾的平均含量是原来的6.2倍，提高了260.2mg/kg，速效磷的平均含量是原来的8倍，提高了79.6mg/kg。大棚内土壤中速效钾的平均含量高于土壤养分分级标准Ⅰ级标准55%，大棚内土壤中速效磷的平均含量高于土壤养分Ⅰ级标准100%。

　　全氮的单位为%，Ⅲ代表土壤养分Ⅲ级标准值，从图9可以看出由于使用了沼渣、沼液使大棚内土壤中全氮的含量比普通土壤提高了45%，有机质的含量比原来提高了2.5倍。

　　3.2改善河流水质的效果

　　测定实施土壤蓄热增温生态轮休大棚模式一年后，采样点7处河水中的COD、NH3-N、TP浓度，与一年前的数据进行对比，NH3-N单位为0.1mg/L，TP单位为0.01mg/L，Ⅴ代表Ⅴ类水质标准，可以看出，采用该模式一年后，采样点7处河流中各项污染物平均浓度均大幅度降低，其中COD质量浓度由1710mg/L降到25.09mg/L，达到Ⅴ类水质要求;NH3-N质量浓度由1mg/L降为0.61mg/L，TP质量浓度由1.2mg/L降到0.18mg/L，均达到Ⅲ类水质要求，河水质量大幅度改观，说明该模式改善了农民居住环境，解决了河流被污染的问题。

　　4结语

　　本研究以吉林省松前村为研究对象，调查研究该村畜禽养殖业对环境的污染状况，构建沼气蓄热温室生态系统。该系统可以提供沼气正常发酵所需的温度，利用鸡粪、秸秆沼渣进行堆肥，一方面可以利用沼气技术进行生化处理，另一方面可以净化畜禽养殖养殖废水，减少其COD、氮、磷等污染物质含量，达到排放标准减轻其对地表水体污染。用循环经济理论来治理畜禽粪便、秸秆等造成的环境污染，使其资源化有着积极的意义。

　　参考文献

　　[1]迟铭书.东北地区环保沼气池保温增温技术实验研究[D].长春:吉林建筑工程学院，2009.

　　[2]赵嵩颖.一种生态大棚及农田结构:ZL201720445733.5[P].2017-07-07.

　　[3]赵嵩颖，陈晨，白莉.太阳能-桩储热技术经济性分析[J].工业安全与环保，2013，39(5):65-67.