張新星,王珊珊,梁文旭,文麗青,張偉濤,高志嶺,4① (.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 保定 07000;.保定市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,河北 保定 07000;.河北省畜牧總站,河北 石家莊 050000;4.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 保定 07000)

中國(guó)是世界第一養(yǎng)殖大國(guó),目前我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)每年產(chǎn)生約38萬(wàn)t的畜禽糞便,但其利用率不到50%[1-2]。畜禽糞污中含有大量的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),可作為重要的養(yǎng)分資源。但是由于近年來(lái)集約化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,畜禽糞污的產(chǎn)生量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了養(yǎng)殖場(chǎng)附近耕地可消解的范疇,給環(huán)境治理帶來(lái)了巨大的壓力。因此亟需將過(guò)量的糞污進(jìn)行資源化處理,以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3-6]。

固液分離技術(shù)是廣泛應(yīng)用于亞、歐等地區(qū)的糞污處理技術(shù)。糞污經(jīng)固液分離后可分離為富含有效氮的液體組分及富含磷和有機(jī)質(zhì)的固體組分,液體組分經(jīng)過(guò)發(fā)酵后可直接灌溉養(yǎng)殖場(chǎng)附近農(nóng)田[7-10],固體組分經(jīng)過(guò)堆肥后可作為有機(jī)肥運(yùn)輸?shù)絼?dòng)物密度小的地區(qū),或經(jīng)過(guò)特殊處理后作為墊料在養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部循環(huán)[11-12]。由于固液分離技術(shù)可有效分離氮磷養(yǎng)分,規(guī)避了在合適氮肥施用量的條件下磷肥投入超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)[13]。整體來(lái)看,固液分離技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化了糞污在養(yǎng)殖場(chǎng)存儲(chǔ)及田間應(yīng)用期間的管理,不僅降低了糞污對(duì)儲(chǔ)存及處理空間的要求,還增加了糞污的肥料價(jià)值,降低了運(yùn)輸成本[14-15]。

傳統(tǒng)的固液分離技術(shù)按其原理可以分為4類:自然沉降、離心、篩分(例如斜板篩和螺旋篩)和加壓過(guò)濾(例如螺旋擠壓和帶式壓濾)[12]。已有研究表明,離心技術(shù)對(duì)干物質(zhì)的分離效率高于加壓過(guò)濾[16-17],加壓過(guò)濾后固體水分含量低于無(wú)壓過(guò)濾[18-19]。由于傳統(tǒng)固液分離技術(shù)難以去除粒徑小于0.05 mm的懸浮小顆粒,而在糞污(尤其是豬場(chǎng)糞污)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如N和P)大多存在于懸浮小顆粒中[20],因此通過(guò)添加絮凝劑及混凝劑(如硫酸鋁、氯化鐵、膨潤(rùn)土或聚丙烯酰胺等)促進(jìn)懸浮小顆粒聚集成較大顆粒[17, 21-23],可使傳統(tǒng)固液分離技術(shù)的固體、總氮及總磷去除效率分別提高 92%、47%和 91%[24-25]。

畜禽糞污是大氣中氨氣、溫室氣體(GHG)氧化亞氮及甲烷排放的主要來(lái)源[26-28]。固液分離技術(shù)的應(yīng)用使得糞污理化性質(zhì)發(fā)生變化,導(dǎo)致畜禽生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法復(fù)雜化,無(wú)法準(zhǔn)確揭示固液分離工藝所帶來(lái)的環(huán)境污染與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),增加了我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)的不確定性。例如,分離后的液體組分中揮發(fā)性固體物質(zhì)含量減少,降低了甲烷的生成潛力。有研究表明,糞污經(jīng)過(guò)螺旋擠壓處理后甲烷的排放量降低81%[29]。而對(duì)于氧化亞氮來(lái)說(shuō),分離后各組分中總固體含量及銨態(tài)氮含量顯著影響了其排放量的高低[11,18,30]。因此,量化固液分離技術(shù)在處理養(yǎng)殖場(chǎng)糞污時(shí)的固液兩相氮、磷、碳等分離效率對(duì)明確固、液兩相在養(yǎng)殖場(chǎng)管理環(huán)節(jié)的養(yǎng)分損失與溫室效應(yīng)以及對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

研究采用Meta分析方法,整合已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,通過(guò)明確不同分離技術(shù)條件下干物質(zhì)(DM)、揮發(fā)性固體(VS)、總碳(TC)、總氮(TN)、銨態(tài)氮(TAN)、總磷(TP)及總鉀(TK)在分離后的固體及其液體中的分布,評(píng)估不同分離技術(shù)的分離性能及對(duì)儲(chǔ)存期間氣體排放的影響,旨在為糞污田間施用及評(píng)估糞污在管理過(guò)程中的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

基于Web of Science(ISI)、Google Scholar、中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)等數(shù)據(jù)庫(kù),以slurry、manure、solid liquid separation、糞污、固液分離、分離效率作為關(guān)鍵詞檢索2020年12月前發(fā)表的與養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污固液分離相關(guān)的所有文獻(xiàn)并進(jìn)行篩選。文獻(xiàn)篩選的標(biāo)準(zhǔn)為:(1)研究對(duì)象為未經(jīng)酸化、發(fā)酵等方式處理的原始糞污;(2)應(yīng)用的固液分離技術(shù)明確;(3)直接給出了或可通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算糞污質(zhì)量分離效率;(4)直接給出或可計(jì)算出至少1個(gè)組分的固液分離效率,如干物質(zhì)、揮發(fā)性固體、總碳、總氮、總銨態(tài)氮、總磷及總鉀。

基于以上標(biāo)準(zhǔn),共篩選出36篇有效英文文獻(xiàn)納入研究。使用Origin 9.0軟件中數(shù)字轉(zhuǎn)換功能(digitizer tool)提取圖片中的可用數(shù)據(jù),并記錄了與結(jié)果分析有關(guān)的信息,例如研究尺度(實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、中試規(guī)?；蜣r(nóng)場(chǎng)規(guī)模)、動(dòng)物類型、分離技術(shù)等。

1.2 數(shù)據(jù)分類

將收集的數(shù)據(jù)按照養(yǎng)殖場(chǎng)糞污類型及固液分離技術(shù)進(jìn)行分類。

養(yǎng)殖場(chǎng)糞污類型:(1)豬;(2)牛。分離技術(shù):(1)螺旋擠壓機(jī);(2)帶式壓濾機(jī);(3)輥式壓濾機(jī);(4)加壓過(guò)濾;(5)離心機(jī);(6)篩分;(7)螺旋篩;(8)絮凝+螺旋篩;(9)絮凝+排水;(10)絮凝+離心機(jī);(11)絮凝+帶式壓濾機(jī);(12)篩分+聚丙烯酰胺;(13)帶式壓濾機(jī)+螺旋擠壓;(14)聚丙烯酰胺+滾筒篩+加壓過(guò)濾;(15)絮凝+混凝+排水。

將上述機(jī)械分離技術(shù)按原理歸納分為4類:自然沉降-排水;離心-離心機(jī);篩分-篩網(wǎng)、螺旋篩;加壓過(guò)濾-螺旋擠壓、加壓過(guò)濾、帶式壓濾機(jī)、輥式壓濾機(jī)。

1.3 數(shù)據(jù)分析計(jì)算方法

1.3.1質(zhì)量分布計(jì)算

通過(guò)未分離糞污(RS)、分離后固體(SF)及液體組分(LF)的質(zhì)量直接計(jì)算糞污固液質(zhì)量分離效率[31]。

ESF=MSF/MRS×100,

(1)

ELF=MLF/MRS×100。

(2)

式(1)～(2)中,ESF和ELF分別為SF和LF的糞污質(zhì)量分離效率,%;MRS、MSF及MLF分別為RS、LF及SF的質(zhì)量,kg。

除質(zhì)量數(shù)據(jù)外,通過(guò)糞污中任一組分在RS、LF及SF中的濃度均也可計(jì)算糞污質(zhì)量分離效率[32]:

ELF=(XRS-XSF)/(XLF-XSF)×100,

(3)

ESF=(XRS-XLF)/(XSF-XLF)×100。

(4)

式(3)～(4)中,XRS、XLF和XSF分別為各組分在RS、LF及SF中的含量,mg·kg-1。

計(jì)算出糞污固液質(zhì)量分離效率后,通過(guò)以下公式計(jì)算各組分的固液分離效率[23]:

EX-LF=ELF×XLF/XRS,

(5)

EX-SF=ESF×XSF/XRS。

(6)

式(5)～(6)中,EX-LF和EX-SF分別為L(zhǎng)F和SF的固液分離效率,%。分離效率指標(biāo)的選取取決于研究目標(biāo),理想的分離設(shè)備能夠?qū)⒐腆w組分中的每種化合物與水及可溶性組分盡可能地完全分離,生成具有高固體含量的固體組分,因此在文獻(xiàn)中效率指標(biāo)的分析常用固體組分來(lái)代表[32]。

RX-LF=1-XLF/XRS,

(7)

RX-SF=ESF×XSF/XRS。

(8)

式(7)～(8)中,RX-LF為各組分以液體形式從原始糞污中去除的效率,從而間接表示各指標(biāo)在固體中的分離效率;RX-SF以固體中各組分的質(zhì)量與未分離糞污中的質(zhì)量比表示。

1.3.2質(zhì)量分布誤差計(jì)算

由于不可控因素(糞污在分離過(guò)程中的損失及指標(biāo)測(cè)定誤差)的影響,由1.3.1節(jié)中的公式計(jì)算出的ELF/SF存在一定的誤差,因此計(jì)算出的分離后糞污中各指標(biāo)總量與未分離糞污相比也會(huì)存在一定的誤差,筆者參考GUILAYN等[32]的研究,應(yīng)用以下公式對(duì)納入該研究指標(biāo)的質(zhì)量分布誤差(Er)進(jìn)行計(jì)算。

Er=(ELF×XLF+ESF×XSF)/XRS-1。

(9)

通過(guò)計(jì)算,將誤差超過(guò)±10%的處理從研究中剔除。

1.3.3氣體排放量的計(jì)算

1.3.3.1不同情景下氣體排放量的計(jì)算

為排除不同研究中不同測(cè)量條件下的差異(例如不同的測(cè)量技術(shù)、儲(chǔ)存設(shè)施的大小和量化氣體排放時(shí)的測(cè)量持續(xù)時(shí)間等),研究使用自建數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)指標(biāo)分離效率的均值(EVS、ETN和ETAN)并結(jié)合聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)[33]中提供的RS、SF、LF的N2O和CH4的排放因子以及WEBB等[34]提供的NH3排放因子進(jìn)行計(jì)算,以評(píng)估高低分離效率的技術(shù)對(duì)氣體排放的影響。因?yàn)樨i糞污和牛糞污具有不同的C/N比和氣體排放系數(shù)[34],因此在計(jì)算過(guò)程中對(duì)畜種進(jìn)行了區(qū)分。假設(shè)糞污原漿及分離后的液體部分儲(chǔ)存在貯液池中,固體進(jìn)行自然堆放,對(duì)氣體排放數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,所有結(jié)果均為相對(duì)排放數(shù)值。

CH4和N2O排放的增溫潛勢(shì)分別是CO2的28倍和265倍,GHG(包括N2O和CH4)排放被轉(zhuǎn)換為CO2當(dāng)量,儲(chǔ)存過(guò)程中由于NH3排放產(chǎn)生的間接N2O 排放也包括在內(nèi)[33]。

1.3.3.2不確定性分析

研究設(shè)定不同情景下氣體排放量的不確定性來(lái)源于不同分離技術(shù)的分離效率及不同畜種糞污的理化性質(zhì)?；诿商乜_(MC)的方法分析了不同情景下計(jì)算排放量的不確定性[35],通過(guò)比較MC模擬輸出,使用Tukey′s顯著性差異(HSD)檢驗(yàn),在顯著性水平為0.05、置信區(qū)間為95%的情況下對(duì)不同情景之間的排放差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[36]。

2 結(jié)果與討論

2.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)

2.1.1干物質(zhì)計(jì)算固液分離效率準(zhǔn)確性驗(yàn)證

糞污的固液分離效率通常通過(guò)式(1)～(2)進(jìn)行計(jì)算,但文章中未提供質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)法直接進(jìn)行計(jì)算。納入的指標(biāo)中DM含量較高,受分離過(guò)程影響較大,且其重復(fù)測(cè)定的數(shù)值較為可靠,因此在未給出相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)采用干物質(zhì)的含量計(jì)算固液分離效率。為了檢驗(yàn)DM含量計(jì)算固液分離效率的準(zhǔn)確性,對(duì)用2種方法計(jì)算的ESF進(jìn)行了線性回歸,結(jié)果如圖1所示,線性回歸方程為y=1.145 1x-1.909 8(R2=0.949 7,P<0.001,n=38),表明2種方法計(jì)算出的ESF非常接近,因此可以將用DM含量計(jì)算出的數(shù)值用于后續(xù)分析中,以便保留更多可用數(shù)據(jù)。

圖1 質(zhì)量及干物質(zhì)含量計(jì)算的固液分離效率的線性回歸方程Fig.1 Linear regressions of the separation efficiencies calculated by the mass and the content of DM

由于分離及指標(biāo)測(cè)定過(guò)程中誤差的存在,某些點(diǎn)的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)數(shù)值大于100%,圖中只展示了100%以內(nèi)的數(shù)據(jù)。

2.1.2質(zhì)量平衡誤差分析

由于糞污分離、指標(biāo)測(cè)定及固液分離效率計(jì)算等過(guò)程中均存在不可避免的誤差,因此最終分離到LF及SF中的各組分質(zhì)量加和與RS相比存在一定誤差。基于式(9)計(jì)算出的誤差結(jié)果分布如圖2所示,約90%以上的數(shù)據(jù)組誤差控制在±10%的范圍內(nèi),且各指標(biāo)中值與0相比無(wú)顯著性差異(P>0.05)。上述結(jié)果表明,該研究提出的計(jì)算方法適用于評(píng)估糞污固液分離后各組分的分布特征,在后續(xù)分析中剔除了誤差范圍超過(guò)±10%的數(shù)據(jù)組。

DM—干物質(zhì),VS—揮發(fā)性固體,TC—總碳,TN—總氮,TAN—總銨態(tài)氮,TP—總磷,TK—總鉀。括號(hào)中的數(shù)字為納入文獻(xiàn)數(shù)及處理數(shù);虛線表示可接受誤差范圍的上限及下限(±10%)。

2.2 固液分離技術(shù)效率評(píng)估

2.2.1不同分離技術(shù)的分離效率

由于不同畜種糞污理化性狀的差異可能會(huì)對(duì)分離技術(shù)的效果產(chǎn)生影響,因此在區(qū)分分離技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)畜種進(jìn)行了區(qū)分,結(jié)果如圖3所示。

DM—干物質(zhì),VS—揮發(fā)性固體,TC—總碳,TN—總氮,TAN—總銨態(tài)氮,TP—總磷,TK—總鉀。括號(hào)中的數(shù)字為納入文獻(xiàn)數(shù)及處理數(shù)。

螺旋擠壓與離心技術(shù)是在納入文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻率最高的分離技術(shù),也是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的分離技術(shù)。4種條件下各指標(biāo)在固體中的分離效率均表現(xiàn)為DM、VS、TC、TN及TP高于TAN及TK,表明固液分離技術(shù)可更有效地分離非水溶性及容易吸附在固體顆粒物上的組分。對(duì)于同一畜種糞污,除了TAN及TK這2個(gè)水溶性組分的分離效率相當(dāng)外,其余組分均表現(xiàn)為離心技術(shù)高于螺旋擠壓技術(shù),這與離心技術(shù)能夠去除粒徑大于0.22 mm的顆粒物,而螺旋擠壓技術(shù)僅能去除粒徑大于1 mm的顆粒物的結(jié)果[31]一致。對(duì)于同一種分離技術(shù),相較于牛廠糞污,豬廠糞污各組分傾向于更高的分離效率(圖3)。

2.2.2干物質(zhì)含量對(duì)EX-SF的影響

圖4為DM與EX-SF的線性回歸關(guān)系。不管是經(jīng)過(guò)SP還是CE處理的糞污,EX-SF均隨DM的增加而升高。在SP處理?xiàng)l件下,ESF、EDM-SF及ETC-SF與DM含量分別達(dá)到了極顯著或顯著相關(guān)(P<0.01或0.05)。在CE處理?xiàng)l件下ESF、ETC-SF和ETAN-SF分別與干物質(zhì)含量達(dá)顯著相關(guān)(P<0.05)。以往研究表明,EX-SF與原始糞污中DM含量及粒徑分布有關(guān),因此存在于固體中或者容易吸附在固體顆粒上的組分EX-SF會(huì)隨著DM含量的增加而升高[13, 33, 35]。對(duì)于氮和磷來(lái)說(shuō),由于糞污中90%的氮和磷吸附在粒徑<0.125 mm的固體顆粒中[36],而CE及SP對(duì)處于該范圍內(nèi)粒徑的去除能力有限,這可能是導(dǎo)致TN及TP在固體中的分離效率與DM含量無(wú)顯著相關(guān)性的原因。并且當(dāng)TN中可溶性的無(wú)機(jī)氮含量占比高時(shí),會(huì)進(jìn)一步降低其與DM含量間的相關(guān)性。TK多為水溶性組分,其分離效率的高低受DM含量的影響很小。

1—與離心技術(shù)相關(guān)的線性回歸方程,2—與螺旋擠壓技術(shù)相關(guān)的線性回歸方程。

2.2.3干物質(zhì)的分離效率及去除效率頻率分布特征

利用干物質(zhì)的分離效率(E)及去除效率(R)頻率分布對(duì)分離效率進(jìn)行了分類。由圖5可知,E與R的頻率均呈雙峰分布,相鄰峰的分界線分別為RDM=0.61和EDM=0.65。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),除了2組數(shù)據(jù)在EDM和RDM頻率分布中的位置不一致外[37-38],其余數(shù)據(jù)在E和R頻率分布中的位置均一致,因此在下面的分析中將這2組數(shù)據(jù)剔除。

E—分離效率,R—去除效率。

計(jì)算結(jié)果表明,RDM及EDM的數(shù)值在低效分離組及高效分離組內(nèi)均呈正態(tài)分布(P>0.05),且同一指標(biāo)在低效率及高效率組之間均具有極顯著差異(P<0.01),RDM在低效及高效分離組的均值分別為0.36±0.12和0.75±0.07,EDM均值分別為0.44±0.14和0.80±0.09。

2.2.4不同分離技術(shù)的效率分類

將文章中出現(xiàn)的所有分離技術(shù)依據(jù)2.2.3節(jié)中描述的方法進(jìn)行了分離效率的分類。由圖6可以看出,低效率組中包括所有的單一加壓過(guò)濾技術(shù)及離心技術(shù),絮凝/混凝+機(jī)械分離技術(shù)的處理均出現(xiàn)在高效率組,說(shuō)明絮凝劑及混凝劑的添加可大幅度提高機(jī)械分離技術(shù)的分離效率。但CE及SP在高、低效率組均有出現(xiàn),且其對(duì)牛糞污的分離均處于低效率組,而高效率組中主要是豬糞污。綜上說(shuō)明,分離效率的高低除了受分離技術(shù)的影響外,還會(huì)受到其他因素的影響,例如糞污的初始理化性狀等,但在目前條件下評(píng)估分離效率時(shí)無(wú)法將分離技術(shù)與糞污性狀的影響完全分開(kāi)。

圖6 不同分離技術(shù)的效率分類Fig.6 Efficiency classification of different separation technologies

2.2.5不同分離效率下的組分分布特征

高、低效率組中各指標(biāo)的分布如圖7所示。高效率組中EFM、EDM-SF、EVS-SF、ETN-SF、ETAN-SF、ETP-SF及ETK-SF在SF中的分離效率顯著高于低效率組,分別為低效率組的2.5、1.9、1.6、3.1、5.2、2.3及3.1倍。有研究表明,糞污經(jīng)過(guò)固液分離后可有效將氮和磷分離。WEBB等[34]在關(guān)于沼液固液分離的研究中發(fā)現(xiàn),低效率組中氮磷的去除效率均較低,高效率組中磷去除效率顯著升高,因此在高效率組中的固液分離技術(shù)可分別將氮和磷有效分離到LF及SF中。而該研究的結(jié)果表明,不管是在高效率組還是低效率組均無(wú)法很好地將氮磷分離,這可能與糞污在儲(chǔ)存期間由于有機(jī)物質(zhì)分解而導(dǎo)致有機(jī)氮含量降低、易溶于水的無(wú)機(jī)氮含量增加有關(guān)。

FM—糞污鮮重,DM—干物質(zhì),VS—揮發(fā)性固體,TC—全碳,TN—總氮,TAN—總銨態(tài)氮,TP—總磷,TK—總鉀。

2.3 高、低效率組分離技術(shù)對(duì)氣體排放的影響

糞污固液分離會(huì)影響其儲(chǔ)存期間氣體的排放(圖8)。牛廠糞污經(jīng)固液分離后,高效率組分離技術(shù)顯著降低了氨排放(33.4%),低效率對(duì)氨排放量降低不顯著;豬廠糞污經(jīng)固液分離后,高、低效率組均有NH3排放增加的趨勢(shì),但增幅不顯著。不管高效率組還是低效率組的分離技術(shù),對(duì)糞污N2O的排放均無(wú)顯著影響。分離組分N2O的總排放主要由SF決定。這是因?yàn)長(zhǎng)F中NO3-的含量可以忽略不計(jì),反硝化過(guò)程非常有限,而好氧硝化過(guò)程是N2O排放的主要途徑。

圖8 不同分離效率組別下氣體相對(duì)排放量Fig.8 Relative gas emissions under different separation efficiency groups

此外,糞污表面形成的自然結(jié)殼可以為N2O的生產(chǎn)提供所需的需氧和厭氧環(huán)境,以增強(qiáng)N2O的排放。然而,與未分離糞污相比,分離后LF中固體含量降低,可能導(dǎo)致天然結(jié)殼形成不良,LF的N2O排放減少[39-42]。分離后的SF由于含水量低,刺激氨氧化和NO3-的產(chǎn)生,有利于N2O的產(chǎn)生和排放,但TN及TAN在SF中的分離效率普遍較低,這可能是導(dǎo)致分離后N2O氣體總排放量無(wú)顯著變化的原因。分離技術(shù)均顯著降低了豬糞污和牛糞污CH4(高效率組:67.8%和67.9%;低效率組:43.5%和43.7%)及GHG的排放(高效率組:60.7%和60.5%;低效率組:38.9%和38.9%),其中高效率組具有更高的減排效果。GHG的減排主要源自甲烷排放量的降低,甲烷在厭氧條件下產(chǎn)生,固液分離后液體部分含碳物質(zhì)減少,甲烷產(chǎn)生底物減少是導(dǎo)致甲烷排放量降低的主要原因。

2.4 展望

該研究評(píng)估了不同固液分離技術(shù)的分離效率,其中包括單一的機(jī)械分離、機(jī)械分離+機(jī)械分離及絮凝/混凝+機(jī)械分離的組合。不同分離技術(shù)條件下產(chǎn)生的LF和SF具有不同的特性,因此在后續(xù)的儲(chǔ)存及田間施用期間對(duì)氨氣及溫室氣體排放的貢獻(xiàn)不同[9,43-44]。目前關(guān)于固液分離后糞污氣體排放變化情況的研究結(jié)果不一致[8-14,43-44],因此需要進(jìn)行綜合研究來(lái)明確固液分離技術(shù)對(duì)糞污在固液分離后的管理鏈條中氨氣及溫室氣體排放的影響。

糞污分離后的LF及SF由于性質(zhì)的變化在田間應(yīng)用后可能會(huì)對(duì)土壤造成不可預(yù)測(cè)的后果。例如,聚丙烯酰胺(PAM)和氯化鐵通常作為絮凝劑用于提高分離效率[22,45],但它們對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)及土壤微生物的影響尚未進(jìn)行深入研究。因此,在使用這些分離技術(shù)之前,需要系統(tǒng)地研究LF和SF的潛在風(fēng)險(xiǎn)。另外,LF施用后對(duì)土壤滲透率的改變是影響氣體損失和溫室氣體排放的一個(gè)重要因素,且其主要由固體去除率決定,而固體去除率在不同的分離技術(shù)之間有所不同,因此這些方面也應(yīng)在后續(xù)的研究中進(jìn)行評(píng)估。

3 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn),不同分離技術(shù)分離效率差異明顯,離心技術(shù)對(duì)非水溶性組分的分離效率均高于螺旋擠壓技術(shù),復(fù)合分離技術(shù)可顯著提高各指標(biāo)分離效率;各指標(biāo)分離效率與糞污干物質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系;糞污經(jīng)固液分離后顯著降低了CH4及GHG的排放,高效率組分離技術(shù)的減排潛力更高。