（環(huán)境工程專業(yè)論文）生物活性水技術(shù)機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

摘要 摘要 本論文研究的是一種畜禽糞便廢水資源化利用技術(shù) 該技術(shù)處理畜禽糞便廢水 的出水具有 生物活性 應(yīng)用在種植業(yè)可以促進(jìn)農(nóng)作物生長 并可抑制病蟲害 從 而減少甚至避免了農(nóng)藥的施用 不僅減少了環(huán)境污染 還能在區(qū)域內(nèi)形成循環(huán)型農(nóng) 業(yè) 促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 首先 研究了生物活性水對(duì)水稻 小麥在種子萌發(fā)階段的影響 結(jié)果表明 生 物活性水能顯著提高水稻 小麥種子發(fā)芽率 發(fā)芽勢以及幼苗葉片葉綠素a 葉綠 素b 和葉綠素總量 通過大田試驗(yàn)探索生物活性水應(yīng)用于有機(jī)水稻的種植方法 多 次重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證生物活性水浸種處理能有效的促進(jìn)了種子萌發(fā) 稀釋1 0 0 倍生物活 性水 浸種1 2 小時(shí)條件下 效果最好 可以作為實(shí)際水稻種植的參考依據(jù) 在育 秧期生物活性水有壯秧作用 移栽后 不同種植密度條件下生物活性水都能增加葉 齡 而且對(duì)紋枯病有一定抑制作用 但對(duì)葉面積指數(shù) 平均每株綠葉數(shù)呈現(xiàn)負(fù)面影 響 雖然生物活性水處理對(duì)產(chǎn)量增加不是很明顯 但增加了大米食味值 為了解釋生物活性水的機(jī)理 研究了工藝過程中主要有機(jī)物的降解 并用凝膠 色譜分析了工藝過程中有機(jī)物數(shù)均分子量m n 重均分子量m w 和分子量分布 工 藝過程中m n 和m w 呈增加趨勢 而分子量分布系數(shù)m w m n 比值卻從2 2 3 2 降到 6 1 進(jìn)一步研究表明 工藝過程中胡敏酸h a 富里酸f a 含量呈逐步增加趨勢 h a 仃d c 與f a 廠r o c 分別從最初的3 4 8 0 和1 5 2 2 增加到5 2 1 2 和2 6 8 9 對(duì) 腐殖化指標(biāo)和主要易降解有機(jī)物含量進(jìn)行了相關(guān)性分析 發(fā)現(xiàn)多糖含量與各腐殖化 指標(biāo) h s t o c h a t o c f a 廠r o c 沒有相關(guān)性 p 0 0 5 但蛋白質(zhì) 油脂 單糖 氨基酸含量與h s t o c h a r o c f a 廠r o c 存在強(qiáng)負(fù)相關(guān)性 p 0 0 1 氨基酸與h h s 存在相關(guān)性 p 0 0 5 與f 觚i s 存在負(fù)相關(guān)性 p 0 0 5 利 用紫外一可見光譜和熒光光譜分析了工藝各段分離的h a f a 樣品 測定了e 4 e 6 e g r e b z z s o l n a y 指數(shù) k a l b i t z 指數(shù) m i l o r i 指數(shù)等指標(biāo) 通過高效反向液相色譜 分析 發(fā)現(xiàn)生物活性水中含有生物胺 腐胺 精胺 亞精胺 可能是其 活性 的原因之一 輕石作為工藝中填料起了重要作用 通過場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡s e m 觀 察發(fā)現(xiàn) 輕石在使用過程中 坑蝕 現(xiàn)象顯著 而且x 射線粉末多晶衍射x r d 分析 表明輕石相結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化 表觀結(jié)晶度降低 這與s e m 觀察結(jié)果一致 都表明 輕石在損耗 有礦物質(zhì)營養(yǎng)溶出 s e m e d s 表明 輕石含f e n a m g a i s i k 等元素 這些元素當(dāng)中m g k 是植物必需礦物質(zhì)營養(yǎng) 輕石比表面積大 多孔 是微生物吸附棲息的場所 同時(shí)輕石釋放出礦物質(zhì)可以刺激微生物生長 并 摘要 提供了礦物質(zhì)營養(yǎng) 特別是植物需要的必需元素和有益元素 這可能是生物活性水 活性 的另外一個(gè)原因 關(guān)鍵詞 生物活性水技術(shù)種子萌發(fā)有機(jī)水稻腐殖物質(zhì)生物胺礦物質(zhì) a b s t r a c t a b s t r a c t am a n u r ew a s t ew a t e rr e s o u r c e su t i l i z a t i o nt e c h n o l o g yw a ss t u d i e di nt h ep a p e r w h i c hc 柚p r o d u c eb i o a c t i v ew a t e r b w a tt h es a m et i m eo fm a n u r ew a s t e w a t e r t r e a t m e n t b wc a np r o m o t et h eg r o w t ho fc r o p sa n dc u r bd i s e a s ea n dp e s t i fb i o a c t i v e w a t e ri sa p p l i e do np l a n ta g r i c u l t u r e t h e r e b yp e s t i c i d ei n p u tm a yb ei nr e d u c t i o no re v e n a v o i d w h i c hn o to n l yr e d u c et h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n b u ta l s o p r o m o t et h e d e v e l o p m e n to fs u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r e t h ee f f e c t so fb i o a c t i v ew a t e ro ns e e dg e r m i n a t i o np a r a m e t e r so fr i c e o r y z as a t i v a l a n d w h e a t t r i t i c u m a e s t i v u m w a s i n v e s t i g a t e d i n t h ee x p e r i m e n t a l lb i o a c t i v e w a t e r t r e a t m e n t sn o to n l ye n h a n c e dg e r m i n a t i o ne n e r g ya n df m a lg e r m i n a t i o np e r c e n t a g eo f w h e a ta n dr i c es e e d s b u ta l s og r e a t l yi m p r o v e dc h l o r o p h y l ls y n t h e s i si nw h e a ta n dr i c c s e e d l i n gl e a v e s t h em e t h o d so fb i o a c t i v ew a t e ra p p l i c a t i o no no r g a n i cr i c ec u l t i v a t i o n w e r e e x p l o r e dt h r o u g h f i e l d e x p e r i m e n t s b i o a c t i v e w a t e rt r e a t m e n t se x e r t e d h o r m o n e l i k ea c t i v i t yf o re n h a n c es e e dg e r m i n a t i o no fr i c ea n d1 b i o a e t i v ew a t e r t r e a t m e n tb yd i l u t i n gb ww i t hc l e a nw a t e r s o a k i n gf o r1 2h o u r s m o s th i g l l l ys t i m u l a t e d t h es e e dg e r m i n a t i o no fr i c e w h i c hc a nb cas u i t a b l er e f e r e n c ef o rr i c ec u l t i v a t i o n b i o a c t i v ew a t e rt r e a t m e n ti m p r o v e dt h er i c e s e e d l i n g i n s e e d l i n gp e r i o d a f t e r t r a n s p l a n t i n g b i o a c t i v ew a t e rt r e a t m e n ti n c r e a s e ds e e d l i n ga g ei nv a r i o u sp l a n td e n s i t i e s a n dw a se f f e c t i v ef o rp r e v e n t i o nf r o mr i c es h e a t hb l i i g h tt os o m ee x t e n t b u th a ds o m e n e g a t i v ei m p a c t so nl e a fa r e ai n d e xa n da v e r a g en u m b e ro fg r e e nl e a v e sp e rp l a n t a l s o b i o a c t i v ew a t e rt r e a t m e n ti m p r o v e dt a s t ev a l u ea l t h o u g hh a dl i t t l ee f f e c to ny i e l d t h ed e g r a d a t i o no fa v a i l a b l ee a s i l y d e g r a d a b l es u b s t a n c e ss u c ha sc a r b o h y d r a t e p r o t e i n a n dl i p i di nt h er e a c t o rw e r es t u d i e d w e i g h t a v e r a g em o l e c u l a rw e i g h t m w n u m b e r a v e r a g em o l e c u l a rw e i g h t s i n a n dt h er a t i om w m no fd i s s o l v e do r g a n i c m a t t e r si nd i f f e r e n t s t a g e s o ft h e p r o c e s sw e r e m e a s u r e d b yg e lp e r m e a t i o n c h r o m a t o g r a p h y a n dt h er e s u l td e m o n s t r a t e dt h ei n c r e a s eo fm na n dm wa n dt h ed e c e a s e o ft h er a t i om w m nf r o m2 2 3 3t o6 1 t h eo r g a n i cm a t t e r sw e r ei nc o n t i n u o u sd e c r e a s e a sar e s u l to fd e g r a d a t i o na n da q u a t i ch u m i cs u b s t a n c e s h s a l s oa r i s e df r o mm i c r o b i a l p r o d u c t i o nf r o md e c o m p o s i n ga u t o c h t h o n o u sb i o m a s s t h eh a d o ca n df a d o c i n c r e a s ef r o ma ni n i t j a l3 4 8 0 1 5 2 2 t of m a lv a l u e so f5 2 1 2 2 6 8 9 i nt h ep r o c e s s r e f l e c t e dt h ef o r m a t i o no fc o m p l e xm o l e c u l e sf r o mm o r es i m p l em o l e c u l e s t h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ed e g r a d a t i o na n dh u m i f i c a t i o np r o c e s sw h i c ht h eo r g a n i cm a t t e r a b s t r a c t u n d e r w e n td u r i n gt h ep r o c e s sw e r ea n a l y z e d n o t y p eo fc o r r e l a t i o nw a so b s e r v e d b e t w e e nt h ew a t e r s o l u b l ec a r b o h y d r a t ec o n t e n ta n dt h eh u m i f i c a t i o ni n d i c e s h s f r o c h a 廠r 0 c f a 廠r 0 c 1 a ni n v e r s es t r o n gc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ep r o t e i n l i p i d m o n o s a e c h a r i d e a m i n oa c i d sa n ds o m eo ft h eh u m i f i c a t i o ni n d i c e sc o n s i d e r e ds u c ha s h s 廠r o c h a t o c f a r r 0 cw a sf o u n df p 0 0 1 t h e r ew e r ea ni n v e r s ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h ea m i n oa c i d sa n dr v h s 佃 0 o s b u ta m i n oa c i d sw e r es t r o n g l yc o r r e l a t e d w i t hh 山 h s p 0 0 5 u v v i s i b l ea n df l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p i e sw e r eu s e dt oe v a l u a t e t h eh u m i f i c a t i o nd e g r e eo fh aa n df af r o mt h ev a r i o u ss t a g e so ft h ep r o c e s s a n dt h e d i f f e r e n c e i n h u m i f i c a t i o nd e g r e e o f h a a n d f a w a sr e f l e c t e d 節(jié)y e 卅巳6 e e t 壓b z z s o i n a y i n d e x k a l b i t zi n d e x m i l o r ii n d e x w h i c hw a si na c c o r d a n c ew i t ht h er e s u l t so fo t h e r r e s e a r c h t h em a j o rp o l y a m i n e s p l a n tr e g u l a t o r s p u t r e s c i n e s p e r m i d i n e a n ds p e r m i n e w e r ef o u n di nb i o a c f i v ew a t e r t h ee f f l u e n to ft h ep r o c e s s b yah i g hp e r f o r r a a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h yf h e l c m e t h o d m a ye x p l a i nt h eh o r m o n e l i k ea c t i v i t ym e c h a n i s mo f b i o a c t i v ew a t e r t h ep u m i c es t o n ep l a y e da l li m p o r t a n tr o l ei nt h ep r o c e s s t h ep h e n o m e n o no f p i t t i n gc o r r o s i o no ft h ep u m i c es t o n ef r o mt h ep r o c e s sw a sf o u n do b v i o u s l yt h r o u g hs e m o b s e r v a t i o n a n dx r da n a l y s i ss h o w e dt h a tt h e r ew a sac h a n g ei nt h es t r u c t u r ea n d c r y s t a l l i n i t yo ft h es t o n e t h eo b s e r v a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tm i n e r a l sn u t r i t i o nh a v e b e e nd i s s o l v e df r o mt h es t o n ec o n t a i n i n gf e n a m g a 1 s i ka n do t h e re l e m e n t s i n w h i c hm g ki sn e c e s s a r yt op l a n t t h el a r g es u r f a c ea r e ao ft h ep u m i c es t o n ew a st h e a d s o r p t i o ns i t e sf o rm i c r o b i a lh a b i m t s t h em i n e r a l sr e l e a s e df r o mt h es t o n ec a ns t i m u l a t e m i c r o b i a lg r o w t h w h i l ep r o v i d i n gt h em i n e r a l sf o rt h ep l a n t sn e e d w h i c hm a yb ea n o t h e r r e a s o nf o r t h em e c h a n i s mo fb i o a c t i v ew a t e r k e yw o r d s b i o a c t i v ew a t e rt e c h n o l o g y s e e dg e r m i n a t i o n o r g a n i cr i c ec u l t i v a t i o n h u m i cs u b s t a n c e s b i o g e n i cr i l l i n e s m i n e r a l i v 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集 保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容 按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本 學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版 并采用影印 縮印 掃描 數(shù)字化或其它手段保存論文 學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提 供本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù) 學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國 家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 在不以贏利為目 的的前提下 學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活 動(dòng) 學(xué)位論文作者簽名 彳才孟踅 勿移年2 月彩日 經(jīng)指導(dǎo)教師同意 本學(xué)位論文屬于保密 在年解密后適用 本授權(quán)書 指導(dǎo)教師簽名 學(xué)位論文作者簽名 年月日年月日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 進(jìn) 行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本學(xué)位 論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的 已公開發(fā)表或者沒有公開 發(fā)表的作品的內(nèi)容 對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè) 人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的 法律責(zé)任由本人承擔(dān) 簽名 何炙迄 伽埤z 月嬲日 一 第1 章緒論 1 1 研究背景 第1 章緒論 在我國 由于過量和不合理使用化肥 農(nóng)藥 使得面源污染上升為農(nóng)業(yè)環(huán)境的 主要污染源 而集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展和畜禽排污的大幅增加 使得畜禽養(yǎng) 殖污染對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅 成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要組成部分之一 隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)營方式和飼養(yǎng)規(guī)模發(fā)生的重大變化 畜禽養(yǎng)殖業(yè)日益朝著規(guī)模 化方向發(fā)展 規(guī)?；男笄蒺B(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便污水量大而集中 常常未經(jīng)妥善利用 與處理即直接予以排放 養(yǎng)殖場周圍沒有相應(yīng)的土地對(duì)畜禽糞便進(jìn)行消化 傳統(tǒng)的 有機(jī)肥被大量的化肥代替 畜禽糞便還田利用率低 種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)相分離 使得 畜禽糞便由農(nóng)業(yè)的 寶 變?yōu)榄h(huán)境的 廢 致使農(nóng)業(yè)環(huán)境污染問題同益嚴(yán)重 如 果能實(shí)現(xiàn)畜禽糞便變 廢 為 寶 不僅僅解決了點(diǎn)源污染問題 而且減少化肥 用量 逐步改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境 農(nóng)藥用量也會(huì)逐步降低 農(nóng)業(yè)面源污染也會(huì)逐步減 少 最后實(shí)現(xiàn)健康的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境 在2 0 世紀(jì)8 0 年代 日本學(xué)者提出b m w b a c t e r i a 微生物 m i n e r a l 礦物質(zhì) w a t e r 水 技術(shù)處理畜禽糞便污水 同時(shí)生產(chǎn) 生物活性水 借助自然界中微生 物 礦物質(zhì)及水的力量 創(chuàng)造出類似于自然凈化系統(tǒng)的人工循環(huán)系統(tǒng) b m w 技術(shù) 不僅能有效的處理畜禽糞便污水 出水還具有活性 b m w 技術(shù)因此也稱生物活性 水技術(shù) 應(yīng)用在種植業(yè)可以使農(nóng)作物或蔬菜瓜果品質(zhì) 產(chǎn)量雙雙提高 并且可以 抑制病蟲害 從而減少甚至避免了化肥和農(nóng)藥的施用 不僅減少環(huán)境負(fù)擔(dān) 還能在 區(qū)域內(nèi)形成循環(huán)型農(nóng)業(yè) 促進(jìn)有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 生物活性水技術(shù)在日本被利用已有近2 0 年的歷史了 據(jù)2 0 0 7 年1 1 月的統(tǒng)計(jì)數(shù) 己建立了2 0 0 多個(gè)設(shè)施 應(yīng)用該技術(shù)的有農(nóng)戶 農(nóng)場 畜牧場 甚至是一個(gè)地區(qū) 為促進(jìn)生物活性水技術(shù)健全發(fā)展 日本還建立了b m w 技術(shù)協(xié)會(huì) 1 9 9 5 年韓國從日 本引進(jìn)生物活性水技術(shù) 并成立了韓國b m w 技術(shù)協(xié)會(huì) 目前已建立了2 0 個(gè)設(shè)施 除韓國之外 泰國 菲律賓 越南也相繼引進(jìn)了生物活性水技術(shù) 目前日本b m w 技術(shù)協(xié)會(huì)擬在上海市崇明縣長江農(nóng)場推廣該技術(shù) 我國已經(jīng)開始重視生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè) 大力發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè) 但是 循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā) 展戰(zhàn)略必須依靠高新技術(shù)作為支撐 在此大背景下 同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 顧國維課題組擬對(duì)生物活性水技術(shù)做深入研究 而且 雖然生物活性水在日本應(yīng)用 已有2 0 多年 廣泛應(yīng)用于有機(jī)種植 改良土壤 改善畜禽飲用水 改善畜禽棚舍微 生物環(huán)境 但是 對(duì)其機(jī)理仍然不清楚 至今沒有查閱到報(bào)道生物活性水性質(zhì) 作 第1 章緒論 用機(jī)理的文獻(xiàn) 而且生物活性水用于農(nóng)業(yè)實(shí)踐的專業(yè)化研究也檢索不到 據(jù)日本 b m w 技術(shù)協(xié)會(huì)技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹 生物活性水技術(shù)直接被日本農(nóng)場企業(yè)或農(nóng)民采用 感性上認(rèn)為該技術(shù)有良好效果 但缺乏相關(guān)數(shù)據(jù) 因此對(duì)生物活性制作過程的研究 生物活性水的各種應(yīng)用及其機(jī)理的研究十分必要 1 2 生物活性水技術(shù)概述 1 2 1 生物活性水應(yīng)用領(lǐng)域 畜禽糞便污染 農(nóng)藥 化肥的不恰當(dāng)施用 給農(nóng)業(yè)環(huán)境和人類的食品安全帶 來了巨大威脅 一方面我們需要治理環(huán)境污染 一方面我們需要安全的農(nóng)產(chǎn)品 這兩方面的壓力使我們不得不重新思考畜禽糞便的處理思路 畜禽糞便處理不僅 僅是污水處理的問題 還是一個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)全局性的問題 變 廢 為 寶 迫在 眉睫 解決畜禽糞便污染的同時(shí) 需要扭轉(zhuǎn)肥料施用化肥的主導(dǎo)地位 提高土壤 的長效肥力 發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè) 建立和恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和良性循環(huán) 以維持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 綜上所述 畜禽糞便處理技術(shù)的發(fā)展方向就是生態(tài)處理體系的建立 一方面 保護(hù)環(huán)境 凈化農(nóng)業(yè) 畜牧業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物 使農(nóng)業(yè)生態(tài)得到恢復(fù)和保護(hù) 另 一方面制造有機(jī)肥 發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè) 在區(qū)域內(nèi)形成循環(huán)型農(nóng)業(yè) 生物活性水技術(shù) 也稱b m w 技術(shù) b a c t e r i a 微生物 m i n e r a l 礦物質(zhì) w a t e r 水 正是這種反思的結(jié)晶 它不是在 末端治理 思路下開發(fā)的畜禽糞便處理技 術(shù) 而是符合 循環(huán)經(jīng)濟(jì) 思想的一種廢物資源化利用技術(shù) 在處理畜禽糞便的同 時(shí) 出水具有生物活性作用 是應(yīng)用廣泛的副產(chǎn)品 實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化利用 生 物活性水技術(shù)是日本最近二十年應(yīng)用于畜牧業(yè) 種植業(yè) 農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等各種有機(jī) 廢棄物循環(huán)利用的一種新型技術(shù) 通過模仿自然生態(tài)系統(tǒng) 試圖參照生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì) 循環(huán)和能量流動(dòng)規(guī)律來重構(gòu)農(nóng)業(yè)系統(tǒng) 使傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)逐步納入自然生態(tài)的循環(huán) 過程之中 實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展 它遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)思想 不僅僅是一種簡單的 環(huán)境保護(hù)技術(shù) 而是一種生態(tài)技術(shù) 一種典型的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)范式 見圖1 1 它是根據(jù)自然界中自然凈化系統(tǒng) 見圖1 2 的原理 借助于自然中原有的微生物 礦物質(zhì)及水的力量 創(chuàng)造出類似于自然凈化系統(tǒng)的人工循環(huán)系統(tǒng) 見圖1 3 以 此來凈化農(nóng)業(yè) 畜牧業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物 區(qū)域內(nèi)形成循環(huán)型農(nóng)業(yè) 促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)以 及有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 2 第1 章緒論 環(huán)境方面 1 能減少環(huán)境負(fù)擔(dān)還有修復(fù)被破壞的環(huán)境的能力 2 區(qū)域內(nèi)形成循環(huán)型農(nóng)業(yè) 促進(jìn)有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 如圖1 1 經(jīng)濟(jì)方面 1 品質(zhì)和產(chǎn)量雙提高 從而達(dá)到增收增利 2 抑制了病蟲害 從而降低了農(nóng)業(yè)成本 食品 j 糸材料 糞尿 畜牧業(yè) j 發(fā)酵飼料 林業(yè) i 飼料i 覆料謄 圖1 1 生物活性水技術(shù)應(yīng)用示意圖 f i g u r e1 1t h ed i a g r a mf o ra p p l i c a t i o n so fb i o a c t i v ew a t e rt e c h n o l o g y 食品 原材料 第1 章緒論 圖1 2 天然的廢棄物處理系統(tǒng) f i g u r e1 2n a t u r a lw a s t e st r e a t m e n ts y s t e m 圖1 3 生物活性水技術(shù)的廢棄物處理系統(tǒng) f i g u r e1 3w a s t e st r e a t m e n ts y s t e mw i t hb i o a c t i v ew a t e rt e c h n o l o g y 具體的講 生物活性水技術(shù)是一種處理畜禽糞便的污水處理工藝 處理畜禽糞 便污水的同時(shí) 其出水具有生物活性作用 在日本對(duì)于該工藝處理畜禽糞便污水的 出水 生物活性水 應(yīng)用非常廣泛 根據(jù)日本農(nóng)民2 0 年實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 總結(jié)如下 1 應(yīng)用于水稻栽培 用于水稻種子浸種 灌溉以及葉面噴霧 可以增加種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率 出苗齊 苗根強(qiáng)壯 水稻抗病害能力提高 而且單穗的顆粒數(shù)增加 水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)均有提高 4 第1 章緒論 2 蔬菜栽培 用于蔬菜澆灌 可以促進(jìn)蔬菜生長 提高蔬菜的品質(zhì) 同時(shí)蔬菜耐旱性增加 葉菜類的菜葉增厚 同時(shí)增強(qiáng)葉菜類對(duì)枯萎病的抵抗力 一般的病害不易發(fā)生 即使發(fā)生了也不易傳播開 應(yīng)用于菠菜等 蔬菜澀味消失 口味變好 果菜類的花 大 結(jié)果好 糖度增加 蔬菜保鮮日增長 3 應(yīng)用于養(yǎng)雞場 用生物活性水作為雞的飲用水 清洗雞舍 噴霧 一一雞舍 一 減少了不必要的消毒 堿輕了惡臭 抑制了蒼蠅的繁殖 一產(chǎn)蛋雞 肉雞 一 不需使用抗生素 腸內(nèi)的各類細(xì)菌齊全 抵抗力增強(qiáng) 不易得病 破蛋率減 低 產(chǎn)蛋率增加 蛋的質(zhì)量增加 育成率增加 肉的質(zhì)量增加 4 應(yīng)用于養(yǎng)豬場 豬尿液可以用生物活性水工藝處理制作生物活性水 豬糞可以堆肥 生物活性 水噴灑可以降低堆肥的臭味 生物活性水可以改善豬的飲用水 也可以清洗豬舍 一一豬舍 減少了不必要的消毒 減輕了惡臭 抑制了蒼蠅的繁殖 一一豬 一 幼豬期以外不需使用抗生素 腸內(nèi)的各類細(xì)菌齊全 抵抗力增強(qiáng) 沒有豬所 特有的臭味 肉的質(zhì)量增加 豬肉的脂肪融點(diǎn)提高 肉的味道更好 育成率向上 子豬的大腸菌性下痢等病減少 5 應(yīng)用于奶牛場 奶牛尿液可以通過生物活性水技術(shù)處理制作生物活性水 干糞可以堆肥 一牛舍 一一 減少了不必要的消毒 減輕了惡臭 抑制了蒼蠅的繁殖 一一孚l 牛 一 不需使用抗生素 子牛的大腸菌性下痢等病減少 產(chǎn)乳量增加 生產(chǎn)時(shí)事故 減少 發(fā)育正常 6 家庭使用 花冉澆灌 廁所寵物除臭 該工藝可以處理畜禽尿液 出水是副產(chǎn)品生物活性水 也可以用畜禽糞的堆肥 專門制作生物活性水用于農(nóng)作物的有機(jī)栽培和有機(jī)養(yǎng)殖業(yè) 是一項(xiàng)因地制宜的畜禽 糞尿處理 促進(jìn)有機(jī)農(nóng)業(yè)的技術(shù) 生物活性水技術(shù)在凈化農(nóng)業(yè) 畜牧業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物同時(shí) 還會(huì)使該地區(qū)自然 第1 章緒論 界的微生物生態(tài)系逐漸恢復(fù) 不僅能減少環(huán)境負(fù)擔(dān)還有修復(fù)被破壞的環(huán)境的能力 對(duì)于構(gòu)建區(qū)域循環(huán)型農(nóng)業(yè) 促進(jìn)有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展有非常重要的意義 同時(shí) 生物活 性水技術(shù)還能帶來高經(jīng)濟(jì)效益 可以使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì) 產(chǎn)量雙提高 抑制病蟲害 降 低有機(jī)種植 有機(jī)養(yǎng)殖成本 增收增利 但是這項(xiàng)在日本廣泛應(yīng)用的循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù) 其科研工作卻檢索不到 所以對(duì)生物活性水技術(shù)工藝過程研究 生物活性水的各種 應(yīng)用及其機(jī)理的研究十分必要 1 2 2 生物活性水工藝描述 利用生物活性水技術(shù)構(gòu)建循環(huán)性農(nóng)業(yè)示意圖如圖1 4 生物活性水制作與循環(huán)型農(nóng)業(yè) 箭舍堆肥 圖1 4 生物活性水技術(shù)構(gòu)建循環(huán)型農(nóng)業(yè)示意圖 f i g u r e l 4t h es k e t c ho fc i r c u l a ra g r i c u l t u r eu n d e rc o n s t r u c t i o nw i t hb i o a c t i v ew a t e rt e c h n o l o g y 生物活性水技術(shù)工藝流程圖見圖1 5 和圖1 6 6 第1 章緒論 圖1 5 生物活性水技術(shù)r 藝示意圖 f i g u r e1 5s c h e m a t i cd i a g r a mt h ep r o c e s so f b i o a c t i v ew a t e rt e c h n o l o g y h 1 一 g 燃亨 一 l 圖1 6 生物活性水技術(shù)i 藝流程圖 f i g u r e1 6t h ep r o c e s sf l o wd i a g r a mo fb i o a c t i v ew a t e rt e c h n o l o g y 1 3 文獻(xiàn)綜述 1 3 1 畜禽糞便處理理念的轉(zhuǎn)變 生態(tài)系統(tǒng)有降解 消除污染物的自凈作用 但當(dāng)有害物質(zhì)的量超出其自凈能力 時(shí) 將造成環(huán)境污染 破壞生態(tài)平衡 過去 分散 副業(yè)性的畜牧生產(chǎn) 廢棄物量 少 常常畜禽糞便是很受歡迎的有機(jī)肥 將畜禽糞便進(jìn)行簡單的堆肥后或甚至直接 第1 章緒論 施用在土地上 不僅不會(huì)引起環(huán)境污染 還會(huì)提高土地肥力 有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 此 時(shí)畜禽糞便是由 廢 變 寶 但是隨著我國畜牧業(yè)的迅速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào) 整 畜禽養(yǎng)殖已向區(qū)域化 集約化方向發(fā)展 畜禽糞便的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了附近土地所 能承受的負(fù)荷 廢 不但不是 寶 而且還引起了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的破壞 亞洲地區(qū)畜禽業(yè)的飛速發(fā)展帶來了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 同時(shí) 畜禽糞便也帶來了 嚴(yán)重的環(huán)境污染問題 日本早在2 0 世紀(jì)7 0 年代就遭受畜禽糞便污染 目前亞洲地 區(qū)各國均面i 臨這一難題i l j o 我國迅速發(fā)展起來的規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖帶來的污染問題日漸突出 據(jù)國家環(huán)?？?局2 0 0 0 年對(duì)全國2 3 個(gè)省j 自治區(qū) 直轄市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖的調(diào)查 1 9 9 9 年全國畜 禽糞便產(chǎn)生量約為1 9 億噸 而當(dāng)年全國產(chǎn)生的工業(yè)固體廢物為7 8 億噸 畜禽糞便 產(chǎn)生量是工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的2 4 倍i 其中規(guī)模養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便相當(dāng)于工業(yè) 固體廢棄物的2 7 山東 廣東 湖南等地區(qū)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖物的糞便產(chǎn)生量已相 當(dāng)于本地區(qū)工業(yè)國體廢物的4 0 全國畜禽糞便的c o d 總量達(dá)7 1 1 8 萬噸 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過工業(yè)廢水和生活廢水c o d 排放量之總和 畜禽糞便進(jìn)入水體流失率高達(dá)2 5 3 0 c o d 排放接近工業(yè)廢水 b o d 排放總量 n p 流失量大于化肥流失量 是 農(nóng)村面源污染的主要污染原因之一i3 1 由于絕大多數(shù)養(yǎng)殖場沒有污水處理設(shè)施直接 超標(biāo)排入農(nóng)業(yè)環(huán)境 畜禽污染造成了水體富營養(yǎng)化 水質(zhì)惡化 致使土壤板結(jié)和鹽 漬化 上海是我國畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)之一 良好的地理和氣候條件 十分有利于 各種畜禽的生長發(fā)育 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大 上海市各郊縣畜禽糞便污染環(huán)境的問 題也日益突出 據(jù)統(tǒng)計(jì) 全市1 6 0 0 多個(gè)大中型規(guī)模畜禽場年產(chǎn)糞尿水約7 0 0 多萬 噸 每年流失的畜禽糞尿折算有機(jī)污染指標(biāo)c o d 達(dá)8 9 5 萬噸 b o d 5 達(dá)2 8 1 萬噸 n h 3 n 達(dá)0 7 5 6 萬噸 未治理的畜禽場產(chǎn)生的龐大的有機(jī)污染物 己成為上海市郊 區(qū)最嚴(yán)重 最主要的污染源 對(duì)上海市郊的環(huán)境造成嚴(yán)重的污染 就上海市長江農(nóng) 場而言 仍有6 0 廢棄的畜禽糞便任其雨淋日曬 嚴(yán)重造成了河水 土壤 大氣的 污染 據(jù)對(duì)上海郊區(qū)7 2 9 個(gè)大中型畜禽場周圍環(huán)境調(diào)查 其中6 2 7 個(gè)畜禽場周圍河 道夏季發(fā)黑發(fā)臭 有的甚至常年發(fā)黑發(fā)臭 有機(jī)污染指標(biāo)超過國家地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 影響了郊區(qū)的生態(tài)環(huán)境和衛(wèi)生狀況 影響了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ詈蜕眢w健康 另有 部分畜禽場分布在黃浦江上游水源地區(qū) 也威脅著市區(qū)自來水廠取水口的安全 畜 禽糞便對(duì)環(huán)境的污染問題已成為上海畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素 如果治理不好 將成為上海市郊環(huán)境的一大危害因烈 1 9 9 9 2 0 0 2 年上海計(jì)劃共治理4 3 9 個(gè)大中型畜禽場 其中1 9 9 9 年治理1 1 2 個(gè)大 中型畜禽場 5 1 但是 大規(guī)模地治理畜禽場污染在我國畢竟是一項(xiàng)前人從未做過的 工作 上海畜禽場畜禽糞便治理也沒有真正取得突破性的進(jìn)展 8 第1 章緒論 隨著畜禽糞便污染問題日益突出 方法很多 如活性污泥法 生物膜法 對(duì)污染物的去除效果 其處理技術(shù)也層出不窮 畜禽糞便污水處理 簡易曝氣法等 表1 1 表示了各種處理方法 表1 1不同處理方法對(duì)污染物的去除效果 6 t a b l e1 1t h er e m o v a lo fp o l l u t a n t so fd i f f e r e n ta p p r o a c h e s 在畜禽糞便污水處理技術(shù)中 氧化塘 人工濕地 的模式也不少 馬里蘭大 學(xué)c r o n k 對(duì)構(gòu)建濕地系統(tǒng)處理奶牛場和豬場廢水進(jìn)行了研究 他的研究表明濕地處 理畜禽廢水是經(jīng)濟(jì) 生態(tài)的方法 但是受氣候和廢水特性的影響較大 而且濕地處 理前必須預(yù)處理 否則達(dá)不到好的效果 7 j 對(duì)于畜禽糞便廢水處理的設(shè)施 厭氧消化法也很普遍 k a r i m 等人 8 j 研究了沼 氣攪拌和反應(yīng)器高度對(duì)畜禽糞便厭氧消化效果的影響 在美國低溫厭氧消化 操作 溫度為1 0 c 2 5 c 的研究也越來越熱 2 1 s a f l e ya n dw e s t e r m a n 對(duì)低溫厭氧消化 做了大量研究 h i l l 等人對(duì)奶牛場和豬場糞便的低溫厭氧消化的數(shù)學(xué)模擬進(jìn)行了研 究 處理畜禽糞便的厭氧消化技術(shù)也越來越成熟 目前已經(jīng)到了對(duì)畜禽廢水厭氧處 理過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬的水平l l 厭氧好氧結(jié)合的工藝美國也有嘗試 夏威夷大學(xué)對(duì)豬場廢水的處理進(jìn)行了研究 工藝系統(tǒng)包括固液分離 厭氧反應(yīng)器 好氧反應(yīng)器 巖石床過濾 厭氧單元甲烷產(chǎn) 氣率為0 7 5 m 3 m 3 d a y is 去除率為7 2 7 好氧單元c o d 和氨氮去除率可分別達(dá) 到9 4 和9 1 巖石床過濾單元c o d 氨氮 硝酸鹽態(tài)氮分別減少3 2 8 2 6 8 6 8 4 l s l 在干糞處理利用方面 一般是堆肥然后施用到土地 1 9 2 0 1 也有將畜禽糞便作為 燃料來進(jìn)行利用的 使用牲畜糞便作為燃料可以解決廢物處置問題 也具有能源效 益 s w e e t e n 等阻矧 s a m i t 馴等對(duì)畜禽糞與煤混合做燃料進(jìn)行了研究 9 第1 章緒論 但是以上處理方法基本都是將城市污水 工業(yè)廢水處理工藝照搬套用 這是在 末端治理 思想指導(dǎo)下的產(chǎn)物 在構(gòu)建農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大背景下 如何在解決畜 禽糞便污染的同時(shí) 變廢為寶 目前仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的問題 應(yīng)用什么樣的畜禽糞 便處理體系是一個(gè)關(guān)系到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵 而且由于飼養(yǎng)規(guī)模的擴(kuò)大 飼養(yǎng)方式發(fā)生了變化 伴隨著添加劑 助長劑的使 用 除了耗氧有機(jī)物 n p 污染外 還在畜禽糞便和畜禽飼養(yǎng)場附近水體中發(fā)現(xiàn) 了內(nèi)分泌干擾素 e d s 抗生素等污染物 這說明惡性污染物有可能通過食物鏈 危機(jī)人體健康 農(nóng)產(chǎn)品安全問題也要求我們對(duì)防治畜禽業(yè)的環(huán)境污染需要進(jìn)行更系 統(tǒng)的考慮 在治理畜禽業(yè)污染時(shí) 往往將畜禽糞便當(dāng)作廢物來處理 處理尾水達(dá)標(biāo)排放 從畜禽廢水處理工藝來看 從普通活性污泥法 到帶脫氮除磷功能的s b r 法 再到 具有能源意義的厭氧處理 厭氧好氧結(jié)合處理 都是如此思路 另一方面 肥料施 用由有機(jī)肥為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛收贾鲗?dǎo)地位 而且畜禽糞含水量大 惡臭 帶來處理 運(yùn)輸 施用極不方便 直接還田難度大 畜禽養(yǎng)殖場畜禽糞便沒有實(shí)現(xiàn)由 廢 變 寶 農(nóng)藥 化肥的施用 農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染 給人類的食品安全問題帶來了巨大威脅 一方面我們需要治理環(huán)境污染 一方面我們需要無農(nóng)藥等化學(xué)投入的有機(jī)食品 這 兩方面的壓力使我們不得不重新思考畜禽糞便的處理思路 畜禽糞便處理不僅僅是 污水處理的問題 是一個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)全局性的問題 變 廢 為 寶 迫在眉睫 解 決畜禽糞便污染的同時(shí) 扭轉(zhuǎn)肥料施用化肥的主導(dǎo)地位 提高土壤的長效肥力 發(fā) 展有機(jī)農(nóng)業(yè) 建立和恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和良性循環(huán) 以維持農(nóng)業(yè)的可 持續(xù)發(fā)展 綜上所述 畜禽糞便處理技術(shù)的發(fā)展方向就是的生態(tài)處理體系的建立 一方面 保護(hù)環(huán)境 凈化農(nóng)業(yè) 畜牧業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物 使農(nóng)業(yè)生態(tài)得到恢復(fù)和保護(hù) 另一 方面制造有機(jī)肥 發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè) 在區(qū)域內(nèi)形成循環(huán)型農(nóng)業(yè) 1 3 2 腐殖物質(zhì)生物活性研究進(jìn)展 腐殖物質(zhì) h u m i cs u b s t a n c e s 來源于動(dòng)植物殘?bào)w腐殖化反應(yīng) h u m i f i c a t i o n 或者 說來源于微生物的生物活動(dòng) 自然腐殖物質(zhì)的主要組成部分是腐殖酸 包含胡敏酸 h u m i ca c i d s 和富里酸 f u i v i ca c i d s 富里酸也稱之為黃腐酸 腐殖酸廣泛存 在于環(huán)境中 土壤 自然水體中都有腐殖酸的存在 1 陸生腐殖質(zhì) 1 e r r e s t r i a lh u m i cs u b s t a n c e s 在遠(yuǎn)古時(shí)代農(nóng)業(yè)科學(xué)家就認(rèn)識(shí)到土壤有機(jī)質(zhì) s o i lo r g a n i cm a t t e r 對(duì)作物生長 的重要意義 至今這依然是爭論和研究的課題 近代農(nóng)業(yè)科學(xué)家對(duì)土壤腐殖質(zhì)的研 第1 章緒論 究持續(xù)了2 0 0 多年 但是腐殖質(zhì)依然是分子結(jié)構(gòu)未知的一類有機(jī)化合物 土壤有機(jī)質(zhì) s o m 包括不降解的生物 植物 動(dòng)物 微生物 殘?bào)w 部分殘 體的分解產(chǎn)品 以及土壤中的生物體 如圖1 7 所示 已知的高分子量有機(jī)物 譬如多聚糖和蛋白質(zhì) 比較簡單的物質(zhì) 譬如糖 氨基酸和其它小分子有機(jī)物 腐 殖物質(zhì) 圖1 7 土壤中的有機(jī)物 f i g u r e1 7o r g a n i cm a t t e r si ns o i l 腐殖物質(zhì) 相對(duì)分子量較大棕色至黑色 在動(dòng)植物殘?bào)w分解過程中產(chǎn)生的一 類次級(jí)代謝產(chǎn)物 根據(jù)其在酸堿中的溶解性質(zhì)可以分類為 胡敏酸h a h u m i ca c i d s 富里酸f a f u l v i c a c i d s 胡敏素 h u m i n s 非腐殖物質(zhì) 指已知物質(zhì) 如 碳水化合物 脂類 蛋白質(zhì) 氨基酸等 2 水成腐殖質(zhì) a q u a t i ch u m i cs u b s t a n c e s 植物 動(dòng)物以及微生物的生物體 在水環(huán)境中分解時(shí) 會(huì)釋放簡單的有機(jī)物到 水中 這些小分子有機(jī)物會(huì)經(jīng)過生化反應(yīng)變成難溶物質(zhì) 腐殖質(zhì) 見圖1 8 地 表水中超過8 0 的溶解性有機(jī)碳以腐殖質(zhì)的形式存在 根據(jù)t h u r m a n 的研究 水成 腐殖質(zhì)來源于三個(gè)方面 1 來源于外來的陸生腐殖質(zhì) 2 帶有芳香集團(tuán)的母 體在酶催化或者光氧化下發(fā)生聚合反應(yīng) 3 微生物固有生物體降解 內(nèi)源代謝 產(chǎn)生腐殖質(zhì) 矧 1 1 第1 章緒論 機(jī)佝亭宦恤 礎(chǔ)均幔 奉 il 小 f f 帆物 1 i 群蚺 蚜城 j 擴(kuò)群峋掰愛 i 一 上 瞄罐豫 甜l 鼬求 ll l 寓型艘隊(duì)0 喪q 端杈i ni 圖1 8 腐殖物質(zhì)的來源 f i g u r e1 8t h es o u r c eo fh u m i cs u b s t a n c e s 3 腐殖物質(zhì)生物活性概述 腐殖質(zhì)能夠改良土壤 對(duì)發(fā)展高產(chǎn)農(nóng)業(yè) 有機(jī)農(nóng)業(yè)有重要作用 在農(nóng)業(yè)實(shí)踐 中 許多腐殖酸鹽被用作肥料 也有商業(yè)性腐殖質(zhì)用作植物激素和畜牧業(yè)飼料添 加劑 腐殖質(zhì)表現(xiàn)出的生物活性長期以來一直被土壤化學(xué)家 植物生理學(xué)家 環(huán) 境科學(xué)家廣泛關(guān)注 許多研究和綜述評(píng)論文章報(bào)道了腐殖質(zhì)對(duì)植物生長的促進(jìn)作 用以及對(duì)植物生理的影響 2 6 2 9 也有腐殖質(zhì)應(yīng)用于畜牧業(yè)的報(bào)道 土耳其安卡拉 大學(xué)k u c u k e r s a n 等研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸有助于畜禽的生長和健康i 圳 腐殖質(zhì)生物活 性各種表現(xiàn)見表1 2 表1 2 腐殖物質(zhì)生物活性的各種表現(xiàn) t a b l e1 2t h eb e h a v eo fk i n d so fb i o l o g i c a la c t i v i t yo fh u m i cs u b s t a n c e s 腐植酸類物質(zhì)生物活性現(xiàn)象 參考文獻(xiàn) 植物 刺激種子萌發(fā)和生長 刺激生物量的增長 刺激n 的吸收 刺激礦物質(zhì)元素的吸收 刺激葉綠素的生物合成 p 1 3 4 l 蜘 p s 弛l 隅捌 i 刪 1 2 第1 章緒論 刺激蛋白質(zhì)的合成 刺激植物的代謝過程 緩沖和解毒功能 抗不利條件 3 s 4 1 4 2 j 4 3 動(dòng)物 刺激生物量的增長 免疫調(diào)節(jié)活性 抗癌 解毒功能 毒性 4 4 1 4 4 l 4 5 4 州 7 4 8 1 刪 微生物 刺激微生物生長 解毒功能 影響微