牛糞水酸化貯存過程中氮形態(tài)轉化的特性研究

張朋月，丁京濤，孟海波，趙立欣，沈玉君，劉森泓,3

·農業(yè)資源循環(huán)利用工程·

牛糞水酸化貯存過程中氮形態(tài)轉化的特性研究

張朋月1,2，丁京濤1,2，孟海波1,2，趙立欣1,2，沈玉君1,2※，劉森泓1,2,3

（1.農業(yè)農村部規(guī)劃設計研究院農村能源與環(huán)保研究所，北京 100121； 2. 農業(yè)農村部資源循環(huán)利用技術與模式綜合性重點實驗室，北京 100121； 3. 黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319）

近年來，隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模化的快速發(fā)展，養(yǎng)殖糞水的處理和利用已成為養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展的難點和熱點，糞水酸化技術是通過向糞水中添加酸化劑以降低氨氣排放，減少糞水貯存中氮素損失的技術，目前此技術已經在丹麥等國推廣應用，但中國對此技術的研究尚未起步，為探究糞水酸化固持氮素的效果，該研究以硫酸和明礬為糞水酸化劑，以固液分離前后奶牛糞水為處理對象，通過向糞水中添加酸化劑降低糞水pH值至6.0，分析糞水貯存中氨氣排放、氮素轉化以及糞大腸菌群數(shù)等指標，探索糞水酸化貯存過程氮形態(tài)轉化機理。研究表明：向養(yǎng)殖糞水中添加酸化劑可降低6.3%～11.1%的總氮損失，能夠降低糞水貯存初期中氨氣的排放，同時有效抑制了奶牛糞水中糞大腸菌群的活性，使其更易達到無害化處理。酸化劑的加入一方面抑制糞水中微生物作用下的有機氮向無機氮素的轉化，提高糞水貯存中有機氮的含量，減少銨態(tài)氮的產生量，另一方面酸化劑與糞水中的銨態(tài)氮結合生成穩(wěn)定的銨鹽，抑制了糞水中銨態(tài)氮向氨氣轉化的化學平衡，降低了糞水中因氨氣排放導致的總氮損失，從而達到減少糞水貯存中氮素損失。

牛糞水；貯存；酸化法；氮素轉化機理；糞大腸菌群數(shù)

0 引 言

中國每年畜禽糞污產生量約38億t，其中養(yǎng)殖過程產生的糞水量可達20億t[1-3]，目前中國糞水處理和資源化利用方式主要有厭氧發(fā)酵后貯存還田、污水處理達標排放和貯存發(fā)酵后還田利用等，糞水還田利用是實現(xiàn)種養(yǎng)結合的重要紐帶，糞水貯存發(fā)酵還田以成本低、工藝簡單、易操作等特點在大部分中小規(guī)模養(yǎng)殖場得到應用，2018年畜禽糞污資源化利用第三方評估數(shù)據(jù)顯示目前中國約85.49%的養(yǎng)殖糞水還田利用，其中經貯存發(fā)酵后還田的糞水約占總量的52.43%，是中國養(yǎng)殖糞水資源化利用的主要方式。然而糞水貯存發(fā)酵過程中會產生大量的氨氣，一方面影響了環(huán)境，一方面導致了糞水養(yǎng)分損失[4-7]，已成為制約養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化發(fā)展的主要因素之一。

目前，糞水貯存中降低養(yǎng)殖糞水氮素損失的技術主要有表層覆蓋[8-10]和向糞水中添加酸化劑等模式，以降低養(yǎng)殖糞水貯存中氮的損失。其中向糞水中添加酸化劑固持糞水養(yǎng)分技術，在丹麥等國家應用較為廣泛[11-12]，pH值決定了水系統(tǒng)中銨態(tài)氮和氨氣之間的平衡關系，當糞水的pH值小于7時氨氣的揮發(fā)會顯著降低[11,13]，此技術主要是通過向糞污中添加濃硫酸，使pH值降至5.5～6.5之間，穩(wěn)定溶解在糞污中的銨態(tài)氮，起到降低氨氣排放，固持糞污養(yǎng)分的目的[14]，Dai等[15-16]向糞污中添加硫酸調節(jié)豬場糞污pH值至6.0以下，減少了50%～95%的NH3排放；此外明礬、硫酸鋁等鹽類也能起到類似的效果，Regueiro等[17]研究發(fā)現(xiàn)硫酸鋁是一種較好的氮素固持添加劑，不僅可以有效固持糞污中的氮素，同時還促進了糞水中磷酸鹽的增溶，進一步提高了糞污肥效。

然而糞水酸化貯存進程中氮素形態(tài)轉化特性還不清楚，本文以硫酸和明礬為酸化劑，以固液分離前后牛糞水為研究對象，研究酸化劑對不同濃度糞水氮素形態(tài)轉化及無害化指標的影響，分析糞水酸化后氮形態(tài)轉化特性，以期為養(yǎng)殖糞水的資源化利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3月至2019年5月在農業(yè)農村部規(guī)劃設計研究院（雙橋院區(qū)）試驗室進行，試驗所用試劑為分析純，試驗糞水為北京市順義區(qū)某奶牛場水沖糞經固液分離處理前、后的糞水，本文分別稱作全量糞污以及糞水，全量糞污以及糞水基礎理化性質見表1。

表1 基礎理化性質

1.2 試驗方法

采用自主研發(fā)的試驗裝置模擬自然貯存條件取糞水置于50 L的中試裝置中貯存（見圖1），分別向糞水中添加硫酸和明礬，調節(jié)糞水pH值至6.0左右，試驗方案詳見表2。試驗周期為60 d，分別在貯存期的第1，15，30，45，60 天進行采樣，分析貯存過程中糞水的總氮，銨態(tài)氮，硝態(tài)氮，亞硝態(tài)氮含量以及氨氣濃度，并監(jiān)測糞水貯存后糞大腸菌群數(shù)的變化情況，分析酸化劑對養(yǎng)殖糞水與全量糞污中氮素轉化的影響。

圖1 試驗裝置圖

表2 試驗方案

1.3 分析方法

pH值采用連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)進行測定，每30 min采集一次pH值；銨態(tài)氮采用納氏試劑法進行測定；硝態(tài)氮采用紫外分光光度法進行測定；亞硝態(tài)氮采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法進行測定；總氮采用還原消化法進行測定；有機氮采用插值法進行計算；氨氣采用多通道氣體采樣器對糞水貯存裝置中糞水液面上方的氣體進行收集，并采用納氏試劑法進行測定，采氣裝置以0.3 L/min的流量抽取氣體，采樣時間為30 min（因氣體采樣器材數(shù)量限制，未做平行試驗）；糞大腸菌群數(shù)委托華測檢測認證集團北京有限公司采用《肥料中糞大腸菌群的測定GBT19524.1-2004》進行分析。

2 結果與分析

2.1 pH值變化

pH值是糞水酸化技術調控的主要指標，通過降低pH值以減少氨氣排放，但長期施用過低pH值的糞水到農田中是否會影響土壤理化性質尚不明確，因此，需重點監(jiān)控糞水酸化過程中pH值的變化。糞水酸化技術雖然降低了糞水的初始pH值，但從圖2可以看出在糞水貯存過程中未添加酸化劑的處理糞水的pH值自7.5上升至8.0以上，添加酸化劑的處理糞水pH值自6.0上升至6.5～7.5之間，可見酸化后的牛糞水貯存中pH值會顯著低于未酸化的處理，牛糞水經過酸化貯存后，糞水的pH值會逐漸呈中性甚至是弱堿性。糞水貯存過程中pH值逐漸升高可能是由于糞水中含氮有機物降解產生的銨態(tài)氮結和了糞水中酸根離子，使得糞水pH值逐漸升高，汪開英等研究表明糞水酸化貯存中的pH亦呈逐漸升高的趨勢[17-19]。此外在圖2中可以看出，糞水在酸化初期pH值略呈下降的趨勢，可能是由于全量糞污中過多的有機物質被微生物快速分解，消耗了糞污中的溶解氧，使糞污形成局部厭氧環(huán)境，使得厭氧微生物快速生長，厭氧微生物分解有機物產生的有機酸使得全量糞污在貯存過程中某些階段的pH值略低于糞水[20]，隨貯存時間的增加，有機酸不斷降解糞水pH值逐漸上升至6.5以上，呈中性，可見，酸化糞水的pH值幾乎不會對土壤的性質產生嚴重影響，滿足中國農田灌溉水質標準以及液體肥中對pH值的要求[21-22]。

圖2 牛糞水、牛糞水和糞便混合物貯存中pH值的變化

2.2 氨氣排放

氨氣是糞水貯存中造成環(huán)境污染的主要因素。從圖3可以看出，在糞水貯存中會釋放大量的氨氣，在糞水貯存初始階段釋放量最大，糞水和全量糞污上層空氣中NH3質量濃度可達18.6～20.0 mg/m3，向糞水中添加酸化劑使pH值降至6.0可使糞水貯存初始階段大氣中氨氣的質量濃度降低至8.5～12.8 mg/m3，可減少糞水貯存初始階段31.3%～54.0%的氨氣排放，汪開英等的研究亦表明糞水酸化能夠有效降低糞水酸化初始階段的氨氣排放[18]。本試驗中硫酸和明礬均對氨氣的排放有明顯的抑制作用，但二者之間并未出現(xiàn)明顯規(guī)律性的差異。

圖3 牛糞水、牛糞水和糞便混合物液面上部氨氣濃度的變化

2.3 酸化糞水中氮形態(tài)變化

2.3.1 總氮變化

氮素是衡量糞水養(yǎng)分的主要指標之一，總氮是糞水酸化技術控制的主要指標，降低糞水貯存中總氮的損失不僅有助于提高糞水再利用肥效，更有利于降低因NH3排放造成的大氣污染。本試驗通過向糞水中添加酸化劑驗證酸化劑是否可以顯著降低糞水中總氮損失，從圖4可以看出，糞水和全量糞污中總氮初始質量濃度在4 521.3～4 863.7 mg/L之間，整體上看，向糞水中添加酸化劑對糞水初始總氮含量無顯著影響，在糞水貯存60 d后糞水的總氮含量比初始值降低了34.2%～48.2%，其中添加硫酸和明礬的處理總氮損失率比未添加的處理降低了6.3%～11.1%，可以看出，向糞水中添加酸化劑可以顯著降低糞水貯存中氮素損失（<0.05），與Kai的研究結果基本一致[11]。

她就是仙女湖區(qū)食品藥品監(jiān)管局局長徐巧云。在辦證窗口，嚴格把關；在食品流通監(jiān)管一線，認真履職；在維護校園周邊食品安全中，沖鋒在前。

圖4 牛糞水、牛糞水和糞便混合物中總氮質量濃度的變化

2.3.2 銨態(tài)氮變化

NH4+是糞水中氮素的主要成分之一，也是糞水酸化技術直接作用的氮素形態(tài)指標，糞水中NH4+占糞水初始氮素質量分數(shù)的47%～59%（見圖5）。通過分析糞水中NH4+的含量，可以了解酸化劑對糞水中銨態(tài)氮的固持效果，從圖5可以看出，糞水和全量糞污中銨態(tài)氮初始質量濃度在2 302.5～2 377.5 mg/L之間，整體上看，初始添加酸化劑時會使糞水與全量糞污中銨態(tài)氮含量略有升高，在貯存60 d后糞水中銨態(tài)氮含量比初始值降低了17.7%～31.1%，其中添加硫酸的處理顯著（<0.05）提升了貯存后糞水和全量糞污中的銨態(tài)氮含量，但添加明礬的處理糞水中銨態(tài)氮含量卻有所降低，這可能是由于明礬抑制了糞水中微生物的降解作用，減少了糞水中有機氮向無機氮的轉化，此外明礬溶于水后會生成氫氧化鋁，氫氧化鋁具有極強的吸附作用，故可能有部分銨態(tài)氮吸附于氫氧化鋁上沉于底泥中，此結果與Regueiro的研究基本一致[17]。

圖5 牛糞水、牛糞水和糞便混合物中銨態(tài)氮質量濃度的變化

2.3.3 硝態(tài)氮變化

酸化劑雖然對糞水中的硝態(tài)氮沒有直接影響，但糞水中硝態(tài)氮的含量過高，施用到農田同樣易造成養(yǎng)分流失，故需嚴格控制糞水中的硝態(tài)氮含量。糞水中硝態(tài)氮的轉化主要與糞水中溶解氧含量和銨態(tài)氮總量相關，溶解氧含量越大，硝化細菌活性越高，糞水中銨態(tài)氮會通過硝化反應產生更多的硝態(tài)氮，同時從化學動態(tài)平衡的角度看，糞水中銨態(tài)氮濃度越大，越易促進糞水中的氮素從銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉化。

從圖6可以看出，本試驗糞水和全量糞污中硝態(tài)氮的初始含量在88.3～96.7 mg/L之間。貯存過程中添加硫酸的糞水和全量糞污中硝態(tài)氮的含量呈先升高后降低的趨勢，可能是由于酸化糞水降低了糞水中礦化微生物的活性，使糞水中溶解氧過剩，促進了硝化菌的活性，從而提高了糞水中硝態(tài)氮含量，酸化劑的加入使糞水中銨態(tài)氮含量相對穩(wěn)定，故從化學平衡的角度看酸化劑難以使糞水中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉化，故糞水貯存前期硝態(tài)氮含量的上升主要是硝化細菌的作用。在糞水貯存中后期，糞水中的礦化微生物和硝化細菌消耗了大量的溶解氧，使得硝化細菌活性降低，同時糞水中硝態(tài)氮在反硝化細菌和化學平衡2方面作用下向銨態(tài)氮轉化，硝態(tài)氮在糞水貯存后期含量降低。

明礬酸化糞水對糞水中硝態(tài)氮影響理論上和硫酸一致，但明礬水解會生成氫氧化鋁膠體，氫氧化鋁具有極強的吸附作用，可吸附糞水中硝態(tài)氮沉降與底部，故加明礬的處理的糞水和全量糞污中硝態(tài)氮質量濃度從110.1～113.3降至46.7～53.4 mg/L；糞水貯存中后期，糞水中有機物降解產生的銨態(tài)氮在硝化細菌的作用下不斷轉化為硝態(tài)氮，而明礬轉化的氫氧化鋁已趨于飽和，故硝態(tài)氮質量濃度在明礬酸化糞水貯存中后期上升至84.2～114.5 mg/L。

圖6 牛糞水、牛糞水和糞便混合物中硝態(tài)氮質量濃度的變化

2.3.4 亞硝態(tài)氮變化

亞硝態(tài)氮進入人體后能使血液中正常攜氧的低鐵血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，因而失去攜氧能力而引起組織缺氧，雖然糞水中亞硝態(tài)氮的含量極少，但其進入食物鏈對人或動物造成的危害不容忽視[23-24]。從圖7可以看出，糞水和全量糞污中亞硝態(tài)氮的質量濃度在13.6～13.9 mg/L之間，添加硫酸對糞水和全量糞污中亞硝態(tài)氮無顯著影響，但添加明礬會顯著降低糞水和全量糞污中50%左右的亞硝態(tài)氮含量，可能是由于明礬的吸附作用使糞水中的亞硝態(tài)氮沉于底部，貯存過程中糞水與全量糞污中的亞硝態(tài)氮呈逐漸降低的趨勢，貯存60 d后，糞水和全量糞污中的亞硝態(tài)氮質量濃度比初始值降低了11.4%～59.7%，其中以添加明礬的處理效果最優(yōu)，添加硫酸的處理對糞水中亞硝態(tài)氮的含量無規(guī)律性影響。

圖7 牛糞水、牛糞水和糞便混合物中亞硝態(tài)氮質量濃度的變化

糞水中除銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮外，還有大量的有機氮（見圖8），約占糞水中氮素總量的38%～50%，糞水中有機氮降解率的高低是衡量糞水肥效的重要指標之一。一般認為，有機氮降解率越高，糞水中可利用氮素越高，糞水速效肥效越好，但從糞水氮素固持的角度看，有機氮降解越快，糞水中氮素損失越多，故減少糞水貯存中有機氮的轉化有利于使糞水在貯存中固持更多的養(yǎng)分。從圖8可以看出，糞水和全量糞污中有機氮的質量濃度初始值在2 041.8～2 450.6 mg/L之間，在糞水貯存中，糞水與全量糞污中的有機氮含量呈逐漸降低的趨勢，貯存60 d后，糞水和全量糞污中的有機氮含量比初始值降低了35.6%～79.3%，其中添加酸化劑的處理有機氮的降解率比未添加酸化劑的處理低13.6%～31.3%，可以看出，添加酸化劑抑制了糞水中有機氮的降解，使糞水中的氮素以有機氮的形式長期的貯存于糞水中。

圖8 牛糞水、牛糞水和糞便混合物中有機氮質量濃度的變化

2.4 糞大腸菌群數(shù)

圖9 牛糞水、牛糞水和糞便混合物貯存60 d后糞大腸菌群數(shù)

3 討論與結論

3.1 討 論

3.1.1 糞水中氮素轉化機理分析

通過本試驗可以看出，酸化劑可以降低糞水貯存中總氮的損失率，降低糞水氨氣排放，提高糞水肥效，其中酸化糞水顯著提升了糞水貯存中銨態(tài)氮和有機氮的含量，使糞水中的氮素能夠以銨態(tài)氮和有機氮的形態(tài)長期的貯存于糞水中。目前糞水酸化技術的相關研究中主要以觀察糞水中氨氣排放為主，缺乏糞水酸化對糞水中氮素轉化的影響研究，通過本試驗，可以看出糞水酸化技術固持糞水中氮素不僅僅是由于酸化劑固持了糞水中的銨態(tài)氮，同時降低了糞水中有機氮向無機氮素的轉化。

糞水中氮素的形態(tài)以有機氮和銨態(tài)氮為主，占糞水中總氮質量分數(shù)的97%以上，此外還有少量的硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮。糞水中氮素形態(tài)主要通過微生物作用和化學平衡的作用進行轉化。糞水為微生物提供了一種復雜的環(huán)境條件，不僅具有好氧微生物所需的環(huán)境，同時亦為厭氧微生物提供了所需的生存環(huán)境，糞水中的有機氮在貯存中通過好氧/厭氧微生物的礦化作用向銨態(tài)氮轉化，一部分部分銨態(tài)氮通過好氧硝化細菌為主的作用方式下轉化為硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮，同時，糞水中的少量的硝態(tài)氮會在以厭氧微生物作用為主要作用的情況下向亞硝態(tài)氮轉化，另一部分銨態(tài)氮在化學平衡為主的作用下以氨氣的形式散逸到環(huán)境中，此外，亦還有少量的銨態(tài)氮在固氮微生物的作用下轉化成有機氮。酸化劑的加入會影響?zhàn)B殖糞水中的氮素平衡關系，糞水酸化會改變糞水中微生物適宜的pH值，改變糞水中氮形態(tài)之間的化學平衡關系，向糞水中添加酸化劑后，少量硫酸分解了糞水底泥中部分大顆粒有機物，使之懸浮于糞水中提高了糞水中有機氮的含量，有機氮在酸性條件下一方面仍通過微生物降解為主的礦化作用轉化為銨態(tài)氮，另一方有機氮通過化學平衡水解為氨基酸，之后在脫氨基的作用下生成銨態(tài)氮；酸化劑與銨態(tài)氮結合，通過化學作用生成相對穩(wěn)定的硫酸銨，長期的固持于糞水中，減少銨態(tài)氮向氨氣以及硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮轉化的化學平衡，但本試驗中酸化糞水的硝態(tài)氮含量呈先升高后降低的趨勢，表明硝化細菌在糞水貯存初期保持較高的活性，進入糞水貯存后期，糞水中的銨態(tài)氮部分通過化學作用散逸到環(huán)境中，除有機氮向銨態(tài)氮轉化外，糞水中的硝態(tài)氮可能會在化學平衡和厭氧微生物的作用下向銨態(tài)氮轉化，從而使糞水貯存后期硝態(tài)氮含量降低。從圖8可以看出，酸化抑制了有機氮向無機氮素的轉化，礦化微生物活性的降低使得糞水中存才一定量過剩的溶解氧，這部分溶解氧被硝化細菌利用，使得糞水中硝態(tài)氮含量逐漸升高，亞硝態(tài)氮含量不斷降低。相對于硫酸，明礬處對糞水具有同樣的酸化作用外，其溶于水可水解為具有極強吸附作用的氫氧化鋁，吸附了糞水中部分的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮，使之含量低于添加硫酸的處理（詳見圖10）。

本試驗中酸化對糞水污中總氮和有機氮的控制效果較優(yōu)，添加酸化劑的處理在糞水與全量糞污在貯存中后期總氮含量顯著高于未酸化的處理（<0.05），雖然添加酸化劑的處理糞水中銨態(tài)氮的含量要高于未酸化處理，但其并未呈現(xiàn)顯著性差異，故酸化劑對糞水中氮素的固持作用一方面酸化抑制了糞水中以微生物作用為主的有機氮向銨態(tài)氮的轉化，使糞水中的氮素可以以有機氮的形式長期貯存于糞水中，雖然酸化劑的添加會直接使部分有機氮通過化學作用直接轉化為銨態(tài)氮，但其轉化量遠不及糞水貯存中的礦化作用；另一方面酸化劑與銨態(tài)氮形成較為穩(wěn)定的銨鹽，降低銨態(tài)氮向氨氣的化學平衡間的轉化，從而減少了糞水中氮素損失的主要路徑，達到固持糞水中N含量的目的。

綜上，酸化糞水抑制了糞水中微生物對含氮有機物的礦化作用，降低了有機氮向無機氮素的轉化，減少了氨氣排放，促進了糞水中微生物的硝化作用，從而使的酸化糞水貯存中總氮銨態(tài)氮硝態(tài)氮含量升高氨氣排放、亞硝態(tài)氮含量降低，故酸化糞水對提高糞水養(yǎng)分固持率，減少環(huán)境污染具有重要意義。

3.1.2 酸化抑制糞大腸菌群活性機理分析

糞大腸菌群是總大腸菌群中的一部分，是指在44.5 ℃溫度下能使乳糖發(fā)酵產酸產氣的革蘭氏染色陰性的無芽孢桿菌[26-27]，故糞大腸菌群是以厭氧菌為主的微生物群落，從2.3.5有機氮的變化來看，添加酸化劑的處理糞水相對于未添加酸化劑的處理含有更高的溶解氧，故理論而言，添加酸化劑處理的糞水經貯存后糞大腸菌群數(shù)應比未添加的處理更低，從圖9可以看出，整體上看酸化糞水中的糞大腸菌數(shù)要小于未酸化的糞水，驗證了酸化糞水會抑制糞水中有機物的降解，同時糞水中未被消耗的溶解氧會抑制糞水中糞大腸菌群的活性，使酸化糞水更易達到無害化要求。

此外，pH值也是影響微生物活性的主要因素之一[28-29]，糞大腸菌群是以厭氧菌為主的微生物，其最適pH理論應為動物腸道pH值，而奶牛回腸末端pH值范圍一般在7.5～8.0之間[30]，呈弱堿性，從圖2可以看出，在貯存過程中添加酸化劑的處理pH值大部分時間低于7.0，相對于未酸化的處理，酸化處理更有利于抑制糞水中糞大腸菌群的活性。綜上從糞水中溶解氧濃度和糞水pH值2方面來看，糞水酸化均有利于抑制奶牛糞水中糞大腸菌群數(shù)的生長。

3.2 結 論

1）向糞水中添加酸化劑可減少糞水貯存初始階段31.3%～54.0%的氨氣排放，降低6.3%～11.1%的總氮損失，其中添加硫酸的處理貯存60 d時實現(xiàn)了養(yǎng)殖糞水的無害化處理。

2）酸化劑降低氨氣揮發(fā)及固持氮素的機理是酸化劑一方面抑制了糞水中微生物的作用，減少了含N有機物的礦化作用，從而減少糞水中有機氮向無機氮的轉化；另一方面酸化劑與糞水中銨氮通過化學平衡的作用形成穩(wěn)定的銨鹽，減少銨氮向氨氣轉化的化學平衡，從而減少糞水中氮素的損失，使糞水中的氮素主要以有機氮及銨態(tài)氮的形式長期的貯存于糞水中。

3）糞水中添加酸化劑間接提升了糞水中溶解氧的濃度以及降低了糞水貯存過程的pH值，有效抑制了奶牛糞水中糞大腸菌群的活性，使酸化奶牛糞水更易達到無害化處理。

[1] 農業(yè)部辦公廳關于印發(fā)《重點流域農業(yè)面源污染綜合治理示范工程建設規(guī)劃（2016—2020年）》的通知[EB/OL]. [2020-01-09]. http://www.moa.gov.cn/nybgb/2017/dsiqi/ 201712/t20171230_6133444.htm.

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Characteristics of nitrogen transformation in the process of acidification and storage of cow slurry

Zhang Pengyue1,2, Ding Jingtao1,2, Meng Haibo1,2, Zhao Lixin1,2, Shen Yujun1,2※, Liu Senhong1,2,3

(1.100121,; 2.100121,;3.163319,)

Treatment and utilization of animal manure water have become a big challenge for the healthy development of the breeding industry, as the impact of upcoming technology on large-scale livestock and poultry farming. Since slurries are an important source of ammonia emissions to the atmosphere, the representative methods to reduce ammonia emission include surface covering, and acidification technology. Surface covering technology refers to cover the surface of animal manure water, in order to reduce the gas exchange between animal manure water and air surroundings. However, this technology has only a few applications due to confined covering materials. In acidification technology, the acidifiers are added to the animal manure water, in order to reduce the loss of nitrogen during storage. This acidification technology has been widely used in Denmark and other countries in Europe. However, there is still a large gap in the field of fecal water acidification in China. Since only two institutions have studied the acidification technology of fecal water from the perspective of odor and greenhouse gas emissions, there is still lacking a large number of research data for the industrial utilization of fecal water acidification. In this study, sulphuric acid and alum were selected as acidifiers to treat cow slurry before and after solid-liquid separation. After adding sulphuric acid and alum, the pH value of the cow dung water and cow slurry can reach 6.0, under the blank control at the same time. The mechanism of n-form transformation was proposed for the process of acidification and storage of cow dung water and cow slurry by analyzing the indexes of ammonia mission, n-transformation and harmless effect. The results show that the addition of acidifiers can reduce the total loss of nitrogen by 6.3%-11.1%, and the emission of ammonia in the initial stage of cow dung water and cow slurry storage decreased, compared with those in the conventional techniques. Adding acidifier in the cow slurry can indirectly increase the concentration of dissolved oxygen, while reduce the pH value of the cow slurry during storage process, indicating the effective inhibition to the activity of fecal coliform in the cow manure water for easily harmless treatment. The addition of acidifiers can also inhibit the transformation of organic nitrogen to inorganic nitrogen under the action of microorganisms in the cow dung water and slurry, and thereby to improve the content of organic nitrogen during slurry storage, as well reduce the production of ammonium nitrogen, indicating that the acidifiers and ammonium nitrogen can generate ammonium salt with stable chemical properties. This finding can provide the technical translation of the acidification technology into industrial application in animal manure water during slurry storage.

cow dung water; storage; acidization; mechanism of nitrogen transformation; fecal coliform number

張朋月，丁京濤，孟海波，等. 牛糞水酸化貯存過程中氮形態(tài)轉化的特性研究[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(8)：212-218.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.026 http://www.tcsae.org

Zhang Pengyue, Ding Jingtao, Meng Haibo, et al. Characteristics of nitrogen transformation in the process of acidification and storage of cow slurry[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(8): 212-218. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.026 http://www.tcsae.org

2019-12-18

2020-03-13

農業(yè)農村部規(guī)劃設計研究院自主研發(fā)項目：畜禽養(yǎng)殖糞水酸化貯存及施用技術研究，項目編號：2018ZZYF0101

張朋月，助理工程師，主要從事農業(yè)廢棄物資源化利用研究，Email：yue.zp@foxmail.com

沈玉君，高級工程師，博士，主要從事農業(yè)廢棄物資源化研究。Email：shenyj09b@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.026

S-3; X713

A

1002-6819(2020)-08-0212-07