江苏海兰达尔 2024-03-01 15:13 江苏
背景介绍
牲畜粪便是人为甲烷排放和农业空气污染的主要来源。随着全球对动物产品需求的增加,各国政府正努力应对气候变化和改善农村空气质量,人们越来越需要减少粪便排放的新战略。其中乳制品行业就存在巨大的减排潜力,以此来减轻甲烷和空气污染物的排放。奶牛场低氧的堆肥环境,使得其能产生大量的甲烷排放,也是恶臭空气污染物,如:氨气、挥发性有机物和硫化氢。因此,迫切需要替代传统的粪便管理方法,以减少甲烷排放,减少空气污染,并将奶牛粪便从污染废物转化成有价值的有机资源。
通量的测量方法
堆肥实验于2022年10月24日至11月27日在美国加利福尼亚州一家奶牛场进行,为期35天。实验所需的生物炭由杏仁壳在475℃下通过缓慢热解产生。
堆肥堆中的气体通量使用与几个气体分析仪相连的静态腔室系统进行了测量。对于每个测试堆,在第一周每天从三个方位(南侧,顶部和北侧)测量通量,此时测试堆的状态变化最大,在剩下的实验中每隔一天测量一次。每个腔室环插入堆肥3厘米,并在测量前放置至少30分钟,以便腔室安装后从堆肥中释放的初始气体消散。
温室气体(CO2、CH4、N2O)和氨气从每个腔室中采样3分钟,并使用Picarro G2508多组分气体浓度分析仪进行测量。温室气体和氨气通量使用Picarro自带的土壤通量处理程序(使用线性模型)进行计算;当浓度变化为非线性时,则使用Hutchinson和Mosier指数模型进行拟合计算。通过相同的采样方法,使用化学发光法NOX分析仪测量NOX(NO+NO2),H2S使用便携式的电化学传感器进行测量。通过线性回归确定NOX和H2S浓度的变化,并利用浓度的变化和腔室的温度与尺寸来计算通量。非甲烷挥发性有机物则以0.1L/min的速度从每个腔室内抽取,随后在实验室中利用GC-MS进行分析,将每7min采样周期内采集的VOC质量除以腔室面积和采样时间转换为通量。
温室气体和空气污染物的排放
空气污染物的每日平均排放通量
总结
此前,我们发现奶牛场粪便的生物炭堆肥是一种尚未开发的甲烷缓解策略,在其生命周期中可提供多种气候效益。在这项研究中,研究人员再次发现生物炭在降低奶牛粪便甲烷排放方面具有很高的潜力,同时也证实了这一策略在减少奶牛场空气污染方面也具有很高的潜力。
从原本可能会被燃烧的农业生物源中寻找生物炭原料,能为减少农业造成的空气污染提供额外的机会。生物炭堆肥可以为政府和农民提供一个难得的机会,可以同时应对气候变化和空气污染。然而,需要进一步的研究来优化生物炭的生产和堆肥过程中氨气的应用。
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