入侵物种（水葫芦（Eichhornia crassipes））的控制与猪粪生物质能利用的综合生态工程

【摘要】： 水葫芦作为一种入侵植物在我国19个省份泛滥成灾，为了防治水葫芦国家每年都投入巨大的人力、物力和财力。我国每年仅水葫芦打捞一项的投入就高达1亿元。但水葫芦并不是毫无利用价值，在治理水葫芦的同时应充分考虑水葫芦的资源化利用，最大限度地利用水葫芦。如水葫芦可以观赏；水葫芦对于水质有很好的净化作用，可以吸收和吸附氮、磷和重金属；分泌的毒素可以抑制水体中藻类的生长：利用水葫芦来养殖蚯蚓和栽培蘑菇；水葫芦还可以食用和药用，所含有的纤维素造纸和制成工艺品；用来发酵制沼气，每克干水葫芦的产气量约为0.344L，将水葫芦与动物粪便混合发酵，利用沼气发电，沼液和沼渣制成有机肥等。在大规模因地制宜地利用水葫芦的同时，将水葫芦这个水中有害植物变废为宝。随着畜禽养殖业的集约化，畜禽粪便的排放越来越集中，大大超过了当地环境的承载能力，对于当地居民的健康和养殖场本身的可持续发展都带来了巨大的压力。 以上两种环境的污染物中都蕴含大量可以转化利用的生物质能。本研究证明将水葫芦加入猪粪中进行发酵，可以很明显的提高猪粪发酵的产气量，其中产气量的提高率分别为：加入10％的水葫芦时，猪粪发酵的产气率提高31.2％；加入15％的水葫芦时，猪粪发酵的产气率提高46.1％；加入20％的水葫芦时，猪粪的发酵产气率提高40.9％；加入25％的水葫芦时，猪粪的发酵产气率提高32.2％。水葫芦浓度10％、15％、20％和25％对猪粪发酵产气率提高的影响成抛物线型的正态分布，其中在水葫芦浓度为15％时对猪粪发酵的促进作用最为明显。将发酵产生的沼气与柴油混合发电，经过一段时间的统计发现50kW发电机平均每小时的发电量为32.46kWh，每小时的平均用气量为20.58m~3，用油量为1.5kg，按照0.24kg柴油发1kWh电计算，1.5kg柴油可以发电6.25kWh，所以柴油对发电的贡献为19.9％，沼气对发电的贡献为80.1％，即1m~3沼气可发电1.58kWh，优于全国平均水平的1.2-1.5kWh。从理论上计算加入10％、15％、20％和25％的水葫芦以后可以使发电量分别增加：24.2％、36.9％、32.8％和25.8％。 沼气发酵产物包括沼气、沼液和沼渣，我们可以利用沼气作为燃料，利用其来保鲜水果和发电；利用沼液作为有机肥直接灌溉到农田中，或用作叶面肥，还可以利用沼液来浸种；利用沼渣直接作为有机肥，用来栽种蘑菇或将其加上添加剂制作成有机肥出售。总之，通过对畜禽粪便的发酵，以及对于发酵产物的综合利用，实现了物质和能量的多级利用，有利于农业生态系统的可持续发展。但是，由于厌氧发酵与温度有密切的关系，当气温低的时候就会减慢发酵的速率，进而影响到对养殖废弃物的及时处理，以及沼气产量的稳定性，这就限制了沼气工程的推广和应用。在本研究中(浙江省海宁市同仁养殖场沼气工程)，为了解决这一矛盾设计了面积为100.8m~2，可以储存6T热水的太阳能集热装置，利用可再生能源太阳能来加热河水，再将加热的河水加入到发酵池中，从而保证发酵的正常进行。通过对比试验，我们发现加入太阳能热水以后沼气的产气率要比没有加入热水的提高36.4％。在试验期内共有4.5×10~7kJ太阳能被吸收用来加热河水，这些热水的加入使沼气的产量增加351m~3，猪粪的能量转化效率提高了36.4％。 本研究将猪粪、水葫芦和太阳能这三者有机地结合起来。降低了养殖场污染物的排放，既减轻了对环境的压力，保护了当地的环境，促进了可持续发展；同时又产生了良好的经济效益，促进了当地农村经济的迅速发展；增加了就业的岗位。在我国广大的农村地区，这种工程模式有很好的推广前景。 【关键词】：外来生物 水葫芦 养殖污染 太阳能 沼气 生物质能 可再生能源 可持续发展
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 1 文献综述13-27
• 1.1 水葫芦的危害及利用现状13-20
• 1.1.1 水葫芦的生物学特性13
• 1.1.2 水葫芦的危害13-14
• 1.1.3 水葫芦的利用14-20
• 1.1.3.1 观赏价值14
• 1.1.3.2 水葫芦发酵制沼气14-15
• 1.1.3.3 饲养蚯蚓15
• 1.1.3.4 栽培食用菌15
• 1.1.3.5 动物饲料15-16
• 1.1.3.6 净化水质16-17
• 1.1.3.7 造纸17
• 1.1.3.8 食用和药用17-18
• 1.1.3.9 制成工艺品18-19
• 1.1.3.10 沤制绿肥19
• 1.1.3.11 种植蔬菜19
• 1.1.3.12 其它19-20
• 1.2 养殖废弃物的危害及利用现状20-21
• 1.2.1 养殖废弃物的危害20
• 1.2.2 养殖废弃物的利用20-21
• 1.3 沼气发酵产物的综合利用21-27
• 1.3.1 沼气的利用21-22
• 1.3.1.1 沼气作为居民炊事的燃料21
• 1.3.1.2 沼气发电21-22
• 1.3.1.3 利用沼气保鲜水果22
• 1.3.2 沼液的综合利用22-24
• 1.3.2.1 沼液作为有机肥直接灌溉23
• 1.3.2.2 沼液作为叶面肥23-24
• 1.3.2.3 沼液的病虫害防治24
• 1.3.2.4 沼液浸种24
• 1.3.3 沼渣的综合利用24-27
• 1.3.3.1 沼渣制成有机肥24-25
• 1.3.3.2 沼渣种植蘑菇25
• 1.3.3.3 沼渣作为养殖的饲料25-27
• 2 材料与方法27-33
• 2.1 试验材料27-32
• 2.1.1 实验场及实验背景介绍27
• 2.1.2 生态工程的设计27-28
• 2.1.3 太阳能装置28-30
• 2.1.4 地下厌氧发酵池30-31
• 2.1.5 发酵底物31
• 2.1.6 其他材料31-32
• 2.2 试验方法32-33
• 2.2.1 太阳能促进猪粪生物质能转化和利用的研究方法32
• 2.2.2 水葫芦促进猪粪生物质能转化和利用的研究方法32
• 2.2.3 沼气发电32
• 2.2.4 制作有机肥32-33
• 3 结果与分析33-42
• 3.1 太阳能的加入促进猪粪生物质能的转化和利用实验33-36
• 3.1.1 温度变化33
• 3.1.2 太阳能与沼气产气率的关系33-34
• 3.1.3 温度与沼气产气率的关系34-35
• 3.1.4 太阳能的加入对猪粪发酵转化率的影响35-36
• 3.2 水葫芦的加入对猪粪生物质能转化的影响36-40
• 3.3 沼气发电40-41
• 3.4 制作有机肥41-42
• 4 结语与讨论42-45
• 4.1 太阳能集热装置引入的可行性42
• 4.2 本工程的效益42-43
• 4.2.1 经济效益42-43
• 4.2.2 社会效益43
• 4.2.3 生态效益43
• 4.3 结语43-45
• 参考文献45-51
• 致谢51

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