畜禽舍內(nèi)惡臭氣體控制技術(shù)及應(yīng)用進展

蒲施樺，解雅東，龍定彪

（1．重慶市畜牧科學院，重慶 榮昌 402460；2．農(nóng)業(yè)部養(yǎng)豬科學重點實驗室，重慶 榮昌 402460；3．農(nóng)業(yè)部西南養(yǎng)殖工程科學觀測實驗站，重慶 榮昌 402460）

畜禽舍內(nèi)惡臭氣體控制技術(shù)及應(yīng)用進展

蒲施樺1，2，3，解雅東1，龍定彪1，2，3

（1．重慶市畜牧科學院，重慶 榮昌 402460；2．農(nóng)業(yè)部養(yǎng)豬科學重點實驗室，重慶 榮昌 402460；3．農(nóng)業(yè)部西南養(yǎng)殖工程科學觀測實驗站，重慶 榮昌 402460）

我國畜禽養(yǎng)殖量的逐年上升，提高了人們的生活水平，同時也帶來一系列的環(huán)境污染問題。文內(nèi)闡述了畜禽舍內(nèi)惡臭氣體特征與來源，并從源頭控制、過程控制和末端控制方面對惡臭氣體的控制方法進行綜述，為畜禽養(yǎng)殖場惡臭氣體的綜合防治提供參考。

畜禽舍；惡臭氣體；控制方法；生物技術(shù)

技術(shù)、設(shè)備與建議

我國在20世紀90年代后期，畜禽業(yè)有了迅速的發(fā)展；畜禽養(yǎng)殖量的逐年上升，提高了人們的生活水平，而集約化和規(guī)?；男笄蒺B(yǎng)殖卻嚴重影響了周圍居民的生活環(huán)境。由于沒有完善的減排技術(shù)和有效的管理措施，使得大量的養(yǎng)殖場糞尿隨意排放，嚴重侵蝕土壤、污染水質(zhì)，尤其是糞污在厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的惡臭氣體，會降低畜禽的免疫力、代謝能力及生產(chǎn)性能，同時容易導致周邊居民患呼吸系統(tǒng)疾病。隨著人們環(huán)保關(guān)注意識的提高，國內(nèi)的畜禽惡臭投訴事件頻繁發(fā)生，其投訴量在整個投訴案件中位居第二，已經(jīng)成了一個嚴重的社會、環(huán)境問題。文內(nèi)從惡臭氣體的成分、來源以及惡臭氣體污染治理現(xiàn)狀等方面對近年來畜禽糞便惡臭控制的研究及應(yīng)用進展進行綜述，皆在為畜禽養(yǎng)殖場惡臭氣體的綜合防治提供參考。

1 畜禽養(yǎng)殖污染氣體來源及特征

畜禽養(yǎng)殖場中的惡臭氣體主要是動物排泄物中碳水化合物、含氮化合物和含硫化合物，在微生物厭氧發(fā)酵作用下的不完全代謝產(chǎn)物。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，豬場產(chǎn)生的惡臭氣體和揮發(fā)性有機物多達331中，其中由畜禽糞便所產(chǎn)生的臭味物質(zhì)有168種［1］。這些惡臭物質(zhì)大致可被分為4類：一是含氮化合物及胺類化合物；二是含硫化合物；三是芳香族化合物；四是揮發(fā)性脂肪酸類。

1.1 氨氣、硫化氫

氨氣（NH3）是畜禽養(yǎng)殖場惡臭的主要成分之一，同時也是參與大氣氮循環(huán)的關(guān)鍵成分之一［2］。它作為大氣中唯一的堿性氣體，在大氣環(huán)境酸化過程中起到緩沖作用，同時NH3的排放會影響到甲烷（CH4）的氧化，從而加劇溫室效應(yīng)。Clarisse L等［3］報道畜禽養(yǎng)殖廢棄物所產(chǎn)生的NH3占大氣氨排放總量的39%，位居第一。養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；偈癸曫B(yǎng)密度的不斷提高，從而導致養(yǎng)殖場單位面積內(nèi)NH3排放量的升高，據(jù)統(tǒng)計，1991年中國畜禽的氨排放量占全國總量（891．8萬t）的64%，1993年畜禽的氨排放量占中國的氨排放量（1 200萬t）的52%，1999年湖北省的畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的氨占總排放量的62．3%?？傮w來看畜禽氨排放量呈現(xiàn)逐年直線上升的趨勢。

畜禽惡臭物質(zhì)中，對人體和畜禽影響最大的是NH3和硫化氫（H2S），其中H2S主要來源于畜舍內(nèi)未及時清理的糞便，以及糞肥攪拌、沼渣清理等過程。人畜長期處于低濃度H2S的環(huán)境中，會使抵抗力下降，中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到危害；而有些情況下，畜舍內(nèi)的H2S 的濃度會達到1 000 mg/L［4］，這種高濃度的H2S會造成仔豬中毒死亡，嚴重時會導致人畜窒息。

1.2 芳香族化合物

豬場具有惡臭氣味的芳香族化合物主要是吲哚類、甲酚、糞臭素等。這些環(huán)狀化合物是由胃腸道中的眾多微生物如擬桿菌屬、乳酸菌屬、梭菌及雙歧桿菌厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的［5］。其中苯酚、p-甲酚是由動物消化道中的酪氨酸和苯丙氨酸降解產(chǎn)生的［6］；吲哚、3-甲基吲哚、甲酚則是色氨酸代謝產(chǎn)物，統(tǒng)稱為糞臭素，但因在儲存過程中濃度下降，不被推薦為作為臭氣的指示劑；能夠產(chǎn)生芳香族化合物的微生物有很多，只有較少一部分細菌發(fā)酵后的產(chǎn)物是糞臭素。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生糞臭素的細菌有：糞味梭菌、疾病梭菌、假單胞菌、根瘤菌、瑞士乳桿菌、乳酸桿菌11201等。

1.3 揮發(fā)性脂肪酸

揮發(fā)性脂肪酸是微生物在厭氧條件下分解糞便中的碳水化合物和含氮化合物的產(chǎn)物，主要由乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸及少量的戊酸、己酸和庚酸組成。揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)生和比例與飼料本身有關(guān)，同時還受其他因素的影響，包括礦物質(zhì)、離子載體、動物年齡和采食時間、有機物質(zhì)、外流速度、酶制劑、中草藥、健康情況等。一部分揮發(fā)性脂肪酸被微生物降解利用，以提供其新陳代謝所需能量，另一部分揮發(fā)至空氣中，引起刺鼻的惡臭味，成為豬舍惡臭氣體的組成部分。雖然具有惡臭氣味的揮發(fā)性脂肪酸種類多，但其含量較少，在不同養(yǎng)殖規(guī)模和場合下，所存在的狀態(tài)、含量的高低也不盡相同。

2 惡臭氣體的控制措施

2.1 源頭控制技術(shù)

源頭控制技術(shù)是通過調(diào)整日糧，提高畜禽對養(yǎng)分的消化吸收，減少糞尿中的營養(yǎng)物質(zhì)，達到降低畜禽糞便臭氣濃度的目的。源頭控制技術(shù)可被分為兩類：一是調(diào)整日糧成分；二是在日糧中添加飼料添加劑。

2.1.1 低蛋白質(zhì)日糧

科學設(shè)計畜禽的日糧是減少惡臭氣體排放的一個根本途徑。適當降低飼料粗蛋白質(zhì)水平，平衡飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)，可有效提高動物對飼料的利用率，減少糞便中可被微生物利用而產(chǎn)生臭氣的營養(yǎng)物質(zhì)，從而降低畜禽舍內(nèi)產(chǎn)生惡臭氣體的濃度。據(jù)統(tǒng)計，通過理想模型計算出的日糧粗蛋白質(zhì)水平每下降一個百分點，糞便中NH3的排放量就降低10%～12．5%；當日糧粗蛋白質(zhì)水平降低2～4個百分點時，氮（N2）的排出量可降低38．9%～49．7%［7］?？梢姡偷鞍兹占Z可有效的減少畜禽舍內(nèi)的臭氣濃度。

2.1.2 飼料添加劑

飼料添加劑是指在飼料生產(chǎn)加工、使用過程中添加的少量或微量物質(zhì)，用以提高強化基礎(chǔ)飼料營養(yǎng)價值，提高動物生產(chǎn)性能，保證動物健康，減少臭氣排放。微生物制劑、植物提取物、大多數(shù)中草藥等都可作為畜禽養(yǎng)殖業(yè)的飼料添加劑。

微生物制劑可調(diào)節(jié)動物腸道菌群組成，在代謝過程中分泌有機酸和抗菌物質(zhì)，降低腸道內(nèi)pH，減少糞便中碳水化合物和含氮物質(zhì)，從而降低糞便惡臭氣體濃度，近幾年，日本學者出把一種被稱為“太古菌”的細菌添加到飼料中，發(fā)現(xiàn)其排泄物中的NH3幾乎全部沒有，H2S降低98% ，甲烷降低50%左右［8］；孫得發(fā)等［9］在飼料中添加植物天然提取物能夠有效的降低畜禽糞便中N2的分解速度，降低環(huán)境NH3濃度，F(xiàn)arnworth等在斷奶仔豬日糧中添加3%或6%的洋姜提取物，通過感官法判斷發(fā)現(xiàn)可顯著減少豬排泄物中惡臭物質(zhì)的強度和糞臭素的濃度［10］；大多數(shù)中草藥都含有豐富的消化酶，將其加入到飼料中后，可補充、完善、平衡飼料中的營養(yǎng)水平，從而提高畜禽對飼料營養(yǎng)成分的消化和吸收效率，這樣可直接減少畜禽糞便中未被消化的有機物，最終減少糞便發(fā)酵產(chǎn)生的有害氣體。

2.2 傳播途徑控制技術(shù)

2.2.1 物理法

物理法是一種短期內(nèi)去除畜禽舍惡臭氣體的有效方法，其工藝成熟，去除效率高，見效快，但并未從根本上消除惡臭物質(zhì)。物理法主要包括通風、噴霧和吸附法等。

通風是降低畜禽舍內(nèi)惡臭氣體濃度最直接的方法，主要利用換氣的方式來稀釋畜禽舍內(nèi)臭氣的濃度。Burnett和Dondeo研究發(fā)現(xiàn)畜舍內(nèi)及周圍的懸浮粒子與畜舍臭氣濃度的關(guān)系密切，噴霧裝置就是利用高速氣流對水進行分裂作用形成的霧化水滴與塵粒相互碰撞，由于吸附作用塵粒被附著在水滴表面或被水滴包圍，形成較大顆粒，借助重力迅速沉降，從而減少畜禽舍內(nèi)的懸浮粒子，達到降低惡臭濃度的目的。吸附法是依靠分子間范德華力吸附環(huán)境中惡臭氣體，降低惡臭濃度，有研究人員評估了沸石對降低禽類糞便NH3排放的影響，結(jié)果顯示使用5%沸石可使NH3排放降低81%［11］。

2.2.2 化學法

化學除臭是利用化學物質(zhì)與臭氣發(fā)生反應(yīng)（如中和反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等），將豬舍內(nèi)惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o臭物質(zhì)，主要包括光催化氧化法、臭氧氧化法、中和法、電凈化技術(shù)等。

臭氧去除H2S、硫醇等惡臭氣體的基本原理是利用臭氧能快速分解出具有極高化學活性的原子氧的強氧化性［12］，將具有臭味的物質(zhì)氧化，使之成為無臭味的物質(zhì)。光催化反應(yīng)對于氣相揮發(fā)性有機物和空氣中的無機污染物具有普遍較好的降解與吸附效果，并對于空氣中的細菌、病毒同樣具有很好的滅殺作用。光催化材料是以活性炭為載體，將二氧化鈦（TiO2）附著在活性炭上，

TiO2表面經(jīng)紫外光照射產(chǎn)生電子—空穴對，產(chǎn)生高活性的· 0H自由基，NH3接觸TiO2表面，會發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)，最后降解成H20、N2等無害物質(zhì)［13］。有研究表示，在密閉空間內(nèi)涂上納米TiO2光催化涂料對NH3進行降解，7 d后降解效率達到91%，其降解產(chǎn)物為氮氣和水［14］。電凈化技術(shù)是利用直流電暈電場抑制由糞便和空氣形成的氣—固、氣—液界面邊界層中的惡臭及有害氣體的蒸發(fā)和擴散，將NH3、H2S等惡臭氣體與水蒸氣相互作用形成的氣溶膠封閉在邊界層中，有研究表明電凈化技術(shù)對惡臭氣體的抑制效率可達到40%～70%［15］。

2.2.3 生物過濾技術(shù)

生物過濾法是較為廣泛的一種去除臭氣的方法。生物過濾是在有氧條件下，使惡臭氣體通過濕潤的過濾材料，利用過濾材料中的好氧微生物與臭氣物質(zhì)接觸，有機成分被微生物吸收轉(zhuǎn)化為CO2，而NH3和H2S則分別被微生物轉(zhuǎn)化為硝酸和硫酸，從而有效地去除了惡臭氣體。

生物過濾器的效率會被填料的種類、填料的溫度、填料的pH等因素影響。一般常用的過濾器填料有木屑、泥煤、堆肥、高肥力的土壤等，這些材料可以提供較好的持水性、足夠的養(yǎng)分和豐富的微生物種群。添加木屑可以提高填料內(nèi)部的比表面積，同時也可調(diào)節(jié)填料的碳氮比，研究表示，填料碳氮比在25～40之間，營養(yǎng)成分最利于微生物生長。泥煤的主要優(yōu)點是有機質(zhì)豐富、比表面積大，持水性和透氣性均良好，但是其含有的無機鹽營養(yǎng)和微生物較少。堆肥則是最常用的填料，堆肥中含有豐富的微生物種群，可以降解不同種類的污染物，且價格低廉容易獲得。涂德浴的研究表明［16］，在較佳的操作條件下以堆肥為主要填料的生物過濾器對NH3和H2S有很好的去除效果，其出氣口的NH3和H2S的去除率可達90%以上，其排放濃度完全可以達到國家的排放標準。蚯蚓糞是一種吸附力強，比表面積大的有機質(zhì)，近年來也作為填料的一種被應(yīng)用在生物過濾器中，研究表示：以堆肥、木屑、蚯蚓糞為填料的生物過濾器處理臭氣可以達到二級排放標準［17］。生物處理技術(shù)的投資和運行費用僅為物化法的1/4～1/20［18］，且生物處理技術(shù)具有效果好、無二次污染等優(yōu)點。

2.3 末端控制技術(shù)

畜禽養(yǎng)殖場的惡臭污染很大一部分來源于畜禽糞便發(fā)酵分解，對糞便控制方法都屬末端控制，主要的控制方法是堆肥法等。

堆肥法：堆肥是在人為控制堆肥因素的條件下，利用微生物將畜禽糞便實現(xiàn)減量化、無害化、穩(wěn)定化處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣诟淖兺寥佬誀畈ψ魑锷L有益和容易被吸收利用的有機肥的方法［19］。研究表明，溫度、水分、pH、通風條件、碳氮比、有機物含量等因素均會影響堆肥進程。堆肥可以有效地避免糞便堆積，同時減少由于糞便堆積帶來的惡臭氣體污染，還可將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C肥供其他行業(yè)使用，是現(xiàn)如今較為環(huán)保、經(jīng)濟的糞便處理的方法。

2.4 各處理方法比較

對于以上各種處理方法，均可達到改善環(huán)境的目的，但其他的功能卻不相同。表1是文中所綜述的各種處理方法的優(yōu)缺點。

3 研究展望

現(xiàn)如今我國對畜禽養(yǎng)殖惡臭氣體處理的研究很多，針對我國目前除臭技術(shù)的發(fā)展狀況來看，生物法將會成為未來的發(fā)展趨勢。然而，隨著畜禽養(yǎng)殖場惡臭氣體的成分的日益復雜，生物法還有些方面需要完善，例如尋找更加穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟的微生物來提高惡臭氣體的去除效率；如何選擇更高效的生物過濾器填料，使其不但可以增大填料的比表面積，還可以增強其吸附能力；考慮在單一處理方式的基礎(chǔ)上配合其他方法使用，以達到更好地去除惡臭的效果；開發(fā)更節(jié)能、高效的設(shè)備、裝置等，這些問題都將是我們今后研究所需要解決的。

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表1 各種處理方法的優(yōu)缺點比較

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2016-01-26）

重慶市農(nóng)發(fā)資金項目（15408）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金項目（CARS-36）；

蒲施樺（1986.08），女，助理研究員，碩士，研究方向為畜禽養(yǎng)殖環(huán)境，710108384@qq.com.

龍定彪（1978.09），女，副研究員，博士，研究方向為畜禽健康養(yǎng)殖，87902798@qq.com