李晨艷，喬 瑋，董仁杰

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院(生物質(zhì)工程中心)，北京 100083；2.國(guó)家能源生物燃?xì)飧咝е苽浼熬C合利用技術(shù)研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心(中國(guó)農(nóng)大)，北京 100083)

· 綜 述 ·

養(yǎng)殖場(chǎng)糞污氨排放控制的管理對(duì)策分析

李晨艷1，2，喬 瑋1，2，董仁杰1，2

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院(生物質(zhì)工程中心)，北京 100083；2.國(guó)家能源生物燃?xì)飧咝е苽浼熬C合利用技術(shù)研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心(中國(guó)農(nóng)大)，北京 100083)

我國(guó)畜禽業(yè)的快速發(fā)展，使得畜禽糞便污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。介紹國(guó)內(nèi)外糞污處理的現(xiàn)狀與政策，比較了固液分離、調(diào)節(jié)pH、曝氣和表面覆蓋這幾種糞污處理措施的氨減排效果和經(jīng)濟(jì)性，得出向糞污儲(chǔ)存表面增加覆蓋物，可以減少氨排放和養(yǎng)分的流失，是經(jīng)濟(jì)又有效的一種方法。通過(guò)具體分析秸稈覆蓋糞污的較優(yōu)條件，建議糞污儲(chǔ)存池的表面積要小于8 100 m2，在晚春向糞污含固率大于2% 的儲(chǔ)污池，覆蓋10 cm長(zhǎng)、0.3 m厚的秸稈，其氨減排有效性和經(jīng)濟(jì)性最好，可使氨排放量減少85%以上。

畜禽糞污儲(chǔ)存；氨排放；秸稈覆蓋

1 引 言

我國(guó)是世界畜禽養(yǎng)殖大國(guó)，2013年生豬存欄數(shù)和牛存欄數(shù)分別約占世界總量的59.3%和13.5%[1-2]。畜禽養(yǎng)殖糞污排放所造成的環(huán)境污染問(wèn)題，已成為制約行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。Paulot等[3]人對(duì)全球的氨排放檢測(cè)顯示，我國(guó)每年的氨排放總量約為1 200萬(wàn)t，美國(guó)和歐盟總和約為716萬(wàn)t。畜禽糞便是重要的氨氣排放源之一，Clarisse等[4]報(bào)道畜禽糞便排放的氨氣約占大氣中氨總排放量的39%；William等[5]對(duì)全球氨排放量和去除量的估算結(jié)果表明，生態(tài)系統(tǒng)已不能全部消耗全球的氨排放量，因此減少氨排放已經(jīng)成為環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)焦點(diǎn)。同時(shí)，大氣中的氨與二氧化硫、氮氧化物結(jié)合生成硝酸銨、硫酸銨等二次顆粒物，而后者正是PM2.5的重要來(lái)源，是產(chǎn)生霧霾中溶膠的主要成分[6]。

2013年環(huán)保部出臺(tái)了養(yǎng)殖場(chǎng)污染控制法規(guī)《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》，對(duì)養(yǎng)殖污染的控制提出了更高的要求，然而，養(yǎng)殖糞污污染防治措施并未同時(shí)跟進(jìn)。有關(guān)養(yǎng)殖糞污氨減排技術(shù)的研究，黃丹丹等[7]研究了沼液儲(chǔ)存過(guò)程中氨氣的排放規(guī)律，馬瑞娟等[8]總結(jié)了影響畜禽液體糞污儲(chǔ)存過(guò)程中的影響因素，但國(guó)內(nèi)尚未見到綜合比較固液分離、調(diào)節(jié)pH、曝氣和表面覆蓋幾種糞污儲(chǔ)存措施氨減排的有效性和經(jīng)濟(jì)性的研究。

本文旨在分析總結(jié)各種方法對(duì)糞污氨減排的效果及其經(jīng)濟(jì)性比較，針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)狀，為糞污管理尤其是儲(chǔ)存的最佳氨減排技術(shù)研究提供參考。

2 國(guó)內(nèi)外氨減排的現(xiàn)狀和政策

2.1 歐盟

北歐和西歐是畜牧行業(yè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，在英國(guó)、荷蘭、丹麥和德國(guó)，畜牧業(yè)排放的氨氣分別占該國(guó)總排放量的75%、85%、82% 和76%[9]。1990年～2010年的二十年間，歐盟農(nóng)業(yè)氨排放總量從479萬(wàn)t降為336.4萬(wàn)t，降低近30%，其中荷蘭、丹麥、德國(guó)和法國(guó)氨排放分別降低68%、36.7%、22.5%、9.4%[3]。為指導(dǎo)各國(guó)開展氨排放控制工作，歐盟先后制定了預(yù)防和減少氨排放的相關(guān)指導(dǎo)文件。2001年，歐盟頒布了《大氣污染物國(guó)家排放限值指令》，該指令確定了歐盟氨氣的排放總量和各國(guó)的減排目標(biāo)。歐盟的《整合污染預(yù)防與控制指令》中的集約化豬、禽養(yǎng)殖最佳實(shí)用技術(shù)也包含了氨的減排措施[10]。IPPC(綜合污染預(yù)防和控制指令)要求各成員國(guó)對(duì)生產(chǎn)超過(guò)2 000頭豬(豬/30kg)的區(qū)域，750頭母豬的區(qū)域或40 000只家禽的區(qū)域采取措施來(lái)減少氨排放，自2008年之后所有大型養(yǎng)殖場(chǎng)都需要采取措施控制氨的污染。丹麥、荷蘭和瑞典等國(guó)家關(guān)于畜禽糞便的貯存及糞污土地施用上有很明確的規(guī)定，荷蘭在控制糞便儲(chǔ)存流失量方面，法令要求糞污儲(chǔ)存設(shè)施必須密封以阻止氨氣排放，同時(shí)要求只有在耕作季節(jié)才能施入動(dòng)物糞肥[11]。2014年起，荷蘭強(qiáng)制畜牧業(yè)對(duì)產(chǎn)生的所有多余糞污進(jìn)行加工處理。

2.2 美國(guó)

《聯(lián)邦水污染防治法》對(duì)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)行建場(chǎng)與環(huán)境許可制度，規(guī)定超過(guò)1 000標(biāo)準(zhǔn)頭的工廠化畜牧場(chǎng)，必須得到許可才能建廠；1 000標(biāo)準(zhǔn)頭以下，300標(biāo)準(zhǔn)頭以上的畜牧場(chǎng)，其污水無(wú)論排入貯糞池，還是排入水體中均需要得到許可。該法案出臺(tái)后，美國(guó)養(yǎng)豬場(chǎng)的數(shù)量由1972年的90萬(wàn)個(gè)左右降至2003年的10萬(wàn)個(gè)左右。在州一級(jí)政府的環(huán)境保護(hù)法規(guī)中，對(duì)畜牧業(yè)經(jīng)營(yíng)許可和畜禽糞便利用做了詳細(xì)的規(guī)定：采用封閉式畜禽舍、養(yǎng)殖數(shù)量在200個(gè)畜牧單位及以上的養(yǎng)殖場(chǎng)和用土坑作為糞便儲(chǔ)存設(shè)施的養(yǎng)殖場(chǎng)需要申請(qǐng)建筑許可證；建設(shè)養(yǎng)殖數(shù)量大于2 000個(gè)畜牧單位或者采用厭氧發(fā)酵工藝處理畜禽糞便的養(yǎng)殖場(chǎng)必須獲得建筑許可證[12]。為防治氨排放，美國(guó)環(huán)保局控制技術(shù)中心于1995 年編制了《氨排放控制和污染防治方法報(bào)告》。2003年美國(guó)頒布了《集約化動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)法規(guī)》，規(guī)定所有集約化動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)必須制定綜合糞污管理計(jì)劃。

2.3 加拿大

加拿大畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的建設(shè)需要滿足空間上的最短距離、制定營(yíng)養(yǎng)管理計(jì)劃，包括畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)畜禽糞便的貯存、使用所采取措施等計(jì)劃。加拿大農(nóng)業(yè)部頒發(fā)的《牧場(chǎng)糞便管理辦法》中，根據(jù)牧場(chǎng)規(guī)模不同，對(duì)糞便的處理做了不同的要求，如飼養(yǎng)150～400頭母豬規(guī)模的豬場(chǎng)，必須要建糞便和污水存池。由于加拿大年降雨量小于1 000mm，糞污可露天儲(chǔ)存，但貯存池容積必須達(dá)到能夠容納9個(gè)月糞便的貯存量[13]。對(duì)于違反畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)范要求而造成環(huán)境污染事故，將由地方環(huán)境保護(hù)部門依據(jù)“聯(lián)邦漁業(yè)法”及各州有關(guān)法規(guī)中的條款對(duì)產(chǎn)生污染事故的主體進(jìn)行處罰。

2.4 國(guó)內(nèi)

我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)起步晚，1999年國(guó)家環(huán)?？偩忠蟾骷?jí)環(huán)境保護(hù)部門加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖污染防治監(jiān)督，制定相關(guān)法規(guī)。2001年，國(guó)家環(huán)?？偩诸C布的《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：必須設(shè)置固體廢物的固定儲(chǔ)存設(shè)施和場(chǎng)所，儲(chǔ)存場(chǎng)所要有防止糞液滲漏、溢流的措施?！缎笄蒺B(yǎng)殖污染防治技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的清糞工藝、畜禽糞便貯存、污水處理、固體糞肥的處理利用等污染防治的基本技術(shù)要求，并要求畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的畜禽糞便應(yīng)設(shè)置專門的貯存設(shè)施，其惡臭及污染物排放應(yīng)符合《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》； 《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)政策》中規(guī)定規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))應(yīng)加強(qiáng)惡臭氣體凈化處理并覆蓋所有惡臭發(fā)生源，排放的氣體應(yīng)符合國(guó)家或地方惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)控制畜禽養(yǎng)殖污染法規(guī)在日益完善，但缺乏針對(duì)性的控制方法，來(lái)減少糞污儲(chǔ)存期的氨排放。

3 養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理的氨減排措施

盡管糞污處理氨減排的方法不盡相同，但總的原則是：(1)減少糞污揮發(fā)的面積，可以通過(guò)增加表面覆蓋物、促使糞污表面結(jié)殼和增加儲(chǔ)存池深度等方法；(2)降低pH減少氨的揮發(fā)；(3)降低對(duì)固體糞污堆存的擾動(dòng)。

3.1 固液分離

固液分離是將固體糞污和液態(tài)糞污分開處理的一種工藝，固體糞污主要為糞便，其主要成分為蛋白質(zhì)、脂肪、微生物、無(wú)機(jī)鹽以及未消化完全的纖維素類物質(zhì)；而液態(tài)糞污中氮主要以不穩(wěn)定的尿素形式存在，當(dāng)接觸糞便中脲酶時(shí)轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的NH3。固液分離可消除液體中的大量有機(jī)物質(zhì),削弱了厭氧微生物的活動(dòng)，從而減少了有害氣體的揮發(fā)和氨氣的釋放。研究表明，固液分離可使牛糞污和豬糞污分別減少30%～50%、10%～15%的有機(jī)固體[14]。Stansbery等[15]對(duì)比了傳統(tǒng)儲(chǔ)污池與經(jīng)固液分離的儲(chǔ)污池中豬糞水NH3排放的差別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)固液分離的儲(chǔ)污池與傳統(tǒng)的儲(chǔ)污池糞污相比，糞污氨態(tài)氮濃度平均值分別為31 mg/L和388 mg/L，NH3在貯存過(guò)程中的排放量由13 633 kg-N/hm2·a減少到 1 311 kg-N/hm2·a，減少了約90%。

根據(jù)作者對(duì)北京、河北、山西等地規(guī)?；膛?chǎng)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，固液分離已是糞污處理中較普遍采用的工藝。

3.2 調(diào)節(jié)pH

如上所述，根據(jù)pH值的不同，酸化可使糞污的氨排放量減少50%～85%，效果非常顯著，但此方法對(duì)于大量糞污的儲(chǔ)存來(lái)說(shuō)，調(diào)酸不僅需要大量的投入，而且實(shí)施比較困難。愛荷華州立大學(xué)曾在報(bào)告中指出強(qiáng)酸在處理過(guò)程中存在安全問(wèn)題和降低pH值使其他揮發(fā)性有害氣體(如硫化氫)增加，此方法目前的應(yīng)用還比較有限[20]。

3.3 曝氣

曝氣是指將空氣通入到糞污中，促進(jìn)好氧細(xì)菌的生長(zhǎng)。在好氧環(huán)境中,曝氣更易使有機(jī)物進(jìn)行分解，有氧環(huán)境使微生物快速代謝為有機(jī)酸、醛、醇、揮發(fā)性胺類、酚類等有機(jī)物,并將它們轉(zhuǎn)換為無(wú)味的物質(zhì),如二氧化碳和水，這在一定程度上可減少氨的排放。為減少成本，可以選擇將部分糞污進(jìn)行曝氣處理，但是沒(méi)有完全曝氣效果好。最小曝氣量的要求取決于農(nóng)場(chǎng)規(guī)模、肥料特點(diǎn)和農(nóng)場(chǎng)的氣味控制需求，所以不存在普遍性規(guī)律。在曝氣初期會(huì)增加氨氣的排放[21]。Amon等[22]比較牛糞厭氧發(fā)酵和間歇曝氣的氨排放量，發(fā)現(xiàn)普通厭氧發(fā)酵排放NH3量為41 g/m3，進(jìn)行間歇曝氣后排放量為209 g/m3，而Beline等[23]采用5L玻璃箱對(duì)豬糞漿分別進(jìn)行連續(xù)曝氣和間歇曝氣(2.5h通氣、1.5h缺氧)的好氧處理試驗(yàn)，在連續(xù)曝氣時(shí)會(huì)有30%～33%的氨態(tài)氮以N2O的形式散發(fā)，而進(jìn)行間歇曝氣處理可減少30%的N2O排放，這是由于長(zhǎng)時(shí)間的厭氧環(huán)境可以促使脫氮反應(yīng)的完全進(jìn)行。

3.4 隔水覆蓋

隔水覆蓋是用不透水的材料，防止氣體和液體穿過(guò)。隔水覆蓋是最有效的氨減排方法，氨減排量可達(dá)到80%～99%[14]，增加糞肥中氮的滯留，減少糞肥被雨水稀釋。這些隔水材料導(dǎo)致可揮發(fā)性氣體的濃度在空間頂部增加，從而減緩糞肥繼續(xù)釋放氣體。隔水覆蓋材料包括兩種類型，剛性和柔性。剛性材料包括混凝土、木材、金屬屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)，這種覆蓋材料成本較高，但是可以避免99%的氨排放，同時(shí)維護(hù)簡(jiǎn)單，生命周期最長(zhǎng)[14]。Sommer等[24]使用長(zhǎng)、寬、厚分別為950mm、 2 950mm、 20mm的木材研究其覆蓋在豬糞污和牛糞污上時(shí)的氨減排效果，結(jié)果表明其覆蓋在豬糞污上可使氨排放減少95%，覆蓋在牛糞污上可使氨排放減少99%。柔性材料通常是由高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚氯乙烯或類似的成分組成，對(duì)膜的要求比較高，需要抗風(fēng)、防紫外線輻射和其他環(huán)境影響(如雨、冰雹、野生動(dòng)物等)，并且要求密封性良好。Scotford 等[25]利用聚乙烯膜覆蓋豬場(chǎng)糞污，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)其能夠使氨排放量減少100%，但每平方米需要138元，成本較高。目前Lagoon技術(shù)是一種常見的隔水覆蓋形式，雖然其造價(jià)相對(duì)較高，但是使用和維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)便，且可使氨減排達(dá)到99%。在與外界空氣隔絕的環(huán)境下，厭氧微生物的分解會(huì)產(chǎn)生甲烷，Lagoon需要有甲烷氣收集和處理裝置。糞污覆蓋方式見下圖。

a. 塑料薄膜覆蓋，b. Lagoon儲(chǔ)存，c. 自然結(jié)殼，d. 稻草覆蓋，e. 輕質(zhì)黏土顆粒覆蓋，f. 土工布覆蓋。圖 幾種糞污覆蓋方式Fig. Several methods of waste coverage

3.5 透水覆蓋

(1)自然結(jié)殼(Natural crust covers)：這種方式是由于糞污表面自然風(fēng)干，形成一層保護(hù)層，防止氨的揮發(fā)，是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的方法，通常在牛場(chǎng)糞污存儲(chǔ)中應(yīng)用較多。當(dāng)豬糞中的纖維素和固體含量較高，并很少擾動(dòng)時(shí)，可形成這種風(fēng)干保護(hù)層。自然結(jié)殼可以減少牛糞和豬糞儲(chǔ)存過(guò)程30%～80%和20%～70%的氨排放[26]。自然結(jié)殼層上可生長(zhǎng)甲烷氧化菌，可以減少糞污儲(chǔ)存過(guò)程的甲烷釋放，同時(shí)減少氨氣和溫室氣體的排放。Smith等[27]比較牛場(chǎng)糞污儲(chǔ)存過(guò)程中自然結(jié)殼和未結(jié)殼狀態(tài)下的氨排放量，發(fā)現(xiàn)自然結(jié)殼狀態(tài)可使氨減排效率達(dá)到60%。

(2)稻草覆蓋(Straw)：這種方式是在儲(chǔ)存的糞污上覆蓋切碎的稻草、稻殼和果殼等密度較小的材料，可以有效的減少糞污儲(chǔ)存中37%～90%的氨排放[28]。Horning等[29]利用碎秸稈覆蓋沼液，研究其對(duì)NH3排放的影響，發(fā)現(xiàn)可使NH3的排放量減少80%～91%。當(dāng)養(yǎng)殖場(chǎng)儲(chǔ)存池經(jīng)常清糞時(shí)就不能使用這種方式，因?yàn)槊芏容^小材料形成的覆蓋層較容易被擾動(dòng)而失去氨減排的效果。這種覆蓋的好處是比較經(jīng)濟(jì)，而且容易實(shí)現(xiàn)，維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)單。

(3)輕質(zhì)黏土顆粒(Floating clay balls)：輕質(zhì)黏土顆粒覆蓋可以減少83%～95%的氨排放[30]，向糞污儲(chǔ)存池中加入這種黏土顆粒后，可以漂浮在糞污表面，當(dāng)輸送新的糞污而遭到擾動(dòng)后，也可以快速的上浮到糞污表面，形成良好的覆蓋層。但是，輕質(zhì)黏土材料不適合覆蓋在固形物較多的糞污上，且有一定的損耗，需要定期補(bǔ)充。

(4)土工布覆蓋(Geotextile covers)：在糞污表面覆蓋一層土工布，可以減少0%～37%的氨揮發(fā)[31]，其減氨效果不受天氣因素的影響。但是這種材料會(huì)沉入儲(chǔ)污池，在糞污施用階段會(huì)產(chǎn)生阻礙。對(duì)于糞污儲(chǔ)存期短和需要攪拌的糞污儲(chǔ)存池，不推薦使用這種材料。

根據(jù)表1和表2及以上分析比較，可以得出，向糞污表面覆蓋透水材料是一種既有效又經(jīng)濟(jì)降低氨排放的方法。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年可產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈 7 億多 t，約占世界總量的 1/3，然而其中大部分沒(méi)能得到有效利用，并帶來(lái)了一系列的環(huán)境問(wèn)題[34]，Zhang Q等[35]報(bào)道在透水覆蓋材料中，在糞污儲(chǔ)存系統(tǒng)中，秸稈類覆蓋材料經(jīng)濟(jì)性好，減排效果好。以下對(duì)秸稈作為控制糞污氨排放覆蓋材料的條件進(jìn)行詳細(xì)論述。

表1 糞便儲(chǔ)存與處理對(duì)氨減排量的影響[32]Tab.1 The ammonia reduction of several waste storage measures

表2 隔水覆蓋與透水覆蓋比較[33]Tab.2 The contrast between impermeable covers and permeable covers

4 秸稈覆蓋糞污

4.1 秸稈的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

秸稈表面存在著角質(zhì)蠟狀膜，這種蠟質(zhì)一般由脂溶性的脂肪酸、烷烴、脂肪醇、醛類、酮類和酯類組成，秸稈蠟質(zhì)層影響秸稈的生物降解，可以阻止水分的吸收。覆蓋糞污常用的秸稈類型有大麥秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈、稻草等，新鮮的、未被風(fēng)化的、比較干燥的、有盡量多的完整的管狀莖被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)的秸稈。

秸稈的結(jié)構(gòu)決定了其作為覆蓋材料的有效性。大麥秸稈在幾種秸稈中漂浮時(shí)間最長(zhǎng)，在2～3周之后才開始下沉，剛開始下沉區(qū)域變得潮濕，但不會(huì)降低控制氣味的能力，當(dāng)?shù)?～6周出現(xiàn)超過(guò)15%裸露的液體區(qū)域時(shí)，控制氣味的能力下降，這就需要補(bǔ)充新的秸稈；亞麻和燕麥秸稈下沉的比較快；小麥秸稈比亞麻和燕麥秸稈好，但其漂浮時(shí)間也僅為大麥秸稈的三分之一，這是因?yàn)榇篼溄斩捰幸粚酉炠|(zhì)的物質(zhì)使之阻止吸收水分[36]。秸稈的管狀莖結(jié)構(gòu)類似于增加了浮力支撐系統(tǒng)(flotation devices)，保證了其可以漂浮在糞污表面，一般將秸稈粉碎為10cm的長(zhǎng)度[37]，秸稈如果被粉碎過(guò)度，破壞其管狀莖結(jié)構(gòu)，會(huì)縮短其漂浮時(shí)間。秸稈多孔的表面，不利于氣體的揮發(fā)，亞麻稻草的多孔表面，有助于氣味的減少。由于大麥的蠟質(zhì)涂層和管狀結(jié)構(gòu)，大麥成為一種很好地?zé)o支撐覆蓋材料。

4.2 秸稈的減氨效果

各種畜禽糞便的理化性質(zhì)差異較大，是影響糞便儲(chǔ)存過(guò)程中氣體排放的因素之一。在糞污儲(chǔ)存階段，雞糞和豬糞的氨排放量比牛糞污高，對(duì)于各類養(yǎng)殖糞污氨排放不同的原因可歸功于氨/總氮濃度比的不同(豬糞漿67.8%，牛糞漿48%)[37]。研究表明，含固率對(duì)于秸稈的減氨效果有一定的影響，糞污含固率大于2%時(shí)，秸稈覆蓋的效果比較好[38]。因此針對(duì)不同糞污，秸稈的減氨效果也不同，見表3。

表3 秸稈在不同糞污表面的減排效果Tab.3 Ammonia reduction efficiency of Straw in different waste surface

4.3 影響秸稈覆蓋效果的因素

根據(jù)覆蓋的秸稈層的厚薄、均勻度、儲(chǔ)液池的大小、覆蓋時(shí)的外界因素(風(fēng)力、降雨量等)、糞污含固率，稻草的有效期為2～6個(gè)月[30]，如果增加浮力系統(tǒng)(floatation system)，可以使其漂浮期延長(zhǎng)為1年以上。

(1)覆蓋的秸稈層越厚，其有效期越長(zhǎng)，一般情況下0.25～0.3m的厚度可使有效期保持在4～6個(gè)月[39]。Clanton等[40]研究指出0.3m厚的秸稈厚度是比較合適的，這個(gè)厚度既可以通過(guò)降低儲(chǔ)污池表面積的密度來(lái)提高秸稈的浮力，又可以保證較上層秸稈的干燥性，從而保證其減緩氣體排放的速率；Nicolai、Bicudo and Jacobson[36,41-42]也一致認(rèn)為0.3m厚的秸稈層對(duì)于糞污儲(chǔ)存系統(tǒng)的穩(wěn)定性及氨減排有效性最佳。

(2)當(dāng)覆蓋的秸稈層均勻、厚度相同時(shí)，控制氨排放的效果最好，但是在施放秸稈階段很難做到厚度相同，尤其當(dāng)儲(chǔ)污池很大的時(shí)候。Nicolai[36]指出當(dāng)糞污儲(chǔ)存系統(tǒng)的面積超過(guò)8 100m2時(shí)，風(fēng)等因素會(huì)破壞秸稈覆蓋層，影響減氨效果。Rose[26]指出由于秸稈覆蓋機(jī)的施放范圍的限制，糞污儲(chǔ)存單元的面積不宜超過(guò)8 100m2。

(3)秸稈覆蓋容易受到極端天氣的影響而降低其有效性。Jacobson[41]研究大麥秸稈覆蓋豬糞污，發(fā)現(xiàn)17.78cm的降雨量，大麥秸稈在第6周后開始下沉，而沒(méi)有降雨的儲(chǔ)污池大麥秸稈持續(xù)了4個(gè)月。據(jù)研究，每平方米至少覆蓋4kg的秸稈可以防止大風(fēng)條件的干擾[29]。

(4)糞污含固率可影響秸稈覆蓋的有效性。Ukmaff[43]研究了秸稈覆蓋在液體和TS為8%的糞污上的減氨效果，發(fā)現(xiàn)在遭遇降雨后，糞污為液體的秸稈在不超過(guò)7天就開始下沉，而糞污TS為8%的儲(chǔ)污池，秸稈保持80%的覆蓋率持續(xù)了40天。Guarino[37]也指出，在糞污TS為4%時(shí)，盡管秸稈遭遇降雨，小麥秸稈和玉米秸稈仍可以保持3個(gè)月的有效性。

由于秸稈在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)下沉或者被吹走，所以其穩(wěn)定性不好，一般在晚春進(jìn)行覆蓋，秋天和糞污一起被施于田地。

4.4 覆蓋秸稈的成本

覆蓋秸稈的成本包括購(gòu)買秸稈的費(fèi)用、噴灑秸稈的費(fèi)用(勞動(dòng)力、設(shè)備)等，此外，當(dāng)秸稈覆蓋表面的完整性被破壞，秸稈需要重新補(bǔ)充；當(dāng)糞污需要移出儲(chǔ)污池的時(shí)候，秸稈就需要重新施放，這些都包括在秸稈覆蓋的成本里。依據(jù)天氣和糞污施放到土地的次數(shù)，每年有2～4次需要補(bǔ)充或重新增加秸稈[31]。

通過(guò)分析，建議糞污儲(chǔ)存池的表面積要小于8 100 m2，在晚春向糞污含固率大于2% 的儲(chǔ)污池，覆蓋10 cm長(zhǎng)、0.3 m厚的秸稈，其氨減排有效性和經(jīng)濟(jì)性最好，可使氨排放量減少85%以上。

5 結(jié)論與建議

養(yǎng)殖業(yè)糞污儲(chǔ)存是NH3的主要排放源之一，需要嚴(yán)格控制。歐洲、美國(guó)等國(guó)家均較早地開展了氨減排控制工作，具有成熟的氨排放控制框架和氨排放控制措施?；诋?dāng)前我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題，通過(guò)借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，為更好地推進(jìn)糞污儲(chǔ)存的氨排放控制，我國(guó)也應(yīng)當(dāng)制定相關(guān)政策文件，加強(qiáng)政府引導(dǎo)和扶持。固液分離、調(diào)節(jié)pH、曝氣、隔水覆蓋和透水覆蓋這5種處理糞污的措施，都可降低氨氣排放量。通過(guò)具體分析秸稈覆蓋糞污的較優(yōu)條件，建議糞污儲(chǔ)存池的表面積要小于8 100 m2，在晚春向糞污含固率大于2% 的儲(chǔ)污池，覆蓋10 cm長(zhǎng)、0.3 m厚的秸稈，其氨減排有效性和經(jīng)濟(jì)性最好，可使氨排放量減少85%以上。此外還需做好氨排放控制基礎(chǔ)研究，開展控制技術(shù)試驗(yàn)來(lái)確定具體的減氨方案。

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Strategies of Ammonia Emission Control of Livestock Manure

LI Chen-yan1,2, QIAO Wei1,2, DONG Ren-jie1,2

(1.BiomassEngineeringCenter,CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China；2.R&DCenterforEfficientProduction&ComprehensiveUtilizationofBiobasedGaseousFuels,EnergyAuthority,NationalDevelopment&ReformCommittee(BGFeuls),Beijing100083,China)

With the rapid development of China’s livestock, poultry and animal feces pollution is increasingly serious. Current situation and the policy of waste storage at home and abroad are introduced in this paper. By comparing the effectiveness and economy of ammonia emission reduction of several measures including solid-liquid separation, regulating the pH, aeration and surface covering, it is concluded that mulching the waste storage surface is an economical and effective method which can reduce ammonia emission and nutrient lose. Through analyzing the optimal conditions of mulching waste with straw, it is suggested that waste storage pool’s surface area is less than 8 100 m2, and in the late spring, using 10cm long, 0.3m thick straw cover waste poor where the solid content is more than 2%, has best ammonia emission reduction efficiency. It can reduce ammonia emission by more than 85%.

Livestock manure storage; ammonia emission; strow coverings

2017-01-17

北京市科委科技計(jì)劃課題(D151100005115001，Z1511 00001115010)，中荷奶業(yè)中心課題(2015-R2，2016-R2)。

李晨艷(1993-)，女，山西晉城人，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程專業(yè)2016級(jí)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閺U棄物資源化。

喬 瑋，qiaowei@cau.edu.cn。

X713

A

1001-3644(2017)03-0147-07