于雨亭，劉迎春，王述柏，張媛媛

中小型畜禽養(yǎng)殖場的糞污除臭技術(shù)

于雨亭1，劉迎春2，王述柏1，張媛媛3*

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東 青島 266109 ；2.山東省青島市畜牧獸醫(yī)研究所，山東 青島 ；3.文登創(chuàng)業(yè)水務(wù)有限公司，山東 文登）

我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)模巨大，糞便產(chǎn)生量多，如何有效處理以減少臭氣排放是目前困擾養(yǎng)殖企業(yè)的難題。本文分析了中小規(guī)模養(yǎng)殖場糞便除臭適宜使用的技術(shù)如物理除臭法、化學(xué)除臭法、生物除臭法等方法的利弊，旨在為中小型養(yǎng)殖場開展糞便除臭處理提供參考依據(jù)。根據(jù)文獻(xiàn)資料與實(shí)地調(diào)研綜合分析，認(rèn)為微生物菌劑堆肥除臭法和利用昆蟲等生物除臭法適宜于中小型養(yǎng)殖場的糞污處理。

中小型畜牧場在我國畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占很大比例[1]，畜禽糞便處理方面存在諸多問題，如缺乏資金購置糞污處理設(shè)備，處理技術(shù)相對(duì)大型企業(yè)較落后等，排泄物無法及時(shí)處理，所產(chǎn)生的惡臭氣體會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境[2]。因此，研究和開發(fā)適合中小型畜禽養(yǎng)殖場的糞便處理技術(shù)十分必要。

1 畜禽糞便中惡臭氣體的來源

（1）畜禽糞便中含有大量蛋白質(zhì)、碳水化合物等，分解后產(chǎn)生一系列帶有惡臭的化合物。畜禽糞便中的惡臭化合物主要有氨、硫化氫、揮發(fā)性脂肪酸、吲哚、糞臭素、硫醇等[2]。NH3是糞便和尿液產(chǎn)生氣味的主要成分。在糞便堆放過程中，其未消化的蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、有機(jī)胺、銨和少量NH3等，在微生物作用下分解產(chǎn)生NH3，NH3首先溶于水形成銨態(tài)氮（NH4+-N）積累于糞便中，隨著糞便堆放過程中溫度上升，非揮發(fā)性NH4+-N向揮發(fā)性的NH3的轉(zhuǎn)化[3-5]。糞便中氨氣的釋放受多種因素影響，如畜禽飼料類型、通氣狀況、C/N、溫度、pH、含水率等[6, 7]。（2）H2S主要來源于含硫氨基酸，糞便中未被消化的蛋白質(zhì)被降解后，其中的含硫氨基酸如蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸，在微生物的作用下通過脫巰基作用生成H2S[8-9]。典型的硫解離反應(yīng)是通過半胱氨酸去甲基酶將半胱氨酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，厭氧條件下產(chǎn)生H2S，好氧條件下產(chǎn)生H2SO4，增強(qiáng)了環(huán)境的酸度，對(duì)NH4+有一定的緩沖作用[10]。畜禽糞便在堆積發(fā)酵過程中分解產(chǎn)生的H2S可溶于水，水中達(dá)飽和之后，H2S從堆體中釋放出來。因此，畜禽糞便中H2S的釋放受堆肥的曝氣量、含水率和材料組成的影響[5]。（3）吲哚和3-甲基吲哚（即糞臭素）也是畜禽糞便中主要臭氣化合物之一，均由糞便中未消化蛋白質(zhì)中的L-色氨酸厭氧發(fā)酵而形成的易揮發(fā)性物質(zhì)，糞臭氣味濃烈[11]。飼料中L-色氨酸代謝過程受腸道微生物調(diào)控[12]。影響腸道內(nèi)色氨酸降解產(chǎn)物及其濃度的主要因素有色氨酸利用率、腸道內(nèi)的厭氧環(huán)境和氧化還原電位、色氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)和中間代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生等[13]。（4）揮發(fā)性脂肪酸是氨基酸在脫氨基作用下，由糞便中蛋白質(zhì)降解和碳水化合物分解產(chǎn)生的。主要包括乙酸，丙酸，酪酸，異酪酸，纈草酸，異纈草酸，正己醛和癸酸[14]。在消化道中，pH通常接近中性，脫氨基作用是主要的氨基酸代謝途徑，并產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸，CO2，H2和氨。pH是影響糞尿微生物活性的關(guān)鍵因素，更高的pH使加入的堿能與揮發(fā)性脂肪酸反應(yīng)生成鹽，大大減少揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量[15]。參與這個(gè)過程的細(xì)菌種類包括真細(xì)菌，消化鏈球菌，擬桿菌，鏈球菌，埃希氏桿菌屬，巨型球菌屬，丙酸菌屬，乳酸桿菌和梭菌屬。具有惡臭氣味的脂肪酸多為長鏈和支鏈脂肪酸[14]。主要的限制因素有日糧纖維水平、腸道微生物區(qū)系組成、溫度、通風(fēng)等。

2 畜禽糞便除臭技術(shù)

目前，畜禽糞便末端除臭技術(shù)主要包括生物除臭法、物理除臭法、化學(xué)除臭法或幾種除臭法組合使用[16]。

2.1 生物型除臭劑的種類及作用

目前常用的生物除臭方法有添加微生物菌劑堆肥法、昆蟲除臭方法、土壤除臭法和珍珠巖棉除臭法等。

2.1.1 微生物制劑堆肥除臭法 傳統(tǒng)堆肥工藝存在發(fā)酵時(shí)間長、氣味大、肥效低等缺點(diǎn)。目前常用在糞便中添加高效微生物制劑的堆肥處理法，利用微生物快速分解轉(zhuǎn)化糞便中的有機(jī)物質(zhì)，從而抑制腐敗微生物和致病菌的繁殖，減少或延緩惡臭氣體的釋放[17]。脫臭過程可分為三個(gè)階段：（1）溶于水中的惡臭氣體從氣相變?yōu)橐合?；?）微生物吸收溶于水中的惡臭物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中；（3）以惡臭物質(zhì)作為微生物細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)，將其代謝分解利用[2]。乳酸菌生長繁殖過程中消耗糖類產(chǎn)生大量乳酸，使堆肥的pH降低，抑制不耐酸有害菌的生長，并能與有益菌共生，將未分解的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵，轉(zhuǎn)化為動(dòng)植物可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，抑制腐敗菌、病原菌的繁殖活動(dòng)，從而減少惡臭氣體的釋放[18]；枯草芽孢桿菌生物同化作用較強(qiáng)，其代謝產(chǎn)物能抑制蚊蟲、蒼蠅的生存，還產(chǎn)生氨基氧化酶和硫化物分解酶，降低血液及糞便中氨、吲哚等有害氣體濃度，凈化內(nèi)外環(huán)境[19]。并能固氮，解磷鉀，促進(jìn)糞便堆肥中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分，改善土質(zhì)結(jié)構(gòu)，肥效提高；巨大芽孢桿菌生長繁殖過程中產(chǎn)生大量有機(jī)酸，能將土壤中的礦質(zhì)磷酸鹽分解為磷，易于被植物吸收利用。同時(shí)還能釋放高活性的分解酶和促進(jìn)因子，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收[20]。王國強(qiáng)[21]等研究表明，利用干酪乳桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母、糞腸球菌和枯草芽孢桿菌制備的復(fù)合微生態(tài)制劑發(fā)酵雞糞，雞糞中的吲哚含量、大腸桿菌數(shù)量以及酸堿度分別比不加菌劑的對(duì)照組降低87.50 %、21.93 % 和16.72 %。葉芬霞[22]等報(bào)道利用巨大芽孢桿菌、熱帶假絲酵母和灰色鏈霉菌制備的復(fù)合微生物除臭劑，對(duì)雞糞、豬糞和牛糞的除臭率可達(dá)80 % 以上，對(duì)H2S的去除率可達(dá)65 % 以上。王衛(wèi)平[23]等報(bào)道利用酵母菌、放線菌和芽孢桿菌制備的復(fù)合微生物可有效抑制豬糞堆肥過程中NH3的釋放。Meng[24]等報(bào)道短乳桿菌可有效去除糞便發(fā)酵過程中的糞臭素，去除率達(dá)71.83 %?？梢?，微生物制劑對(duì)畜禽堆肥具有高效除臭效果。但微生物除臭技術(shù)在應(yīng)用過程中也有一定的局限性，如特定的異味物質(zhì)只能經(jīng)特定的微生物降解、利用，單菌除臭可能效果不佳，除臭效果還受到微生物的添加劑量、畜禽品種、環(huán)境溫濕度、糞便含水率等因素的影響[23]。如唐微微[26]等報(bào)道分離到兩株除臭菌株，東方伊薩酵母對(duì)NH3和H2S的最大去除率分別為50.48 % 和38.31 %，異常威克漢姆酵母對(duì)NH3和H2S的最大去除率分別為39.63 %和41.51 %。但兩菌株混合發(fā)酵，NH3的最大去除率分別較東方伊薩酵母和異常威克漢姆酵母提高了9.77 % 和20.62 %，H2S的最大去除率分別較東方伊薩酵母和異常威克漢姆酵母提高了20.82 % 和17.62 %。

2.1.2 昆蟲除臭法 昆蟲除臭法是利用昆蟲對(duì)畜禽糞便進(jìn)行轉(zhuǎn)化，目前常用蛆蟲、蚯蚓、黑水虻、蝸牛等處理畜禽糞便[27]。白林[28]等報(bào)道在豬糞中飼養(yǎng)蠅蛆可以快速減少豬糞的臭味，飼養(yǎng)6 d糞便總重量減少了53.04 %，干物質(zhì)減少了31.14 %，其中蠅蛆消耗的干物質(zhì)占2.85 %，被微生物分解消耗的干物質(zhì)占28.3 %。趙海濤[29]等接種大量蚯蚓，設(shè)立蚯蚓生物床工程，將新鮮牛糞投放蚯蚓生物床中。經(jīng)處理的牛糞通水性和透氣性改善，易干燥，無臭氣，含水率和電導(dǎo)率明顯下降，pH趨于中性。張修順[30]研究表明以蔬菜廢棄物、牛糞和豬糞為原材料進(jìn)行試驗(yàn)分組飼養(yǎng)蚯蚓；混合底料經(jīng)蚯蚓處理后，臭味明顯減少，蚯蚓處理過的產(chǎn)物的有效活菌總數(shù)均達(dá)到了107數(shù)量級(jí)。據(jù)報(bào)道，黑水虻可高效利用畜禽糞便，利用畜禽糞便飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲干粉中粗蛋白含量高達(dá)43.20 % ~ 46.90 %，粗脂肪含量達(dá)4.30 % ~ 34.80 %，幼蟲干粉的氨基酸譜與魚粉非常相似，可用作優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白飼料，而處理后的畜禽糞便可直接用作有機(jī)肥原料[31]。利用昆蟲處理糞便產(chǎn)生污染小，處理迅速徹底，整個(gè)過程中的產(chǎn)物都是有價(jià)值的。以畜禽糞便養(yǎng)昆蟲，昆蟲可作為優(yōu)質(zhì)蛋白飼喂畜禽，經(jīng)昆蟲處理后的糞肥又可作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，形成了一個(gè)完整環(huán)保的循環(huán)模式，這將是未來昆蟲處理有機(jī)廢棄物的重要發(fā)展方向。

2.1.3 土壤除臭法和珍珠巖棉除臭法 土壤除臭法和珍珠巖棉除臭法除臭原理相似，皆用通氣性好，吸附力強(qiáng)的物質(zhì)吸附惡臭氣體，再用內(nèi)部的微生物分解利用惡臭化合物以消除臭氣[14]。土壤除臭法是應(yīng)用最早的生物除臭法，除臭效果強(qiáng)，所需費(fèi)用低，適用于低中量臭氣、易松散腐殖質(zhì)土壤、冬季表層土壤無凍土層的地區(qū)，但冬季除臭效果差，不適于高溫氣體除臭[32]。珍珠巖棉具有膨松性好、相對(duì)密度低、透氣性好等特點(diǎn)，能有效除臭，并且除臭能力較穩(wěn)定，所需面積少，運(yùn)轉(zhuǎn)成本低，適于中、低量臭氣產(chǎn)區(qū)。但珍珠巖棉本身無除臭能力，還易失水[14]。

2.2 物理方法

物理法除臭技術(shù)主要利用吸附型和遮掩型等除臭劑的吸附或遮蔽作用減少臭氣濃度或氣味。

2.2.1 吸附型除臭劑的種類及作用 目前，吸附型除臭劑常用具有強(qiáng)吸附能力的膨潤土、活性炭、沸石、海泡石等為主要原料，具有表面積大、孔隙多以及吸附交換能力強(qiáng)等特點(diǎn)，作用機(jī)理是利用分子間范德華力吸附惡臭分子[33]。劉鶇[34]等用茶渣和活性炭添加到豬糞中，二者協(xié)同作用，對(duì)NH3和H2S的除臭率可高達(dá)90 % 左右。Bajwa[35]等將斜發(fā)沸石作為雞舍的墊料添加劑，可使肉雞舍內(nèi)氨濃度降低60 %。但吸附型除臭劑的缺陷在于其對(duì)臭味分子的吸附量隨時(shí)間的增加而降低，隨著溫度的升高被吸附物可能會(huì)反向釋放[36]。

2.2.2 遮掩型除臭劑的種類及作用 遮掩型除臭劑常用木材醋酸、樟腦、桉樹油等植物精油，各種植物提取物等芳香族化合物為原料，具有揮發(fā)性強(qiáng)、氣味獨(dú)特等特點(diǎn)，如大蒜、茴香、白術(shù)、甘草和蒼術(shù)等都有一種特殊的氣味，能掩蓋畜禽舍的臭味。薄荷油、肉桂油等對(duì)NH3氣味遮蔽效果好，松葉油、香葉油、橙皮油等對(duì)H2S氣味具有很好遮蔽作用[37]。陳華潔[38]報(bào)道，絲蘭屬植物提取物主要通過抑制腸道和糞便中產(chǎn)尿酸酶菌的生長而發(fā)揮作用，無論體外試驗(yàn)還是日糧添加均能有效的減少養(yǎng)禽場的氨氣排放。但是掩蔽型除臭劑不能減少有害氣體對(duì)動(dòng)物機(jī)體的傷害，且成本較高，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[39]；用含芳香氣味的物質(zhì)掩蔽或與惡臭氣體結(jié)合，其產(chǎn)物的味道可能比原來的臭味還要難聞，效果不穩(wěn)定，所以不能從根本上解決惡臭氣體問題[8]。

2.3 化學(xué)型除臭劑的種類及作用

化學(xué)除臭法主要使用一些氧化效果強(qiáng)的氧化劑或添加滅菌劑，并采用氧化還原分解、中和反應(yīng)、加成反應(yīng)、縮合反應(yīng)、離子交換反應(yīng)等，將產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無臭物質(zhì)以消除臭味[37]。常用的化學(xué)型除臭劑包括過氧化氫、高錳酸鉀、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、磷酸氫鈣和氯化鈣等。Li[40]等在雞舍的墊料中添加硫酸氫鈉，可使雞舍的氨排放量減少50 % 左右，對(duì)肉雞的飼料轉(zhuǎn)化率和體重?zé)o不利影響。但化學(xué)法除臭存在成本高、反應(yīng)復(fù)雜、二次污染等缺點(diǎn)[16]。

3 小結(jié)

目前，中小型畜禽養(yǎng)殖場的糞便除臭技術(shù)，以添加微生物菌劑堆肥法和利用昆蟲除臭法較為適宜。針對(duì)中小型養(yǎng)殖場規(guī)模小、資金少的問題上，研發(fā)操作簡便、成本更低的復(fù)合除臭技術(shù)更有利于降低環(huán)保成本，促進(jìn)中小型養(yǎng)殖場的發(fā)展。

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山東省家禽產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（SDAIT-11-14）

（2020–08–31）

S851.2+4

A

1007-1733（2020）12-0056-04