規(guī)模畜禽場臭氣防治研究進(jìn)展

簡保權(quán)，周 磊，楊紅文，秦學(xué)敏，鄧先德

(1.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京100125;2.農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)工程重點實驗室，北京100125;3.貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴州貴陽550005)

近年來，我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，各地不斷興建規(guī)模養(yǎng)殖小區(qū)和畜禽養(yǎng)殖場，大大提高了養(yǎng)殖效率，為社會提供了豐富的肉、蛋、奶產(chǎn)品。但是，由于畜禽飼養(yǎng)集中度越來越高，污染問題日益突出。據(jù)測定，1個年產(chǎn)10.8萬頭的豬場，每小時可向大氣排放159 kg的NH3、14.5 kg的H2S;1個存欄量為3萬只的蛋雞場，每天排放到空氣中的氨氣量達(dá)1.8 kg［1-2］。

畜禽場惡臭氣體的成分復(fù)雜，大概有160多種［3］。按化學(xué)組分可以分為以下幾類:①酚類和吲哚類;②揮發(fā)性含硫化合物;③揮發(fā)性低級脂肪酸類;④氨和揮發(fā)性胺類等。硫化氫和氨氣是畜禽場臭氣中的主要成分，也是國家規(guī)定的惡臭污染物［4］。

惡臭氣體不僅降低畜舍空氣質(zhì)量、降低畜禽生產(chǎn)性能和抗病力(如呼吸道疾病、氨中毒)，而且會對畜禽場及周圍人們的健康產(chǎn)生不良影響(如引起嘔吐、精神不振、煩躁、記憶力下降、內(nèi)分泌失調(diào)和心血管疾病等)［5-6］。隨著政府的重視和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，國內(nèi)對畜禽場臭氣污染的防治已經(jīng)起步。筆者從飼料調(diào)控、畜禽舍凈化、管理和工藝等方面對臭氣防治方法研究進(jìn)行了綜述，并分析了規(guī)模畜禽場臭氣防控的發(fā)展趨勢，旨在為解決畜禽場臭氣問題提供借鑒。

1 飼料調(diào)控

1.1 日糧的科學(xué)配制 降低日糧中粗蛋白水平，可以提高動物對日糧營養(yǎng)的吸收。應(yīng)用合成氨基酸、飼料可利用氨基酸技術(shù)、理想蛋白，日糧中配合使用消化率較高的飼料原料，都可以顯著降低日糧中粗蛋白的含量，有效減少氮排放［7］。研究表明產(chǎn)蛋雞日糧中粗蛋白從17%降至15%，糞中氮含量可下降50%;粗蛋白水平降低1個百分點的豬日糧蛋白可減排氮8%［8］。配制飼料時應(yīng)考慮動物的性別、消化吸收特點和不同生理階段等，這可以提高消化率，促進(jìn)營養(yǎng)素的吸收。試驗表明，若日糧氨基酸平衡性較好，日糧中減少2個百分點的蛋白質(zhì)水平不會對畜禽生產(chǎn)性能產(chǎn)生明顯影響，卻可使排泄物中氮含量下降20%。

1.2 應(yīng)用除臭添加劑 除臭飼料添加劑主要包括吸附型添加劑、酶制劑、酸化劑、微生態(tài)制劑、益生元、中草藥添加劑和植物活性提取物等。

1.2.1 吸附型添加劑。吸附型添加劑主要指活性炭、沸石粉、膨潤土、麥飯石等吸附型材料，具有表面積大、孔隙多、吸附和交換能力強(qiáng)的特點，可以吸附惡臭物質(zhì)，從而達(dá)到除臭的目的。周慶民等研究表明在50 kg的兔飼料中添加2.5 kg沸石粉，在48.5 kg的雞配合飼料中添加1.5 kg沸石粉，21～47 d后兔舍中NH3含量下降31%，雞舍中NH3含量下降45% ～78%［9］。汪連松［10］研究表明添加 2%的沸石粉在蛋雞飼料中，可以預(yù)防蛋雞發(fā)生細(xì)菌性腹瀉，使臭氣排放量減少，且可以提高產(chǎn)蛋率。吸附劑的缺點是吸附能力會隨時間推移而降低，除臭率較低，當(dāng)溫度升高到一定程度，還會放出吸附物。

1.2.2 酶制劑。添加植酸酶、蛋白酶等可以使日糧中的營養(yǎng)物質(zhì)消化利用率提高，氣體排放總量下降。研究表明，應(yīng)用酶制劑可分別提高畜禽的氮和磷利用率17%～25%和20% ～30%，從而減少畜禽糞便中氮、磷的排放量，既節(jié)約飼料，又保護(hù)環(huán)境。在仔豬日糧中添加消化酶，可以增加腸道內(nèi)消化酶，降低39%的豬糞排出量，42 d后再下降18%［11］。

1.2.3 酸化劑。添加適量酸化劑能使動物腸道內(nèi)的菌群達(dá)到平衡，抗應(yīng)激能力增強(qiáng)，消化道疾病減少，胃排速度延緩，營養(yǎng)素吸收充分;還可以防止飼料霉變，改善適口性，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率，降低 NH3和 H2S［12］。汪莉等［13］報道在仔豬日糧中添加1%的檸檬酸和0.15%溢多酶可以提高飼料干物質(zhì)消化率2.51%，提高粗蛋白質(zhì)消化率6.49%，降低NH3濃度17.6%，降低H2S濃度14.95%。

1.2.4 微生態(tài)制劑。微生態(tài)制劑是一種多功能的菌劑，由酵母菌、乳酸菌、光合菌等微生物復(fù)合而成，又稱為EM菌劑，不僅能抑制有害菌的腐敗作用，減少臭味等有害氣體，而且能增強(qiáng)機(jī)體抗病和消化吸收性能，有效減少有害氣體排放。李維炯等［14］研究表明EM技術(shù)可以有效去除糞便惡臭，總除氨率為42.12% ～69.70%。于桂陽等［15］將EM菌料添加到豬日糧中，7 d后豬舍臭氣下降明顯，20 d后豬舍空氣得到改善，有輕微發(fā)酵的乳酸味，試驗組和對照組NH3和H2S濃度分別為6.58、10.24 和2.15、6.06 mg/m3，從而使豬的飼養(yǎng)環(huán)境得到改善。

1.2.5 益生元。益生元包括寡糖、半纖維素和果膠、含氮多糖、某些氨基酸和維生素等多種物質(zhì)。添加益生元能改變動物腸道中的微生物及糞便發(fā)酵過程，還能改變糞尿理化特性，減少NH3揮發(fā)。目前應(yīng)用較多的是短鏈帶分支的寡糖類物質(zhì)。汪莉等［16］研究發(fā)現(xiàn)在蛋雛雞日糧中添加少量低聚糖，可使雞的日增重顯著高于對照組，NH3、H2S產(chǎn)生量和氮的排泄率顯著低于對照組。

1.2.6 中草藥添加劑。中草藥添加劑是利用中草藥某些成分與臭氣分子發(fā)生反應(yīng)，生成無臭物質(zhì)，其中消毒殺菌成分能抑制細(xì)菌生長，減少臭氣產(chǎn)生［17］。在雞飼料中添加白術(shù)、甘草、茴香、蒼術(shù)等，可以降低雞舍臭味［18］。戴榮國等［19］研究發(fā)現(xiàn)添加木香、陳皮、厚樸等中草藥可降低雞糞中N、P含量，從而減少環(huán)境污染;添加量為2%時除臭效果較為明顯，雞舍內(nèi)CO2濃度降低38.42%，NH3濃度降低36.76%，H2S濃度降低100%;這種除臭劑還可降低雞糞中的臭氣化合物甲酚、吲哚和3-甲基吲哚。中草藥具有低毒和低殘留性、無抗藥性、經(jīng)濟(jì)實用性、多功能性等特點，使其開發(fā)價值愈來愈被重視。

1.2.7 植物活性提取物。茶葉提取物、菊芋提取物、絲蘭屬提取物等是常見的植物活性提取物。茶多酚是茶葉提取物的主要活性成分。它對硫化氫、氨氣、吡啶、三甲胺、甲胺、甲醛、乙醛和吲哚的最大除臭率分別為(89.05±1.16)%、(90.28±1.11)%、(88.98±1.41)%、(99.63±0.00)%、(99.35±0.00)%、(55.25±1.25)%、(40.97±0.91)%和(43.56±0.87)%［20］。其次茶葉提取物中少量的碳水化合物、咖啡堿、氨基酸等物質(zhì)可通過化學(xué)和物理作用中和、吸附、縮合、聚合臭氣物質(zhì)。據(jù)報道，豬飼料中添加適量菊糖可以促進(jìn)雙歧桿菌的生長，減少豬的腹瀉，降低糞便惡臭。另有研究表明，日糧中添加3%～6% 菊芋的新鮮廄肥(少于4 h)，其臭味比對照組日糧的廄肥淡了許多［21］。研究表明，在含16%粗蛋白質(zhì)的飼糧中添加88 g/t絲蘭提取物，可以抑制豬舍內(nèi)60.96%的氨氣揮發(fā)［22］。

2 畜禽舍環(huán)境的凈化

2.1 通風(fēng)法 畜禽在舍內(nèi)會釋放水分、熱量和二氧化碳，排泄物在微生物的作用下會釋放臭氣。最簡單的方法是加強(qiáng)通風(fēng)，將有害氣體排出舍外。目前，機(jī)械通風(fēng)在國內(nèi)畜禽場已經(jīng)普遍應(yīng)用，而且自動化水平不斷提高。張瑞青使用氣敏傳感器檢測了豬舍內(nèi)氨氣，并采用變頻調(diào)速裝置對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)了環(huán)境中氨氣的調(diào)控［23］。但是，這種方法只凈化了舍內(nèi)空氣，整個場區(qū)的臭氣污染仍然沒有消除。

2.2 吸附法 吸附法主要是向糞便中投放吸附性材料，從而減少臭氣的散發(fā)。吸附材料的物理特點是表面積大、孔隙大、吸附能力強(qiáng)和交換能力強(qiáng)。常見的吸附材料有沸石粉、膨潤土、海泡石、麥飯石、活性碳、煤灰粉等。它們通過表面吸附水分子和氣體分子，來減少畜禽舍內(nèi)氨及其他有害氣體。

吸附材料的使用方法有以下2種:①在加設(shè)的通風(fēng)管道放入幾層吸附材料和粘性吸附劑，在畜禽舍通風(fēng)過程中，使大量的有害臭氣被吸附。②將吸附材料粉末均勻撒在畜禽舍地面的糞便上，吸附水分同時也將糞便的臭氣進(jìn)行吸附。

2.3 化學(xué)法 化學(xué)法是經(jīng)過除臭劑與臭氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使畜舍內(nèi)臭氣物質(zhì)變成無臭物質(zhì)，從而達(dá)到除臭目的。常用的化學(xué)除臭劑有硫酸亞鐵、氯化亞鐵、過氧化氫、亞硝酸鹽、過氧化鈣、磷酸氫鈣、氯化鈣等［24-25］。具體用法是將化學(xué)除臭劑撒在畜禽舍的地面上或糞池中，使除臭劑與糞便發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而抑制臭氣的散發(fā)。

2.4 電凈化法 電凈化系統(tǒng)可設(shè)置在糞道空間中和畜禽舍上方。直流電暈電場可抑制由動物糞便和空氣形成的氣-液、氣-固界面邊界層中惡臭氣體的蒸發(fā)和擴(kuò)散，對H2S、NH3、糞臭素、吲哚的抑制效率為40% ～70%。在豬舍空間的上方，電極系統(tǒng)放電產(chǎn)生的臭氧和高能荷電粒子對酪酸、硫醇、糞臭素、吲哚等進(jìn)行分解，主要產(chǎn)物是H2O和CO2，分解效率為30%～40%。在糞道空間中，電極系統(tǒng)對上述氣體的消除率為80% 以上［26］。吳吉祥等［27］將WIS復(fù)噴靜電除臭消毒裝置用于10萬只種兔場，測試結(jié)果表明處理2.8×104m3/h，集中排放口臭氣強(qiáng)度小于100(無量綱)，僅為現(xiàn)行國家排放標(biāo)準(zhǔn)的5%，廠界臭氣濃度小于10(無量綱)，達(dá)到一級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 紫外光法 紫外光技術(shù)法去除惡臭氣體的方式包括:①紫外線作用于水分子和氧氣，產(chǎn)生羥基、自由基、活性氧等活性基團(tuán)和臭氧等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，它們與惡臭物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，惡臭物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為無害無臭的物質(zhì);②紫外線產(chǎn)生攜能光量子，在攜能光量子的轟擊下惡臭物質(zhì)分子鍵分解甚至斷裂，變?yōu)闆]有臭味的原子或分子［28］。

我國復(fù)旦大學(xué)侯惠奇教授科研團(tuán)隊研制成功無極紫外燈，不但能有效分解各種惡臭氣體，而且不會產(chǎn)生二次污染。對二硫化碳、硫化氫等廢氣的分解試驗表明，在同等條件下無極紫光燈對惡臭氣體的分解率比傳統(tǒng)方法高50%［29］。

2.6 生物過濾法 生物過濾除臭通過微生物的生命活動，將氣流中的臭氣物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無味的簡單物質(zhì)。這種方法效率高、運行費用低、二次污染少，適用于中、低濃度的臭氣處理。這種臭氣控制法已應(yīng)用到家畜飼養(yǎng)業(yè)中。目前，清華大學(xué)已獲得5個相關(guān)專利技術(shù)。另有研究表明，使用陳敏等研制的畜禽養(yǎng)殖舍生物土壤濾體除臭裝置可使CH4、NH3和CO2去除率達(dá)到95%;氮氧化物(以NO2計)和CO去除率達(dá)到85%，與畜禽臭氣共同擴(kuò)散的可吸入顆粒物(PM10)、總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)和總懸浮物(TSP)去除率達(dá)95%，系統(tǒng)排出氣體的臭氣濃度分別為7.5～8.0，符合達(dá)標(biāo)排放要求［30］。

2.7 復(fù)合型除臭方法 多年來的研究發(fā)現(xiàn)，單獨使用一種除臭方法，很難取得良好的除臭效果。徐廷聲在養(yǎng)豬場除臭試驗中采取EM制劑、沸石粉、煤灰粉相復(fù)合的辦法，結(jié)果表明復(fù)合型除臭方法具有較好的除臭效果，應(yīng)用物理除臭和微生物除臭相結(jié)合的效果優(yōu)于單獨的物理性除臭方法［31］。葉芬霞等將物理吸附與微生物除臭一體化，研制了復(fù)合微生物吸附除臭劑，試驗發(fā)現(xiàn)復(fù)合微生物吸附除臭劑載體上微生物干細(xì)胞5.36 g/kg時，對雞糞、豬糞和牛糞中臭氣的去除率可達(dá)80%，H2S的去除率達(dá)65%。利用此除臭劑進(jìn)行除臭試驗，結(jié)果表明豬舍內(nèi)H2S、NH3和惡臭濃度分別降低了66.7%、78.4%和83.3%。豬糞堆肥場內(nèi)H2S、NH3和惡臭濃度分別降低了62.1%、84.4%和88.5%［32］。孫紅麗等研發(fā)了“禽舍光觸媒高效空氣凈化器”，集光觸媒的催化作用、紫外線殺菌作用、臭氧殺毒滅菌為一體，氨初始濃度為1.85 mg/m3，2 h后氨濃度為 0.255 mg/m3，2 h氨去除效率為86.2%。細(xì)菌總數(shù)初始濃度為5 700 cfu/m3，經(jīng)2 h后在出口處測定空氣的細(xì)菌總數(shù)，濃度為520 cfu/m3，去除效率為90.9%［33］。因此，復(fù)合型除臭是今后研究的發(fā)展方向。

3 改進(jìn)管理和工藝

3.1 及時清糞 由于糞便是臭氣產(chǎn)生的主要根源，因此及時處理糞便是減少臭氣在畜禽舍積累的最好辦法。及時清除糞便，清洗地面，避免糞便在畜禽舍堆積，可以盡量減少臭氣在室內(nèi)釋放。

3.2 采用發(fā)酵床工藝 采用發(fā)酵床養(yǎng)殖模式，通過發(fā)酵床快速分解畜禽糞便。發(fā)酵床養(yǎng)豬始于日本，20世紀(jì)90年代傳入我國，是一種利用微生物分解糞便的全新的環(huán)保養(yǎng)豬模式［34］。發(fā)酵床豬舍內(nèi)無臭，少蚊蠅［35］。近年來，經(jīng)改造后的發(fā)酵床也可用于飼養(yǎng)肉牛、奶牛和肉雞等，在控制畜禽舍臭氣方面都起到了較好的效果［36］。

3.3 糞便資源化利用 畜禽糞便在養(yǎng)殖場區(qū)堆放，也會散發(fā)大量臭氣，污染環(huán)境，容易引發(fā)周圍居民的抗議。因此，要對集中的糞便及時資源化處理，減少堆放時間。目前，對畜禽糞便的資源化處理主要有2種途徑:①厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣;②好氧發(fā)酵生產(chǎn)堆肥。由于厭氧發(fā)酵是密閉裝置中進(jìn)行，因此沒有臭氣散發(fā)。好氧發(fā)酵需要通風(fēng)，會散發(fā)臭氣。因此，對堆肥除臭的研究比較集中，目前主要采取添加臭氣吸附劑、除臭微生物等方式［37］。

3.4 場區(qū)綠化 綠化畜舍周圍環(huán)境，建立隔離綠帶，不僅能提供氧氣，更能直接吸收氨及硫化氫，且樹林可以減少粉塵量，降低風(fēng)速并防止臭氣外溢［38］。

4 展望

(1)進(jìn)行養(yǎng)殖清潔生產(chǎn)，從源頭上減少臭氣的產(chǎn)生和釋放是必須重視的環(huán)節(jié)。臭氣來源減少，則防治工作就可以大大減輕。因此，改進(jìn)飼料配方和養(yǎng)殖管理技術(shù)是臭氣防治的一項重要內(nèi)容，還需要繼續(xù)研究下去。

(2)運行成本低、沒有二次污染的除臭方法是規(guī)?；B(yǎng)殖場臭氣防治研究的重點，特別是生物除臭技術(shù)。但是，單靠一種技術(shù)，其除臭效果是非常有限的，復(fù)合型、多樣化的臭氣防治技術(shù)的綜合使用，可能是解決規(guī)?；B(yǎng)殖場臭氣污染的必然選擇。因此，研究多種除臭技術(shù)的結(jié)合必將是未來發(fā)展的趨勢。

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