畜禽場(chǎng)氨減排技術(shù)研究進(jìn)展

刁立鵬，張卓毅，吳迪梅，黃 鎮(zhèn)

（北京市畜牧業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，北京 102200）

畜禽糞污產(chǎn)生的氨是大氣中氨排放的重要來源之一。Clarisse等［1］報(bào)道，畜禽糞便排放的氨氣約占大氣中氨總排放量的 39%；Paulot等［2］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t，美國(guó)和歐盟總和約為716萬t。研究表明，氨是大氣中PM2.5形成的重要前體物，可以與大氣中的二氧化硫、氮氧化物結(jié)合生成硝酸銨、硫酸銨等二次顆粒物，而后者正是產(chǎn)生霧霾中溶膠的主要成分［3］。此外，氨具有強(qiáng)烈的刺激氣味，對(duì)動(dòng)物的黏膜產(chǎn)生刺激，可引發(fā)多種炎癥，降低動(dòng)物的免疫力，從而影響畜禽的生長(zhǎng)發(fā)育和生長(zhǎng)性能，甚至引發(fā)疾病，危害畜產(chǎn)品安全［4-5］。

由于舍內(nèi)清糞不及時(shí)與通風(fēng)不足，導(dǎo)致舍內(nèi)氨氣大量蓄積，造成舍內(nèi)污染。另外，糞污在收集、運(yùn)輸、處理和農(nóng)田施用過程是造成氨隨機(jī)排放與周邊空氣污染的主要途徑。因此，開展養(yǎng)殖場(chǎng)氨減排技術(shù)研究，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)氨減排與治理，是改善空氣質(zhì)量的重要舉措，同時(shí)，也可以提高畜禽生長(zhǎng)性能，預(yù)防疫病疫情的發(fā)生。

筆者旨在從氨產(chǎn)生的源頭和排放過程著眼，即從內(nèi)源氨營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、舍內(nèi)原位凈化、糞污處理過程3個(gè)方面，分析總結(jié)各種技術(shù)方法對(duì)于氨減排的效果，以期為糞污管理和氨減排技術(shù)研究提供參考。

1 內(nèi)源氨營(yíng)養(yǎng)調(diào)控措施

減少動(dòng)物體內(nèi)氨的產(chǎn)生是最有效的減少氨排放污染的方法。畜禽舍內(nèi)的氨氣主要來自于動(dòng)物腸道對(duì)飼糧蛋白質(zhì)的消化降解產(chǎn)氨，以及微生物對(duì)鮮糞、飼料殘?jiān)皦|料中含氮有機(jī)物的厭氧降解［6］。主要從以下兩方面來減少動(dòng)物體內(nèi)氨的產(chǎn)生。

1.1 優(yōu)化飼糧組分

家畜糞便中有20%～25%的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)未被機(jī)體消化，且其中部分為蛋白質(zhì)、氨基酸和微生物氮［7］。Galassi等［8］通過研究低蛋白質(zhì)和高纖維飼糧對(duì)豬的生長(zhǎng)性能、養(yǎng)分消化率、氮沉積以及氨排放的影響，得出在滿足飼糧氨基酸平衡和適宜能量載體物質(zhì)平衡的條件下，適當(dāng)降低飼糧的蛋白質(zhì)水平可以減少氮排放。因此，優(yōu)化動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)飼料組分，減少含氮飼料的使用能有效降低氨的排放。

Bodera等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在添加合成氨基酸的基礎(chǔ)上，把日糧蛋白水平從18%下降到10%，可使氨氮和總氮的排放量分別降低40%和42%。Burgos等［10］研究指出，將奶牛飼料粗蛋白質(zhì)含量從21%減少到15%，發(fā)現(xiàn)排泄糞便中總氨氮的含量從508.7 mg/L下降至228.2 mg/L，排放的氨氣從149 g/（頭·d）下降到 57 g/（頭·d）。實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)計(jì)配方時(shí)，必須滿足必需氨基酸的需要量和能量載體適宜的情況下可以降低飼糧中蛋白質(zhì)的水平。

1.2 添加飼料改良劑

采用飼料改良劑將減少氨的排放，用于氨減排的飼料改良劑包括絲蘭提取物、干全酒糟（DDGS）及其可溶物、麥麩、大豆殼、腸道益生菌等。 Santacruz-Reyes等［11］報(bào)道，動(dòng)物飼料中添加絲蘭提取物可通過抑制脲酶活性，使糞污氨揮發(fā)量減少55.5%。蛋雞飼糧中分別添加DDGS、麥麩和大豆殼，7 d后觀察到，氨排放量由對(duì)照組的3.9 g/kg糞便干物質(zhì)分別減少為1.9、2.1和2.3 g/kg糞便干物質(zhì)［12］；鄭衛(wèi)國(guó)等［13］通過飼喂或在豬舍內(nèi)噴灑益生菌發(fā)酵液的形式對(duì)不同階段的豬進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在添加益生菌菌劑的濃度為0.1%同時(shí)噴灑菌液的情況下，持續(xù)6個(gè)月可降低氨排放30%～40%，同樣的處理方式連續(xù)進(jìn)行1年，可降低氨排放40%～50%。

2 畜禽舍內(nèi)氨減排措施

畜禽舍是重要的氨氣排放源，舍內(nèi)氨氣的含量與動(dòng)物健康直接相關(guān)。影響畜禽舍內(nèi)氨氣揮發(fā)的因素有通風(fēng)量、清糞工藝及頻率、墊料、溫濕度、pH值等。提高清糞頻率、增加通風(fēng)量將有效減少舍內(nèi)氨氣排放。較高的溫度、pH值和濕度也會(huì)使糞便中的氮更易轉(zhuǎn)化為氨氣而揮發(fā)［14］。控制畜禽舍中氨的含量，優(yōu)化舍內(nèi)空氣質(zhì)量，將能從源頭上直接減少氨的排放及污染。

2.1 合理規(guī)劃畜禽舍

基于氨產(chǎn)生的特點(diǎn)，氨的排放離不開畜禽舍的科學(xué)合理設(shè)置。畜禽舍的設(shè)置要嚴(yán)格控制畜禽舍的溫度、濕度和通風(fēng)量，主要從管道設(shè)計(jì)、日常管理和地面墊料等方面來考慮。

盡量選擇使用漏縫地板和密閉的管道系統(tǒng)，把糞水池建在養(yǎng)殖場(chǎng)外，及時(shí)清除糞尿，避免糞尿潴留腐敗分解。加強(qiáng)舍內(nèi)管理，讓舍內(nèi)保持干燥和清潔，同時(shí)加強(qiáng)通風(fēng)管理，及時(shí)排除氨氣［15］。畜禽舍的地面墊料也是較好的中間控制措施。Sem等通過研究鋪設(shè)有機(jī)墊料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單層墊料飼養(yǎng)系統(tǒng)，表明有機(jī)墊料系統(tǒng)能有效減少氨排放，同時(shí)，還可以將有機(jī)墊料資源化利用，是未來規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)值得借鑒和參考的模式［16］。另外，墊料可以進(jìn)行一些物理化學(xué)處理，常用的有效配方有：用2∶1∶1的硫酸亞鐵、沸石、煤灰按混合物鋪撒；用40%硫酸銅和熟石灰處理的墊料；用2%苯甲酸或乙酸處理墊料。

2.2 使用氨除臭吸附劑

控制糞便中氮的含量可有效減少舍內(nèi)氨的排放。常用的除臭劑包括物理除臭劑、生物除臭劑、化學(xué)除臭劑。物理除臭劑包括一些吸附劑，如各類沸石、活性炭和大孔高分子材料等?；瘜W(xué)除臭劑指能夠屏蔽和氨發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)制劑，包括硫酸鹽、稀硫酸。生物除臭劑是利用微生物或微生物產(chǎn)生的酶降解氨和其他惡臭物質(zhì)，主要包括活性微生物菌劑。Bajwa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%。Li等［17］在雞舍的墊料上加入硫酸氫鈉，可使雞舍氨的排放減少50%左右，同時(shí)，硫酸鹽的使用對(duì)飼料轉(zhuǎn)化率和體重都無顯著影響。Neerackal等［18］采用1 mol/L的稀硫酸將循環(huán)使用的牛舍沖洗水pH值保持在4.5，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可使牛舍糞污的氨排放減少70%。

2.3 采用舍內(nèi)噴霧除氨

噴霧一般包括噴酸霧或者噴灑酸性電解水。Jensen［19］采用在舍內(nèi)噴酸霧，保持酸霧 pH值為5.5，同時(shí)確保糞便收集池內(nèi)豬糞pH值一直低于5.5，結(jié)果表明，豬舍內(nèi)氨濃度可以從6.1～7.6 mg/m3降低到0.8～1.5 mg/m3，可吸入性顆粒物可以從1.0 mg/m3降低到0.28 mg/m3，總顆粒物從2.7 mg/m3降低到1.2 mg/m3。此外，不僅使豬的生長(zhǎng)性能獲得提高，同時(shí)糞便中氮素的提高有益于糞便的肥料化利用。鄭煒超等［20］用微酸性（pH值介于5.5～6.5）電解水進(jìn)行帶雞噴霧消毒，雞舍通風(fēng)量保持在83 500 m3/h，4 h后舍內(nèi)平均氨氣濃度降低了約30%。

2.4 氨氣捕集系統(tǒng)

在空氣捕集系統(tǒng)中，將氨吸收劑置于一定的裝置內(nèi)，通過將氣體直接捕集至這一設(shè)施內(nèi)以實(shí)現(xiàn)對(duì)氨的減排處理。Rothrock等［21］通過將酸液置于具有氣體透過性的膜管中來吸收雞糞產(chǎn)生的氨，膜管可以放置于雞舍墊料表面或者內(nèi)部，氨氣透過膜管壁被酸液吸收形成銨鹽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該項(xiàng)技術(shù)，雞糞排放的氨氣大約96%可以被酸吸收管吸收，對(duì)于畜舍環(huán)境健康具有極佳的效果。Lahav等［22］把單獨(dú)的氣管放置于墊料附近，利用氣泵吸取墊料附近的氨，并將其通入舍外的酸吸收系統(tǒng)中進(jìn)行處理，其中酸吸收系統(tǒng)內(nèi)酸液pH值控制在0～5，當(dāng)氨氣飽和時(shí)，更換新的酸吸收液，該裝置對(duì)氨的減排效率達(dá)到100%。此外，可以在排風(fēng)口處安裝化學(xué)過濾器、酸性過濾器或生物過濾器，通過過濾器中的化學(xué)介質(zhì)吸附或轉(zhuǎn)化通過的氨氣，從而減少舍內(nèi)氨氣向舍外的排放量［23］。

2.5 高能光電除氨技術(shù)

高能光電除氨技術(shù)的原理是利用UVC波段（185 nm和254 nm）的紫外線，分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，使游離氧與氧分子結(jié)合，形成臭氧。收集氨氣等有害氣體后，利用UVC紫外線光束及臭氧對(duì)氨氣等有害氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使氨氣等有害氣體轉(zhuǎn)化為低分子化合物、水和二氧化碳［24］。

對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)污水池中的厭氧池、缺氧池和污泥池等容易產(chǎn)生氨氣等臭氣的地方進(jìn)行封閉化處理，并將該環(huán)節(jié)產(chǎn)生的氣體輸送至UV高能光電組合處理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行除氨處理。高能光電除臭設(shè)備在豬舍中的實(shí)際應(yīng)用效果：在7、14、21、28 d時(shí)，試驗(yàn)組的氨氣濃度顯著低于對(duì)照組的氨氣濃度 （P<0.0）， 分別下降 35.78%、40.54%、41.56%、39.20%［25］。

3 糞污處理過程中氨減排控制措施

盡管糞污處理氨減排的方法不盡相同，但總的原則是，減少糞污與空氣的接觸，減少糞污揮發(fā)的面積，可以通過增加表面覆蓋物、促使糞污表面結(jié)殼和增加儲(chǔ)存池深度等方法實(shí)現(xiàn)。另外，也可以通過降低pH值以減少氨的揮發(fā)［26］。

3.1 固液分離技術(shù)

固液分離是糞污處理中較為常用的一種工藝，即將固體糞污和液態(tài)糞污分開處理。由于液態(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)的氨氣，固液分離可消除液體中的大量有機(jī)物質(zhì)，削弱厭氧微生物的活動(dòng)，從而減少有害氣體的揮發(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［27］。Stansbery 等［28］對(duì)比了傳統(tǒng)儲(chǔ)污池與經(jīng)固液分離的儲(chǔ)污池中豬糞水氨氣排放的差別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氨氣在貯存過程中的排放量減少了約90%。

3.2 表面覆蓋技術(shù)

覆蓋技術(shù)即使用一定的材料在糞污表面形成覆蓋層，避免糞污與空氣直接接觸，從而減少氨氣的外排，常見的覆蓋方式有塑料薄膜覆蓋、自然結(jié)殼、稻草覆蓋、輕質(zhì)黏土顆粒覆蓋、土工布覆蓋等。Scotford等［29］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%，但成本較高。自然結(jié)殼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。自然結(jié)殼可以分別減少牛糞和豬糞儲(chǔ)存過程30%～80%和20%～70%的氨排放。稻草覆蓋是在糞污上覆蓋切碎的稻草、稻殼和果殼等密度較小的材料，可以有效地減少糞污儲(chǔ)存中37%～90%的氨排放［30］。該種覆蓋比較經(jīng)濟(jì)也容易實(shí)現(xiàn)。輕質(zhì)黏土顆粒覆蓋可以減少83%～95%的氨排放［31］。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。使用土工布覆蓋在糞污表面，可以減少0～37%的氨揮發(fā)［32］，其減氨效果不受天氣因素的影響。

另外，養(yǎng)殖污水覆膜存儲(chǔ)工藝是利用高性能的防滲膜建立覆膜存儲(chǔ)池，將養(yǎng)殖污水存儲(chǔ)在底膜和表面浮動(dòng)膜之間，經(jīng)過一定周期的降解后，最終還田利用的新型養(yǎng)殖糞污處理工藝，可以實(shí)現(xiàn)阻隔污水與氨氣等惡臭氣體外排，具有良好的環(huán)保應(yīng)用前景。另外，黑膜沼氣池是用黑色的HDPE防滲膜材料將氧化塘底部和頂部密封成一體的超大型污水厭氧反應(yīng)器，它也能較好的減少氨氣。

3.3 酸性處理技術(shù)

通過在糞肥中直接添加適量的強(qiáng)酸或弱酸，糞污中的氨能夠形成NH4+，減少氨氣的揮發(fā)，提高作為有機(jī)肥施用時(shí)的氮含量。此外，適宜的酸度可以減少細(xì)菌的滋生。Hornig等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)糞污的pH值低于4.5時(shí)，氨、一氧化氮和甲烷排放量都有所減少。Kai等［33］通過濃硫酸處理沼液使其pH值降到6.0以下，可使儲(chǔ)存過程中的氨排放量降低到10%以下。根據(jù)pH值的不同，酸化可使糞污的氨排放量減少50%～85%，效果顯著，但調(diào)酸需要大量的投入，而且實(shí)施比較困難。但同時(shí)也應(yīng)該看到，強(qiáng)酸在處理過程中存在安全隱患問題，以及降低pH值會(huì)使其他揮發(fā)性有害氣體 （如硫化氫）增加［34］。

3.4 密閉式堆肥發(fā)酵

密閉式堆肥系統(tǒng)具有系統(tǒng)集成度高、密閉性好、堆肥速度快、自動(dòng)控制程度高、投入成本低和建設(shè)周期快等特點(diǎn)。目前，密閉式堆肥系統(tǒng)有筒倉(cāng)式堆肥反應(yīng)器、塔式堆肥反應(yīng)器、滾筒式堆肥反應(yīng)器和隧道或箱式發(fā)酵倉(cāng)等形式。筒倉(cāng)式堆肥反應(yīng)器占地面積較小，會(huì)出現(xiàn)溫度和曝氣等難于控制的問題。塔式堆肥反應(yīng)器的堆肥反應(yīng)器具有處理量大、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但一次性投資高，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，活動(dòng)部件多，維護(hù)工作量較大。筒倉(cāng)堆肥反應(yīng)器使發(fā)酵周期大大縮短，提高了曝氣的有效性和均勻性。張隴利等在密閉式堆肥反應(yīng)器中接種復(fù)合微生物菌劑后大大減少了氨氣的揮發(fā)［35］。在雞糞中加入1%市售的硫磺（S）進(jìn)行充分的混合并發(fā)酵，堆肥中，成品中氮的有效成分含量約提高1%，同時(shí)，由于氨在空氣中的擴(kuò)散受到抑制，可以減少氨氣等臭氣飄散［36］。

4 結(jié)論與展望

優(yōu)化飼糧組分、添加飼料改良劑是比較經(jīng)濟(jì)易行且有效減少氨氣的方法，但現(xiàn)在使用率不高。氨除臭吸附劑、表面覆蓋技術(shù)成本低，可操作性強(qiáng)。自動(dòng)干清糞技術(shù)可節(jié)約50%的勞動(dòng)力，節(jié)水減排效果明顯，很受養(yǎng)殖者的歡迎，并得到了廣泛的推廣利用。固液分離、密閉式堆肥發(fā)酵需要一定的設(shè)備，投入成本相對(duì)稍高。高能光電除氨技術(shù)處理效果好，但成本比較高，適用于資金雄厚的規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)。酸性處理技術(shù)投入高，實(shí)施困難，因此，應(yīng)該綜合運(yùn)用幾種氨減排技術(shù)，從而更好地減少氨氣的排放。

總之，加強(qiáng)對(duì)氨氣污染的重視，研發(fā)更高效的氨減排技術(shù)，從根源上控制舍中氨的產(chǎn)生以及在糞污處理過程中控制氨氣的排放，對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有較大的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。

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