規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場除臭研究進展

易誠，鄧景衡，龍九妹，王晶，羅遠來，黃斌艷

(衡陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

惡臭氣體不僅對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，而且對人體健康具有很大的危害，國外早在20世紀(jì)50年代末便開始了惡臭氣體污染治理的研究，并積累了豐富的理論知識和實踐經(jīng)驗.我國20世紀(jì)80年代才開展惡臭氣體污染的調(diào)查、測試和標(biāo)準(zhǔn)方面的研究，而對脫臭技術(shù)的研究則是從20世紀(jì)90年代才開始進行.

我國已發(fā)展成為生豬生產(chǎn)第一大國，生豬也成為人民生活的必需品，據(jù)國家統(tǒng)計局公告數(shù)據(jù)，2018年全國生豬存欄42 817萬頭，比上年下降3.0%；生豬出欄69 382萬頭，下降1.2%.

隨著我國養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，畜禽廢棄物污染越來越嚴(yán)重，2010年第一次全國污染源普查公報表明，畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄污染物中COD的排放量達1 268萬t，占全國總排放量的41.9%、占農(nóng)業(yè)源排放量的96%，總氮達到106萬t占全國總排放量的21.7%、占農(nóng)業(yè)源排放量的38%，總磷16萬t占全國總排放量的37.7%、占農(nóng)業(yè)源排放量的65%.規(guī)模養(yǎng)殖場臭氣的排放日益受到公眾關(guān)注，如環(huán)保督查中某省的養(yǎng)殖場投訴中污水占87.5%，臭氣占62.5%，某區(qū)75宗養(yǎng)殖場污染投訴中，臭氣占49宗，污水占26宗.畜禽養(yǎng)殖場畜禽糞污及臭氣的產(chǎn)生，一是嚴(yán)重地影響?zhàn)B殖場的環(huán)境質(zhì)量，對周圍居民和大氣環(huán)境造成危害，引起環(huán)境和生態(tài)問題[1].二是畜禽場內(nèi)高濃度臭氣，對畜禽的健康生長和生產(chǎn)性能產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，同時，這些臭氣擴散進入大氣后，是重要的溫室氣體排放源.2014年1月1日起施行的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》關(guān)注的主要畜禽養(yǎng)殖的糞尿，畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18596-2001)污染物排放限值較為寬松，隨著畜禽養(yǎng)殖場擾民現(xiàn)象增多，尤其在臭氣排放方面廠群矛盾突出，國內(nèi)廣東省、浙江省、山東省等地均根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r制定了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn).目前，對畜禽養(yǎng)殖場臭氣、溫室氣體、粉塵以及病原微生物濃度和排放量的監(jiān)測與計算、傳播模擬與控制的研究已全面展開.

1 養(yǎng)殖場畜禽養(yǎng)殖臭氣的產(chǎn)生

惡臭是指大氣、水、土壤、廢棄物等物質(zhì)中的異味物質(zhì)，通過空氣介質(zhì)作用于人的嗅覺器官感知而引起不愉快并有害于人類健康的一類公害氣態(tài)污染物質(zhì).通常所指的臭氣，是指在物理、化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生出來的帶有惡臭的氣體.畜禽養(yǎng)殖惡臭主要是畜禽養(yǎng)殖廢棄物惡臭：一是畜禽糞便惡臭，為飼料中蛋白質(zhì)在畜禽體經(jīng)過代謝的終產(chǎn)物，為新鮮糞便的惡臭，與飼料及畜禽體內(nèi)腸道微生物菌群有重要的關(guān)系；二是糞便中代謝產(chǎn)物和殘留養(yǎng)分在細菌作用下再次進行分解產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)，同樣與飼料營養(yǎng)及作用菌群有關(guān)；三是廢棄的飼料，包括配合飼料和青飼料等，本身具有的腥臭味及在微生物的作用下被分解而產(chǎn)生的惡臭；四是牲畜的尿騷味及其分解的產(chǎn)物；五是家畜呼吸、畜禽體臭及飼料等產(chǎn)生的臭味.

目前，人體的嗅覺器官能感知的惡臭物質(zhì)有4 000多種，牛糞惡臭成分有94種，豬糞有230種，雞糞有150種[2-4].經(jīng)對畜禽糞便惡臭成分進行了鑒定發(fā)現(xiàn)，臭氣主要包括三類：含硫的化合物，如硫化氫(H2S)、甲硫醇、甲基硫醚等，含氮化合物如氨(NH3)、三甲胺等，碳、氫、氧化合物，如低級醇、醛、脂肪酸等.H2S和NH3是畜禽糞便惡臭的主要成分.

根據(jù)全球氨排放檢測結(jié)果，我國氨排放總量約1 200萬t/a，美國和歐盟總計約716萬t/a[5，6]，全球畜禽糞便的NH3排放量約占大氣中總排放量的39%，歐洲畜禽養(yǎng)殖NH3排放量占總排放量的74%以上，北歐和西歐是畜牧行業(yè)較為發(fā)達的地區(qū)，在英國、荷蘭、丹麥和德國，畜牧業(yè)排放的NH3分別占該國總排放量的75%、85%、82%和76%[7-9].美國畜禽養(yǎng)殖NH3排放量占總排放量的56%，我國畜禽養(yǎng)殖NH3排放量占總排放量的54.06%，日本畜禽養(yǎng)殖NH3排放量占人為源NH3排放量的64.3%[10-12].畜禽養(yǎng)殖舍內(nèi)的NH3主要來自于動物腸道微生物對飼料中蛋白質(zhì)的消化降解所產(chǎn)生NH3，以及微生物對新鮮糞尿、飼料殘渣及墊料中含氮有機物進行厭氧降解而產(chǎn)生的NH3[13].據(jù)測定，年產(chǎn)10萬頭的豬場，NH3排放量可達159 kg/h、H2S排放量可達14.5 kg/h的；存欄量為3萬只的蛋雞場，NH3排放量達1.8 kg/d[14-16].一個萬頭豬場排放的鮮豬糞中氮(N)排放量達105 kg/d，磷(P)排放量達70 kg/d，一個萬只蛋雞場排放的鮮雞糞中N排放量為24.45 kg/d，P排放量達23.1 kg/d.國內(nèi)常用的估算數(shù)據(jù)為：仔豬NH3的排放量為0.6 g/(d·頭)～0.8 g/(d·頭)，保育豬為0.8 g/(d·頭)～1.1 g/(d·頭)，中豬為1.9 g/(d·頭)～2.1 g/(d·頭)，大豬為5.6 g/(d·頭)～5.7(g/d·頭)[17].

研究表明，NH3是畜禽臭氣的主要成分，NH3質(zhì)量濃度是科學(xué)家衡量NH3對空氣以及PM2.5影響的方法之一，PM2.5成因復(fù)雜，既包括燃燒煙塵等直接排放的一次顆粒物，也包括污染物在大氣中進行化學(xué)反應(yīng)后生成的二次顆粒物.二次顆粒物在PM2.5中所占比例隨季節(jié)變化而不同，冬季約占30%～40%，夏季約60%～70%，NH3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[18]，是二次顆粒物的最主要組成部分.此外，具有強烈的刺激氣味的NH3，會刺激動物的黏膜，引發(fā)多種炎癥，從而降低動物的免疫力，甚至引發(fā)疾病，影響畜禽的生長發(fā)育和生產(chǎn)性能，危害畜禽產(chǎn)品安全[19，20].有研究表明幼豬生活在NH3濃度達到50 ppm的環(huán)境中，增重率會下降12%，達到100 ppm～500 ppm時，則生長率將會下降30%[21].

H2S低濃度時有臭雞蛋氣味，在臭氣中占的比例不大，但臭味呈現(xiàn)力更強.是強烈的神經(jīng)毒素，易溶于水，具有弱酸性，易被人體及畜禽呼吸道黏膜吸收，與Na+結(jié)合而形成硫化鈉(Na2S)，對粘膜有強烈刺激作用，可以麻痹嗅覺神經(jīng)，引起人體或畜禽眼炎和呼吸道炎癥、稍長時間接觸引起肺水腫，甚至導(dǎo)致細胞不能正常呼吸，缺氧死亡.通常畜禽養(yǎng)殖舍內(nèi)H2S含量不宜超過10 mg/kg，如果長期在低濃度的H2S環(huán)境下，家畜可能會發(fā)生植物性神經(jīng)功能紊亂，出現(xiàn)偶發(fā)或多發(fā)性神經(jīng)炎，體質(zhì)變?nèi)?，體重減輕，抗病力下降，并發(fā)生胃腸炎、心力衰竭等，使生產(chǎn)能力大幅下降[22-24].

畜禽養(yǎng)殖場的惡臭物質(zhì)不僅可能引起畜禽的免疫能力、代謝能力和生產(chǎn)性能的下降，還會因為惡臭物質(zhì)的擴散，對長期生活在周邊環(huán)境中的人群產(chǎn)生重要影響，能刺激人的嗅覺神經(jīng)和三叉神經(jīng)，對呼吸中樞產(chǎn)生毒害，可能引發(fā)患支氣管炎、肺炎等呼吸系統(tǒng)疾病[25]，嚴(yán)重威脅人類的健康.同時，惡臭氣體進入大氣后還會增加大氣中氮和二氧化碳的負(fù)荷，導(dǎo)致大氣污染，因此畜牧場臭氣污染愈來愈引起人們的重視.

2 規(guī)模養(yǎng)殖臭氣處理技術(shù)

2.1 臭氣源頭減排技術(shù)

從理論上說，臭氣控制的研究應(yīng)從防止臭氣的產(chǎn)生和控制臭氣的擴散兩方面來進行，顯然，防止臭氣產(chǎn)生顯得更加重要.有資料表明，養(yǎng)殖場臭氣排放中，糞污貯存與施用過程中占65%，畜禽舍內(nèi)占25%，飼料生產(chǎn)和貯藏占10%.實施源頭減臭：一是降低新鮮豬糞的臭氣，以降低畜禽舍內(nèi)的臭氣，二是降低糞污貯存過程中的臭氣.近年來，為降低新鮮豬糞及豬腸道臭氣的產(chǎn)生，養(yǎng)殖企業(yè)在飼料中添加了益生素、酶制劑、酸化劑、沸石等常用添加劑，還在飼料中添加可發(fā)酵碳水化合物和特殊的微生物菌群，通過改變腸道和糞便中的優(yōu)勢微生物種群及其發(fā)酵過程，來改變糞尿的理化特性，減少氨的揮發(fā)及臭氣的產(chǎn)生，并取得較好效果[4，26].而目前，更多的研究重點放在了植物型添加劑的開發(fā)上，如絲蘭屬植物提取物、茶葉提取物、菊芋等，越來越多的植物型添加劑用于養(yǎng)殖舍的除臭[4，27]，甚至在肉雞日糧中添加具有健胃消食、殺菌防腐等作用的中草藥制劑，達到提高雞對飼料的消化，減少糞污的排泄量，降低排泄物臭氣的目的[28].研究表明，糞污貯存過程中臭氣的產(chǎn)生主要是由于糞污中剩余的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分在厭氧微生物的發(fā)酵作用下所引起的，因此，實現(xiàn)糞污貯存過程中臭氣的源頭控制主要是降低飼料中的蛋白含量及進行日糧調(diào)控.

2.2 臭氣過程控制技術(shù)

糞污貯存過程中糞污中剩余的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分在厭氧微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的臭氣是主要的臭氣源，厭氧微生物及厭氧條件是臭氣產(chǎn)的主要原因.微生菌種對臭氣的產(chǎn)生有重要的影響，添加到腸道中的優(yōu)勢菌群不僅可以減少新鮮豬糞污的臭氣，一定程度上可以降低糞污貯存過程中的臭氣[4，27]，為減少臭氣的產(chǎn)生，也有在糞污貯存池中施用微生菌群以降低臭氣的目的，如日本琉球大學(xué)培養(yǎng)的有效菌群(Effective Microorganism，EM)，在污水及糞污除臭處理中廣泛應(yīng)用，EM作為一種多種細菌共存的生物體，菌群中同時含分解性細菌和合成性細菌，有好氧菌，也有厭氧菌和兼性菌，加入到污水或糞污中，被激活后迅速生長繁殖，依靠菌種相互間共生增殖及協(xié)同作用，快速消化及分解有機物，形成穩(wěn)定的微生物生態(tài)系統(tǒng)，抑制產(chǎn)硫、氮等微生物的生長繁殖，減少惡臭物質(zhì)的產(chǎn)生.中科院地理所研究表明：糞污臭氣物質(zhì)隨收集時間延長釋放增加，收集前噴灑復(fù)合微生物菌劑，可以減少臭味物質(zhì)釋放2～50倍，運輸時間超長糞污釋放臭味越多，運輸前噴灑復(fù)合微生物菌劑，可以顯著減少臭味物質(zhì)釋放.因此，為了降低臭氣的產(chǎn)生，應(yīng)該盡可能早地施用復(fù)合微生物菌劑.在沒有施用復(fù)合微生物菌劑的情況下，也可以通過創(chuàng)造不利于厭氧發(fā)酵的條件，如通過降低糞便含水量、降低溫度、改變pH值、施用殺菌劑等措施，降低可減緩厭氧微生物的活動，可以較好地控制臭氣產(chǎn)生[29-31].

2.3 臭氣末端控制技術(shù)

實現(xiàn)惡臭氣體末端控制，采用的方法一般分為物理方法、化學(xué)方法、生物方法(見表1).

(1)物理除臭法.是指處理過程中以物理方式為主的處理方法，主要有吸附、稀釋擴散、過濾等方法：吸附是當(dāng)流體(液體和氣體)與多孔固體接觸時，流體中某一組分或多個組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象，多孔性固體吸附劑使流體中的一種或幾種組分，在分子引力或化學(xué)鍵力的作用下，被吸附在固體表面，從而達到分離的目的.生產(chǎn)中使用最廣的除臭劑的活性炭、泥炭等，熟化的堆肥和土壤同樣具有良好的多孔性，因此也具有較好的吸附能力.稀釋擴散主要是指將有臭味地氣體用無臭空氣稀釋，降低惡臭物質(zhì)濃度以減少臭味方法，雖然臭氣排放濃度下降，但臭氣排放量沒有減少.

(2)化學(xué)除臭法.即是添加某些化學(xué)藥劑，使之與具有臭味的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而達到除臭的目的.主要有吸收、氧化、等離子體法等方法.吸收法是指利用液體吸收劑進行脫臭的方法，是溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程，使可溶性臭氣成分溶解于液體之中，再通過化學(xué)吸收或物理吸收達到除臭的目的，生產(chǎn)中一般采用水與化學(xué)氧化劑相結(jié)合的式，即可溶于水的中的臭氣物質(zhì)與氧化劑等發(fā)生氧化而達到除臭的目的，如NH3、H2S等有機物能在水體中有效地被吸收并除去.氧化法是指利用化學(xué)氧化劑將污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、低毒性或無毒性的物質(zhì)的過程，常用的氧化劑有臭氧、過氧化氫、次氯酸鹽、氯氣、二氧化氯、高錳酸鉀和芬頓試劑等，有機物一般可以氧化生成二氧化碳和水，或被部分氧化.近年來使用的光催化氧化技術(shù)是運用高能UV紫外線光束及臭氧對惡臭氣體進行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭氣體物質(zhì)其降解化成低分子化合物、水和二氧化碳.低溫等離子體技術(shù)除臭，低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當(dāng)外加電壓達到氣體的放電電壓時，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體，這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達到降解污染物的目的.

(3)生物除臭法.是通過微生物的生理代謝將具有臭味的物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化，達到除臭的目的.生物除臭一般通過反應(yīng)器完成，反應(yīng)器中通常含有馴化和活性填料，其中的馴化填料對微生物的生長、增殖產(chǎn)生誘導(dǎo)和促進作用，增殖強化微生物；活性填料給微生物菌提供棲息空間，增強微生物的活性，臭氣進入反應(yīng)器后，吸附到活性填料中，再向微生物表面擴散、被微生物吸附，轉(zhuǎn)移到微生物體內(nèi)，通過微生物的代謝活動而被降解.生物除臭其實包含了微生物的生物氧化，同時也包括活性基質(zhì)的吸附及基質(zhì)內(nèi)的化學(xué)氧化.一種復(fù)合式生物除臭反應(yīng)器，將不同的微生物、細菌或真菌分別接種在反應(yīng)器的2個生物反應(yīng)區(qū)中，發(fā)現(xiàn)通過其協(xié)同作用可以有效去除多種污染物，對NH3和H2S去除率分別達到96.7%和92.1%[32，33].

表1 臭氣末端控制技術(shù)處理效果

除處理技術(shù)以外，養(yǎng)殖的管理方式與技術(shù)對臭氣的產(chǎn)生也有重要影響，有研究結(jié)果表明，畜禽養(yǎng)殖場清糞方式對養(yǎng)殖舍內(nèi)臭氣成分及濃度有顯著影響[34]，機械清糞通過干濕分離系統(tǒng)實現(xiàn)自動清糞，極大地降低了工人的勞動強度和場舍的污水產(chǎn)生量，可顯著降低NH3等臭氣的產(chǎn)生量，有利于改善場舍空氣質(zhì)量，被養(yǎng)殖場逐步接受并應(yīng)用[35].

3 規(guī)模養(yǎng)殖臭氣處理發(fā)展趨勢

目前，在我國的規(guī)?；B(yǎng)殖大多采用尿泡糞、水泡糞、干清糞等工藝，糞尿的收集都采用漏糞地板，豬舍與糞尿收集池連通，在微生物的作用下臭氣濃度顯著增加，為了減少臭氣尤其是NH3對養(yǎng)殖的影響，絕大多數(shù)養(yǎng)殖場是通過對養(yǎng)殖場欄舍及集糞空間進行大功率的抽氣進行無組織的排放，對周邊的環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響.同時大功率抽氣設(shè)施的投入，增加投資及運行成本，根據(jù)某養(yǎng)殖公司提供的數(shù)據(jù)，其采用尿泡糞工藝收集豬尿糞，抽氣設(shè)備高達35萬元，運行成本高達20萬/a，還不包括設(shè)備檢修與更換.此外，養(yǎng)殖場實驗數(shù)據(jù)表明，飼喂丁酸鈉等源頭減排的微生態(tài)制劑等制劑，將增加成0.15元/kg～0.3元/kg，對本來就是靠規(guī)模的微利養(yǎng)殖業(yè)來說，將是難以接受的.

目前尚未有豬場臭氣集中收集工程處理的相關(guān)報道，在規(guī)?；B(yǎng)殖場內(nèi)進行關(guān)鍵部位的臭氣進行收集，收集后實現(xiàn)臭氣的收集與集中處置，從工程上解決養(yǎng)殖場臭氣處理問題，是今后徹底解決臭氣污染的重要手段.