現(xiàn)代化豬舍降低廢氣排放措施的應(yīng)用與研究

沈 盼高 巖 張 杰孫偉志李修松,2*趙世光 楊玉鵬

（1青島大牧人養(yǎng)豬研究院，山東青島 26600；2浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058；3傲農(nóng)集團環(huán)境工程研究所，福建漳州 363000）

“綠水青山就是金山銀山”，當(dāng)前，政府和公眾對環(huán)境的保護意識越來越強。規(guī)?；i場產(chǎn)生的廢氣也越來越受到政府和公眾的關(guān)注。豬場廢氣主要來源于豬舍糞污的厭氧分解，盡管沒有相關(guān)研究表明豬場的廢氣會對周邊的居民健康造成影響，但周圍的居民對豬場廢氣的氣味存在心理抵觸和厭惡情緒，使得政府對豬場廢氣排放的法規(guī)越來越嚴(yán)苛，豬場廢氣的排放一定程度上制約著養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。

目前，豬舍廢氣的評估方法主要依靠嗅覺，分為無味、弱、輕、中等和強度5個等級。豬舍廢氣化學(xué)成分復(fù)雜，種類多達數(shù)百種，但會引起人體不適的氣味主要有NH3、H2S和其他VOC，如三甲胺、甲硫基、二甲基硫醚、苯基乙烯等。減低豬舍廢氣的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用主要從舍內(nèi)源頭減量和舍外廢氣收集凈化等2個方向進行。

1 豬舍內(nèi)的除臭措施

1.1 合適的漏縫地板

Rantzer[1]為了研究漏縫地板和實體地板對豬舍衛(wèi)生和豬只生產(chǎn)性能的影響，將201窩斷奶5周的保育豬進行分組測試，對比結(jié)果顯示盡管二者在死淘率和日增重方面沒有明顯差異，但漏縫地板在提高豬舍衛(wèi)生、降低豬只發(fā)病率等方面明顯優(yōu)于實體地面。Rantzer試驗中采用的是塑料漏縫地板，其成本較高，在商業(yè)豬場中很難大規(guī)模推廣。Pedersen[2]比較了12種不同材料和形式的漏縫地板對豬舍NH3揮發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)水泥漏縫地板豬舍產(chǎn)生的NH3量高于塑料漏縫地板和鑄鐵漏縫地板，但在降低豬只滑倒和對豬只熱傳導(dǎo)性能方面優(yōu)于其他漏縫地板，且成本較低，比較適合成年豬舍使用。水泥漏縫地板上附著的豬糞會產(chǎn)生大量脲酶，尿液中的尿素在脲酶的作用下可迅速水解，產(chǎn)生大量的NH3[3]。增加開口可以避免糞污堵塞，Bengt研究[4]發(fā)現(xiàn)漏縫地板的開口縫隙2～30 mm，NH3揮發(fā)可以下降50%。漏縫地板的板條截面形狀對糞污排泄有顯著影響，Ye等[5]研究發(fā)現(xiàn)截面為梯形的漏糞地板排糞能力高于三角形截面。漏縫地板的面積比率對NH3揮發(fā)也有顯著影響，Aarnink研究發(fā)現(xiàn)25%漏縫面積的豬舍NH3濃度明顯低于50%漏縫面積的豬舍[6，7]。

1.2 電凈化技術(shù) （EPI）

電凈化技術(shù)由控制器、高壓電源、空間電極系列裝置組成，利用空間電場電極對空氣放電產(chǎn)生的高能帶電粒子和微量臭氧對豬舍中的有害氣體進行氧化分解，對粉塵進行吸附[8]。Winkel對采用電凈化設(shè)備的雞舍進行1年的測試試驗發(fā)現(xiàn)，采用電凈化設(shè)備的雞舍各種污染物濃度下降明顯（PM10：48.8%，PM2.5：64.9%，NH3：21.0%，臭氣：12.2%，CH4：5.3%，NO：15.9%），Murphy-Brown對安裝電凈化設(shè)備的2個2 000頭保育豬場進行了5個批次的對比試驗發(fā)現(xiàn)，安裝電凈化設(shè)施的豬舍，仔豬的日增重提高12.2%、飼料轉(zhuǎn)化率明顯提高9.3%，豬舍的空氣質(zhì)量環(huán)境有明顯提高，空氣污染物濃度明顯下降。

1.3 霧化油技術(shù)在豬舍中應(yīng)用

Zhang對2棟4 000頭育肥豬舍，采用雙肩式噴霧器對豬舍的過道、地板、豬只的躺臥區(qū)、排污區(qū)和身體進行噴灑植物油，經(jīng)過1年的測試發(fā)現(xiàn)，噴灑植物油的豬舍粉塵降低80%，H2S、NH3、CO2分別降低27%、30%、5%。Banhazi證實定期噴灑植物油可以降低46%的粉塵濃度，粉塵降低也意味著豬舍有害氣體濃度降低，Kim[9]等發(fā)現(xiàn)噴灑植物精油24小時后硫化物成分的臭味顯著降低。植物油噴灑過程中經(jīng)常會堵塞油路和噴頭，噴灑過程中避免較高的壓力，形成較細(xì)的霧滴，對人和豬的健康不利，WMPS推薦噴灑高度離地30英寸，噴灑量前2天噴灑40 mL/m2，后2天再噴灑20 mL/m2，剩下的時間噴灑5 mL/m2。

2 舍外除臭措施

2.1 生物過濾

豬舍廢氣處理所使用的生物過濾技術(shù)不是一項新技術(shù)，是自然界中微生物對大氣凈化作用在豬場中的應(yīng)用。生物過濾利用過濾介質(zhì)的微生物將豬舍廢氣轉(zhuǎn)化為CO2、水蒸氣和其他生物質(zhì)，能夠非常高效地降低豬舍有害氣體的排放。豬舍中使用的生物過濾介質(zhì)必須有較大的表面積且有足夠的營養(yǎng)形成一定的生物膜，理想的介質(zhì)包括泥炭、木屑、稻草等其中的一種或多種。這些介質(zhì)需要一個多孔的堅固支撐平臺，有利于豬舍廢氣均勻接觸生物膜，及時將有害氣體分解。生物過濾設(shè)計比較復(fù)雜，需要綜合考慮生物過濾介質(zhì)的厚度、空濾率、廢氣接觸時間、通風(fēng)量及保持微生物適合生長的濾質(zhì)濕度、溫度，WMPS推薦生物過濾介質(zhì)厚度為10～18英寸，孔隙率為40%～60%，豬舍廢氣接觸時間為3～5 s，通風(fēng)量每平方英尺為12～20 cfm，以及最佳濾質(zhì)濕度為40%～65%，溫度在21～32℃。生物過濾系統(tǒng)的除臭效率取決于設(shè)計和管理，Nicolai實驗證實生物過濾系統(tǒng)可以消除95%的臭氣和H2S、65%的NH3，提高廢氣接觸時間（EBRT）可以大大提高廢氣清除效率，Sun證實如果EBRT大于10 s，NH3清除率大于80%[10]。生物過濾的初始投資比較低，但當(dāng)豬舍廢氣通過生物過濾介質(zhì)可能會產(chǎn)生較大的壓降，增加了風(fēng)機的運行成本；室外的氣候條件隨時變化使過濾介質(zhì)很難有穩(wěn)定的濕度、溫度以及營養(yǎng)維持微生物生長繁殖[11]；冬季豬舍所需的風(fēng)量很小，如果豬舍采用間歇式開啟風(fēng)機方式進行通風(fēng)，過濾介質(zhì)中的微生物數(shù)量會因風(fēng)機關(guān)閉時段溫度過低而大大降低；舍外的鼠類的活動也會破壞過濾介質(zhì)空隙率的均勻性；這些不足限制了生物過濾方式在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用[12]。

2.2 濕式洗滌器

在豬舍排風(fēng)口安裝濕式洗滌器能夠有效凈化豬舍排出的廢氣中的粉塵、NH3、H2S和其他臭氣。豬舍濕式洗滌器主要是由面積較大的過濾器和能夠?qū)⑦^濾器充分濕潤的噴淋系統(tǒng)組成。為使過濾器與豬舍廢氣充分接觸，過濾器通常離風(fēng)機前或后4英尺放置。噴淋系統(tǒng)如果僅僅使用水，濕式洗滌器降低豬舍廢氣的粉塵和NH3排放率與通風(fēng)量大小有關(guān)，冬季通風(fēng)時可以降低60%，春秋通風(fēng)時降低30%，夏季通風(fēng)時降低20%，但是臭氣濃度降低有限。如果在噴淋系統(tǒng)中添加適量的酸溶液，豬舍NH3排放率可以最大降低到90%[13]，但是臭氣排放率最多降低27%[14]。Roland發(fā)現(xiàn)豬舍廢氣與洗滌器的接觸時間大于7.5 s，粉塵平均排放率降低68%；接觸時間小于7.5 s，粉塵平均排放率降低44%。NH3和粉塵排放率的降低取決于酸溶液的種類和配比、廢氣與洗滌器的接觸時間，臭氣排放率的降低取決于濕式洗滌器對臭氣成分的溶解。微生物能夠吸收分解豬舍廢氣的臭氣成分，能夠生長微生物的濕式洗滌器會大大降低豬舍臭氣排放量，微生物密度過大會降低NH3的排放率[15]。對豬舍廢氣分階段清洗，可以更有效地降低豬舍廢氣有害氣體排放量和粉塵[16]。青島大牧人公司將豬舍廢氣處理過程分為3個階段，第1階段利用物理原理降低NH3和粉塵排放率，第2階段利用化學(xué)原理進一步降解NH3，第3階段采用生物原理降低臭氣。經(jīng)為期1年的檢測發(fā)現(xiàn)豬舍粉塵、NH3和臭氣排放率分別下降。和生物過濾相比，濕式洗滌器對風(fēng)機不會產(chǎn)生過高的負(fù)載[17]，對舍內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)影響較小，在豬場廢氣處理領(lǐng)域具有廣闊前景。

2.3 植被緩沖區(qū) （VEBs）

豬舍周圍的植被緩沖區(qū)（VEBs）由各種樹木、灌木叢和植被構(gòu)成。VEBs類似于防風(fēng)墻，能夠降低豬舍廢氣的氣流速度，從而使廢氣中的粉塵更快地沉積，也能夠提高豬舍廢氣在垂直方向上的混合效率，使豬舍廢氣的濃度更低。VEBs也類似生物過濾器，植被的葉子能夠俘獲豬舍廢氣中的粉塵，也能夠吸附分解豬舍廢氣中的NH3、臭氣、H2S等有害氣體。VEBs被證明可以降低豬舍廢氣中50%的NH3和粉塵以及85%的H2S和66%的臭氣排放量。VEBs的效率取決于植被的種類和位置。NRCS建議防護帶要有多種不同種類和生長速度的植被組成，離豬舍較遠的樹種需要防風(fēng)能力強、高大的特性。排和排之間間距5～7 m。設(shè)計VEBs要避免豬舍廢氣在豬舍周圍形成氣流循環(huán)，豬舍廢氣倒流回豬舍。May建議VEBs離機械通風(fēng)的豬舍最短距離23 m，自然通風(fēng)的豬舍最短距離39 m。VEBs可以使豬場更加綠色美觀，使公眾對豬場更有好感，改善鄰里關(guān)系。

3 結(jié)論與展望

豬舍廢氣處理需要綜合實施多種方式，一種方式很難能夠?qū)⒇i舍排放率降低到理想水平。養(yǎng)豬生產(chǎn)邊界收益較低，選擇廢氣處理方式還要充分考慮投入成本和運行成本。選擇合適的漏縫地板及合理的漏縫地板布置方式是比較簡單有效且成本較低的降低臭氣排放量的方式。電凈化技術(shù)不僅能夠吸附粉塵，分解NH3、臭氣等有害氣體，還可以產(chǎn)生臭氧抑制病菌，但成本較高。噴油技術(shù)成本較低，但運行過程噴頭容易堵塞。生物過濾成本較低，但需要精細(xì)管理和設(shè)計，濕式洗滌器是較有前途的廢氣處理方式，需要在微生物生長和水量消耗上進一步研究。植被除臭在降低豬舍廢氣排放量的同時可增加豬舍的美觀，但也會招引鳥類，增加防疫風(fēng)險。

（另有部分參考文獻略，需者可函索）