规模畜禽场臭气防治研究进展

2014-10-21简保权杨红文秦学敏邓先德

安徽农业科学 2014年17期

简保权，周磊，杨红文，秦学敏，邓先德

(1.农业部规划设计研究院，北京100125;2.农业部设施农业结构工程重点实验室，北京100125;3.贵州省畜牧兽医研究所，贵州贵阳550005)

近年来，我国畜牧养殖业快速发展，各地不断兴建规模养殖小区和畜禽养殖场，大大提高了养殖效率，为社会提供了丰富的肉、蛋、奶产品。但是，由于畜禽饲养集中度越来越高，污染问题日益突出。据测定，1个年产10.8万头的猪场，每小时可向大气排放159 kg的NH3、14.5 kg的H2S;1个存栏量为3万只的蛋鸡场，每天排放到空气中的氨气量达1.8 kg［1-2］。

畜禽场恶臭气体的成分复杂，大概有160多种［3］。按化学组分可以分为以下几类:①酚类和吲哚类;②挥发性含硫化合物;③挥发性低级脂肪酸类;④氨和挥发性胺类等。硫化氢和氨气是畜禽场臭气中的主要成分，也是国家规定的恶臭污染物［4］。

恶臭气体不仅降低畜舍空气质量、降低畜禽生产性能和抗病力(如呼吸道疾病、氨中毒)，而且会对畜禽场及周围人们的健康产生不良影响(如引起呕吐、精神不振、烦躁、记忆力下降、内分泌失调和心血管疾病等)［5-6］。随着政府的重视和人们环保意识的增强，国内对畜禽场臭气污染的防治已经起步。笔者从饲料调控、畜禽舍净化、管理和工艺等方面对臭气防治方法研究进行了综述，并分析了规模畜禽场臭气防控的发展趋势，旨在为解决畜禽场臭气问题提供借鉴。

1 饲料调控

1.1 日粮的科学配制降低日粮中粗蛋白水平，可以提高动物对日粮营养的吸收。应用合成氨基酸、饲料可利用氨基酸技术、理想蛋白，日粮中配合使用消化率较高的饲料原料，都可以显著降低日粮中粗蛋白的含量，有效减少氮排放［7］。研究表明产蛋鸡日粮中粗蛋白从17%降至15%，粪中氮含量可下降50%;粗蛋白水平降低1个百分点的猪日粮蛋白可减排氮8%［8］。配制饲料时应考虑动物的性别、消化吸收特点和不同生理阶段等，这可以提高消化率，促进营养素的吸收。试验表明，若日粮氨基酸平衡性较好，日粮中减少2个百分点的蛋白质水平不会对畜禽生产性能产生明显影响，却可使排泄物中氮含量下降20%。

1.2 应用除臭添加剂除臭饲料添加剂主要包括吸附型添加剂、酶制剂、酸化剂、微生态制剂、益生元、中草药添加剂和植物活性提取物等。

1.2.1 吸附型添加剂。吸附型添加剂主要指活性炭、沸石粉、膨润土、麦饭石等吸附型材料，具有表面积大、孔隙多、吸附和交换能力强的特点，可以吸附恶臭物质，从而达到除臭的目的。周庆民等研究表明在50 kg的兔饲料中添加2.5 kg沸石粉，在48.5 kg的鸡配合饲料中添加1.5 kg沸石粉，21～47 d后兔舍中NH3含量下降31%，鸡舍中NH3含量下降45% ～78%［9］。汪连松［10］研究表明添加 2%的沸石粉在蛋鸡饲料中，可以预防蛋鸡发生细菌性腹泻，使臭气排放量减少，且可以提高产蛋率。吸附剂的缺点是吸附能力会随时间推移而降低，除臭率较低，当温度升高到一定程度，还会放出吸附物。

1.2.2 酶制剂。添加植酸酶、蛋白酶等可以使日粮中的营养物质消化利用率提高，气体排放总量下降。研究表明，应用酶制剂可分别提高畜禽的氮和磷利用率17%～25%和20% ～30%，从而减少畜禽粪便中氮、磷的排放量，既节约饲料，又保护环境。在仔猪日粮中添加消化酶，可以增加肠道内消化酶，降低39%的猪粪排出量，42 d后再下降18%［11］。

1.2.3 酸化剂。添加适量酸化剂能使动物肠道内的菌群达到平衡，抗应激能力增强，消化道疾病减少，胃排速度延缓，营养素吸收充分;还可以防止饲料霉变，改善适口性，提高营养物质消化率，降低 NH3和 H2S［12］。汪莉等［13］报道在仔猪日粮中添加1%的柠檬酸和0.15%溢多酶可以提高饲料干物质消化率2.51%，提高粗蛋白质消化率6.49%，降低NH3浓度17.6%，降低H2S浓度14.95%。

1.2.4 微生态制剂。微生态制剂是一种多功能的菌剂，由酵母菌、乳酸菌、光合菌等微生物复合而成，又称为EM菌剂，不仅能抑制有害菌的腐败作用，减少臭味等有害气体，而且能增强机体抗病和消化吸收性能，有效减少有害气体排放。李维炯等［14］研究表明EM技术可以有效去除粪便恶臭，总除氨率为42.12% ～69.70%。于桂阳等［15］将EM菌料添加到猪日粮中，7 d后猪舍臭气下降明显，20 d后猪舍空气得到改善，有轻微发酵的乳酸味，试验组和对照组NH3和H2S浓度分别为6.58、10.24 和2.15、6.06 mg/m3，从而使猪的饲养环境得到改善。

1.2.5 益生元。益生元包括寡糖、半纤维素和果胶、含氮多糖、某些氨基酸和维生素等多种物质。添加益生元能改变动物肠道中的微生物及粪便发酵过程，还能改变粪尿理化特性，减少NH3挥发。目前应用较多的是短链带分支的寡糖类物质。汪莉等［16］研究发现在蛋雏鸡日粮中添加少量低聚糖，可使鸡的日增重显著高于对照组，NH3、H2S产生量和氮的排泄率显著低于对照组。

1.2.6 中草药添加剂。中草药添加剂是利用中草药某些成分与臭气分子发生反应，生成无臭物质，其中消毒杀菌成分能抑制细菌生长，减少臭气产生［17］。在鸡饲料中添加白术、甘草、茴香、苍术等，可以降低鸡舍臭味［18］。戴荣国等［19］研究发现添加木香、陈皮、厚朴等中草药可降低鸡粪中N、P含量，从而减少环境污染;添加量为2%时除臭效果较为明显，鸡舍内CO2浓度降低38.42%，NH3浓度降低36.76%，H2S浓度降低100%;这种除臭剂还可降低鸡粪中的臭气化合物甲酚、吲哚和3-甲基吲哚。中草药具有低毒和低残留性、无抗药性、经济实用性、多功能性等特点，使其开发价值愈来愈被重视。

1.2.7 植物活性提取物。茶叶提取物、菊芋提取物、丝兰属提取物等是常见的植物活性提取物。茶多酚是茶叶提取物的主要活性成分。它对硫化氢、氨气、吡啶、三甲胺、甲胺、甲醛、乙醛和吲哚的最大除臭率分别为(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］。其次茶叶提取物中少量的碳水化合物、咖啡碱、氨基酸等物质可通过化学和物理作用中和、吸附、缩合、聚合臭气物质。据报道，猪饲料中添加适量菊糖可以促进双歧杆菌的生长，减少猪的腹泻，降低粪便恶臭。另有研究表明，日粮中添加3%～6% 菊芋的新鲜厩肥(少于4 h)，其臭味比对照组日粮的厩肥淡了许多［21］。研究表明，在含16%粗蛋白质的饲粮中添加88 g/t丝兰提取物，可以抑制猪舍内60.96%的氨气挥发［22］。

2 畜禽舍环境的净化

2.1 通风法畜禽在舍内会释放水分、热量和二氧化碳，排泄物在微生物的作用下会释放臭气。最简单的方法是加强通风，将有害气体排出舍外。目前，机械通风在国内畜禽场已经普遍应用，而且自动化水平不断提高。张瑞青使用气敏传感器检测了猪舍内氨气，并采用变频调速装置对风机转速进行调整，实现了环境中氨气的调控［23］。但是，这种方法只净化了舍内空气，整个场区的臭气污染仍然没有消除。

2.2 吸附法吸附法主要是向粪便中投放吸附性材料，从而减少臭气的散发。吸附材料的物理特点是表面积大、孔隙大、吸附能力强和交换能力强。常见的吸附材料有沸石粉、膨润土、海泡石、麦饭石、活性碳、煤灰粉等。它们通过表面吸附水分子和气体分子，来减少畜禽舍内氨及其他有害气体。

吸附材料的使用方法有以下2种:①在加设的通风管道放入几层吸附材料和粘性吸附剂，在畜禽舍通风过程中，使大量的有害臭气被吸附。②将吸附材料粉末均匀撒在畜禽舍地面的粪便上，吸附水分同时也将粪便的臭气进行吸附。

2.3 化学法化学法是经过除臭剂与臭气发生化学反应使畜舍内臭气物质变成无臭物质，从而达到除臭目的。常用的化学除臭剂有硫酸亚铁、氯化亚铁、过氧化氢、亚硝酸盐、过氧化钙、磷酸氢钙、氯化钙等［24-25］。具体用法是将化学除臭剂撒在畜禽舍的地面上或粪池中，使除臭剂与粪便发生化学反应，从而抑制臭气的散发。

2.4 电净化法电净化系统可设置在粪道空间中和畜禽舍上方。直流电晕电场可抑制由动物粪便和空气形成的气-液、气-固界面边界层中恶臭气体的蒸发和扩散，对H2S、NH3、粪臭素、吲哚的抑制效率为40% ～70%。在猪舍空间的上方，电极系统放电产生的臭氧和高能荷电粒子对酪酸、硫醇、粪臭素、吲哚等进行分解，主要产物是H2O和CO2，分解效率为30%～40%。在粪道空间中，电极系统对上述气体的消除率为80% 以上［26］。吴吉祥等［27］将WIS复喷静电除臭消毒装置用于10万只种兔场，测试结果表明处理2.8×104m3/h，集中排放口臭气强度小于100(无量纲)，仅为现行国家排放标准的5%，厂界臭气浓度小于10(无量纲)，达到一级空气质量标准。

2.5 紫外光法紫外光技术法去除恶臭气体的方式包括:①紫外线作用于水分子和氧气，产生羟基、自由基、活性氧等活性基团和臭氧等强氧化性物质，它们与恶臭物质发生氧化反应，恶臭物质被转化为无害无臭的物质;②紫外线产生携能光量子，在携能光量子的轰击下恶臭物质分子键分解甚至断裂，变为没有臭味的原子或分子［28］。

我国复旦大学侯惠奇教授科研团队研制成功无极紫外灯，不但能有效分解各种恶臭气体，而且不会产生二次污染。对二硫化碳、硫化氢等废气的分解试验表明，在同等条件下无极紫光灯对恶臭气体的分解率比传统方法高50%［29］。

2.6 生物过滤法生物过滤除臭通过微生物的生命活动，将气流中的臭气物质转化为无味的简单物质。这种方法效率高、运行费用低、二次污染少，适用于中、低浓度的臭气处理。这种臭气控制法已应用到家畜饲养业中。目前，清华大学已获得5个相关专利技术。另有研究表明，使用陈敏等研制的畜禽养殖舍生物土壤滤体除臭装置可使CH4、NH3和CO2去除率达到95%;氮氧化物(以NO2计)和CO去除率达到85%，与畜禽臭气共同扩散的可吸入颗粒物(PM10)、总挥发性有机物(TVOC)和总悬浮物(TSP)去除率达95%，系统排出气体的臭气浓度分别为7.5～8.0，符合达标排放要求［30］。

2.7 复合型除臭方法多年来的研究发现，单独使用一种除臭方法，很难取得良好的除臭效果。徐廷声在养猪场除臭试验中采取EM制剂、沸石粉、煤灰粉相复合的办法，结果表明复合型除臭方法具有较好的除臭效果，应用物理除臭和微生物除臭相结合的效果优于单独的物理性除臭方法［31］。叶芬霞等将物理吸附与微生物除臭一体化，研制了复合微生物吸附除臭剂，试验发现复合微生物吸附除臭剂载体上微生物干细胞5.36 g/kg时，对鸡粪、猪粪和牛粪中臭气的去除率可达80%，H2S的去除率达65%。利用此除臭剂进行除臭试验，结果表明猪舍内H2S、NH3和恶臭浓度分别降低了66.7%、78.4%和83.3%。猪粪堆肥场内H2S、NH3和恶臭浓度分别降低了62.1%、84.4%和88.5%［32］。孙红丽等研发了“禽舍光触媒高效空气净化器”，集光触媒的催化作用、紫外线杀菌作用、臭氧杀毒灭菌为一体，氨初始浓度为1.85 mg/m3，2 h后氨浓度为 0.255 mg/m3，2 h氨去除效率为86.2%。细菌总数初始浓度为5 700 cfu/m3，经2 h后在出口处测定空气的细菌总数，浓度为520 cfu/m3，去除效率为90.9%［33］。因此，复合型除臭是今后研究的发展方向。

3 改进管理和工艺

3.1 及时清粪由于粪便是臭气产生的主要根源，因此及时处理粪便是减少臭气在畜禽舍积累的最好办法。及时清除粪便，清洗地面，避免粪便在畜禽舍堆积，可以尽量减少臭气在室内释放。

3.2 采用发酵床工艺采用发酵床养殖模式，通过发酵床快速分解畜禽粪便。发酵床养猪始于日本，20世纪90年代传入我国，是一种利用微生物分解粪便的全新的环保养猪模式［34］。发酵床猪舍内无臭，少蚊蝇［35］。近年来，经改造后的发酵床也可用于饲养肉牛、奶牛和肉鸡等，在控制畜禽舍臭气方面都起到了较好的效果［36］。

3.3 粪便资源化利用畜禽粪便在养殖场区堆放，也会散发大量臭气，污染环境，容易引发周围居民的抗议。因此，要对集中的粪便及时资源化处理，减少堆放时间。目前，对畜禽粪便的资源化处理主要有2种途径:①厌氧发酵生产沼气;②好氧发酵生产堆肥。由于厌氧发酵是密闭装置中进行，因此没有臭气散发。好氧发酵需要通风，会散发臭气。因此，对堆肥除臭的研究比较集中，目前主要采取添加臭气吸附剂、除臭微生物等方式［37］。

3.4 场区绿化绿化畜舍周围环境，建立隔离绿带，不仅能提供氧气，更能直接吸收氨及硫化氢，且树林可以减少粉尘量，降低风速并防止臭气外溢［38］。

4 展望

(1)进行养殖清洁生产，从源头上减少臭气的产生和释放是必须重视的环节。臭气来源减少，则防治工作就可以大大减轻。因此，改进饲料配方和养殖管理技术是臭气防治的一项重要内容，还需要继续研究下去。

(2)运行成本低、没有二次污染的除臭方法是规模化养殖场臭气防治研究的重点，特别是生物除臭技术。但是，单靠一种技术，其除臭效果是非常有限的，复合型、多样化的臭气防治技术的综合使用，可能是解决规模化养殖场臭气污染的必然选择。因此，研究多种除臭技术的结合必将是未来发展的趋势。

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