畜禽场氨减排技术研究进展

刁立鹏，张卓毅，吴迪梅，黄 镇

（北京市畜牧业环境监测站，北京 102200）

畜禽粪污产生的氨是大气中氨排放的重要来源之一。Clarisse等［1］报道，畜禽粪便排放的氨气约占大气中氨总排放量的 39%；Paulot等［2］对全球的氨排放检测显示，我国每年的氨排放总量约为1 200万t，美国和欧盟总和约为716万t。研究表明，氨是大气中PM2.5形成的重要前体物，可以与大气中的二氧化硫、氮氧化物结合生成硝酸铵、硫酸铵等二次颗粒物，而后者正是产生雾霾中溶胶的主要成分［3］。此外，氨具有强烈的刺激气味，对动物的黏膜产生刺激，可引发多种炎症，降低动物的免疫力，从而影响畜禽的生长发育和生长性能，甚至引发疾病，危害畜产品安全［4-5］。

由于舍内清粪不及时与通风不足，导致舍内氨气大量蓄积，造成舍内污染。另外，粪污在收集、运输、处理和农田施用过程是造成氨随机排放与周边空气污染的主要途径。因此，开展养殖场氨减排技术研究，促进养殖业氨减排与治理，是改善空气质量的重要举措，同时，也可以提高畜禽生长性能，预防疫病疫情的发生。

笔者旨在从氨产生的源头和排放过程着眼，即从内源氨营养调控、舍内原位净化、粪污处理过程3个方面，分析总结各种技术方法对于氨减排的效果，以期为粪污管理和氨减排技术研究提供参考。

1 内源氨营养调控措施

减少动物体内氨的产生是最有效的减少氨排放污染的方法。畜禽舍内的氨气主要来自于动物肠道对饲粮蛋白质的消化降解产氨，以及微生物对鲜粪、饲料残渣及垫料中含氮有机物的厌氧降解［6］。主要从以下两方面来减少动物体内氨的产生。

1.1 优化饲粮组分

家畜粪便中有20%～25%的营养物质未被机体消化，且其中部分为蛋白质、氨基酸和微生物氮［7］。Galassi等［8］通过研究低蛋白质和高纤维饲粮对猪的生长性能、养分消化率、氮沉积以及氨排放的影响，得出在满足饲粮氨基酸平衡和适宜能量载体物质平衡的条件下，适当降低饲粮的蛋白质水平可以减少氮排放。因此，优化动物营养饲料组分，减少含氮饲料的使用能有效降低氨的排放。

Bodera等［9］研究发现，在添加合成氨基酸的基础上，把日粮蛋白水平从18%下降到10%，可使氨氮和总氮的排放量分别降低40%和42%。Burgos等［10］研究指出，将奶牛饲料粗蛋白质含量从21%减少到15%，发现排泄粪便中总氨氮的含量从508.7 mg/L下降至228.2 mg/L，排放的氨气从149 g/（头·d）下降到 57 g/（头·d）。实际生产中设计配方时，必须满足必需氨基酸的需要量和能量载体适宜的情况下可以降低饲粮中蛋白质的水平。

1.2 添加饲料改良剂

采用饲料改良剂将减少氨的排放，用于氨减排的饲料改良剂包括丝兰提取物、干全酒糟（DDGS）及其可溶物、麦麸、大豆壳、肠道益生菌等。 Santacruz-Reyes等［11］报道，动物饲料中添加丝兰提取物可通过抑制脲酶活性，使粪污氨挥发量减少55.5%。蛋鸡饲粮中分别添加DDGS、麦麸和大豆壳，7 d后观察到，氨排放量由对照组的3.9 g/kg粪便干物质分别减少为1.9、2.1和2.3 g/kg粪便干物质［12］；郑卫国等［13］通过饲喂或在猪舍内喷洒益生菌发酵液的形式对不同阶段的猪进行了试验，结果发现，在添加益生菌菌剂的浓度为0.1%同时喷洒菌液的情况下，持续6个月可降低氨排放30%～40%，同样的处理方式连续进行1年，可降低氨排放40%～50%。

2 畜禽舍内氨减排措施

畜禽舍是重要的氨气排放源，舍内氨气的含量与动物健康直接相关。影响畜禽舍内氨气挥发的因素有通风量、清粪工艺及频率、垫料、温湿度、pH值等。提高清粪频率、增加通风量将有效减少舍内氨气排放。较高的温度、pH值和湿度也会使粪便中的氮更易转化为氨气而挥发［14］。控制畜禽舍中氨的含量，优化舍内空气质量，将能从源头上直接减少氨的排放及污染。

2.1 合理规划畜禽舍

基于氨产生的特点，氨的排放离不开畜禽舍的科学合理设置。畜禽舍的设置要严格控制畜禽舍的温度、湿度和通风量，主要从管道设计、日常管理和地面垫料等方面来考虑。

尽量选择使用漏缝地板和密闭的管道系统，把粪水池建在养殖场外，及时清除粪尿，避免粪尿潴留腐败分解。加强舍内管理，让舍内保持干燥和清洁，同时加强通风管理，及时排除氨气［15］。畜禽舍的地面垫料也是较好的中间控制措施。Sem等通过研究铺设有机垫料代替传统的单层垫料饲养系统，表明有机垫料系统能有效减少氨排放，同时，还可以将有机垫料资源化利用，是未来规模化养殖场值得借鉴和参考的模式［16］。另外，垫料可以进行一些物理化学处理，常用的有效配方有：用2∶1∶1的硫酸亚铁、沸石、煤灰按混合物铺撒；用40%硫酸铜和熟石灰处理的垫料；用2%苯甲酸或乙酸处理垫料。

2.2 使用氨除臭吸附剂

控制粪便中氮的含量可有效减少舍内氨的排放。常用的除臭剂包括物理除臭剂、生物除臭剂、化学除臭剂。物理除臭剂包括一些吸附剂，如各类沸石、活性炭和大孔高分子材料等。化学除臭剂指能够屏蔽和氨发生反应的化学制剂，包括硫酸盐、稀硫酸。生物除臭剂是利用微生物或微生物产生的酶降解氨和其他恶臭物质，主要包括活性微生物菌剂。Bajwa等将斜发沸石作为鸡舍的垫料添加剂，可使肉鸡舍内氨浓度降低60%。Li等［17］在鸡舍的垫料上加入硫酸氢钠，可使鸡舍氨的排放减少50%左右，同时，硫酸盐的使用对饲料转化率和体重都无显著影响。Neerackal等［18］采用1 mol/L的稀硫酸将循环使用的牛舍冲洗水pH值保持在4.5，结果发现可使牛舍粪污的氨排放减少70%。

2.3 采用舍内喷雾除氨

喷雾一般包括喷酸雾或者喷洒酸性电解水。Jensen［19］采用在舍内喷酸雾，保持酸雾 pH值为5.5，同时确保粪便收集池内猪粪pH值一直低于5.5，结果表明，猪舍内氨浓度可以从6.1～7.6 mg/m3降低到0.8～1.5 mg/m3，可吸入性颗粒物可以从1.0 mg/m3降低到0.28 mg/m3，总颗粒物从2.7 mg/m3降低到1.2 mg/m3。此外，不仅使猪的生长性能获得提高，同时粪便中氮素的提高有益于粪便的肥料化利用。郑炜超等［20］用微酸性（pH值介于5.5～6.5）电解水进行带鸡喷雾消毒，鸡舍通风量保持在83 500 m3/h，4 h后舍内平均氨气浓度降低了约30%。

2.4 氨气捕集系统

在空气捕集系统中，将氨吸收剂置于一定的装置内，通过将气体直接捕集至这一设施内以实现对氨的减排处理。Rothrock等［21］通过将酸液置于具有气体透过性的膜管中来吸收鸡粪产生的氨，膜管可以放置于鸡舍垫料表面或者内部，氨气透过膜管壁被酸液吸收形成铵盐。实验结果表明，采用该项技术，鸡粪排放的氨气大约96%可以被酸吸收管吸收，对于畜舍环境健康具有极佳的效果。Lahav等［22］把单独的气管放置于垫料附近，利用气泵吸取垫料附近的氨，并将其通入舍外的酸吸收系统中进行处理，其中酸吸收系统内酸液pH值控制在0～5，当氨气饱和时，更换新的酸吸收液，该装置对氨的减排效率达到100%。此外，可以在排风口处安装化学过滤器、酸性过滤器或生物过滤器，通过过滤器中的化学介质吸附或转化通过的氨气，从而减少舍内氨气向舍外的排放量［23］。

2.5 高能光电除氨技术

高能光电除氨技术的原理是利用UVC波段（185 nm和254 nm）的紫外线，分解空气中的氧分子产生游离氧，使游离氧与氧分子结合，形成臭氧。收集氨气等有害气体后，利用UVC紫外线光束及臭氧对氨气等有害气体进行协同分解氧化反应，使氨气等有害气体转化为低分子化合物、水和二氧化碳［24］。

对养殖场污水池中的厌氧池、缺氧池和污泥池等容易产生氨气等臭气的地方进行封闭化处理，并将该环节产生的气体输送至UV高能光电组合处理系统设备进行除氨处理。高能光电除臭设备在猪舍中的实际应用效果：在7、14、21、28 d时，试验组的氨气浓度显著低于对照组的氨气浓度 （P<0.0）， 分别下降 35.78%、40.54%、41.56%、39.20%［25］。

3 粪污处理过程中氨减排控制措施

尽管粪污处理氨减排的方法不尽相同，但总的原则是，减少粪污与空气的接触，减少粪污挥发的面积，可以通过增加表面覆盖物、促使粪污表面结壳和增加储存池深度等方法实现。另外，也可以通过降低pH值以减少氨的挥发［26］。

3.1 固液分离技术

固液分离是粪污处理中较为常用的一种工艺，即将固体粪污和液态粪污分开处理。由于液态粪污中氮主要以不稳定的尿素形式存在，当接触粪便中脲酶时转化为易挥发的氨气，固液分离可消除液体中的大量有机物质，削弱厌氧微生物的活动，从而减少有害气体的挥发和氨气的释放。研究表明，固液分离可使牛粪污和猪粪污分别减少30%～50%、10%～15%的有机固体［27］。Stansbery 等［28］对比了传统储污池与经固液分离的储污池中猪粪水氨气排放的差别，结果发现，氨气在贮存过程中的排放量减少了约90%。

3.2 表面覆盖技术

覆盖技术即使用一定的材料在粪污表面形成覆盖层，避免粪污与空气直接接触，从而减少氨气的外排，常见的覆盖方式有塑料薄膜覆盖、自然结壳、稻草覆盖、轻质黏土颗粒覆盖、土工布覆盖等。Scotford等［29］利用聚乙烯膜覆盖猪场粪污，监测发现其能够使氨排放量减少100%，但成本较高。自然结壳是由于粪污表面自然风干，形成一层保护层，防止氨的挥发，是最简单、最经济的方法，通常在牛场粪污存储中应用较多。自然结壳可以分别减少牛粪和猪粪储存过程30%～80%和20%～70%的氨排放。稻草覆盖是在粪污上覆盖切碎的稻草、稻壳和果壳等密度较小的材料，可以有效地减少粪污储存中37%～90%的氨排放［30］。该种覆盖比较经济也容易实现。轻质黏土颗粒覆盖可以减少83%～95%的氨排放［31］。轻质黏土材料不适合覆盖在固形物较多的粪污上，且有一定的损耗，需要定期补充。使用土工布覆盖在粪污表面，可以减少0～37%的氨挥发［32］，其减氨效果不受天气因素的影响。

另外，养殖污水覆膜存储工艺是利用高性能的防渗膜建立覆膜存储池，将养殖污水存储在底膜和表面浮动膜之间，经过一定周期的降解后，最终还田利用的新型养殖粪污处理工艺，可以实现阻隔污水与氨气等恶臭气体外排，具有良好的环保应用前景。另外，黑膜沼气池是用黑色的HDPE防渗膜材料将氧化塘底部和顶部密封成一体的超大型污水厌氧反应器，它也能较好的减少氨气。

3.3 酸性处理技术

通过在粪肥中直接添加适量的强酸或弱酸，粪污中的氨能够形成NH4+，减少氨气的挥发，提高作为有机肥施用时的氮含量。此外，适宜的酸度可以减少细菌的滋生。Hornig等研究发现，当粪污的pH值低于4.5时，氨、一氧化氮和甲烷排放量都有所减少。Kai等［33］通过浓硫酸处理沼液使其pH值降到6.0以下，可使储存过程中的氨排放量降低到10%以下。根据pH值的不同，酸化可使粪污的氨排放量减少50%～85%，效果显著，但调酸需要大量的投入，而且实施比较困难。但同时也应该看到，强酸在处理过程中存在安全隐患问题，以及降低pH值会使其他挥发性有害气体 （如硫化氢）增加［34］。

3.4 密闭式堆肥发酵

密闭式堆肥系统具有系统集成度高、密闭性好、堆肥速度快、自动控制程度高、投入成本低和建设周期快等特点。目前，密闭式堆肥系统有筒仓式堆肥反应器、塔式堆肥反应器、滚筒式堆肥反应器和隧道或箱式发酵仓等形式。筒仓式堆肥反应器占地面积较小，会出现温度和曝气等难于控制的问题。塔式堆肥反应器的堆肥反应器具有处理量大、占地面积小的优点，但一次性投资高，设备结构复杂，活动部件多，维护工作量较大。筒仓堆肥反应器使发酵周期大大缩短，提高了曝气的有效性和均匀性。张陇利等在密闭式堆肥反应器中接种复合微生物菌剂后大大减少了氨气的挥发［35］。在鸡粪中加入1%市售的硫磺（S）进行充分的混合并发酵，堆肥中，成品中氮的有效成分含量约提高1%，同时，由于氨在空气中的扩散受到抑制，可以减少氨气等臭气飘散［36］。

4 结论与展望

优化饲粮组分、添加饲料改良剂是比较经济易行且有效减少氨气的方法，但现在使用率不高。氨除臭吸附剂、表面覆盖技术成本低，可操作性强。自动干清粪技术可节约50%的劳动力，节水减排效果明显，很受养殖者的欢迎，并得到了广泛的推广利用。固液分离、密闭式堆肥发酵需要一定的设备，投入成本相对稍高。高能光电除氨技术处理效果好，但成本比较高，适用于资金雄厚的规模化养殖场。酸性处理技术投入高，实施困难，因此，应该综合运用几种氨减排技术，从而更好地减少氨气的排放。

总之，加强对氨气污染的重视，研发更高效的氨减排技术，从根源上控制舍中氨的产生以及在粪污处理过程中控制氨气的排放，对于养殖业健康发展和保护生态环境具有较大的实际意义和应用前景。

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