稻壳醋液对猪粪尿消臭机理浅析及实践初探
2018-05-14张德欣陈虎刘艳芳
张德欣 陈虎 刘艳芳
摘 要:以企业提出的“稻壳醋液对畜禽粪便脱臭处理进而开发生物质肥料”为议题,从嗅感生理及养殖业治理嗅感污染的必要性、猪粪尿产生的恶臭物质的生成机理及组分、恶臭物质生成控制技术微生物学原理、稻壳醋液的主要成分及应用、稻壳醋液消除畜禽粪便恶臭的理论基础以及已有的研究成果和作者的实验情况做了归纳分析,并就稻壳醋液实施畜禽粪尿脱臭进而生产生物质肥料提出建议。
关键词:稻壳醋液;猪粪尿;脱臭机理;分析
中图分类号:S-3 文献标识码:A 文章编号:1672-4437(2018)04-0060-03
我国是传统的猪肉生产和消耗大国。近年来畜禽养殖业得到了迅猛的发展,但养殖业引起的畜禽粪便对环境的污染问题,依然没有得到很好的解决。许多养猪厂尚无粪尿处理设设施,造成嗅感污染和有机物及病原菌污染[1]。海泉粮油控股集团旗下企业——海泉风雷新能源发电股份有限公司,是一家以生物质气化发电及向电网销售与自用、生物质气化发电技术咨询及运营外包服务、生物质气化发电产生的炭等副产品的综合开发利用为主营业务的股份有限公司。在生物质发电过程中,产生了稻壳热解汽化的中间产品——稻壳醋液。实验表明,该稻壳醋液对于畜禽粪尿具有良好的脱臭作用。将稻壳醋液作为畜禽粪污脱臭剂,可解决其本身处理困难和环境污染问题,且能产生巨大的经济效益和生态效益。
1嗅感生理及养殖业治理嗅感污染的必要性
恶臭是一种多组分混合物形成的嗅觉感官污染物,很难量化和评价。研究表明,恶臭的强度与其组成物分子浓度的对数成正比,这就意味着即使恶臭的组成物的浓度下降90%,而人的嗅感感覺刺激强度却只下降了50%。恶臭物质的这些性质和人体嗅感感觉的特征规律增加了对恶臭成分控制的难度。
从生理上来说,嗅感具有以下特征:一是敏锐性强。人的嗅觉相当敏锐,一些嗅感物质即便在很低的浓度下也会被感觉到。如人对H2S气体的嗅感察觉阈值为千万分之一(0.1ppm),甚至更低,故此可以添加在液化石油气中,以使人们能及时察觉液化气气罐和管道是否泄露。二是易疲劳和适应。“入芝兰之室,久而不闻其香”,就是嗅感细胞的疲劳和适应现象。三是个体差异大。人的嗅感差异很大,即使嗅觉敏锐的人也会因不同的气味而有不同的敏锐度,还有一部分人可能会有“嗅感缺失”现象。四是阈值会随人体的生理状态而发生变化。当人的身体疲劳、营养不良或者在不同的生理期,对不同嗅感物质的感觉以及对同一物质的感觉阈值都会发生显著的变化。
嗅感物质对人及动物的生理具有极大的影响。美妙而优雅的气味有利于人体健康,而恶臭会严重影响人体健康。有调查数据表明[2],长期生活在养猪场周边恶臭环境中的人更易患气管炎、支气管炎、肺炎等呼吸系统疾病。随着社会经济的发展和人们对美好生活的向往,对养殖业恶臭的污染控制和综合治理,也变得越来越迫切。
虽然对猪等动物的嗅感生理行为的研究更为困难且尚缺乏系统性,但从生产实践中可以得出初步的经验:当饲喂的饲料新鲜度和香度好、猪舍环境卫生好时,猪的摄食量增大、长膘快,饲料报酬也高;而猪舍环境卫生不好时,猪舍内粪尿分解产生的恶臭使猪的抵抗力下降,代谢强度减弱,生产能力下降,对疾病的易感率上升。从养殖业自身提高经济效益的角度看,治理猪屎尿恶臭具有迫切性和必要性。
2畜禽粪便恶臭物产生的主要机理和恶臭成分
2.1畜禽粪便恶臭物产生的主要机理
养猪生产过程中的恶臭物质数量多且浓度大,可随风传播。微生物在粪尿恶臭组分产生和抑制过程中都具决定性的作用;挥发性恶臭物是猪粪尿中厌氧菌分解不同底物的终端或中间产物;降低能够产生恶臭物的微生物菌群的活性,也就可以减少恶臭物质的生成。那么,最重要的环节还是要分析出在猪粪尿中能够厌氧分解产生恶臭物质的主导型微生物菌群,可将猪排泄物中的主要微生物,从数量由多到少依次可分为以下六类:乳糖发酵菌、乳酸菌、梭菌、非乳糖发酵菌、葡萄球菌和肠球菌。
2.2畜尿粪便产生的恶臭的主要成分
黄灿,唐新燕[3]等指出,猪排泄物产生的恶臭物质主要包括挥发性脂肪酸、酚类、吲哚类、氨和挥发性胺、硫化氢、甲硫醇和乙硫醇;吲哚和酚类化合物则主要包括吲哚、臭粪素(3-甲基吲哚)、甲酚和4-乙酚。猪排泄物挥发性胺则包括腐胺、尸胺、甲胺、乙胺等,是新鲜猪粪尿排除后经过厌氧发酵,发生氨基酸的脱羧作用而产生的。猪粪尿的恶臭成分,从形成过程中来看,是猪粪尿在排泄之后通过厌氧发酵而产生的;其主要成分是挥发性较强的氨、低分子胺类化合物,包括硫化氢、甲硫醇和乙硫醇的低分子含硫化合物以及低分子挥发性脂肪酸。
3稻壳木醋液消除畜禽粪便恶臭的理论基础
木醋液是以醋酸为主要成分的pH3程度的酸性溶液,与食醋的成分和色调极为相似。简单的说,其生成就是在缺氧条件下把木头烧成木炭的过程中冒出的烟气经冷却液化而得到的液体。根据燃材的不同,一般将燃材的名称冠在木醋液的前面,稻壳醋液就是以稻壳为燃材缺氧热解过程中所得到的醋液。
国内学者徐社阳[4]等,以延吉市长白山木炭有限公司生产的木醋液(工业品)为样本,采用GC/MS法对其成分进行了分析,用karl fischer法测定的水分含量为89.9%;其他46种物质及其相对含量(干物质计)分别为:有机酸4种,其中乙酸50.3%,其他酸共4.66%;还含有含量较少、种类繁多的有机物,如酮类16种、酚类14种和一些酯类、醛类、醇类化合物。周健斌[5]等对稻壳醋液的成分及抑菌杀菌性能进行了研究分析。其对稻壳醋液的成分分析结果表明,在鉴定出的39种化合物中,以干物质计,其主要成分为:酚类17种(57.71%)、有机酸4种(13.35%)、酮类9种(12.63%)、醇类物质4种(3.77%),醛类1种(1.04%),酯类1种(0.48%),其他组分11.02%。徐社阳等与周健斌等虽然研究的是不同来源的木醋液,但除醋酸外,酚类物质、有机酸类物质和酮类物质成为木醋液的主导成分。
海泉风雷新能源发电股份有限公司生产的稻壳醋液初检结果的相关成分为:酚类物质合计(干基计,下同)为56.8%(共3种),萘和2-甲基萘为4.0%,其他组分虽然尚缺乏完整的分析数据,但其测定结果会趋同于周健斌等的测定结果。
4稻壳木醋液消除畜禽粪便恶臭的实验初探
以猪粪的臭味强度为指标,选择在颍上县黄桥黄标养殖场、吴海村吴建养殖场、谢庄谢成林养殖场等进行中试试验。以猪粪的臭味强度为指标,设置4个浓度水平,稻壳醋液与猪粪按依次为0:100(对照组)、5:100、10:100、20:100比例混合均匀,混合后置于500mL的棕色磨口玻璃瓶中,放在避光的橱柜中,平均室温20~25℃,选10名志愿者通过嗅感对臭味强度进行独立打分,以臭味极弱或无臭味为“0”分,以臭味很强或者无法接受为“10分”,保留小数点后一位,每24h评判一次,持续评判5d(120h)。最终统计结果显示:添加20%稻壳醋液,经24h后,臭味“有显著降低”,经过48h后,降低到“臭味幾乎消失”;添加10%和5%稻壳醋液,臭味均有一定程度的降低,但需要更长的时间。对照组经过120h后,臭味“没有明显降低”。
该试验表明:稻壳醋液对猪粪尿有消臭作用,且随着添加量的增加,消臭效果有显著的增强。经分析,猪粪尿的恶臭是厌氧性腐败菌对基质中的底物进行不完全代谢产生的。只要能够抑制或者杀灭这些产臭微生物菌群,就可以有效抑制恶臭物质的产生数量。抑菌、杀菌剂的抑、杀机理,主要有三个方面:一是干扰微生物的酶系,破坏其正常的新陈代谢,抑制酶的活性;二是破坏微生物的遗传物质,干扰其生存和繁殖;三是与细胞膜作用,使细胞通透性上升,导致细胞内物质逸出而失活。稻壳醋液的抑菌杀菌作用,也是从这三个方面对腐败微生物产生作用。酚类物质使菌体蛋白凝絮沉淀并且破坏细胞膜的结构,增加了腐败菌细胞膜的通透性,使菌体的内含物质外逸,阻障了微生物的物质及能量传递;醇类物质则通过破坏微生物细胞内蛋白质的肽键,使其丧失相应的生理活性,破坏蛋白质水化层,引起微生物新陈代谢阻障。这些物质的协同作用,形成了对腐败微生物的抑制和杀灭的效果。
参考文献:
[1]黄灿,唐新燕,等.猪排泄物恶臭产生与控制的微生物学原理[EB/OL].(2018-07-08)[2018-09-10].https: //
wenku.baidu.com/view/bbdec6c79ec3d5bbfd0a74d9.html.
[2]Mitloehner F.M.,Schenker M.B.Environmental
exposure and health effects from concentrated
animal feeding operation[J].Epidcmiology,
2007(18):309-311.
[3]黄灿,唐新燕,彭绪亚.猪排泄物恶臭产生与控制的微生物学原理[J].中国生态农业学报,2009,17(4):823-828.
[4]徐社阳,陈就记,曹德榕.木醋液成分的分析[J].广州化工,2006,31(3):29-31.
[5]周建斌,迟菲,秦恒飞.稻壳醋液的成分分析及抑菌杀菌性能研究[J].林产化学与工业,2011,31(2):63-68.