减少家畜NH3排放量的外源性吸附剂研究进展

2020-02-16刘应进安志扬侯良忠郭同军

养殖与饲料 2020年10期

刘应进安志扬周辉侯良忠郭同军

1.新疆畜牧科学院，乌鲁木齐830011；2.新疆呼图壁县农业农村局，新疆呼图壁831200；3.新疆畜牧科学院饲料研究所，乌鲁木齐830011；4.新疆畜牧科学院奶业研究所，乌鲁木齐830011

家畜圈舍中高浓度NH3（氨气）可刺激皮肤和鼻粘膜，灼烧呼吸道，NH3还可与空气中水分子结合形成氨水，缓慢腐蚀圈舍钢铁和精密仪器，因此控制圈舍中氨气的浓度意义重大。NH3排放总量的18%来自家畜，减少氨排放已然成为世界各国热议的话题。

1 动物源NH3 的排放量

文献统计欧洲部分国家各行业中NH3排放比例，其中畜牧业NH3排放比例大于75%，如果将畜牧业氨气看作100%，那么其中80%来自动物粪、尿发酵和尸体降解，其余来自动物饲料发酵降解[1]。国内文献报道河北省在2004年家畜粪、尿发酵产生NH3量为2 850 t，且散养模式下粪、尿发酵产生的NH3量是集约化养殖的3 倍[2-4]。

2 日粮调控家畜NH3 排放量的弊端

家畜粪氮排泄量相当稳定，约占干物质采食量的0.6%，氮摄入量与粪氮、尿氮及总氮排泄量呈正相关关系。通过日粮调控减少排泄物中含氮有机物的含量是减少氮排放方法之一，但具有一定的缺点，例如增加精料比会增加饲养成本，导致酸中毒、蹄叶炎、过肥等问题；沼气池可以减少粪尿中氮的排放量，但成本高，并且存在技术推广服务、设施维护保养、北方冬季产气率低等诸多现实问题。因此，外源性吸附剂的应用成为减少NH3排放量的突破点。

3 常用外源性吸附剂的研究进展

现阶段研究发现，对NH3有吸附特性的常用的外源性吸附剂有过磷酸钙、分子筛、膨润土等3 种。

3.1 过磷酸钙

过磷酸钙又被称为普钙（Ca(H2PO4)2·H2O），是水溶性磷肥。过磷酸钙因呈酸性限制使用量，但对NH3具有一定的吸附能力，且吸附氨气可以中和酸性，同时提高过磷酸钙含氮量，在提高肥力基础上减少副作用。1 kg 过磷酸钙可吸附NH3重量为20.65 g。过磷酸钙对NH3的吸附有4 种途径：

1）氨气可溶于水分子形成一水合氨，Ca(H2PO4)2·H2O 有很强的吸水性，每千克Ca(H2PO4)2·H2O 可吸收水分431 g[5]。

2）普钙中含有部分游离H3PO4和游离H2SO4，均可与NH3发生中和反应[6]。

3）Ca(H2PO4)2与NH3的反应，过磷酸钙中主要成分为Ca(H2PO4)2，Ca(H2PO4)2与NH3发生化学反应生成NH4H2PO4和CaHPO4，随着反应物Ca(H2PO4)2不断减少，生成的NH4H2PO4和CaHPO4不断增加，过磷酸钙中含氮量不断升高，当接近2%时，开始生成(NH4)2HPO4和(NH4)2SO4。

4）CaSO4可与NH3和CO2结合生成稳定的碳酸钙白色沉淀[7]；由范德华力的物理吸附，但这种吸附作用较弱。

3.2 分子筛

分子筛的实质为硅铝酸盐，市面上的分子筛多为3A、4A、5A 和13X 这4 种类型，如黄豆颗粒般大小，阿里巴巴上价格为800 元/t 左右。分子筛坚硬表面和内部均有许多致密的小孔，可根据气体分子的直径和极性呈现不同吸附选择性，其对气体分子的吸附与膨润土相似，均为物理吸附。

据报道[8]，1 kg 孔径为4A、5A、13X 的分子筛可吸附4 种家畜圈舍中常见气体重量如表1所示。

3.3 膨润土

膨润土的矿物质称为蒙脱石，内含许多细密的孔道，NH3和H2S 等有害气体通过细密小孔时停留在小孔内，从而达到吸附过滤作用。有研究报道[9]，将膨润土置于泌乳牛舍测定NH3的吸收重量，试验发现每千克膨润土能吸收NH3重量为0.87 g，此试验中膨润土对氨气的吸附能力应大于实测值，因膨润土放在了地面，与地面接触位置细孔无法吸收氨气，推测每千克膨润土吸收氨气重量应高于0.87 g。