臭气末端治理技术在规模养殖场中的应用

2022-03-15褚玲娜蒋晓莉汪开英江有意

甘肃畜牧兽医 2022年10期

褚玲娜，韩强，蒋晓莉，汪开英，江有意

（1.长兴县畜牧兽医站，浙江长兴 313100；2.浙江大学农业生物环境工程研究所，浙江杭州 310058；3.长兴和平肥猪阁家庭农场，浙江长兴 313103）

近年来，从《环境保护税法》《大气污染防治法》等法律法规的相继修订，到《畜禽粪污资源化利用行动方案（2017—2020年）》《乡村振兴战略规划（2018—2022年）》等方案的陆续出台，可以看出国家对环境保护越来越重视，特别是对养殖环境提出了更高要求。为解决畜禽养殖环境污染问题，规模养殖场做好臭气减排工作势在必行。

1 养殖场臭气来源

养殖场产生的臭气主要来自畜禽粪便、尿液、体表污物、皮脂腺和汗腺分泌物以及呼吸等，其中以氨气、硫化氢、吲哚、粪臭素刺激性味道最为突出。畜禽粪污在运输、放置和处理（如堆肥或厌氧发酵等）过程中被微生物分解也会产生臭气[1]。

2 臭气的特点

一是连续产生、时段性明显。由于畜禽养殖是个连续的生产过程，因此臭气的产生和排放也是不间断的。但受动物活动、饲喂及舍内清洁等生产活动的影响，臭气浓度具有明显的时段性。例如，晨间和午后猪舍的氨气（NH3）排放量较大[2]。二是易受温度、相对湿度、通风等因素的影响。夏季温度升高，加快了微生物的分解速率，臭气排放速率随之加快。湿度增加，畜禽舍内垫料和粪污的含水率增加，臭气的排放速率下降。畜禽舍的通风量增大，会促进尿素中氮的分解，进而增加NH3等臭气的排放。

3 臭气末端治理技术

基于臭气的特征，养殖场的臭气治理应从源头减排、过程控制和末端处理3个方面着手。本文就末端处理进行阐述，主要包括粪污固液分离、对养殖场各污染源（如畜禽舍、粪污处理区）排出的臭气进行收集和处理等。此外，堆肥过程中的参数控制以及密封式发酵堆肥也可以减少臭气产生。

3.1 粪污固液分离

粪污固液分离后，畜禽粪污中的有机固体会显著减少。有研究表明，猪粪和牛粪经固液分离后，有机固体分别减少10%～15%、30%～50%。此外，固液分离也会使粪污中NH3的排放量显著减少。固液分离后的干粪主要有堆积发酵和发酵罐发酵2种处理方式，污水主要有工业化处理、膜处理、氧化塘多级净化处理等方式[3]。

3.2 畜禽舍/粪污处理区的臭气收集与处理

为减少畜禽舍、粪污处理区、堆肥车间等区域的臭气排放，一般在以上场所的墙壁上安装负压风机用以抽取臭气，负压风机排出气体端设置臭气收集与处理间。臭气收集与处理间内通常设置除臭挡网系统，通过喷洒除臭剂、紫外光解等措施，降低臭气浓度。以浙江新扩建的万头以上百家猪场为例，末端喷淋除臭技术逐步得到应用和推广，有67家采用了“在猪舍出风口收集臭气后喷淋处理”的方法[3]。2021年长兴县有3家新扩建万头以上规模猪场均采用末端喷淋除臭技术，其中1家在粪污处理区应用多层过滤减臭杀菌系统对臭气进行收集、处理，使其达标排放。多层过滤减臭杀菌系统主要由封闭棚、风机、过滤器、喷雾控制器和除臭杀菌剂发生器组成。臭气通过过滤器时，水溶性成分被吸附，有机成分被微生物氧化分解，最终产物是CO2和水；含氮和含硫化合物被转化为硝酸盐和硫酸盐，使臭气得到了净化，除臭效果明显。另外2家为“高楼养猪”，采用高压雾化生物除臭技术，该原理是利用高压泵组，将按照一定比例添加了次氯酸成品药剂或植物除臭剂的溶液加压，经高压管路至高压雾化喷头，形成飘飞的雾滴，雾滴快速混合到空气中，与空气中臭味因子发生吸附、分解等反应，从而达到除臭、消毒、杀菌的目的，同时还能达到加湿、降温、降尘等多重效果。

除臭挡网一般采用塑料网材，设置两层或两层以上过滤网膜，用于吸附排出气体中的粉尘。同时，挡网上的水能够吸附臭气中的可溶性成分，达到除臭的目的。此外，除臭挡网还可以结合喷洒除臭剂或配套紫外光解技术等综合除臭。因除臭挡网系统运行费用低和处理效果好，被逐步推广使用。该系统目前常用的装置为“挡网+喷雾”装置[2]。应注意挡网的安装位置，安装距离过近，会影响舍内风速；安装距离过远，加大占地面积。对于装置中喷淋液的使用，应根据季节和地理环境等特点，使用1种或2种及以上喷淋液[2]。需要注意的是，除臭挡网应进行定期清洁，以保证通风顺畅和除臭系统正常运行。

3.3 堆肥过程臭气处理

3.3.1 改善堆肥条件可通过改善堆肥条件减少臭气排放。通风、翻堆频率和C/N比是影响堆肥品质、臭气排放的重要因素。通风速率越大，NH3释放量越高[4]。同时，通风方式对NH3排放也有影响。研究表明，高强度通风、间歇性通风比持续性通风产生的NH3量均少[5]。翻堆频率通过影响堆肥的发酵速度而影响臭气排放。翻堆频率越大，NH3排放量越高。赵晨阳等[6]研究发现，猪粪条垛堆肥的翻堆频率提高，NH3的排放量相应增加。选用合适的C/N比不但能够保证堆肥质量，还能够减少臭气排放。

3.3.2 外源添加法除改善堆肥条件外，好氧堆肥过程中加入除臭剂，也能显著改善堆肥质量并降低NH3释放，同时不会对堆肥产生负面影响。堆肥除臭剂主要包括化学除臭剂、物理除臭剂和微生物除臭剂。

化学除臭剂主要有2种：一种是磷酸、柠檬酸等弱酸和硫酸铝、明矾等含酸的盐，由于氨在碱性条件下比在酸性条件下更容易挥发，当粪便中pH值下降时，NH3转化为NH4+，NH3的排放量减少。弱酸及含酸的盐就是通过降低堆肥中的pH值来调节NH3和NH4+的比例，从而减少堆体中NH3等臭气的排放。另一种是金属盐类，如硫酸铜、氯化镁、硫酸亚铁等。金属盐类可与氨发生水解反应，生成铵盐，从而达到固氮减排的目的。黄懿梅等[7]研究发现，与未加磷酸钙的堆体相比，加入磷酸钙的堆体NH3减排50%。需要注意的是，金属盐类的加入使铜、铁等重金属沉积，肥料施到种植基地后可能使土壤受到污染，因此建议该方法少用。

相较于化学除臭剂而言，物理除臭剂的减排方式以吸附为主，较为缓和，且除臭剂价格低，无二次污染。物理除臭剂主要有沸石、锯末、秸秆及膨润土等。这类物质表面孔隙较多，通过分子间的范德华力将臭气吸附。李冰等[8]研究发现，向堆体中分别添加食用菌渣、稻草、油菜秸秆3种辅料，可分别降低61.55%、35.12%、17.26%的NH3排放。不过不同材质的物理除臭剂对臭气吸附效果不同，且物理除臭剂在使用过程中，随着温度的升高，可能会释放已经吸附的臭气，吸附效果不稳定。

生物除臭剂主要有枯草芽孢杆菌、嗜粪乳杆菌、假丝酵母菌等微生物。微生物的代谢产物乙酸、乳酸等会在堆肥中形成酸性环境，从而抑制腐败物质的产生，但单一微生物除臭效果较差。目前常见的生物除臭剂是多种菌种复合使用，以改善堆肥中菌群体系，达到最佳除臭效果。孙瑞锋等[9]向鸡粪中添加0.1%枯草芽孢杆菌，NH3排放量减少了16.75%～20.35%。生物除臭剂除臭效果好且无二次污染，但由于不同微生物菌种对臭气的影响不同，有些微生物菌种起不到除臭作用，所以需谨慎选择。此外，在堆肥过程中，随着腐熟程度的加深，堆体温度不断升高，有些不耐高温的微生物可能会失活甚至死亡，因此需及时调整菌种类型和接种量。

3.4 密闭式堆肥

传统的敞开式堆肥周期长，堆肥过程中臭气会散发到环境中。密闭式堆肥不但能大大缩短堆肥时长，且由于密封性好，臭气经过处理后排放，不会逸散到空气中。密闭式堆肥系统一般由堆肥反应器、进料系统、通风和搅拌系统、传动系统等组成。堆料进入反应器后，由叶片对肥料进行搅拌，同时向反应仓内部通入空气。该系统可调节搅拌频率和通气量，使肥料在反应仓内均匀发酵，提升有机肥品质。