现代养猪业减少臭气排放措施的研究进展

谢金武，周庆华，汪加明，刘艳书

（湖南新五丰股份有限公司，湖南 长沙 410005）

在规模化和集约化不断发展的现代养猪行业，猪场的臭气处理问题越来越严峻，同时养殖环保的政策也在后非瘟时代越来越严格，养猪企业面临着很大的环保压力，所以养猪场臭气的排放在一定程度上制约着养猪行业的发展。目前行业内猪场臭气的处理主要有源头减排、过程控制和末端处理等3个方面。源头减排是实现减少臭气排放的关键措施，通过在生猪饲养过程中降低饲料中氮元素的比例，提高猪只对饲料的利用率，进而降低猪只粪尿中氮素的排放；过程控制是在养殖管理上注重猪只粪尿管理，减少臭气产生和释放；末端处理是将臭气进行集中处理，通过物理、化学、生物等手段吸收和降解臭气，减少臭气向周围环境的排放。

1 养猪场臭气

能够对人体嗅觉器官产生刺激、使人产生不开心以及破坏环境质量的气体物质都可以统称为臭气。在生猪养殖过程中，臭气主要来源于猪只粪尿和污水内的微生物对有机物的分解，猪只产生的粪尿和冲洗猪舍的污水中含有碳水化合物、脂肪、蛋白质、矿物质、维生素等多种营养物质，这些都是微生物生长和繁殖的重要营养来源，特别是在厌氧条件下，上述成分会被分解成散发难闻味道的物质。此外，猪舍空气中的粉尘与臭气的产生具有十分密切的关系，作为微生物载体的粉尘，其会吸附具有难闻气味的化合物和氨，同时粉尘中的有机物又被微生物不断分解而产生臭气。

1.1 养猪场臭气的主要成分

养猪场中的臭气成分十分复杂，其中包括挥发性的含硫化合物、氨与挥发性胺类、吲哚类和酚类以及挥发性脂肪酸等。Schiffman等[1]利用气相色谱-质谱（GC/MS）技术对猪场中的臭气进行了分析，发现猪场中的臭气含有多达331种不同的挥发性有机物（VOC）和固定气体。臭气中NH3（氨气）和H2S（硫化氢）浓度高，尤其是氨气约占臭气排放的90%，肥育猪的氨气排放量约为70 g/（d·头），对人畜健康影响较大[2]。

1.2 养猪场臭气的危害

养殖场的臭气不仅会危害人畜健康，还会破坏生态环境[3]。低浓度氨气的持续刺激可显著降低猪的采食量和抵抗力，高浓度的氨气则可直接刺激神经组织，并导致中毒性肝病、心肌损伤等。硫化氢能够破坏氧化型细胞色素氧化酶的分子结构，造成细胞呼吸功能障碍，引起组织缺氧。吲哚具有强烈的粪臭味，扩散能力强且持久，可导致畜禽采食量下降。另外，畜禽养殖过程中产生的氨气和硫化氢，可使大气氮含量增加，导致酸雨的形成[4]。为了减少养殖场臭气的危害，许多国家已制定了养殖场臭气排放标准，《GB 14554—1993 恶臭污染物排放标准》中规定，恶臭污染物厂界标准值，新扩改建氨气浓度限值为1.5 mg/m3，现有场为2.0 mg/m3，但是由于目前行业和市场面环保要求越来越高，目前标准可能已满足不了现在的现实要求。目前，国内外养殖场主要通过改变恶臭气体分子的形态和结构或者降低恶臭气体的强度来减臭。

1.3 养殖场臭气的主要影响因素

猪只粪便会因混入的尿液量、含水量、环境温度、清粪方式、通风量、pH以及贮存时间等因素的不同导致其分解所产生的恶臭物质成分和浓度存在很大差异[5]。

通风是影响猪舍内NH3浓度的主要因素，通风量大则NH3浓度低，通风量小则NH3浓度高[6]。在通风不变的情况下，影响猪舍内NH3浓度水平的重要因素还有猪只生长阶段、猪只活动强度和舍内温度等[7]。猪只在不同的生长阶段时，不同的饲料配方和饲养密度会造成猪只粪尿中的含氮量出现差异。不同的舍内温度则会对猪只粪尿中微生物的代谢活性造成影响，从而影响NH3在舍内的扩散情况。

猪舍的清粪方式与猪只粪尿是否分离、粪尿在舍内储存时间紧紧相连，从而引起舍内NH3浓度含量有所不同。清粪方式涉及到地面结构类型和清粪工艺。在地面结构类型方面，汪开英等[8]分析了半漏粪地面、实心地面、生物发酵床等3种不同猪舍地面类型对舍内NH3排放系数的影响，研究表明猪舍NH3排放系数受地面结构类型的影响非常明显，可以概括为实心地面猪舍＞半漏粪地面猪舍＞生物发酵床猪舍；在清粪工艺方面，养猪场常采用的水冲粪、水泡粪和干清粪等3种清粪工艺中，水冲粪和水泡粪都存在消耗水量大、污水生成量大以及其污染物质浓度高、舍内有害气体含量高等情况，从环境保护和生产质量两个方面考虑，现代化养猪场的最佳选用工艺就是干清粪工艺[9]。

2 臭气的减排措施

2.1 降低饲料蛋白质水平

在充分满足猪只营养需要的前提下，通过尽量减少猪饲料中的粗蛋白质含量，可以有效地减少粪尿中氮元素的排放量，进而实现减少臭气产生。有研究表明，将生长肥育猪饲粮粗蛋白质水平从15%降至12%，使粪便pH降低0.51单位，总氮浓度降低23.6%，铵浓度降低27.4%，降低猪粪氨排放28.6%，总挥发性脂肪酸从8.23 g/kg降低到6.05 g/kg[10]。黄健等[11]试验发现，饲粮蛋白质含量降低3%～4%，对猪的生产性能没有显著影响，能显著降低猪血浆尿素氮水平，并且猪舍内NH3浓度显著降低26.55%～57.85%。

2.2 合理使用饲料添加剂

活性炭、沸石粉等大孔高分子材料作为饲料添加剂，可通过物理吸附作用实现除臭。例如，在一种肉鸡日常杂粮中，通过添加2%复合吸附剂（茶渣∶活性炭=1∶5）可显著减少鸡舍中的氨气排放水平[12]；柠檬酸、延胡索酸等酸化剂既能提高猪只蛋白质的消化效果，又能减少胃肠道和排泄物中的恶臭性气体排放，还有利于抑制胃肠道中各种病原菌的生长繁殖、促进有益菌的生长繁殖，维持肠道微生态平衡[13]。植物型除臭饲料添加剂是目前应用较为广泛的除臭剂。例如，丝兰属植物提取物、茶叶、中草药等均具有除臭功效，其中丝兰属植物提取物是研究最多、应用最广的一种植物除臭剂。Colina等研究发现，保育猪饲粮通过添加125 mg/kg丝兰提取物可有效地降低保育舍舍内空气环境中的氨气浓度[14]。

微生物是畜禽养殖臭气的主要来源，调节肠道微生物的组成和代谢过程是减少规模化养殖场臭气排放的核心。微生态制剂是一种绿色、环保的饲料添加剂，其进入肠道后可有效抑制致病菌的增殖，调节肠道菌群结构，减少臭气的生成。Wang等[15]研究发现，饲粮添加枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以有效减少约50%的氨气排放，枯草芽孢杆菌所产的枯草菌素可以有效减少肠道中的产尿素微生物群，从而减少氨气的释放。

2.3 选择合适的漏粪地板

Rantzer等[16]学者的研究表明，在改善舍内卫生环境、降低猪只发病率等方面，漏粪地板显著优于实体地板。Pedersen等[17]对比了混凝土、塑料及铸铁漏缝地板猪舍内的NH3浓度，研究发现水泥漏缝地板猪舍内的NH3浓度更高，但水泥漏缝地板更有效地降低了猪只的滑倒率，且成本较低。漏粪地板的缝隙面积率对NH3排放也有显著影响，Aarnink等[18-19]学者通过研究分析发现，25%漏缝面积的猪舍内NH3浓度明显低于50%漏缝面积的猪舍。

2.4 粪尿分离和控制清粪频次

猪舍内的NH3主要来源于粪尿。粪便和尿液因长时间放置，粪便中有机物氮大量分解致使尿液中尿素的水解，进而造成舍内NH3含量增大，所以对粪尿进行分离可以有效降低NH3的排放[20-21]。Panetta等[22]在实验室条件下将粪尿进行分离后，发现NH3排放量降低了99.3%。Lachance等[23]研究发现，水泡粪清粪工艺下，粪沟清粪的频次由每周1次增加到每周3次，舍内NH3排放将会降低46%；刮粪板清粪工艺下，粪沟刮粪的频次由每周1次增加到每周3次，舍内NH3排放量将会降低49%，而由每周3次增加到每周7次，反而使得舍内NH3排放量会升高11%。牛欢等[24]发现，刮粪板清粪会加速NH3释放，在刮粪期间舍内NH3浓度会提高70%～75%；但是在刮粪1 h后，舍内NH3浓度会降低到刮粪前浓度的80%～85%。

2.5 控制舍内温度和湿度

猪舍内不同的温度和湿度都会直接影响到舍内的氨气浓度变化，进而对猪只的生产性能造成影响。李保明等[25]通过研究表明，猪舍内NH3的排放量会随着温度升高而升高，因为温度升高会使脲酶活性提高，同时使得水相的NH4+迅速地转化成气相的NH3。暴雪艳等[26]通过对封闭式分娩舍内的空气进行监测，结果显示舍内空气中NH3和CO2的浓度与舍内温度、湿度呈正相关（e=0.898）。

2.6 使用粪尿除臭剂

目前，现代养猪场圈舍中常见的除臭技术主要有吸附除臭、化学除臭和生物除臭等3种。其中吸附除臭的方法就是采取活性炭、沸石粉等具有吸附性的物质作为饲料添加剂。

化学除臭的方法就是通过采用化学除臭剂，使其与猪舍内的臭气直接发生化学反应，以达到降低舍内臭气浓度的目的。猪舍常用化学除臭剂的主要种类有硫酸亚铁、氯化亚铁、氯化钙等几种，用法是直接把这些除臭剂喷洒在猪舍内、粪沟和集粪池中便可[27]。

生物除臭法就是使用除臭菌种、生物酶制成的除臭菌剂、生物发酵液喷洒在舍内、粪沟或者集粪池中，利用微生物之间的协同、繁殖、共生作用转化分解粪便中的有机物质，利用微生物的硝化和反硝化作用来转换氮元素，以达到降低NH3排放的目的。

2.7 安装除臭设施

2.7.1 喷雾除臭系统 通过在猪舍内和负压风机排气口处安装喷雾除臭系统，通过喷到空气中的水雾，去除空气中的粉尘，并且在喷雾系统中添加酸化剂和生物除臭剂，通过物理吸附、酸碱中和、微生物分解等手段降低空气中臭气的浓度。同时喷雾除臭系统由于造价低、耗水量小、建设方便等受到很多养猪场的欢迎，但其本身去除臭气的效果有限，是其不可忽视的缺点。

2.7.2 湿式洗涤器 在猪舍负压风机外侧适宜位置安装湿式洗涤器，能够有效地过滤以及去除猪舍排出气体中的粉尘、NH3、H2S以及其他臭气成分，其由过滤器和喷淋系统所组成，投资较大，除臭效果相比喷雾系统好。耗水量大是该系统推广应用中的难点，供水困难的猪场要谨慎使用。喷淋系统只使用水的情况下，湿式洗涤器降低猪舍臭气的粉尘和NH3排放率与通风量的大小相关，冬季在通风时可以降低60%，春秋季在通风时降低30%，夏季在通风时降低20%[28]。湿式洗涤器单一使用水来降低臭气浓度的效果有限，Estelles等研究表明，在喷淋系统中添加适量的酸性液剂，最高能降低90%的氨气排放[29]，而臭气的去除率在3%～51%之间，平均去除率为27%[30]，酸性液剂的种类和配比决定NH3和粉尘的减排效率。目前在喷淋系统中合适添加的酸有草酸、次氯酸等。湿式洗涤器有多种安装形式，最常见的安装模式是水帘式的，要求更高的也有使用管道式的湿式洗涤器。

3 讨论与建议

现代化猪舍臭气处理需要综合源头、过程和末端3个方面实施减排措施，单一方面的减排措施难以将猪舍的臭气排放率降至理想水平。根据不同猪只生长阶段以及满足其营养要求的情况下，通过优化猪饲料配方，例如适量降低粗蛋白质含量以降低粪尿中氮素排放、选择合适的饲料添加剂以做到在猪只消化系统减少臭气物质生成，进而从源头减少臭气排放。粪尿控制过程中，首先建议使用半漏粪地板配合能做到粪尿分离的刮粪板清粪工艺，如果是水泡粪工艺的猪舍，需要适当减少粪尿储存时间以减少舍内氨气排放。其次，将猪舍内温度、湿度控制在合适范围内。最后，使用合适的除臭剂喷洒在粪尿上，进而从粪尿控制过程中减少臭气排放。末端处理工程中，根据猪场实际供水情况，使用喷雾除臭系统或者湿式洗涤器配合酸性液剂，具有较好的除臭效果，目前这些工艺在养猪场除臭工艺上已经广泛使用。