畜禽舍内恶臭气体控制技术及应用进展

时间：2024-05-23

蒲施桦，解雅东，龙定彪

（1．重庆市畜牧科学院，重庆荣昌 402460；2．农业部养猪科学重点实验室，重庆荣昌 402460；3．农业部西南养殖工程科学观测实验站，重庆荣昌 402460）

畜禽舍内恶臭气体控制技术及应用进展

蒲施桦1，2，3，解雅东1，龙定彪1，2，3

（1．重庆市畜牧科学院，重庆荣昌 402460；2．农业部养猪科学重点实验室，重庆荣昌 402460；3．农业部西南养殖工程科学观测实验站，重庆荣昌 402460）

我国畜禽养殖量的逐年上升，提高了人们的生活水平，同时也带来一系列的环境污染问题。文内阐述了畜禽舍内恶臭气体特征与来源，并从源头控制、过程控制和末端控制方面对恶臭气体的控制方法进行综述，为畜禽养殖场恶臭气体的综合防治提供参考。

畜禽舍；恶臭气体；控制方法；生物技术

技术、设备与建议

我国在20世纪90年代后期，畜禽业有了迅速的发展；畜禽养殖量的逐年上升，提高了人们的生活水平，而集约化和规模化的畜禽养殖却严重影响了周围居民的生活环境。由于没有完善的减排技术和有效的管理措施，使得大量的养殖场粪尿随意排放，严重侵蚀土壤、污染水质，尤其是粪污在厌氧发酵过程中产生的恶臭气体，会降低畜禽的免疫力、代谢能力及生产性能，同时容易导致周边居民患呼吸系统疾病。随着人们环保关注意识的提高，国内的畜禽恶臭投诉事件频繁发生，其投诉量在整个投诉案件中位居第二，已经成了一个严重的社会、环境问题。文内从恶臭气体的成分、来源以及恶臭气体污染治理现状等方面对近年来畜禽粪便恶臭控制的研究及应用进展进行综述，皆在为畜禽养殖场恶臭气体的综合防治提供参考。

1 畜禽养殖污染气体来源及特征

畜禽养殖场中的恶臭气体主要是动物排泄物中碳水化合物、含氮化合物和含硫化合物，在微生物厌氧发酵作用下的不完全代谢产物。经研究发现，猪场产生的恶臭气体和挥发性有机物多达331中，其中由畜禽粪便所产生的臭味物质有168种［1］。这些恶臭物质大致可被分为4类：一是含氮化合物及胺类化合物；二是含硫化合物；三是芳香族化合物；四是挥发性脂肪酸类。

1.1 氨气、硫化氢

氨气（NH3）是畜禽养殖场恶臭的主要成分之一，同时也是参与大气氮循环的关键成分之一［2］。它作为大气中唯一的碱性气体，在大气环境酸化过程中起到缓冲作用，同时NH3的排放会影响到甲烷（CH4）的氧化，从而加剧温室效应。Clarisse L等［3］报道畜禽养殖废弃物所产生的NH3占大气氨排放总量的39%，位居第一。养殖业的规模化促使饲养密度的不断提高，从而导致养殖场单位面积内NH3排放量的升高，据统计，1991年中国畜禽的氨排放量占全国总量（891．8万t）的64%，1993年畜禽的氨排放量占中国的氨排放量（1 200万t）的52%，1999年湖北省的畜禽养殖业排放的氨占总排放量的62．3%。总体来看畜禽氨排放量呈现逐年直线上升的趋势。

畜禽恶臭物质中，对人体和畜禽影响最大的是NH3和硫化氢（H2S），其中H2S主要来源于畜舍内未及时清理的粪便，以及粪肥搅拌、沼渣清理等过程。人畜长期处于低浓度H2S的环境中，会使抵抗力下降，中枢神经系统受到危害；而有些情况下，畜舍内的H2S 的浓度会达到1 000 mg/L［4］，这种高浓度的H2S会造成仔猪中毒死亡，严重时会导致人畜窒息。

1.2 芳香族化合物

猪场具有恶臭气味的芳香族化合物主要是吲哚类、甲酚、粪臭素等。这些环状化合物是由胃肠道中的众多微生物如拟杆菌属、乳酸菌属、梭菌及双歧杆菌厌氧发酵产生的［5］。其中苯酚、p-甲酚是由动物消化道中的酪氨酸和苯丙氨酸降解产生的［6］；吲哚、3-甲基吲哚、甲酚则是色氨酸代谢产物，统称为粪臭素，但因在储存过程中浓度下降，不被推荐为作为臭气的指示剂；能够产生芳香族化合物的微生物有很多，只有较少一部分细菌发酵后的产物是粪臭素。目前，已经发现能够产生粪臭素的细菌有：粪味梭菌、疾病梭菌、假单胞菌、根瘤菌、瑞士乳杆菌、乳酸杆菌11201等。

1.3 挥发性脂肪酸

挥发性脂肪酸是微生物在厌氧条件下分解粪便中的碳水化合物和含氮化合物的产物，主要由乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸及少量的戊酸、己酸和庚酸组成。挥发性脂肪酸的产生和比例与饲料本身有关，同时还受其他因素的影响，包括矿物质、离子载体、动物年龄和采食时间、有机物质、外流速度、酶制剂、中草药、健康情况等。一部分挥发性脂肪酸被微生物降解利用，以提供其新陈代谢所需能量，另一部分挥发至空气中，引起刺鼻的恶臭味，成为猪舍恶臭气体的组成部分。虽然具有恶臭气味的挥发性脂肪酸种类多，但其含量较少，在不同养殖规模和场合下，所存在的状态、含量的高低也不尽相同。

2 恶臭气体的控制措施

2.1 源头控制技术

源头控制技术是通过调整日粮，提高畜禽对养分的消化吸收，减少粪尿中的营养物质，达到降低畜禽粪便臭气浓度的目的。源头控制技术可被分为两类：一是调整日粮成分；二是在日粮中添加饲料添加剂。

2.1.1 低蛋白质日粮

科学设计畜禽的日粮是减少恶臭气体排放的一个根本途径。适当降低饲料粗蛋白质水平，平衡饲料中的营养物质，可有效提高动物对饲料的利用率，减少粪便中可被微生物利用而产生臭气的营养物质，从而降低畜禽舍内产生恶臭气体的浓度。据统计，通过理想模型计算出的日粮粗蛋白质水平每下降一个百分点，粪便中NH3的排放量就降低10%～12．5%；当日粮粗蛋白质水平降低2～4个百分点时，氮（N2）的排出量可降低38．9%～49．7%［7］。可见，低蛋白日粮可有效的减少畜禽舍内的臭气浓度。

2.1.2 饲料添加剂

饲料添加剂是指在饲料生产加工、使用过程中添加的少量或微量物质，用以提高强化基础饲料营养价值，提高动物生产性能，保证动物健康，减少臭气排放。微生物制剂、植物提取物、大多数中草药等都可作为畜禽养殖业的饲料添加剂。

微生物制剂可调节动物肠道菌群组成，在代谢过程中分泌有机酸和抗菌物质，降低肠道内pH，减少粪便中碳水化合物和含氮物质，从而降低粪便恶臭气体浓度，近几年，日本学者出把一种被称为“太古菌”的细菌添加到饲料中，发现其排泄物中的NH3几乎全部没有，H2S降低98% ，甲烷降低50%左右［8］；孙得发等［9］在饲料中添加植物天然提取物能够有效的降低畜禽粪便中N2的分解速度，降低环境NH3浓度，Farnworth等在断奶仔猪日粮中添加3%或6%的洋姜提取物，通过感官法判断发现可显著减少猪排泄物中恶臭物质的强度和粪臭素的浓度［10］；大多数中草药都含有丰富的消化酶，将其加入到饲料中后，可补充、完善、平衡饲料中的营养水平，从而提高畜禽对饲料营养成分的消化和吸收效率，这样可直接减少畜禽粪便中未被消化的有机物，最终减少粪便发酵产生的有害气体。

2.2 传播途径控制技术

2.2.1 物理法

物理法是一种短期内去除畜禽舍恶臭气体的有效方法，其工艺成熟，去除效率高，见效快，但并未从根本上消除恶臭物质。物理法主要包括通风、喷雾和吸附法等。

通风是降低畜禽舍内恶臭气体浓度最直接的方法，主要利用换气的方式来稀释畜禽舍内臭气的浓度。Burnett和Dondeo研究发现畜舍内及周围的悬浮粒子与畜舍臭气浓度的关系密切，喷雾装置就是利用高速气流对水进行分裂作用形成的雾化水滴与尘粒相互碰撞，由于吸附作用尘粒被附着在水滴表面或被水滴包围，形成较大颗粒，借助重力迅速沉降，从而减少畜禽舍内的悬浮粒子，达到降低恶臭浓度的目的。吸附法是依靠分子间范德华力吸附环境中恶臭气体，降低恶臭浓度，有研究人员评估了沸石对降低禽类粪便NH3排放的影响，结果显示使用5%沸石可使NH3排放降低81%［11］。

2.2.2 化学法

化学除臭是利用化学物质与臭气发生反应（如中和反应、氧化还原反应等），将猪舍内恶臭物质转变为无臭物质，主要包括光催化氧化法、臭氧氧化法、中和法、电净化技术等。

臭氧去除H2S、硫醇等恶臭气体的基本原理是利用臭氧能快速分解出具有极高化学活性的原子氧的强氧化性［12］，将具有臭味的物质氧化，使之成为无臭味的物质。光催化反应对于气相挥发性有机物和空气中的无机污染物具有普遍较好的降解与吸附效果，并对于空气中的细菌、病毒同样具有很好的灭杀作用。光催化材料是以活性炭为载体，将二氧化钛（TiO2）附着在活性炭上，

TiO2表面经紫外光照射产生电子—空穴对，产生高活性的· 0H自由基，NH3接触TiO2表面，会发生一系列氧化还原反应，最后降解成H20、N2等无害物质［13］。有研究表示，在密闭空间内涂上纳米TiO2光催化涂料对NH3进行降解，7 d后降解效率达到91%，其降解产物为氮气和水［14］。电净化技术是利用直流电晕电场抑制由粪便和空气形成的气—固、气—液界面边界层中的恶臭及有害气体的蒸发和扩散，将NH3、H2S等恶臭气体与水蒸气相互作用形成的气溶胶封闭在边界层中，有研究表明电净化技术对恶臭气体的抑制效率可达到40%～70%［15］。

2.2.3 生物过滤技术

生物过滤法是较为广泛的一种去除臭气的方法。生物过滤是在有氧条件下，使恶臭气体通过湿润的过滤材料，利用过滤材料中的好氧微生物与臭气物质接触，有机成分被微生物吸收转化为CO2，而NH3和H2S则分别被微生物转化为硝酸和硫酸，从而有效地去除了恶臭气体。

生物过滤器的效率会被填料的种类、填料的温度、填料的pH等因素影响。一般常用的过滤器填料有木屑、泥煤、堆肥、高肥力的土壤等，这些材料可以提供较好的持水性、足够的养分和丰富的微生物种群。添加木屑可以提高填料内部的比表面积，同时也可调节填料的碳氮比，研究表示，填料碳氮比在25～40之间，营养成分最利于微生物生长。泥煤的主要优点是有机质丰富、比表面积大，持水性和透气性均良好，但是其含有的无机盐营养和微生物较少。堆肥则是最常用的填料，堆肥中含有丰富的微生物种群，可以降解不同种类的污染物，且价格低廉容易获得。涂德浴的研究表明［16］，在较佳的操作条件下以堆肥为主要填料的生物过滤器对NH3和H2S有很好的去除效果，其出气口的NH3和H2S的去除率可达90%以上，其排放浓度完全可以达到国家的排放标准。蚯蚓粪是一种吸附力强，比表面积大的有机质，近年来也作为填料的一种被应用在生物过滤器中，研究表示：以堆肥、木屑、蚯蚓粪为填料的生物过滤器处理臭气可以达到二级排放标准［17］。生物处理技术的投资和运行费用仅为物化法的1/4～1/20［18］，且生物处理技术具有效果好、无二次污染等优点。

2.3 末端控制技术

畜禽养殖场的恶臭污染很大一部分来源于畜禽粪便发酵分解，对粪便控制方法都属末端控制，主要的控制方法是堆肥法等。

堆肥法：堆肥是在人为控制堆肥因素的条件下，利用微生物将畜禽粪便实现减量化、无害化、稳定化处理，使之转变为有利于改变土壤性状并对作物生长有益和容易被吸收利用的有机肥的方法［19］。研究表明，温度、水分、pH、通风条件、碳氮比、有机物含量等因素均会影响堆肥进程。堆肥可以有效地避免粪便堆积，同时减少由于粪便堆积带来的恶臭气体污染，还可将其转变为有机肥供其他行业使用，是现如今较为环保、经济的粪便处理的方法。

2.4 各处理方法比较

对于以上各种处理方法，均可达到改善环境的目的，但其他的功能却不相同。表1是文中所综述的各种处理方法的优缺点。

3 研究展望

现如今我国对畜禽养殖恶臭气体处理的研究很多，针对我国目前除臭技术的发展状况来看，生物法将会成为未来的发展趋势。然而，随着畜禽养殖场恶臭气体的成分的日益复杂，生物法还有些方面需要完善，例如寻找更加稳定、高效、经济的微生物来提高恶臭气体的去除效率；如何选择更高效的生物过滤器填料，使其不但可以增大填料的比表面积，还可以增强其吸附能力；考虑在单一处理方式的基础上配合其他方法使用，以达到更好地去除恶臭的效果；开发更节能、高效的设备、装置等，这些问题都将是我们今后研究所需要解决的。

［1］ ONEILL D．H． and V．R． PHILLPS．A review of the control of odour nuisance from livestock building：Part Ⅲ properties of the odorous substances which have been identified in livestock wastes or in the air around them［J］． Journal of Agriculture Engineer Research， 1992，53：170-175．

［2］汪开英，代小蓉．畜禽场空气污染对人畜健康的影响［J］．中国畜牧杂志，2008，44(10)：32-35．

［3］李大刚，李杰．不同脲酶抑制剂对瘤胃微生物数量的影响［J］．粮食与饲料工业，2004 (9)：38-40．

表1 各种处理方法的优缺点比较

［4］钱承梁，鲁如坤．农田养分再循环研究：Ⅲ．粪肥的氨挥发［J］．土壤，1994(4)：169-174．

［5］邓远帆，廖新．营养途径调控动物肠道微生物与臭气减排研究进展［J］．家畜生态学报， 2015， 36(3)：1-9．

［6］ YE F X， ZHU R F， YE Y F．Preparation of complex microbial adsorbent for deodorization and its application to 10deodorization ［J］．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2008，8：254-257．

［7］蔡辉益．优质环保饲料的营养理论基础与应用技术研究进展［C］．动物营养研究进展，北京：中国农业科学技术出版社，2004：263-271．

［8］郭芳彬．防止规模化猪场恶臭及有害气体危害的研究概述［J］．养猪，1998(3)：36-37．

［9］孙得发，徐秀容，张宏福，等．脲酶抑制剂对肉仔鸡代谢氨浓度的影响［J］．西北农林科技大学学报(自然科学版)，2002，30(2)：59-62．

［10］ FARNWORTH ER， MODLER HW，MACKIE DA． Adding Jerusalem artichoke to weanling pig diets and the effect on manure composition and characteristics ［J］． Anim Feed Sci Technol，1995，55：153-160．

［11］陈国营，詹凯，李吕木．家禽生产过程中NH3的产生及控制研究进展［J］．中国农学通报，2012，28(5)：8-12．

［12］ LU， C， LIN， M．R．， WEY， I．Removal of EATX from waste gases by a trickle bed air biofilter ［J］．Environ．Eng，2001，127(10)：946 951．

［13］ HOFFMANN M R， MARTIN S T，ChOI W， et al．Environmental applications of semiconductor photo catalysis ［J］．Chem ReV，1995，95(1)：69-96．

［14］赵同瑞．二氧化钛光催化技术控制猪舍氨气污染的研究［D］．河南科技大学， 2014．

［15］陆桂荣，李志贤，刘雪兰．畜禽舍空气质量控制技术研究进展［J］．家禽科学，2015(7)：48-54．

［16］涂德浴．生物过滤器在臭气处理中的应用研究［D］．安徽农业大学， 2004．

［17］龚兰芳．生物过滤器处理畜禽业中恶臭气体的研究［D］．四川农业大学， 2009．

［18］ DESHUSSES M．A． Biological waste air treatment in biofilters［J］． Current Opinion in Biotechnolo gy，1997，8(3)：335-339．

［19］陈丹丹，谷子林，王圆圆，等．畜禽粪便污染及其防治措施的研究［C］．生态环境与畜牧业可持续发展学术研讨会暨中国畜牧兽医学会2012年学术年会和第七届全国畜牧兽医青年科技工作者学术研讨会会议论文集——TO3环境与动物健康专题． 2012．

2016-01-26）

重庆市农发资金项目（15408）；现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-36）；

蒲施桦（1986.08），女，助理研究员，硕士，研究方向为畜禽养殖环境，710108384@qq.com.