北方地區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖場無組織惡臭污染特征

郭二果 李長青 張穎杰 田彥峰 閆海霞 張曉娟

摘要：養(yǎng)殖場惡臭污染特征研究是惡臭控制機(jī)制的理論基礎(chǔ)。本文以呼和浩特市某規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場為例，研究北方地區(qū)奶牛養(yǎng)殖場無組織惡臭污染特征，結(jié)果表明：（1）牧場廠界和周邊環(huán)境NH3、H2S、臭氣等無組織惡臭氣體濃度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，主要污染因子是NH3。（2）泌乳牛舍、氧化塘是奶牛養(yǎng)殖場臭氣的主要來源。（3）泌乳牛舍、氧化塘、堆肥場等各污染源以及牧場廠界NH3濃度均不同程度表現(xiàn)出午后14：00—15：00出現(xiàn)高峰。周邊敏感點(diǎn)處NH3濃度一天中呈現(xiàn)中午高、早晚低的變化規(guī)律。（4）在環(huán)境溫度為20℃，風(fēng)速3m·s-1 的條件下，養(yǎng)殖場NH3下風(fēng)向50 m范圍內(nèi)，氨氣濃度的下降趨勢明顯，在50 m之外，氨氣濃度基本保持不變。

關(guān)鍵詞：北方地區(qū);規(guī)模化養(yǎng)殖場;惡臭;污染特征

Abstract：Pollution characteristics of the malodorous gas were the theoretical basis of their control mechanism in the farms.Pollution characteristics of fugitive malodorous gases were researched， taking one large-scale dairy farm in Huhhot city for example， and the results showed that：（1） The concentration of NH3， H2S and odor on the border of most fugitive emission sources and the concentration in the surrounding environment can be up to the standard， and the main pollution factor was NH3.（2）The secrete milk cow shed and oxidation pond were main source of pollution of the malodorous gas in the farm.（3）The concentration of NH3 on the border of the secrete milk cow shed， oxidation pond，composting site and the whole farm all reached peak from 14：00 to 15：00， and diurnal variation curves of NH3 concentration in the surrounding environment showed that it was higher at noon， and lower in the morning and evening.（4）When the air temperature is 20℃ and the wind speed is 3m·s-1，the concentration of NH3 decline sharply within 50m range downwind of the farm， while the concentration of NH3 keep stable beyond 50m range.

Key words：In the northern area;Large-scale dairy farm;Fugitive malodorous gas;Pollution characteristic

畜禽糞尿、廢水的產(chǎn)生、儲存、處理過程會釋放惡臭氣體，造成養(yǎng)殖場及周邊空氣污染，對周邊人群的健康產(chǎn)生一定危害，惡臭污染問題是養(yǎng)殖場污染防治的主要關(guān)注點(diǎn)之一。目前關(guān)于惡臭污染研究集中在污水處理廠[1，2]、工業(yè)園區(qū)[3]等方面，對畜禽養(yǎng)殖惡臭污染的研究多集中在泛泛探討惡臭危害及控制措施上[4，5]，針對養(yǎng)殖惡臭污染特征的研究，有學(xué)者研究了南方地區(qū)機(jī)械通風(fēng)方式下的生物發(fā)酵床、半縫隙地面、全縫隙地面、水泥實(shí)心地面豬舍惡臭擴(kuò)散規(guī)律[6]，也有學(xué)者從某一角度研究了上海、山東規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場惡臭污染物擴(kuò)散規(guī)律及影響因素[7，8]，而對北方地區(qū)規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場典型無組織惡臭污染時空分布特征的詳細(xì)研究報道較少。本文以地處北方地區(qū)的呼和浩特市某規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場為例，研究規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場無組織惡臭污染特征，為類似地區(qū)奶牛養(yǎng)殖惡臭污染防治管理提供依據(jù)。

1 研究地概況

試驗(yàn)?zāi)翀鑫挥趦?nèi)蒙古呼和浩特市土默特左旗，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.3℃，極端最高氣溫達(dá)到39.3℃，極端最低氣溫-35.6℃，全年主導(dǎo)風(fēng)向西北風(fēng)，年平均風(fēng)速2.2m/s，瞬時最大風(fēng)速可達(dá)36m/s。養(yǎng)殖規(guī)模設(shè)計(jì)3 000頭國際良種奶牛，年產(chǎn)奶21 000t，本研究期間實(shí)際養(yǎng)殖規(guī)模2 627頭。牧場建設(shè)封閉式牛舍、堆肥場，圈舍、堆肥場所均具有通風(fēng)設(shè)施，采用干清糞方式，圈舍清理出的糞肥當(dāng)日送堆肥場發(fā)酵做牛床墊料或堆肥，泌乳牛尿液、沖洗廢水（產(chǎn)生量2.74×104m3/a）采用暗溝排到糞污收集池，經(jīng)固液分離后排入三級氧化塘（2座35m×55m×5.5m，1座45m×55m×5.5m）發(fā)酵處理后用于有機(jī)青貯種植追肥。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及監(jiān)測方法

在收集歷史資料的基礎(chǔ)上開展研究實(shí)測。共設(shè)置16個監(jiān)控點(diǎn)，選擇堆肥場場界、泌乳牛舍場界、氧化塘區(qū)域邊界以及牧場廠界，4個場（廠）界外分別設(shè)置4個監(jiān)控點(diǎn)位，其中上風(fēng)向各1個，下風(fēng)向各3個。同時針對泌乳牛舍開展了惡臭氣體濃度水平擴(kuò)散監(jiān)測。監(jiān)測因子為H2S、NH3、臭氣濃度，監(jiān)測期間記錄風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、大氣壓、云量等有關(guān)參數(shù)（監(jiān)測期間平均氣溫20.8℃、89.56kPa、風(fēng)速3m/s、云量3）。監(jiān)測時間為2019年5月9日—10日，連續(xù)監(jiān)測2天，每天監(jiān)測4次。

2.2 TSP分析和數(shù)據(jù)處理方法

氨氣采用納氏試劑分光光度法（HJ 533-2009）、硫化氫采用亞甲藍(lán)分光光度法（GB 11742-1989）、臭氣濃度采用三點(diǎn)比較式臭袋法（GB/T 14675-93）測試。

數(shù)據(jù)處理用excel 2007， 統(tǒng)計(jì)分析用sas v 9.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 惡臭污染物達(dá)標(biāo)情況及對周邊環(huán)境的影響

各無組織惡臭氣體廠（場）界濃度見表1。廠界NH3、H2S、臭氣等無組織惡臭氣體濃度均能滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB14554-90二級標(biāo)準(zhǔn)要求，H2S、臭氣濃度最大值均在檢出限以下，主要污染因子是NH3，其最高濃度也低于惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)限值。說明牧場通過牛舍封閉以及采取通風(fēng)、及時清理、噴灑除臭劑等措施，可以起到一定的惡臭抑制作用，惡臭氣體濃度能夠?qū)崿F(xiàn)廠界達(dá)標(biāo)。

結(jié)合歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)分析牧場惡臭污染物對周邊空氣環(huán)境質(zhì)量的影響情況，2011年牧場環(huán)評時監(jiān)測數(shù)據(jù)和本次研究結(jié)果相似，牧場周邊兩個村莊處硫化氫濃度很低，大多數(shù)監(jiān)測時段在檢出限以下，故選擇NH3作研究分析。牧場運(yùn)行后周邊環(huán)境NH3濃度均能達(dá)標(biāo)，且變化不大，這也更進(jìn)一步證明了牧場無組織惡臭污染物對周邊環(huán)境未造成明顯影響。

3.2 不同污染源惡臭貢獻(xiàn)比較

從不同產(chǎn)臭單元來看，泌乳牛舍旁濃度最高，NH3最高濃度為0.107 mg/m3;其次為氧化塘，其周界外NH3最高濃度為0.102 mg/m3;堆肥場和牧場廠界濃度較低，而且二者相差不大，NH3最高濃度分別為0.073 mg/m3、0.079 mg/m3。方差分析顯示，泌乳牛舍、氧化塘與其他惡臭源差異極顯著（p<0.01），泌乳牛舍與氧化塘差異不顯著，堆肥場與牧場廠界差異不顯著，這說明泌乳牛舍、氧化塘是奶牛養(yǎng)殖場臭氣的主要來源。

3.3 惡臭濃度日動態(tài)變化

結(jié)合歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)分析牧場各污染源場界及周邊惡臭污染物的日動態(tài)變化（圖2），從一天中不同時段來看，泌乳牛舍、氧化塘、堆肥場等各污染源以及牧場廠界NH3濃度均不同程度表現(xiàn)出午后14：00—15：00出現(xiàn)高峰。周邊敏感點(diǎn)處不論是2011年歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，還是本研究實(shí)測值，連續(xù)7日內(nèi)監(jiān)測值及其平均值均表現(xiàn)出午后14：00 NH3濃度值高于其他時刻，NH3最低值出現(xiàn)在凌晨2：00，早上8：00和晚上20：00濃度最低，說明NH3一天中呈現(xiàn)中午高、早晚低，白天高、夜晚低的變化規(guī)律。

3.4 惡臭氣體水平擴(kuò)散規(guī)律研究

在環(huán)境溫度為20℃，風(fēng)速3m·s-1 的條件下，對養(yǎng)殖場泌乳牛舍NH3在下風(fēng)向水平擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了研究，分別監(jiān)測了泌乳牛舍場界及下風(fēng)向20m、40m、50m、60m、70m、80m處的NH3濃度，研究發(fā)現(xiàn)下風(fēng)向50 m范圍內(nèi)，氨氣濃度的下降趨勢明顯，在50m之外，氨氣濃度基本保持不變。

4 結(jié)論與討論

（1）牧場廠界NH3、H2S、臭氣等無組織惡臭氣體濃度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，主要污染因子是NH3。牧場運(yùn)行后周邊環(huán)境NH3濃度均能達(dá)標(biāo)，且變化不大。牧場通過牛舍封閉以及采取通風(fēng)、及時清理、噴灑除臭劑等措施，可以起到一定的惡臭抑制作用，牧場惡臭污染物對周邊環(huán)境未造成明顯影響。

（2）從牧場不同產(chǎn)臭單元對惡臭污染的貢獻(xiàn)來看，堆肥場周界外NH3濃度較低，對惡臭的貢獻(xiàn)最小。泌乳牛舍對惡臭的貢獻(xiàn)最高，其次為氧化塘，這兩個污染源周界外NH3濃度顯著高于其他產(chǎn)臭單元，泌乳牛舍、氧化塘是奶牛養(yǎng)殖場臭氣的主要來源。不同地區(qū)、不同畜禽種類的養(yǎng)殖場，產(chǎn)臭單元有所差別，周忠強(qiáng)等[8]發(fā)現(xiàn)上海畜禽養(yǎng)殖場惡臭來源蛋雞場是糞便堆肥環(huán)節(jié)、奶牛場是污水貯存環(huán)節(jié)、養(yǎng)豬場是畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。

（3）牧場各污染源場界及周邊的NH3濃度日動態(tài)變化規(guī)律為：泌乳牛舍、氧化塘、堆肥場等各污染源以及牧場廠界NH3濃度均不同程度表現(xiàn)出午后14：00—15：00出現(xiàn)高峰。周邊敏感點(diǎn)處NH3濃度表現(xiàn)出午后14：00 NH3濃度值高于其他時刻，一天中呈現(xiàn)中午高、早晚低的變化規(guī)律。這可能由于中午氣溫高、惡臭氣體釋放快的緣故，因?yàn)闇囟群惋L(fēng)速對惡臭污染物擴(kuò)散規(guī)律影響顯著[7]。

（4）在環(huán)境溫度為20℃，風(fēng)速3m·s-1 的條件下，養(yǎng)殖場NH3下風(fēng)向50m范圍內(nèi)，氨氣濃度的下降趨勢明顯，在50m之外，氨氣濃度基本保持不變。有學(xué)者[7]曾發(fā)現(xiàn)山東省奶牛養(yǎng)殖場臭氣濃度隨距離的增加迅速減小，下風(fēng)向同一高度處的臭氣濃度與監(jiān)測點(diǎn)距排放源的距離呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，但并未給出這個最小距離。

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收稿日期：2020-06-11

基金項(xiàng)目：2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)人才開發(fā)基金;內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金（2018MS03005）

作者簡介：郭二果（1978-），女，博士，正高工，研究方向?yàn)槌鞘猩鷳B(tài)及環(huán)境保護(hù)。

通訊作者：李長青（1978-），男，研究員，博士，研究方向?yàn)閯游餇I養(yǎng)及牧草環(huán)境效應(yīng)研究。