現(xiàn)代化豬舍降低廢氣排放措施的應(yīng)用與研究

沈 盼高 巖 張 杰孫偉志李修松,2*趙世光 楊玉鵬

（1青島大牧人養(yǎng)豬研究院，山東青島 26600；2浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058；3傲農(nóng)集團(tuán)環(huán)境工程研究所，福建漳州 363000）

“綠水青山就是金山銀山”，當(dāng)前，政府和公眾對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)。規(guī)模化豬場(chǎng)產(chǎn)生的廢氣也越來(lái)越受到政府和公眾的關(guān)注。豬場(chǎng)廢氣主要來(lái)源于豬舍糞污的厭氧分解，盡管沒(méi)有相關(guān)研究表明豬場(chǎng)的廢氣會(huì)對(duì)周邊的居民健康造成影響，但周?chē)木用駥?duì)豬場(chǎng)廢氣的氣味存在心理抵觸和厭惡情緒，使得政府對(duì)豬場(chǎng)廢氣排放的法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)苛，豬場(chǎng)廢氣的排放一定程度上制約著養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。

目前，豬舍廢氣的評(píng)估方法主要依靠嗅覺(jué)，分為無(wú)味、弱、輕、中等和強(qiáng)度5個(gè)等級(jí)。豬舍廢氣化學(xué)成分復(fù)雜，種類(lèi)多達(dá)數(shù)百種，但會(huì)引起人體不適的氣味主要有NH3、H2S和其他VOC，如三甲胺、甲硫基、二甲基硫醚、苯基乙烯等。減低豬舍廢氣的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用主要從舍內(nèi)源頭減量和舍外廢氣收集凈化等2個(gè)方向進(jìn)行。

1 豬舍內(nèi)的除臭措施

1.1 合適的漏縫地板

Rantzer[1]為了研究漏縫地板和實(shí)體地板對(duì)豬舍衛(wèi)生和豬只生產(chǎn)性能的影響，將201窩斷奶5周的保育豬進(jìn)行分組測(cè)試，對(duì)比結(jié)果顯示盡管二者在死淘率和日增重方面沒(méi)有明顯差異，但漏縫地板在提高豬舍衛(wèi)生、降低豬只發(fā)病率等方面明顯優(yōu)于實(shí)體地面。Rantzer試驗(yàn)中采用的是塑料漏縫地板，其成本較高，在商業(yè)豬場(chǎng)中很難大規(guī)模推廣。Pedersen[2]比較了12種不同材料和形式的漏縫地板對(duì)豬舍NH3揮發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)水泥漏縫地板豬舍產(chǎn)生的NH3量高于塑料漏縫地板和鑄鐵漏縫地板，但在降低豬只滑倒和對(duì)豬只熱傳導(dǎo)性能方面優(yōu)于其他漏縫地板，且成本較低，比較適合成年豬舍使用。水泥漏縫地板上附著的豬糞會(huì)產(chǎn)生大量脲酶，尿液中的尿素在脲酶的作用下可迅速水解，產(chǎn)生大量的NH3[3]。增加開(kāi)口可以避免糞污堵塞，Bengt研究[4]發(fā)現(xiàn)漏縫地板的開(kāi)口縫隙2～30 mm，NH3揮發(fā)可以下降50%。漏縫地板的板條截面形狀對(duì)糞污排泄有顯著影響，Ye等[5]研究發(fā)現(xiàn)截面為梯形的漏糞地板排糞能力高于三角形截面。漏縫地板的面積比率對(duì)NH3揮發(fā)也有顯著影響，Aarnink研究發(fā)現(xiàn)25%漏縫面積的豬舍NH3濃度明顯低于50%漏縫面積的豬舍[6，7]。

1.2 電凈化技術(shù) （EPI）

電凈化技術(shù)由控制器、高壓電源、空間電極系列裝置組成，利用空間電場(chǎng)電極對(duì)空氣放電產(chǎn)生的高能帶電粒子和微量臭氧對(duì)豬舍中的有害氣體進(jìn)行氧化分解，對(duì)粉塵進(jìn)行吸附[8]。Winkel對(duì)采用電凈化設(shè)備的雞舍進(jìn)行1年的測(cè)試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用電凈化設(shè)備的雞舍各種污染物濃度下降明顯（PM10：48.8%，PM2.5：64.9%，NH3：21.0%，臭氣：12.2%，CH4：5.3%，NO：15.9%），Murphy-Brown對(duì)安裝電凈化設(shè)備的2個(gè)2 000頭保育豬場(chǎng)進(jìn)行了5個(gè)批次的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，安裝電凈化設(shè)施的豬舍，仔豬的日增重提高12.2%、飼料轉(zhuǎn)化率明顯提高9.3%，豬舍的空氣質(zhì)量環(huán)境有明顯提高，空氣污染物濃度明顯下降。

1.3 霧化油技術(shù)在豬舍中應(yīng)用

Zhang對(duì)2棟4 000頭育肥豬舍，采用雙肩式噴霧器對(duì)豬舍的過(guò)道、地板、豬只的躺臥區(qū)、排污區(qū)和身體進(jìn)行噴灑植物油，經(jīng)過(guò)1年的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，噴灑植物油的豬舍粉塵降低80%，H2S、NH3、CO2分別降低27%、30%、5%。Banhazi證實(shí)定期噴灑植物油可以降低46%的粉塵濃度，粉塵降低也意味著豬舍有害氣體濃度降低，Kim[9]等發(fā)現(xiàn)噴灑植物精油24小時(shí)后硫化物成分的臭味顯著降低。植物油噴灑過(guò)程中經(jīng)常會(huì)堵塞油路和噴頭，噴灑過(guò)程中避免較高的壓力，形成較細(xì)的霧滴，對(duì)人和豬的健康不利，WMPS推薦噴灑高度離地30英寸，噴灑量前2天噴灑40 mL/m2，后2天再?lài)姙?0 mL/m2，剩下的時(shí)間噴灑5 mL/m2。

2 舍外除臭措施

2.1 生物過(guò)濾

豬舍廢氣處理所使用的生物過(guò)濾技術(shù)不是一項(xiàng)新技術(shù)，是自然界中微生物對(duì)大氣凈化作用在豬場(chǎng)中的應(yīng)用。生物過(guò)濾利用過(guò)濾介質(zhì)的微生物將豬舍廢氣轉(zhuǎn)化為CO2、水蒸氣和其他生物質(zhì)，能夠非常高效地降低豬舍有害氣體的排放。豬舍中使用的生物過(guò)濾介質(zhì)必須有較大的表面積且有足夠的營(yíng)養(yǎng)形成一定的生物膜，理想的介質(zhì)包括泥炭、木屑、稻草等其中的一種或多種。這些介質(zhì)需要一個(gè)多孔的堅(jiān)固支撐平臺(tái)，有利于豬舍廢氣均勻接觸生物膜，及時(shí)將有害氣體分解。生物過(guò)濾設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要綜合考慮生物過(guò)濾介質(zhì)的厚度、空濾率、廢氣接觸時(shí)間、通風(fēng)量及保持微生物適合生長(zhǎng)的濾質(zhì)濕度、溫度，WMPS推薦生物過(guò)濾介質(zhì)厚度為10～18英寸，孔隙率為40%～60%，豬舍廢氣接觸時(shí)間為3～5 s，通風(fēng)量每平方英尺為12～20 cfm，以及最佳濾質(zhì)濕度為40%～65%，溫度在21～32℃。生物過(guò)濾系統(tǒng)的除臭效率取決于設(shè)計(jì)和管理，Nicolai實(shí)驗(yàn)證實(shí)生物過(guò)濾系統(tǒng)可以消除95%的臭氣和H2S、65%的NH3，提高廢氣接觸時(shí)間（EBRT）可以大大提高廢氣清除效率，Sun證實(shí)如果EBRT大于10 s，NH3清除率大于80%[10]。生物過(guò)濾的初始投資比較低，但當(dāng)豬舍廢氣通過(guò)生物過(guò)濾介質(zhì)可能會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，增加了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行成本；室外的氣候條件隨時(shí)變化使過(guò)濾介質(zhì)很難有穩(wěn)定的濕度、溫度以及營(yíng)養(yǎng)維持微生物生長(zhǎng)繁殖[11]；冬季豬舍所需的風(fēng)量很小，如果豬舍采用間歇式開(kāi)啟風(fēng)機(jī)方式進(jìn)行通風(fēng)，過(guò)濾介質(zhì)中的微生物數(shù)量會(huì)因風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)段溫度過(guò)低而大大降低；舍外的鼠類(lèi)的活動(dòng)也會(huì)破壞過(guò)濾介質(zhì)空隙率的均勻性；這些不足限制了生物過(guò)濾方式在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用[12]。

2.2 濕式洗滌器

在豬舍排風(fēng)口安裝濕式洗滌器能夠有效凈化豬舍排出的廢氣中的粉塵、NH3、H2S和其他臭氣。豬舍濕式洗滌器主要是由面積較大的過(guò)濾器和能夠?qū)⑦^(guò)濾器充分濕潤(rùn)的噴淋系統(tǒng)組成。為使過(guò)濾器與豬舍廢氣充分接觸，過(guò)濾器通常離風(fēng)機(jī)前或后4英尺放置。噴淋系統(tǒng)如果僅僅使用水，濕式洗滌器降低豬舍廢氣的粉塵和NH3排放率與通風(fēng)量大小有關(guān)，冬季通風(fēng)時(shí)可以降低60%，春秋通風(fēng)時(shí)降低30%，夏季通風(fēng)時(shí)降低20%，但是臭氣濃度降低有限。如果在噴淋系統(tǒng)中添加適量的酸溶液，豬舍NH3排放率可以最大降低到90%[13]，但是臭氣排放率最多降低27%[14]。Roland發(fā)現(xiàn)豬舍廢氣與洗滌器的接觸時(shí)間大于7.5 s，粉塵平均排放率降低68%；接觸時(shí)間小于7.5 s，粉塵平均排放率降低44%。NH3和粉塵排放率的降低取決于酸溶液的種類(lèi)和配比、廢氣與洗滌器的接觸時(shí)間，臭氣排放率的降低取決于濕式洗滌器對(duì)臭氣成分的溶解。微生物能夠吸收分解豬舍廢氣的臭氣成分，能夠生長(zhǎng)微生物的濕式洗滌器會(huì)大大降低豬舍臭氣排放量，微生物密度過(guò)大會(huì)降低NH3的排放率[15]。對(duì)豬舍廢氣分階段清洗，可以更有效地降低豬舍廢氣有害氣體排放量和粉塵[16]。青島大牧人公司將豬舍廢氣處理過(guò)程分為3個(gè)階段，第1階段利用物理原理降低NH3和粉塵排放率，第2階段利用化學(xué)原理進(jìn)一步降解NH3，第3階段采用生物原理降低臭氣。經(jīng)為期1年的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)豬舍粉塵、NH3和臭氣排放率分別下降。和生物過(guò)濾相比，濕式洗滌器對(duì)風(fēng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的負(fù)載[17]，對(duì)舍內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)影響較小，在豬場(chǎng)廢氣處理領(lǐng)域具有廣闊前景。

2.3 植被緩沖區(qū) （VEBs）

豬舍周?chē)闹脖痪彌_區(qū)（VEBs）由各種樹(shù)木、灌木叢和植被構(gòu)成。VEBs類(lèi)似于防風(fēng)墻，能夠降低豬舍廢氣的氣流速度，從而使廢氣中的粉塵更快地沉積，也能夠提高豬舍廢氣在垂直方向上的混合效率，使豬舍廢氣的濃度更低。VEBs也類(lèi)似生物過(guò)濾器，植被的葉子能夠俘獲豬舍廢氣中的粉塵，也能夠吸附分解豬舍廢氣中的NH3、臭氣、H2S等有害氣體。VEBs被證明可以降低豬舍廢氣中50%的NH3和粉塵以及85%的H2S和66%的臭氣排放量。VEBs的效率取決于植被的種類(lèi)和位置。NRCS建議防護(hù)帶要有多種不同種類(lèi)和生長(zhǎng)速度的植被組成，離豬舍較遠(yuǎn)的樹(shù)種需要防風(fēng)能力強(qiáng)、高大的特性。排和排之間間距5～7 m。設(shè)計(jì)VEBs要避免豬舍廢氣在豬舍周?chē)纬蓺饬餮h(huán)，豬舍廢氣倒流回豬舍。May建議VEBs離機(jī)械通風(fēng)的豬舍最短距離23 m，自然通風(fēng)的豬舍最短距離39 m。VEBs可以使豬場(chǎng)更加綠色美觀，使公眾對(duì)豬場(chǎng)更有好感，改善鄰里關(guān)系。

3 結(jié)論與展望

豬舍廢氣處理需要綜合實(shí)施多種方式，一種方式很難能夠?qū)⒇i舍排放率降低到理想水平。養(yǎng)豬生產(chǎn)邊界收益較低，選擇廢氣處理方式還要充分考慮投入成本和運(yùn)行成本。選擇合適的漏縫地板及合理的漏縫地板布置方式是比較簡(jiǎn)單有效且成本較低的降低臭氣排放量的方式。電凈化技術(shù)不僅能夠吸附粉塵，分解NH3、臭氣等有害氣體，還可以產(chǎn)生臭氧抑制病菌，但成本較高。噴油技術(shù)成本較低，但運(yùn)行過(guò)程噴頭容易堵塞。生物過(guò)濾成本較低，但需要精細(xì)管理和設(shè)計(jì)，濕式洗滌器是較有前途的廢氣處理方式，需要在微生物生長(zhǎng)和水量消耗上進(jìn)一步研究。植被除臭在降低豬舍廢氣排放量的同時(shí)可增加豬舍的美觀，但也會(huì)招引鳥(niǎo)類(lèi)，增加防疫風(fēng)險(xiǎn)。

（另有部分參考文獻(xiàn)略，需者可函索）