病死豬輔熱好氧發酵尾氣中的惡臭物質分析

譚鶴群，黃忠浩，李亞蘋

病死豬輔熱好氧發酵尾氣中的惡臭物質分析

譚鶴群1,2,3，黃忠浩1,2，李亞蘋1,2

（1. 華中農業大學工學院，武漢 430070；2. 農業農村部長江中下游農業裝備重點實驗室，武漢 430070；3.生豬健康養殖湖北省協同創新中心，武漢 430070）

為了明確病死豬輔熱好氧發酵過程中產生的惡臭氣體種類及其排放規律，為控制惡臭氣體排放濃度、降低病死豬無害化處理過程對環境的污染提供基礎依據，該研究以病死豬為發酵原料，以玉米秸稈為輔料，開展病死豬輔熱好氧發酵試驗，發酵過程中，采集處理槽排放的尾氣，分析尾氣中的有機惡臭物質組分并測定其排放濃度，同時測定其中的氨氣濃度，并對不同發酵階段尾氣中氣味活度值大于1的惡臭物質進行相關性分析和主成分分析。結果表明：在病死豬輔熱好氧發酵過程中共檢出36種惡臭物質，其中能準確定性與定量檢測的有3種含硫化合物，1種烷烴化合物，12種芳香烴化合物，1種酚類化合物，1種胺類化合物和1種無機氣體；發酵全程或部分時間點超過其嗅閾值的有3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、二甲基二硫醚、二甲基硫醚、氨氣、對甲酚、甲硫醇、三甲胺8種，達到的最高濃度依次為0.241、0.350、0.247、0.280、69.06、0.041、0.314、0.033 mg/m3，與其嗅閾值的比值依次為2.746、8.635、29.326、36.982、66.669、173.315、374.770、432.471；各發酵階段的主要致臭物質成分存在差異：在0～12 h的發酵階段，三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣、對甲酚、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯為主要致臭物質，在12～36 h的發酵階段，三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣、對甲酚為主要致臭物質，在36～72 h的發酵階段，三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣為主要致臭物質；不同發酵階段的臭氣強度存在較大波動：在0～72 h內的發酵過程中，0～3 h內臭氣強度緩慢增強，但第6小時臭氣強度有明顯下降，在6～18 h時再次增強，第18小時臭氣強度達到峰值，18～72 h內持續下降直至平穩。該研究可為病死豬輔熱好氧發酵過程中惡臭物質的減控策略提供理論參考。

惡臭控制；發酵；釋放規律；病死豬；輔熱好氧發酵；主要致臭物質

0 引 言

輔熱好氧發酵是一種減量化程度高、效率高、環境友好的病死豬無害化處理工藝，是有機廢棄物資源化利用的重要途徑[1]，可以較大程度地緩解中國病死豬處理壓力。然而，輔熱好氧發酵過程中的微生物活動會產生和釋放各種揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）和揮發性無機物（Volatile Inorganic Compounds，VICs）[2-3]。揮發性物質中有一些具有特殊臭味，長時間生活在惡臭物質濃度較高的環境下會引起感官不適，其對環境和人體健康的影響不容忽視[4]。輔熱好氧發酵過程中的VICs主要包括氨氣和硫化氫，VOCs主要包括含硫化合物、含氮化合物和揮發性脂肪酸等，這些物質主要來源于氨基酸的脫羧和脫氨作用[5-6]。

當有機廢物種類、發酵條件以及分解階段不同時，好氧發酵產生的揮發性物質的種類和濃度均有較大差異[7-9]，目前在好氧發酵領域已檢測出的氣體達300多種[10]，其中含氮化合物、含硫化合物臭味大、閾值極低，是重要的惡臭污染物，危害人體健康[11-12]。Scaglia等[13]在城市生活垃圾好氧發酵過程中檢測出147種VOCs，含氮化合物和含硫化合物比其他分子對臭氣強度貢獻率更大，是主要致臭物質；張紅玉等[14]在生活垃圾堆肥過程中共檢測到50種VOCs，主要致臭物質為硫化氫、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二硫化碳、間二甲苯、鄰二甲苯；Hanajima等[15]在糞便堆肥中檢測出了揮發性脂肪酸、含硫化合物和氨氣，其中氨氣、甲硫醇和二甲基硫醚為主要致臭物質；劉文杰等[1]在牛糞好氧發酵過程中共檢測出31種VOCs，分析發現氨氣、硫化氫、二甲基硫醚為主要致臭物質；張紅玉等[16]在餐廚垃圾堆肥中檢測出43種VOCs，硫化氫、甲硫醇、二甲基二硫醚、間二甲苯、鄰二甲苯和對二甲苯為主要致臭物質；趙珊等[17]在污泥堆肥過程中發現典型惡臭物質為氨氣、二甲基硫醚和二甲基二硫醚等；尚斌等[18]在死豬堆肥過程中共檢測出37種VOCs，主要致臭組分為三甲胺、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚。

目前，有關好氧發酵VOCs的研究主要針對城市生活垃圾[19]、糞便[20-21]、污泥[22-23]等物料的無害化處理，且發酵過程中的熱量主要由微生物自身生命活動提供；而以動物尸體為原料的輔熱好氧發酵產生VOCs的文獻較少。因此，本研究選用病死豬作為主要發酵原料，玉米秸稈作為輔料開展病死豬輔熱好氧發酵試驗。對發酵過程中產生的VOCs進行定性分析，然后對其中的惡臭物質進行定量分析，以確定主要致臭物質，探究惡臭物質的釋放規律，為后續開展病死豬輔熱好氧發酵尾氣除臭試驗提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

1.1.1 試驗材料

1）病死豬：購自湖北省天門市某養豬場的死豬胎，每頭死豬胎質量為(1.2±0.2) kg，在?4 ℃條件下冷凍備用；

2）玉米秸稈：購自東莞市某農莊，粉碎后經孔徑4.0 mm篩篩分，篩下物保留供試驗使用；

3）BM（Biological Microbes）動物尸體發酵菌種：購自河南省鶴壁市某生物科技有限公司，常溫保存。

本研究以病死豬為試驗原料，玉米秸稈為輔料開展病死豬輔熱好氧發酵試驗，病死豬尸體與輔料的理化性質如表1所示。

表1 好氧發酵原料和輔料的特性

注：—表示該參數未測。

Note: “—” indicates that the parameter is not tested.

1.1.2 試驗設備

1）自制發酵罐：罐體上部為圓柱形，高度為110 mm，內徑為260 mm，底部為半球形，半球與圓柱相切，罐體總容積約為10 L，采用夾層水浴加熱；發酵罐配置鼓風機（XGB-550，浙江今野機電有限公司，風機功率550 W，風量范圍 0～100 m3/h）用于提供好氧發酵所需氧氣，配置氣體轉子流量計（LZB-10，南京順來達測控設備有限公司，測量范圍0.6～6 m3/h，精確度4%）用于對通入的風量進行監測和調節。水浴溫度、攪拌軸轉速等均通過控制箱設置和調節；

2）氣體采樣器：購自江蘇鹽城天悅儀器儀表有限公司，型號FCC-1500D，量程0.1～1.5 L/min；

3）氣體吸附管：購自英國瑪珂思公司，型號C2-CAXX-5314，內部填充Tenax TA和Sulficarb；

4）氣質質聯用儀：購自美國安捷倫公司，型號Agilent8890-7000D，用于物質的定性和定量分析，具有氣體和液體兩種進樣方式。氣體進樣配有單管熱脫附儀（UNITY-xrTM），液體進樣配有液體進樣器；

5）四合一氣體檢測儀：購自深圳市安帕爾科技有限公司，型號AP-S4-D，氨氣（量程0～0.1 mL/L，分辨率1×10-4mL/L，精度1%），二氧化碳（量程0～5 mL/L，分辨率1×10-3mL/L，精度1%），硫化氫（量程0～0.1 mL/L，分辨率1×10-4mL/L，精度1%），甲醛（量程0～0.1 mL/L，分辨率1×10-5mL/L，精度1%）。

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵

本試驗采用輔熱好氧發酵技術，取質量為(1.2±0.2) kg的整頭死豬胎切碎，與輔料、菌種一起放入發酵罐。根據譚鶴群等[25]和汪豪[26]的研究，設定發酵時的夾層水浴溫度為60 ℃，通風量為8 L/(L·min)（按物料占有的單位有效容積核算的單位時間流量），輔料與病死豬的干質量比為1∶1.62，根據含水率換算成濕質量比為1∶5.5，BM菌種與病死豬的濕重比為1∶100，病死豬、輔料和菌種三者混合均勻，放入10 L發酵罐中攪拌、發酵。

1.2.2 發酵尾氣采樣

C2-CAXX-5314吸附管一端插入發酵罐排氣口，一端接FCC-1500D型防爆大氣采樣器，在發酵后0、3、6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72 h采集氣體，同一時間平行采集3個樣品，采樣流量100 mL/min，采樣時間5 min，采樣體積500 mL。

1.2.3 尾氣成分分析

VOCs采用Agilent8890-7000D氣質質聯用儀進行分析，進樣方式：熱脫附進樣；樣品管解析溫度：300 ℃；解析時間：5 min；冷阱低溫：-30 ℃；冷阱高溫：300 ℃；冷阱解析時間：5 min；流路溫度（熱脫附-氣相）：120 ℃；分流比：5∶1。氣相色譜色譜柱：DB-sulfur SCD 60 m× 0.32 mm×0.42m；載氣：高純氮氣（純度≥99.999%）；流速（恒流模式）：1 mL/min；程序升溫：35 ℃保持3 min，以4 ℃/min的速率升到170 ℃，保持3 min，再以4 ℃/min的速率升到210 ℃，保持15 min。MSD傳輸線溫度：220 ℃。質譜掃描為全掃描和選擇離子掃描。分析前使用含有16種VOCs（苯、甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、苯乙烯、異丙苯、2-乙基甲苯、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、對甲酚、間甲酚、正己烷）混合標準溶液（深圳市博林達科技有限公司）、硫醚類（二甲基硫醚、二甲基二硫醚）混合標準溶液（深圳市博林達科技有限公司）、三甲胺（壇墨質檢科技股份有限公司）、甲硫醇（壇墨質檢科技股份有限公司）繪制標準曲線。通過NIST17譜庫檢索、保留指數和保留時間篩選進行定性，使用外標法定量。氨氣和二氧化碳采用手持式四合一檢測儀（AP-S4-D）進行測定。

2 結果與分析

2.1 二氧化碳濃度

輔熱好氧發酵過程中，好氧微生物（細菌、真菌、放線菌）在有氧條件下通過自身生命活動（氧化、還原等）將一部分有機物轉化為二氧化碳、熱量、生物量和腐殖質，為自身生長提供能量，一部分有機物轉化為微生物合成新細胞的營養物質[27]。

病死豬輔熱好氧發酵過程中二氧化碳的釋放規律如圖1所示，發酵0～3 h時間段內二氧化碳的濃度上升緩慢，原因可能為初始升溫階段物料溫度較低，不能在較短時間內達到設定的溫度，以及含水率較高不利于微生物的生長繁殖[28]。隨著發酵溫度升高和物料水分的降低，氧氣傳輸通暢[29]，并且這一階段物料孔隙較小，微生物活性較強，快速分解易降解的碳水化合物、脂肪等有機物，釋放大量二氧化碳[1]，所以發酵3 h后二氧化碳濃度迅速增高，第6小時濃度達到峰值。隨后大部分難降解的蛋白質、纖維等有機物繼續被氧化分解[30-31]，并且這一階段物料含水率進一步降低導致微生物活性降低[28]，所以6～18 h時間段內二氧化碳濃度快速降低。在輔熱好氧發酵后期，有機物的分解基本趨于穩定，微生物活性降低，二氧化碳濃度隨之逐漸降低，24 h后趨于穩定。

2.2 病死豬輔熱好氧發酵過程中產生和釋放的惡臭物質

GC-MS分析結果表明，病死豬輔熱好氧發酵過程中產生的揮發性有機物比較復雜，高達上百種。根據美國重點控制有毒空氣污染物[32]、日本環保署規定控制的惡臭污染物[33]、中國環保部規定控制的惡臭污染物[34]等相關文獻，初步篩選出具有明顯臭味的物質36種，其中能準確定性與定量檢測的有18種，包括：含硫化合物3種（甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚），烷烴類化合物1種（正己烷），芳香烴類化合物12種（苯、甲苯、乙苯、對二甲苯、鄰二甲苯、2-乙基甲苯、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、異丙基苯、苯乙烯），酚類化合物1種（對甲酚），胺類化合物1種（三甲胺）。

此外，AP-S4-D四合一氣體檢測儀對尾氣實時監測的結果表明，病死豬輔熱好氧發酵尾氣中未檢出硫化氫和甲醛，但氨氣濃度較高。病死豬輔熱好氧發酵過程中包括氨氣在內的共計19種惡臭物質排放濃度隨時間的變化如表2所示。表中每一時間點對應的濃度均為同一時間3次采樣檢測結果的平均值。

表2 病死豬輔熱好氧發酵尾氣中檢出的19種惡臭物質濃度變化

從表2可以看出，19種惡臭物質的濃度均呈現先上升后下降的趨勢。對比各惡臭物質的嗅閾值[35]發現，發酵全程或部分時間點超過嗅閾值的有氨氣、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、對甲酚、三甲胺8種，這8種物質可以被認定是病死豬輔熱好氧發酵過程中惡臭氣味的主要來源。氣味活度值（Odor Activity Value，OAV）是物質的濃度與其嗅閾值的比值[21]，這8種主要惡臭物質的OAV值如表3所示。

表3 主要惡臭物質與氣味活度值

2.3 惡臭物質的釋放規律

分析表2和表3發現，在14個采樣時間點中，三甲胺OAV值大于1的時間點占比為100%，而二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣、甲硫醇都只有一個時間點濃度未超過閾值，OAV值大于1的時間點占比為92.9%。對甲酚OAV值大于1的時間點占比為57.1%，超過嗅閾值的時間點集中在發酵3～36 h時間段。3-乙基甲苯、4-乙基甲苯OAV值大于1的有2個時間點，分別為發酵3 h和6 h，時間點占比均為14.3%。這表明，發酵時間0～12 h，上述8種惡臭物質都是致臭物質；發酵12～36 h，致臭物質是三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣和對甲酚6種；發酵36 h以后，致臭物質是三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和氨氣5種。

上述排放規律也可以從8種惡臭物質的相關性分析（表4）得到驗證。從表4可以看出，8種主要惡臭物質明顯分為2組，一組為3-乙基甲苯、4-乙基甲苯和對甲酚，另一組為氨氣、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、三甲胺。組內各惡臭物質的濃度呈極顯著正相關（<0.01），組間各物質的濃度相關性不顯著（>0.05）。這表明，3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、對甲酚等3種物質具有相似的排放規律，氨氣、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、三甲胺具有相似的排放規律。

表4 主要惡臭物質的相關性分析

注：為相關系數，為相關系數的顯著性概率水平；**表示在 0.01 水平上顯著相關，*表示在 0.05 水平上顯著相關。

Note:is the correlation coefficient andis the significance probability level of the correlation coefficient; ** indicate significant at 0.01 level, * indicate significant at 0.05 level.

為進一步探究病死豬輔熱好氧發酵過程中惡臭物質的釋放規律，對14個采樣時間點的8種惡臭物質進行主成分分析（Principal Component Analysis，PCA），14個采樣時間點8種惡臭物質OAV值的主成分分析結果如表 5所示。

由表5可以看出，前兩個主成分的特征值大于1，第一個主成分方差貢獻率為56.766%，第二個主成分的方差貢獻率為33.838%，前兩個主成分累積方差貢獻率達到90.603%，因此，可以選擇前兩個主成分對惡臭物質釋放規律進行綜合分析。第一主成分和第二主成分的構造向量如式（1）和式（2）所示。

第一主成分：

第二主成分：

式中1為第一主成分得分；2為第二主成分得分；1～8依次為3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、對甲酚、二甲基二硫醚、甲硫醇、二甲基硫醚、三甲胺、氨氣的標準分。

表5 相關矩陣的特征值及貢獻率

顯然，第一主成分中，后5種物質的特征向量系數較大，前3種物質的特征向量系數很小或呈負值。第二個主成分中，前3種物質的特征向量系數比較大，后5種物質的特征向量系數很小。因此，可以認為第一主成分主要提取二甲基二硫醚、甲硫醇、二甲基硫醚、三甲胺、氨氣的濃度信息；所以第二主成分主要從3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、對甲酚中提取信息。

按兩個主成分的方差貢獻率構造綜合評分公式，綜合得分如式（3）所示：

式中為綜合得分。

每個時間點的綜合得分代表這一時刻的臭氣強度，按臭氣強度衡量的惡臭物質釋放規律如圖2所示。

可以看出，隨著發酵的進行，0～3 h內臭氣強度緩慢增強，但在第6小時時臭氣強度有明顯下降，這一現象和表2中發酵第6 小時甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣濃度都有明顯下降相一致，下降的可能原因有三個：

第一，隨著發酵的進行，物料中的水分轉移到罐體空氣中，導致空氣中水分含量逐漸增大，大量的氨氣溶于水氣中，導致罐體內氨氣濃度降低。第二，在第6小時時發酵罐內二氧化碳濃度達到最高，此時可能處于局部缺氧環境，甲硫醇自發氧化為二甲基二硫醚的過程會受到影響，所以二甲基二硫醚濃度下降。第三，二甲基硫醚是通過甲硫醇的甲基化得到的，甲硫醇濃度下降，導致二甲基硫醚濃度也會下降[36]，但甲硫醇濃度下降的原因暫未可知。

6～18 h臭氣強度快速增強，第18小時達到峰值。這一階段，大部分難降解的蛋白質、纖維等有機物被氧化分解。能產生蛋白酶的微生物可以把蛋白質逐漸降解，最后形成氨基酸。氨基酸在有氧和無氧條件下都可發生氨化反應生成氨氣[37]，含硫氨基酸發生脫氨基等一系列連續反應后生成大量的含硫化合物[38]。

隨著發酵的進行，蛋白質、脂肪等大分子有機物含量逐漸降低，特別是物料中水分含量逐漸降低會導致微生物的降解活動逐步減弱，因此，18～30 h臭氣強度快速減弱，30～72 h臭氣強度緩慢減弱，直至穩定。發酵全過程中，惡臭物質的濃度經歷了緩慢上升、短暫下降、快速上升、快速下降、緩慢下降等幾個階段。

3 討 論

本文研究了病死豬輔熱好氧發酵過程中產生和釋放的惡臭物質組分、濃度及其變化規律。從產生的惡臭物質組分來看，病死豬輔熱好氧發酵與豬糞、垃圾等其他原料好氧發酵略有不同，在豬糞[7]、垃圾[15]等原料好氧發酵過程超出嗅閾值的惡臭物質中，本研究未檢測出硫化氫和二甲基三硫醚。局部缺氧條件下，含硫氨基酸降解的第一步會發生脫氨基作用形成氨態氮、-羥丁酸、-酮丁酸和4-甲硫基-2-氧代丁酸等。在厭氧菌的作用下，4-甲硫基-2-氧代丁酸會快速發生脫甲硫基作用轉化為甲硫醇。甲硫醇可以自發氧化生成二甲基二硫醚，但需要產甲烷菌的作用才能還原生成硫化氫，而甲硫醇需要與硫化氫反應才能生成二甲三硫[36]。產甲烷菌對溫度、pH要求比較高[39]，病死豬輔熱好氧發酵過程由于提供了外來熱源，比自然好氧發酵更易維持發酵物料的高溫狀態，抑制了產甲烷菌的活性，這應該是本研究未檢出硫化氫和二甲三硫的原因。

從惡臭物質的濃度來看，病死豬輔熱好氧發酵與豬糞、垃圾等其他原料好氧發酵也存在很大的差異。本文檢測出的最高濃度為氨氣69.063 mg/m3、三甲胺0.033 2 mg/m3、甲硫醇0.314 2 mg/m3、二甲基硫醚0.280 mg/m3、二甲基二硫醚0.246 9 mg/m3；餐廚垃圾發酵過程各物質最高濃度為氨氣116.67 mg/m3、甲硫醇8.9 mg/m3、二甲基硫醚20.95 mg/m3、二甲基二硫醚66.0 mg/m3[16]；豬糞高溫好氧發酵中檢測到惡臭物質最高濃度為氨氣3 736 mg/m3、三甲胺7.34 mg/m3、甲硫醇0.088 2 mg/m3、二甲基硫醚1.063 7 mg/m3、二甲基二硫醚26.638 6 mg/m3[4]。由此可以看出，以病死豬為原料的輔熱好氧發酵產生的惡臭物質濃度遠遠低于餐廚垃圾和豬糞。

綜上所述，病死豬輔熱好氧發酵尾氣中超出嗅閾值的惡臭物質種類較少，濃度較低，但其中一些物質的OAV值仍然較高，且各發酵階段致臭物質的成分存在差異。所以在不同的發酵階段，需要針對不同的致臭物質進行病死豬輔熱好氧發酵尾氣除臭試驗。

4 結 論

1）病死豬輔熱好氧發酵尾氣中能準確定性和定量檢測的共19種惡臭物質，其中，硫醇硫醚類3種、烷烴類1種、芳香烴類12種、酚類1種、胺類1種、無機氣體1種。OAV大于1的8種物質可以分為兩組，3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、對甲酚為一組，氨氣、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、三甲胺為一組，組內物質的OAV值呈極顯著相關（<0.01），具有相似的排放規律，不同組間的物質OAV值相關性不顯著（>0.05）。

2）病死豬輔熱好氧發酵尾氣中，各階段致臭物質成分存在差異，在發酵12小時以內階段，三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣、對甲酚、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯為主要致臭物質；在12～36 h發酵階段，主要致臭物質是三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨氣和對甲酚6種；在36～72 h發酵階段，主要致臭物質為三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和氨氣5種。

3）不同發酵階段的臭氣強度不同。在0～72 h內的發酵過程中，0～3 h內臭氣強度緩慢增強，但在第6小時時臭氣強度有明顯下降，6～18 h內臭氣強度快速增強，第18小時達到峰值，18～30 h內臭氣強度快速減弱，30～72 h內臭氣強度緩慢減弱，直至穩定。

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Analysis of odor pollutants in the exhaust gas from thermophilic aerobic fermentation of dead pigs

Tan Hequn1,2,3, Huang Zhonghao1,2, Li Yaping1,2

(1.,,430070,; 2.,,430070,;3.,430070,)

Thermophilic aerobic fermentation (composting) has been emerged as an important approach to dispose of the organic solid wastes. The dead pigs can also be recycled and utilized properly using this biotechnology for resource treatment. However, a large amount of odor gas can be always generated concomitantly in this process, particularly posing a great threat to both air environment and human health as a kind of air contamination. There were some differences in the component and concentration from the odor pollutants produced by thermophilic aerobic fermentation, due to various participating organic wastes. The manure and waste have still been the two most focused raw materials about odor pollutants so far. But there is a rare reference with dead pigs.The purpose of this work was to explore the types and the emitting regularity of odor gas produced from thermophilic aerobic fermentation for dead pigs, in order to control the concentration of odor pollutants for less air contamination during nonhazardous dead pig processing. A three-day experiment was carried out, where 1.2 kg chopped body tissue sample of the dead pig was taken as the raw material, while 0.218 kg crushed maize stovers and 12 g strains were taken as auxiliary materials. The raw material, auxiliary materials, and strains were then mixed well and put together into a 10 L fermenter equipped with a stirring device, further to start fermenting with such an experimental condition that the temperature of interlayer water bath during fermentation was kept at 60℃ and the ventilation rate was retained to 8L/(L·min). After that, 14 times of gas sampling were conducted from the tail gas tank, where three samples were collected each time, and 500 ml of fermentation gas was collected for each sample acting. As such, the primary odorants and the release regularity of odor pollutants were determined in the process of thermophilic aerobic fermentation during a 72-hour fermentation period. Specifically, the sampling interval was set as 3 hours during the first 6 hours, but it changed to 6 hours from the 6th to the 72ed hour. The organic odor components and the concentration of sampling gas were analyzed to determine the concentration of ammonia. Besides, the correlation analysis and principal component analysis were performed on those odor pollutants with the odor activity greater than 1 during fermentation. The results showed that 36 odor pollutants in total were detected during the thermophilic aerobic fermentation of dead pigs, 19 of which were accurately detected qualitatively and quantitatively—including 3 sulfur compounds (methanethiol, dimethyl sulfide, and dimethyl disulfide), 1 alkane compound (n-hexane), 12 aromatic hydrocarbon (benzene, toluene, ethyl benzene, p-xylene, o-xylene, 2-ethyltoluene, 3-ethyltoluene, 4-ethyltoluene, 1,2 ,4-trimethylbenzene, 1,3,5-trimethylbenzene, cumene, and styrene), 1 phenolic compound (p-cresol), 1 amine compound (trimethylamine), and 1 inorganic compound (ammonia). According to the standard and odor activity of odor pollutants, 3-ethyltoluene, 4-ethyltoluene, dimethyl disulfide, dimethyl sulfide, ammonia, p-cresol, methanethiol, and trimethylamine were the main odor pollutants in the exhaust gas of thermophilic aerobic fermentation of dead pigs. The highest concentrations of these eight main odor pollutants reached up to 0.241, 0.350, 0.247, 0.280, 69.063, 0.041, 0.314 and 0.033 mg/m3, respectively, the ratio of which to olfactory thresholds were 2.746, 8.635, 29.326, 36.982, 66.669, 173.315, 374.77 and 432.471, respectively. The OAV of the main odor pollutants also changed with the changing period of fermentation. The correlation analysis demonstrated that the components of the primary odorants were different in the different fermentation periods: trimethylamine, methanethiol, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, ammonia, p-cresol, 3-ethyl toluene, and 4-ethyl toluene were the primary odorants in the fermentation periods of 0-12 h, trimethylamine, methanethiol, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, ammonia, and p-cresol were the primary odorants in the fermentation periods of 12-36 h, while the trimethylamine, methanethiol, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, and ammonia were the primary odorants in the fermentation periods of 36-72 h. Meanwhile, the odor intensity changed a lot with the different stages of fermentation: it increased slowly in the stage of the first 3 hours, but there was a significant drop when it reached the point of the 6th hour, then went up again from the 6th to 18th hour, up to the peak in the 18th hour, and turned stable to the end. This work can provide a strong reference to reduce and control the odor pollutants during the thermophilic aerobic fermentation of dead pigs.

odor control; fermentation; dead pig; thermophilic aerobic fermentation; the primary odorants; release regularity

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.24.023

S126

A

1002-6819(2021)-24-0208-08

2021-09-15

2021-11-24

中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（107/11041910103）

譚鶴群，博士，教授，博士生導師，研究方向為農產品加工機械與畜牧機械。Email：thq@mail.hzau.edu.cn

譚鶴群，黃忠浩，李亞蘋. 病死豬輔熱好氧發酵尾氣中的惡臭物質分析[J]. 農業工程學報，2021，37(24)：208-215. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.24.023 http://www.tcsae.org

Tan Hequn, Huang Zhonghao, Li Yaping. Analysis of odor pollutants in the exhaust gas from thermophilic aerobic fermentation of dead pigs[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(24): 208-215. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.24.023 http://www.tcsae.org

中國農業工程學會會員：譚鶴群（E041200575S）