豬場VOCs 特征及減排技術(shù)研究進展

汪開英，李鑫，應(yīng)永飛

（1. 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，杭州 310058；2. 浙江省畜牧技術(shù)推廣與種畜禽監(jiān)測總站，杭州 310021）

0 引言

近年來，生豬產(chǎn)量不斷恢復(fù)，根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，截至2021 年末，中國生豬存欄44 922 萬頭、能繁殖母豬存欄4 329 萬頭，比上年末分別增長10.5%、4.0%，全年生豬出欄量67 128 萬頭，同比增加27.4%[1]。隨著生豬養(yǎng)殖業(yè)向集約化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化發(fā)展，生豬養(yǎng)殖過程中的惡臭污染問題日益嚴重，豬場臭氣嚴重影響人和動物的健康，制約養(yǎng)豬業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。國家生態(tài)環(huán)境部《2018—2020 年全國惡臭/異味污染投訴情況分析》報告指出，2020 年畜牧業(yè)惡臭/異味投訴行業(yè)占比達12.7%，位居行業(yè)首位[2]，尤其是規(guī)模豬場的臭氣污染已成制約養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。

豬場臭氣主要來源于豬舍和糞污處理，其主要成分包括氨氣（NH3）、硫化氫（H2S）、揮發(fā)性有機化合物（volatile organic compounds,VOCs）等[3-4]。PARKER等[5]對豬場臭氣濃度及其活性值（odor activity value,OAV）之間的相關(guān)性進行了研究，指出H2S、4-甲基苯酚、異戊酸、NH3和二乙基二硫醚依次為臭氣主要貢獻物質(zhì)。目前，H2S 和NH3的臭氣污染問題已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注并展開研究[6-8]，VOCs 因種類多、含量低，檢測難度系數(shù)高、成本昂貴，導(dǎo)致針對VOCs 的檢測及減排的研究相對較少。然而，大部分VOCs 的嗅閾值很低，即低濃度的VOCs 即可產(chǎn)生臭味，對臭氣的實際貢獻值更大，因此，探明豬場VOCs 特征和開展VOCs 綜合治理對實現(xiàn)豬場臭氣減排至關(guān)重要。

VOCs 成分復(fù)雜、種類繁多，是普遍存在于空氣中對環(huán)境產(chǎn)生極大影響的有機化合物，作為臭氧（O3）和二次有機氣溶膠（secondary organic aerosol,SOA）的重要前體物以及臭氣污染組分，超過閾值會嚴重影響自然環(huán)境和人畜健康[9-10]。世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)將VOCs 定義為沸點在50～ 260 °C 任何有機化合物[11]。美國環(huán)境保護署（US Environmental Protection Agency,EPA）將VOCs 定義為能夠在室內(nèi)溫度和大氣壓下蒸發(fā)的有機化合物[12]。目前，在豬場中已鑒定出500 多種VOCs[13]，主要來自于豬舍空氣、糞污發(fā)酵和飼料分解等，是造成豬場惡臭污染的主要成分之一。中國國家環(huán)境保護部發(fā)布的2016 年《國家先進污染防治技術(shù)目錄》將VOCs 污染防治列為五大重點減排工程之一[14]。該研究對豬場的VOCs 特征及減排與處理技術(shù)進行分析，并對該研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與研究重點進行展望，以期為豬場VOCs 減排與處理提供依據(jù)。

1 豬場VOCs 種類及特征

豬場不同排放源VOCs 的成分與濃度存在差異，不同季節(jié)、通風(fēng)量及豬品種等均會對VOCs 排放產(chǎn)生影響[15]，同時，檢測儀器及標準物質(zhì)不同，也會導(dǎo)致VOCs 成分存在差異。豬場的VOCs 主要包括揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)、烯烴、烷烴、芳香烴、鹵代烴、酯類、醚類、酚類、吲哚類、揮發(fā)性有機硫化物（volatile sulfur compounds,VSCs）、醛類和酮類[16]，其中導(dǎo)致惡臭的類別主要為VFA、苯酚、吲哚、VSCs[16-17]。中國惡臭污染物排放標準GB 14 554-93 將三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二甲基二硫醚、二硫化碳和苯乙烯等VOCs 定義為惡臭管控物質(zhì)[18]。表1 所示為豬場主要致臭VOCs成分及特征，其均具有較低嗅閾值，在豬場的濃度也相對 較低[19]。WENG等[20]利用氣相色譜-質(zhì) 譜（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）和電子鼻對豬場保育舍的VOCs 進行檢測，共檢測出70 多種VOCs，包括烷烴、醛、酮、醇、酯、萘、茚、苯、烯烴等，其中烷烴和醛類是主要污染成分。ZHANG等[21]對豬糞中的VOCs 進行了鑒定，共發(fā)現(xiàn)有49 種VOCs，濃度為71.35～523.71 μg/m3，主要為VFA、烯烴和鹵代烴，其中乙醇、丙烯、丙酮和2-丁酮的含量最高，占總VOCs的74.38%。

表1 豬場主要致臭VOCs 的成分特征Table 1 Characteristics of the main odor-causing volatile organic compounds(VOCs) components in swine facilities

2 VOCs 來源及成分

探明豬場中VOCs 的來源是有效治理臭氣的關(guān)鍵，豬場的VOCs 主要來源包括糞便、尿液、飼料、豬體表。豬場VOCs 不僅可以直接刺激生物體嗅覺，引發(fā)不適并影響人畜健康，而且會促進O3和SOA 的生成。同時，環(huán)境空氣和粉塵是VOCs 的重要傳輸途徑，對豬場的臭味傳播起著關(guān)鍵作用。表2 所示為豬場VOCs 主要來源及成分。

2.1 糞污

糞污是豬場VOCs 的主要來源之一，豬場糞污一部分來自于豬的糞便和尿液，一部分來自飼料殘渣及消毒劑的沉淀。若不及時對糞污進行清理和處理，則會產(chǎn)生大量VOCs。目前糞污VOCs 的研究主要集中于糞污處理過程中的VOCs 排放[28-29]。沈玉君等[30]研究發(fā)現(xiàn)豬糞好氧發(fā)酵過程產(chǎn)生的VOCs 中甲硫醚的致臭性較強，可作為豬場糞污VOCs 的關(guān)鍵性指標。周談龍等[27]對豬糞堆肥過程中的VOCs 進行了監(jiān)測，并通過GC-MS 進行分析，發(fā)現(xiàn)豬糞堆肥過程中可產(chǎn)生81 種VOCs，其中40%為烷烴類物質(zhì)，主要的VOCs 成分為三甲胺、甲硫醚、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚，且豬糞堆肥過程中的VOCs 排放主要集中于堆肥的前兩周。

2.2 飼料

豬場飼料產(chǎn)生的VOCs 主要來源于三方面：一是飼料本身所含的VOCs，在存儲和運輸中釋放；二是飼料的發(fā)酵和腐爛產(chǎn)生VOCs；三是飼料在豬的消化過程中，由于口腔、胃腸等部位的菌群作用，產(chǎn)生VOCs[31]。

YANG等[31]采用GC-MS 技術(shù)對豬場和家禽養(yǎng)殖場的飼料樣品進行氣味分析，結(jié)果表明乙酸和乙醇是主要的VOCs 成分，占總VOCs 的76.4%，飼料中VOCs 可能會嚴重影響飼料的味道，可用作追蹤飼料質(zhì)量狀況和對動物健康的影響指標。HOBBS等[32]研究了飼喂干飼料和加水飼料對斷奶仔豬排泄糞便中VOCs 的影響，結(jié)果表明VSCs、VFA、酚類和吲哚類是主要的臭味物質(zhì)，飼喂加水飼料比飼喂干飼料產(chǎn)生的VOCs 濃度低。

2.3 豬體

生豬體表的細菌、皮脂、汗液等會導(dǎo)致甲醛等VOCs 的產(chǎn)生[33]。BURGEON等[34]對公豬體表成分進行檢測，鑒定出48 種VOCs，包括醇、醛、吲哚衍生物等，并發(fā)現(xiàn)隨溫度升高，醛類物質(zhì)濃度增加，糞臭素和雄烯酮是導(dǎo)致公豬體表異味的主要化合物。

2.4 豬舍內(nèi)環(huán)境空氣

豬的呼吸過程、體表以及飼料、墊料等均會散發(fā)VOCs。豬舍內(nèi)空氣中主要的VOCs 成分為硫醇、苯酚和二甲苯[35-39]。OSAKA等[16]研究發(fā)現(xiàn)丙酮、乙酸、丙酸和丁酸是豬舍VOCs 的主要成分，占總VOCs 排放量的80%～88%，且夏季VOCs 的排放量明顯高于秋季和冬季。

2.5 豬舍內(nèi)顆粒物

豬舍中的顆粒物與VOCs 濃度之間具有高相關(guān)性[38-39]。豬舍中的VOCs 可以吸附在顆粒物上[40]，顆粒物（particulate matter,PM）對于豬舍內(nèi)的氣味傳播起著關(guān)鍵作用，易附著于人和動物的體表、衣物和物體表面上，從而造成氣味滋擾[41]，同等體積的空氣相比，含顆粒物的空氣臭味濃度更高[42]。目前，已在豬舍的PM 中檢測到多種VOCs 臭味物質(zhì)，包括VFA、醇、醛、酮、酚、含氮有機化合物和VSCs等。HAMMOND等[43]通過氣相色譜（gas chromatography，GC）分析了豬舍顆粒物中的VOCs，鑒定出34 種VOCs，包括15 種酸、16 種羰基化合物和3 種酚類物質(zhì)。YANG等[44]對豬舍分娩區(qū)、妊娠區(qū)、斷奶區(qū)和育肥舍的顆粒物進行分析，發(fā)現(xiàn)對甲酚是造成豬舍臭味的主要成分。

3 VOCs 檢測方法

VOCs 的檢測主要包括樣品采集、樣品前處理及樣品分析[13]。VOCs 通常使用填充有吸附劑的吸附管或容器進行采樣，例如采樣袋和采樣罐[45-47]。采樣袋價格低廉，便于攜帶，但樣品易揮發(fā)，轉(zhuǎn)移過程中樣品易被污染；吸附管攜帶便捷，可以針對性采集化合物，但難以采集大量VOCs，樣品穩(wěn)定性差，不能長時間存儲；采樣罐采樣方便，樣品存儲穩(wěn)定性好，可以對樣品進行多次分析，但部分VOCs 難以采集，樣品攜帶困難，分析成本昂貴。VOCs 樣品前處理方法包括靜態(tài)頂空法、吹掃捕集法、固相微萃取法[48]。VOCs 樣品的檢測分析可通過氣相色譜法（gas chromatography,GC）、液相色譜法（liquid chromatography,LC）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（liquid chromatograph-mass spectrometer,LC-MS）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[46,49-50]（gas chromatographymass spectrometry,GC-MS）等進行檢測。傳感器的應(yīng)用為VOCs 提供了在線監(jiān)測方法，如電子鼻[20]、便攜式氣相色譜質(zhì)譜檢測儀[25]、質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)飛行時間質(zhì)譜[51]（PTR-TOF-MS），可以實現(xiàn)實時、連續(xù)監(jiān)測現(xiàn)場VOCs。VOCs 采樣與分析方法原理如表3 所示。

表3 VOCs 采樣與分析方法Table 3 Collection and analysis methods of VOCs

GC-MS 和PTR-TOF-MS 由于其靈敏度高，組分檢出率高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中。但由于豬場環(huán)境復(fù)雜，污染成分較多，生物安全防控形勢嚴峻，設(shè)備進出場較為困難，消毒處理過程中極易對設(shè)備靈敏度造成損壞，因此，豬場內(nèi)VOCs 更適宜采用罐采樣/GC-MS 分析的檢測方法，PTR-TOF-MS 適宜豬場外圍及糞污處理區(qū)的VOCs 檢測。

4 豬場VOCs 減排技術(shù)

4.1 源頭減排

豬場VOCs 的源頭減排指通過調(diào)整日糧比例、使用添加劑等方式提高豬的生理狀況和生產(chǎn)性能，影響糞污排泄產(chǎn)生的VOCs，以及通過培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)母豬品種，提高動物繁殖性能等方式，減少由豬體表散發(fā)的VOCs[60]。OTTO等[61]研究了日糧中蛋白質(zhì)濃度對豬排泄糞便中VOCs 濃度的影響，研究發(fā)現(xiàn)與飼喂15%粗蛋白日糧相比，飼喂12%、9%和6%粗蛋白日糧時總VFA 增加，即降低粗蛋白會增加糞便VFA 濃度，但不影響對甲酚濃度。HANKINS等[62]分析了飼料中添加氨基酸和膳食纖維對豬舍糞便產(chǎn)生的VOCs 濃度的影響，研究發(fā)現(xiàn)飼料中添加膳食纖維，減少粗蛋白濃度，可以減少由糞便產(chǎn)生的VFA、二甲基二硫醚和對甲酚濃度；飼料中添加氨基酸可減少二硫化碳、己烷和2-丁酮等組分的濃度。

日糧粗蛋白比例調(diào)整等科學(xué)的減排方式是治理豬舍VOCs 的有效舉措，其操作簡單，無需額外資金投入，且不會產(chǎn)生二次污染，可實施性高。

4.2 過程控制

采取調(diào)整飼喂時間[63]、控制通風(fēng)條件[64]以及降低豬舍內(nèi)懸浮在空氣中的 PM 濃度[65]等方法可以實現(xiàn)生豬飼養(yǎng)過程中的VOCs 減排。LIAO等[63]評估了飼喂時間對VOCs 濃度的影響，發(fā)現(xiàn)減少豬的飼喂時長，可以減少豬舍VOCs 濃度。通風(fēng)是改善豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量的主要途徑，適當通風(fēng)可以減少豬舍內(nèi)VOCs 等污染物的濃度，提高舍內(nèi)空氣質(zhì)量，相應(yīng)導(dǎo)致豬舍外部污染物濃度升高[66]，因此，需采用適當?shù)臏p排策略，協(xié)同管控豬舍內(nèi)部和豬舍排風(fēng)口外的VOCs。

生豬飼養(yǎng)過程中產(chǎn)生的糞污是致臭VOCs 的重要來源。可以通過不同的清糞工藝實現(xiàn)豬舍內(nèi)糞污的VOCs減排。豬舍常用的清糞工藝主要包括人工清糞、機械清糞和尿泡糞[67]。人工清糞投資成本低，但效率低下，因此主要用于小規(guī)模傳統(tǒng)養(yǎng)豬場。機械清糞和尿泡糞是目前豬場最常用的清糞工藝，機械清糞需要較高的設(shè)備投資及后期維護，但可以大幅降低人工成本，實現(xiàn)自動化作業(yè)和管理。尿泡糞工藝比機械清糞工藝成本低，但長時間的糞污儲存會明顯增加VOCs 的產(chǎn)生。因此，需要根據(jù)養(yǎng)殖場規(guī)模，綜合考慮設(shè)備投入、人工成本、豬舍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量選取適宜的清糞工藝實現(xiàn)VOCs 減排。

4.3 末端處理

糞污處理技術(shù)包括好氧堆肥、厭氧發(fā)酵等。規(guī)模豬場常通過好氧發(fā)酵處理固態(tài)糞便，厭氧發(fā)酵和生化處理污水，將糞污轉(zhuǎn)變成有機肥料和沼氣資源，提高經(jīng)濟效益，但反應(yīng)過程會排放VOCs。研究表明，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)好氧和厭氧發(fā)酵過程中的溫度、pH 等條件可以減少VOCs 的產(chǎn)生[68]。使用添加劑可以減少糞污堆肥過程中的VOCs，PARKER等[69-70]研究發(fā)現(xiàn)使用大豆過氧化物酶和過氧化鈣可以顯著減少豬糞堆肥中的VOCs，MEIIRKHANULY等[71]研究生物炭對豬糞中VOCs 的影響，結(jié)果表明豬糞中使用生物炭可以顯著降低對甲酚（91%～97%）和糞臭素（74%～95%）的濃度。

目前，工業(yè)上廣泛開發(fā)和應(yīng)用的VOCs 處理技術(shù)主要包括回收處理法和降解處理法[72]?；厥仗幚矸ǎし蛛x法、冷凝法和吸附法）主要應(yīng)用于濃度較高、利用價值較大的VOCs[73-74]；降解處理法（光催化法、燃燒法和低溫等離子體技術(shù)處理）適用于VOCs 濃度低且利用價值不高的組分[75-77]。隨著科技進步以及處理技術(shù)的進一步成熟，活性物質(zhì)吸附法、光催化法、生物處理法和低溫等離子體技術(shù)等具有高效、穩(wěn)定、低能耗等特點，可能成為豬場VOCs 處理的關(guān)鍵技術(shù)。

4.3.1 活性物質(zhì)吸附

吸附法可通過物理吸附和化學(xué)吸附實現(xiàn)對VOCs 的去除，是目前最具廣泛性、普適性和經(jīng)濟性的VOCs 減排方法之一，適用于豬場糞污VOCs 處理[78]。吸附劑的孔徑結(jié)構(gòu)使其具有比表面積大的特點，其高孔隙率也利于物質(zhì)的擴散和吸附[79-80]。吸附劑表面負載催化劑可使VOCs 轉(zhuǎn)化為無毒無害的成分[81-82]。目前常見的活性吸附材料包括生物炭和沸石等[83]。

1）生物炭

生物炭吸附VOCs 遵循氣相吸附機理，氣流中的分子與生物炭表面接觸并粘附，根據(jù)吸附劑表面負載成分及作用力的不同，吸附方式可分為物理吸附、化學(xué)吸附和反應(yīng)吸附[84]。物理吸附是生物炭吸附VOCs 的主要方式，VOCs 氣體分子擴散到生物炭的空隙中，吸附過程受范德華力影響，吸附效果取決于VOCs 分子大小和生物炭孔徑結(jié)構(gòu)[85]。化學(xué)吸附由吸附物和吸附劑間的化學(xué)鍵引起，與物理吸附相比，化學(xué)吸附降解所需能量更高。反應(yīng)吸附是指氣體直接附著到吸附劑上，再與吸附劑負載的催化劑發(fā)生反應(yīng)。

生物炭的吸附效果受活性炭特性、吸附物的性質(zhì)和外界環(huán)境條件等影響[86]。生物炭吸附容量大、價格低廉且不易被酸堿腐蝕，已被應(yīng)用于處理畜禽糞污中的VOCs[74,87-89]。HWANG等[88]評估了生物炭對臭氣貢獻值大的二甲基二硫醚和二甲基三硫醚的吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)，熱解糞便生物炭吸附能力較差，基于植物生物質(zhì)的生物炭（如熱解橡木生物炭）吸附能力則大得多，使用后可作為土壤改良劑再利用。

2）沸石分子篩

天然沸石是一種酸性固體物質(zhì)，具有比表面積大、孔徑和結(jié)構(gòu)排布有序、熱穩(wěn)定性高等特點，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)VOCs 處理[90]。天然沸石易與不飽和烴以及含極性基團的VOCs 發(fā)生吸附作用[91]，但易受濕度影響，在高濕度狀態(tài)下，水分子與VOCs 產(chǎn)生競爭吸附，從而影響VOCs 的吸附效果[82]。為了克服天然沸石的缺點，許多學(xué)者展開對合成沸石的研究。合成沸石，也稱為沸石分子篩，具有熱穩(wěn)定性高、孔徑有序、易于脫附及選擇性吸附的特點[92]，主要包括單純沸石分子篩、沸石負載貴金屬氧化物、沸石負載單/多組分金屬氧化物[93]。目前，工業(yè)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用沸石分子篩處理環(huán)境中的VOCs，部分研究者發(fā)現(xiàn)沸石分子篩可以有效去除豬舍和雞舍內(nèi)的VOCs[94-95]。當前畜禽養(yǎng)殖業(yè)使用沸石治理惡臭VOCs 的研究相對較少，有待深入研究。

生物炭和沸石成本較低，可以再生和回收利用，實現(xiàn)資源利用最大化，但大面積使用時仍需評估其成本，同時考慮儲存和運輸問題，因此，更適宜用于小規(guī)模豬場糞污VOCs 處理。

4.3.2 光催化氧化

光催化氧化降解VOCs 是基于半導(dǎo)體催化劑原理，利用特定波長的光，與VOCs 發(fā)生反應(yīng)，致使其化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，大分子的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珶o害的CO2、水和其他危害相對較小的物質(zhì)[96]。光催化反應(yīng)需要中間介質(zhì)催化氧化劑，一般為惰性催化劑，如二氧化硅（SiO2）、二氧化鈦（TiO2）等[97]，其中TiO2的應(yīng)用更為廣泛[98]。光催化降解VOCs 機理如圖1 所示，在催化劑與光的協(xié)同作用下，可有效降解空氣中的VOCs 等有害污染物。

圖1 光催化降解機理示意圖Fig.1 Schematic diagram of photocatalytic degradation mechanism

光催化氧化法已成功應(yīng)用于室內(nèi)空氣及水污染的治理[99-100]，且取得較好減排效果。該方法具有能耗低、去除率高、二次污染小等優(yōu)點，在畜牧業(yè)中降解VOCs 方面也有較好的應(yīng)用前景。ZHU等[101]研究了以黑光為光源、TiO2為催化劑負載物的光催化降解畜禽舍內(nèi)VOCs的效果，結(jié)果表明該方法可使二甲基二硫醚、二乙基二硫醚和對甲酚等豬舍內(nèi)的惡臭物質(zhì)濃度顯著降低。LI 等[102]研究了光催化對惡臭氣體甲硫醇的降解效果，結(jié)果表明在UV-A 照射下，甲硫醇可有效分解，催化降解效率的大小受到相對濕度、初始濃度以及催化劑負載量的影響。MAURER等[103]研究了TiO2基光催化涂層和紫外線光對豬場VOCs 處理效果，結(jié)果表明對甲酚的去除效率為22%，臭味濃度可減少16%。光催化氧化技術(shù)處理畜禽場VOCs 等空氣污染物的研究亟待進一步深入，以實現(xiàn)臭氣的節(jié)能高效減排。

光催化氧化可以高效處理低濃度的VOCs，運行過程中不需要額外加入消耗品，且其本身不會產(chǎn)生污染物，不會對環(huán)境造成二次污染。但是光催化氧化法的前期設(shè)備投入成本較高，且需專業(yè)的技術(shù)支持，因此要綜合考慮豬場實際情況進行配置。

4.3.3 生物處理法

與物理法和化學(xué)法相比，生物法處理VOCs 等惡臭氣體具有操作簡單、成本低、效益高、環(huán)境友好等特點[104-105]，因此，生物法適用范圍更廣，逐步成為各行業(yè)VOCs 處理的主要方法。生物法的原理是利用微生物的代謝活動，將VOCs 轉(zhuǎn)化為CO2、水等無害物質(zhì)和其他危害相對較小的物質(zhì)，目前常用的方法為生物過濾法和生物滴濾法，如圖2 和圖3 所示。

圖2 生物過濾器原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of biofilter principle

圖3 生物滴濾器原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of the biological trickling filter principle

生物過濾法通常包括增濕器和生物反應(yīng)器兩部分。微生物附著在填料層，填料一般包括硅藻土、木屑、活性炭、有機肥、活性污泥等[106]。增濕后的VOCs 從底部進入填料層被微生物降解，轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)后經(jīng)過濾系統(tǒng)排出[107]。REYES等[108]使用生物過濾器處理正丁酸，結(jié)果顯示，生物過濾器去除率為98%～100%，溫度升高會導(dǎo)致丁酸去除率下降。生物過濾法中的過濾器內(nèi)濕度、pH 值較難控制，長期運行可能導(dǎo)致濾床惡化、堵塞，影響微生物特性[109]。

生物滴濾法與生物過濾法的工藝相似，相比生物過濾法，生物滴濾法的填料堵塞和使用壽命短等有改善。生物滴濾法不包括增濕器，而是通過循環(huán)水系統(tǒng)的頂部連續(xù)噴淋實現(xiàn)加濕，因此其流速可控性更高，處理污染物范圍更廣。生物滴濾器適合降解水溶性物質(zhì)，對豬場產(chǎn)生的親水性VOCs，如乙醇、苯、三甲胺等，生物滴濾器具有良好的去除性能[110]。YAO等[111]研究發(fā)現(xiàn)生物滴濾器對H2S、苯乙烯、間二甲苯的去除率分別為99.2%、94.6%、100%。MARTEL等[112]研究了生物滴濾器對豬舍內(nèi)較強致臭性VOCs 的去除效果，結(jié)果表明，除對甲酚和二甲基二硫醚外，丁酸、戊酸、2,3-丁二酮等VOCs成分可完全去除。

生物過濾法和生物滴濾法操作簡單，可循環(huán)使用，且其處理后的氣體能再次利用，促進可持續(xù)發(fā)展，但是其運行過程中成本較高，耗水量較大、維護及清洗較為困難。因此VOCs 處理技術(shù)的選用應(yīng)綜合考慮可實施性和豬場周邊環(huán)境敏感性等。

4.3.4 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體廢氣處理技術(shù)的原理是通過放電所產(chǎn)生的高活性粒子與污染物分子發(fā)生碰撞，使其分解和氧化。研究表明，低溫等離子體技術(shù)可以對含低濃度VOCs 的廢氣和惡臭氣體進行氧化降解，但會產(chǎn)生副產(chǎn)物和大量臭氧。SCHMID等[113]對基于低溫非熱等離子體的空氣凈化器的VOCs 降解效果進行研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)己烯、苯、甲苯、乙苯的降解效率分別達到11%、2%、11%、3%。ANDERSEN等[75]研究發(fā)現(xiàn)低溫等離子體系統(tǒng)對吲哚、3-甲基-1H-吲哚有較顯著的去除效率，但同時產(chǎn)生乙醇、2,3-丁二酮和二甲基三硫醚等VOCs。CHO等[114]研究發(fā)現(xiàn)基于低溫等離子體的空氣凈化器可以顯著減少豬舍內(nèi)的PM2.5、PM10、空氣中的細菌和真菌，但對NH3和H2S 沒有明顯的減少作用。

綜上可知，低溫等離子體技術(shù)處理不同成分的VOCs 存在較大差異，因此，低溫等離子技術(shù)應(yīng)與其他處理設(shè)施共同對含VOCs 的臭氣進行處理，不建議單獨使用。同時，應(yīng)在低溫等離子設(shè)備前端設(shè)置除塵裝置，去除粉塵，后端設(shè)置臭氧處理裝置，減少臭氧排放。低溫等離子技術(shù)在畜禽場VOCs 和臭氣處理中的適用性和經(jīng)濟性有待進一步深入研究。

5 結(jié)論與展望

隨著生豬養(yǎng)殖業(yè)向集約化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化發(fā)展，豬場排放的NH3、粉塵和VOCs 等引起的惡臭污染問題已嚴重制約養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展，相比NH3和粉塵，豬場VOCs 排放與處理的研究相對較少，同時，VOCs 是生成O3和SOA 的重要前體物，關(guān)于豬場VOCs 的O3和SOA 生成潛勢研究相對較少，研究主要集中于工業(yè)領(lǐng)域。豬場的VOCs 成分復(fù)雜、濃度低、種類繁多，取樣分析難且檢測成本相對高，當前缺乏豬場VOCs 的長期監(jiān)測與分析、豬場不同排放源VOCs 的形成機理和排放規(guī)律探究、對周邊環(huán)境與人畜健康影響風(fēng)險的評估、豬場VOCs 的O3和SOA 生成潛勢分析以及針對性的減排與處理技術(shù)等研究。另外，目前中國針對煤炭、石油、涂裝、印刷等領(lǐng)域制定了VOCs 的污染防治技術(shù)政策及相關(guān)標準，但畜牧業(yè)VOCs 治理政策標準相對空白。

優(yōu)化日糧方案、改善通風(fēng)條件、加強日常管理、改進豬舍清糞工藝和增加清糞頻率等豬場VOCs 源頭減排和過程控制措施的成本相對較低，可實施性高。但豬場VOCs 濃度及嗅閾值很低，豬舍和糞污處理區(qū)排放的VOCs 處理難度大，缺少成熟、高效、經(jīng)濟的處理技術(shù)?，F(xiàn)有各種VOCs 處理技術(shù)仍處于試驗研究階段，相關(guān)理論研究和實際應(yīng)用還不夠深入、廣泛，離在規(guī)模豬場的推廣應(yīng)用仍有較遠的距離，不少技術(shù)難題有待探討和解決。此外，單一的VOCs 減排與處理技術(shù)具有一定的局限性，難以達到豬場復(fù)雜VOCs 的處理效果。

基于當前豬場VOCs 特征及減排與處理技術(shù)存在的問題與挑戰(zhàn)，未來該研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與研究重點應(yīng)著重于以下幾個方面：

1）對豬場VOCs 開展全面檢測，構(gòu)建豬場VOCs 排放源清單，探明豬場VOCs 的排放機理、特征及其與惡臭污染相關(guān)性，開展VOCs 對周邊環(huán)境與人畜健康風(fēng)險的影響評估，探究豬場VOCs 的臭氧和SOA 生成潛勢，并研發(fā)VOCs 在線連續(xù)監(jiān)測設(shè)備；

2）針對豬場VOCs 排放特征，開展VOCs 不同處理技術(shù)的反應(yīng)機理和影響因素研究，綜合考慮VOCs 減排與處理技術(shù)的去除效率、經(jīng)濟性和二次污染性等多方面因素，開發(fā)適用于豬場內(nèi)不同排放源的VOCs 成分和濃度的減排與處理技術(shù)。同時，開展多種技術(shù)聯(lián)合處理VOCs的研究，提高綜合處理效率，降低處理能耗及成本；

3）進一步研究更科學(xué)、經(jīng)濟、高效的源頭減排與過程控制技術(shù)，推動豬場VOCs 源頭減排、過程控制和末端處理的協(xié)同減排技術(shù)體系建設(shè)，有效管控包括VOCs的豬場臭氣污染問題，降低豬場VOCs 對人畜健康、周邊環(huán)境及對O3和SOA 生成的影響；

4）提高對畜牧業(yè)VOCs 污染治理的重視程度，加大VOCs 減排與處理技術(shù)的研發(fā)投入，促進政府、研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)協(xié)同治理，并制定畜牧業(yè)VOCs 排放要求、減排與處理技術(shù)規(guī)范、治理標準，推動畜牧業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。