北方地区规模化养殖场无组织恶臭污染特征

郭二果 李长青 张颖杰 田彦峰 闫海霞 张晓娟

摘要：养殖场恶臭污染特征研究是恶臭控制机制的理论基础。本文以呼和浩特市某规模化奶牛养殖场为例，研究北方地区奶牛养殖场无组织恶臭污染特征，结果表明：（1）牧场厂界和周边环境NH3、H2S、臭气等无组织恶臭气体浓度均能满足标准要求，主要污染因子是NH3。（2）泌乳牛舍、氧化塘是奶牛养殖场臭气的主要来源。（3）泌乳牛舍、氧化塘、堆肥场等各污染源以及牧场厂界NH3浓度均不同程度表现出午后14：00—15：00出现高峰。周边敏感点处NH3浓度一天中呈现中午高、早晚低的变化规律。（4）在环境温度为20℃，风速3m·s-1 的条件下，养殖场NH3下风向50 m范围内，氨气浓度的下降趋势明显，在50 m之外，氨气浓度基本保持不变。

关键词：北方地区;规模化养殖场;恶臭;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、废水的产生、储存、处理过程会释放恶臭气体，造成养殖场及周边空气污染，对周边人群的健康产生一定危害，恶臭污染问题是养殖场污染防治的主要关注点之一。目前关于恶臭污染研究集中在污水处理厂[1，2]、工业园区[3]等方面，对畜禽养殖恶臭污染的研究多集中在泛泛探讨恶臭危害及控制措施上[4，5]，针对养殖恶臭污染特征的研究，有学者研究了南方地区机械通风方式下的生物发酵床、半缝隙地面、全缝隙地面、水泥实心地面猪舍恶臭扩散规律[6]，也有学者从某一角度研究了上海、山东规模化奶牛养殖场恶臭污染物扩散规律及影响因素[7，8]，而对北方地区规模化奶牛养殖场典型无组织恶臭污染时空分布特征的详细研究报道较少。本文以地处北方地区的呼和浩特市某规模化奶牛养殖场为例，研究规模化奶牛养殖场无组织恶臭污染特征，为类似地区奶牛养殖恶臭污染防治管理提供依据。

1 研究地概况

试验牧场位于内蒙古呼和浩特市土默特左旗，当地年平均气温6.3℃，极端最高气温达到39.3℃，极端最低气温-35.6℃，全年主导风向西北风，年平均风速2.2m/s，瞬时最大风速可达36m/s。养殖规模设计3 000头国际良种奶牛，年产奶21 000t，本研究期间实际养殖规模2 627头。牧场建设封闭式牛舍、堆肥场，圈舍、堆肥场所均具有通风设施，采用干清粪方式，圈舍清理出的粪肥当日送堆肥场发酵做牛床垫料或堆肥，泌乳牛尿液、冲洗废水（产生量2.74×104m3/a）采用暗沟排到粪污收集池，经固液分离后排入三级氧化塘（2座35m×55m×5.5m，1座45m×55m×5.5m）发酵处理后用于有机青贮种植追肥。

2 研究方法

2.1 数据来源及监测方法

在收集历史资料的基础上开展研究实测。共设置16个监控点，选择堆肥场场界、泌乳牛舍场界、氧化塘区域边界以及牧场厂界，4个场（厂）界外分别设置4个监控点位，其中上风向各1个，下风向各3个。同时针对泌乳牛舍开展了恶臭气体浓度水平扩散监测。监测因子为H2S、NH3、臭气浓度，监测期间记录风向、风速、气温、大气压、云量等有关参数（监测期间平均气温20.8℃、89.56kPa、风速3m/s、云量3）。监测时间为2019年5月9日—10日，连续监测2天，每天监测4次。

2.2 TSP分析和数据处理方法

氨气采用纳氏试剂分光光度法（HJ 533-2009）、硫化氢采用亚甲蓝分光光度法（GB 11742-1989）、臭气浓度采用三点比较式臭袋法（GB/T 14675-93）测试。

数据处理用excel 2007， 统计分析用sas v 9.0。

3 结果与分析

3.1 恶臭污染物达标情况及对周边环境的影响

各无组织恶臭气体厂（场）界浓度见表1。厂界NH3、H2S、臭气等无组织恶臭气体浓度均能满足《恶臭污染物排放标准》 GB14554-90二级标准要求，H2S、臭气浓度最大值均在检出限以下，主要污染因子是NH3，其最高浓度也低于恶臭污染物排放标准二级标准限值。说明牧场通过牛舍封闭以及采取通风、及时清理、喷洒除臭剂等措施，可以起到一定的恶臭抑制作用，恶臭气体浓度能够实现厂界达标。

结合历史监测数据分析牧场恶臭污染物对周边空气环境质量的影响情况，2011年牧场环评时监测数据和本次研究结果相似，牧场周边两个村庄处硫化氢浓度很低，大多数监测时段在检出限以下，故选择NH3作研究分析。牧场运行后周边环境NH3浓度均能达标，且变化不大，这也更进一步证明了牧场无组织恶臭污染物对周边环境未造成明显影响。

3.2 不同污染源恶臭贡献比较

从不同产臭单元来看，泌乳牛舍旁浓度最高，NH3最高浓度为0.107 mg/m3;其次为氧化塘，其周界外NH3最高浓度为0.102 mg/m3;堆肥场和牧场厂界浓度较低，而且二者相差不大，NH3最高浓度分别为0.073 mg/m3、0.079 mg/m3。方差分析显示，泌乳牛舍、氧化塘与其他恶臭源差异极显著（p<0.01），泌乳牛舍与氧化塘差异不显著，堆肥场与牧场厂界差异不显著，这说明泌乳牛舍、氧化塘是奶牛养殖场臭气的主要来源。

3.3 恶臭浓度日动态变化

结合历史监测数据分析牧场各污染源场界及周边恶臭污染物的日动态变化（图2），从一天中不同时段来看，泌乳牛舍、氧化塘、堆肥場等各污染源以及牧场厂界NH3浓度均不同程度表现出午后14：00—15：00出现高峰。周边敏感点处不论是2011年历史监测数据，还是本研究实测值，连续7日内监测值及其平均值均表现出午后14：00 NH3浓度值高于其他时刻，NH3最低值出现在凌晨2：00，早上8：00和晚上20：00浓度最低，说明NH3一天中呈现中午高、早晚低，白天高、夜晚低的变化规律。

3.4 恶臭气体水平扩散规律研究

在环境温度为20℃，风速3m·s-1 的条件下，对养殖场泌乳牛舍NH3在下风向水平扩散规律进行了研究，分别监测了泌乳牛舍场界及下风向20m、40m、50m、60m、70m、80m处的NH3浓度，研究发现下风向50 m范围内，氨气浓度的下降趋势明显，在50m之外，氨气浓度基本保持不变。

4 结论与讨论

（1）牧场厂界NH3、H2S、臭气等无组织恶臭气体浓度均能满足标准要求，主要污染因子是NH3。牧场运行后周边环境NH3浓度均能达标，且变化不大。牧场通过牛舍封闭以及采取通风、及时清理、喷洒除臭剂等措施，可以起到一定的恶臭抑制作用，牧场恶臭污染物对周边环境未造成明显影响。

（2）从牧场不同产臭单元对恶臭污染的贡献来看，堆肥场周界外NH3浓度较低，对恶臭的贡献最小。泌乳牛舍对恶臭的贡献最高，其次为氧化塘，这两个污染源周界外NH3浓度显著高于其他产臭单元，泌乳牛舍、氧化塘是奶牛养殖场臭气的主要来源。不同地区、不同畜禽种类的养殖场，产臭单元有所差别，周忠强等[8]发现上海畜禽养殖场恶臭来源蛋鸡场是粪便堆肥环节、奶牛场是污水贮存环节、养猪场是畜舍养殖环节。

（3）牧场各污染源场界及周边的NH3浓度日动态变化规律为：泌乳牛舍、氧化塘、堆肥场等各污染源以及牧场厂界NH3浓度均不同程度表现出午后14：00—15：00出现高峰。周边敏感点处NH3浓度表现出午后14：00 NH3浓度值高于其他时刻，一天中呈现中午高、早晚低的变化规律。这可能由于中午气温高、恶臭气体释放快的缘故，因为温度和风速对恶臭污染物扩散规律影响显著[7]。

（4）在环境温度为20℃，风速3m·s-1 的条件下，养殖场NH3下风向50m范围内，氨气浓度的下降趋势明显，在50m之外，氨气浓度基本保持不变。有学者[7]曾发现山东省奶牛养殖场臭气浓度随距离的增加迅速减小，下风向同一高度处的臭气浓度与监测点距排放源的距离呈指数函数关系，但并未给出这个最小距离。

参考文献

[1]杨庆，李洋，崔斌，等.城市污水处理过程中恶臭气体释放的研究进展[J].环境科学学报，2019，39（07）：2079-2087.

[2]张体强，陈雄伟.紫外光催化处理小型污水站恶臭气体实验研究[J].环境与发展，2020，32（02）：98-99.

[3]孟洁，翟增秀，荆博宇，等.工业园区恶臭污染源排放特征和健康风险评估[J/OL].环境科学，2019（09）：1-16[2019-08-30].https：//doi.org/10.13227/j.hjkx.201901257.

[4]张土保，许英梅，安立龙，等.养殖场中的恶臭及其营养控制措施[J].饲料工业，2009，30（07）：48-52.

[5]李莉，熊键，熊征，等.养殖场恶臭带来的危害及其应对策略[J]当代畜牧，2014（27）：49-51.

[6]魏波.集约化猪场的恶臭排放与扩散研究[D].杭州：浙江大学，2011.

[7]郑芳，程波，李玉明，等.奶牛场恶臭污染物扩散规律研究[J].农业环境科学学报，2010，29（09）：1808-1813.

[8]周忠强，沈根祥，徐昶，等.上海市典型畜禽养殖场恶臭污染物排放特征调查[J].浙江农业学报，2019，31（05）：790-797.

收稿日期：2020-06-11

基金项目：2018年内蒙古自治区人才开发基金;内蒙古自然科学基金（2018MS03005）

作者简介：郭二果（1978-），女，博士，正高工，研究方向为城市生态及环境保护。

通讯作者：李长青（1978-），男，研究员，博士，研究方向为动物营养及牧草环境效应研究。