现代化猪舍降低废气排放措施的应用与研究

沈 盼高 岩 张 杰孙伟志李修松,2*赵世光 杨玉鹏

（1青岛大牧人养猪研究院，山东青岛 26600；2浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058；3傲农集团环境工程研究所，福建漳州 363000）

“绿水青山就是金山银山”，当前，政府和公众对环境的保护意识越来越强。规模化猪场产生的废气也越来越受到政府和公众的关注。猪场废气主要来源于猪舍粪污的厌氧分解，尽管没有相关研究表明猪场的废气会对周边的居民健康造成影响，但周围的居民对猪场废气的气味存在心理抵触和厌恶情绪，使得政府对猪场废气排放的法规越来越严苛，猪场废气的排放一定程度上制约着养猪业的发展。

目前，猪舍废气的评估方法主要依靠嗅觉，分为无味、弱、轻、中等和强度5个等级。猪舍废气化学成分复杂，种类多达数百种，但会引起人体不适的气味主要有NH3、H2S和其他VOC，如三甲胺、甲硫基、二甲基硫醚、苯基乙烯等。减低猪舍废气的技术研发和应用主要从舍内源头减量和舍外废气收集净化等2个方向进行。

1 猪舍内的除臭措施

1.1 合适的漏缝地板

Rantzer[1]为了研究漏缝地板和实体地板对猪舍卫生和猪只生产性能的影响，将201窝断奶5周的保育猪进行分组测试，对比结果显示尽管二者在死淘率和日增重方面没有明显差异，但漏缝地板在提高猪舍卫生、降低猪只发病率等方面明显优于实体地面。Rantzer试验中采用的是塑料漏缝地板，其成本较高，在商业猪场中很难大规模推广。Pedersen[2]比较了12种不同材料和形式的漏缝地板对猪舍NH3挥发的影响，发现水泥漏缝地板猪舍产生的NH3量高于塑料漏缝地板和铸铁漏缝地板，但在降低猪只滑倒和对猪只热传导性能方面优于其他漏缝地板，且成本较低，比较适合成年猪舍使用。水泥漏缝地板上附着的猪粪会产生大量脲酶，尿液中的尿素在脲酶的作用下可迅速水解，产生大量的NH3[3]。增加开口可以避免粪污堵塞，Bengt研究[4]发现漏缝地板的开口缝隙2～30 mm，NH3挥发可以下降50%。漏缝地板的板条截面形状对粪污排泄有显著影响，Ye等[5]研究发现截面为梯形的漏粪地板排粪能力高于三角形截面。漏缝地板的面积比率对NH3挥发也有显著影响，Aarnink研究发现25%漏缝面积的猪舍NH3浓度明显低于50%漏缝面积的猪舍[6，7]。

1.2 电净化技术 （EPI）

电净化技术由控制器、高压电源、空间电极系列装置组成，利用空间电场电极对空气放电产生的高能带电粒子和微量臭氧对猪舍中的有害气体进行氧化分解，对粉尘进行吸附[8]。Winkel对采用电净化设备的鸡舍进行1年的测试试验发现，采用电净化设备的鸡舍各种污染物浓度下降明显（PM10：48.8%，PM2.5：64.9%，NH3：21.0%，臭气：12.2%，CH4：5.3%，NO：15.9%），Murphy-Brown对安装电净化设备的2个2 000头保育猪场进行了5个批次的对比试验发现，安装电净化设施的猪舍，仔猪的日增重提高12.2%、饲料转化率明显提高9.3%，猪舍的空气质量环境有明显提高，空气污染物浓度明显下降。

1.3 雾化油技术在猪舍中应用

Zhang对2栋4 000头育肥猪舍，采用双肩式喷雾器对猪舍的过道、地板、猪只的躺卧区、排污区和身体进行喷洒植物油，经过1年的测试发现，喷洒植物油的猪舍粉尘降低80%，H2S、NH3、CO2分别降低27%、30%、5%。Banhazi证实定期喷洒植物油可以降低46%的粉尘浓度，粉尘降低也意味着猪舍有害气体浓度降低，Kim[9]等发现喷洒植物精油24小时后硫化物成分的臭味显著降低。植物油喷洒过程中经常会堵塞油路和喷头，喷洒过程中避免较高的压力，形成较细的雾滴，对人和猪的健康不利，WMPS推荐喷洒高度离地30英寸，喷洒量前2天喷洒40 mL/m2，后2天再喷洒20 mL/m2，剩下的时间喷洒5 mL/m2。

2 舍外除臭措施

2.1 生物过滤

猪舍废气处理所使用的生物过滤技术不是一项新技术，是自然界中微生物对大气净化作用在猪场中的应用。生物过滤利用过滤介质的微生物将猪舍废气转化为CO2、水蒸气和其他生物质，能够非常高效地降低猪舍有害气体的排放。猪舍中使用的生物过滤介质必须有较大的表面积且有足够的营养形成一定的生物膜，理想的介质包括泥炭、木屑、稻草等其中的一种或多种。这些介质需要一个多孔的坚固支撑平台，有利于猪舍废气均匀接触生物膜，及时将有害气体分解。生物过滤设计比较复杂，需要综合考虑生物过滤介质的厚度、空滤率、废气接触时间、通风量及保持微生物适合生长的滤质湿度、温度，WMPS推荐生物过滤介质厚度为10～18英寸，孔隙率为40%～60%，猪舍废气接触时间为3～5 s，通风量每平方英尺为12～20 cfm，以及最佳滤质湿度为40%～65%，温度在21～32℃。生物过滤系统的除臭效率取决于设计和管理，Nicolai实验证实生物过滤系统可以消除95%的臭气和H2S、65%的NH3，提高废气接触时间（EBRT）可以大大提高废气清除效率，Sun证实如果EBRT大于10 s，NH3清除率大于80%[10]。生物过滤的初始投资比较低，但当猪舍废气通过生物过滤介质可能会产生较大的压降，增加了风机的运行成本；室外的气候条件随时变化使过滤介质很难有稳定的湿度、温度以及营养维持微生物生长繁殖[11]；冬季猪舍所需的风量很小，如果猪舍采用间歇式开启风机方式进行通风，过滤介质中的微生物数量会因风机关闭时段温度过低而大大降低；舍外的鼠类的活动也会破坏过滤介质空隙率的均匀性；这些不足限制了生物过滤方式在生产实际中的应用[12]。

2.2 湿式洗涤器

在猪舍排风口安装湿式洗涤器能够有效净化猪舍排出的废气中的粉尘、NH3、H2S和其他臭气。猪舍湿式洗涤器主要是由面积较大的过滤器和能够将过滤器充分湿润的喷淋系统组成。为使过滤器与猪舍废气充分接触，过滤器通常离风机前或后4英尺放置。喷淋系统如果仅仅使用水，湿式洗涤器降低猪舍废气的粉尘和NH3排放率与通风量大小有关，冬季通风时可以降低60%，春秋通风时降低30%，夏季通风时降低20%，但是臭气浓度降低有限。如果在喷淋系统中添加适量的酸溶液，猪舍NH3排放率可以最大降低到90%[13]，但是臭气排放率最多降低27%[14]。Roland发现猪舍废气与洗涤器的接触时间大于7.5 s，粉尘平均排放率降低68%；接触时间小于7.5 s，粉尘平均排放率降低44%。NH3和粉尘排放率的降低取决于酸溶液的种类和配比、废气与洗涤器的接触时间，臭气排放率的降低取决于湿式洗涤器对臭气成分的溶解。微生物能够吸收分解猪舍废气的臭气成分，能够生长微生物的湿式洗涤器会大大降低猪舍臭气排放量，微生物密度过大会降低NH3的排放率[15]。对猪舍废气分阶段清洗，可以更有效地降低猪舍废气有害气体排放量和粉尘[16]。青岛大牧人公司将猪舍废气处理过程分为3个阶段，第1阶段利用物理原理降低NH3和粉尘排放率，第2阶段利用化学原理进一步降解NH3，第3阶段采用生物原理降低臭气。经为期1年的检测发现猪舍粉尘、NH3和臭气排放率分别下降。和生物过滤相比，湿式洗涤器对风机不会产生过高的负载[17]，对舍内通风系统影响较小，在猪场废气处理领域具有广阔前景。

2.3 植被缓冲区 （VEBs）

猪舍周围的植被缓冲区（VEBs）由各种树木、灌木丛和植被构成。VEBs类似于防风墙，能够降低猪舍废气的气流速度，从而使废气中的粉尘更快地沉积，也能够提高猪舍废气在垂直方向上的混合效率，使猪舍废气的浓度更低。VEBs也类似生物过滤器，植被的叶子能够俘获猪舍废气中的粉尘，也能够吸附分解猪舍废气中的NH3、臭气、H2S等有害气体。VEBs被证明可以降低猪舍废气中50%的NH3和粉尘以及85%的H2S和66%的臭气排放量。VEBs的效率取决于植被的种类和位置。NRCS建议防护带要有多种不同种类和生长速度的植被组成，离猪舍较远的树种需要防风能力强、高大的特性。排和排之间间距5～7 m。设计VEBs要避免猪舍废气在猪舍周围形成气流循环，猪舍废气倒流回猪舍。May建议VEBs离机械通风的猪舍最短距离23 m，自然通风的猪舍最短距离39 m。VEBs可以使猪场更加绿色美观，使公众对猪场更有好感，改善邻里关系。

3 结论与展望

猪舍废气处理需要综合实施多种方式，一种方式很难能够将猪舍排放率降低到理想水平。养猪生产边界收益较低，选择废气处理方式还要充分考虑投入成本和运行成本。选择合适的漏缝地板及合理的漏缝地板布置方式是比较简单有效且成本较低的降低臭气排放量的方式。电净化技术不仅能够吸附粉尘，分解NH3、臭气等有害气体，还可以产生臭氧抑制病菌，但成本较高。喷油技术成本较低，但运行过程喷头容易堵塞。生物过滤成本较低，但需要精细管理和设计，湿式洗涤器是较有前途的废气处理方式，需要在微生物生长和水量消耗上进一步研究。植被除臭在降低猪舍废气排放量的同时可增加猪舍的美观，但也会招引鸟类，增加防疫风险。

（另有部分参考文献略，需者可函索）