規模豬場臭氣控制及減排技術

鄭 鑫 ，屈安安 ，趙 曼 ，朱升海 ，林 聰 ，段 娜 *

（1.中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083；2.農業農村部設施農業工程重點實驗室，北京 100083；3.北京四方新域科技發展有限公司，北京 100029；4. 寧波天勝農牧發展有限公司，浙江 寧波 315000）

1 引言

近年來，受非洲豬瘟的波及，我國生豬養殖業受到嚴重影響。但隨著豬場生物安全防控手段的加強，在政府促進養豬生產恢復相關政策的執行下，我國生豬養殖行業勢必會迎來一波新的高潮。截至2020年底，我國生豬出欄52 704萬頭，豬肉產量4 113萬噸，年末生豬存欄40 650萬頭，各項指標均呈上升態勢，全行業復產增養積極[1]。與此同時，各部門堅持以優供給、強安全、保生態為原則，共同促進畜牧業發展方式的轉變，推動養殖業向規模化、標準化發展。養豬規模的擴大和集約化程度的提高，對豬場污染物控制提出了更高的要求。臭氣污染是豬場污染的類型之一，臭氣不僅會對場內豬群造成損傷，影響豬場效益；而且會進一步擴散，污染周邊環境，對附近居民的身體健康造成影響。據統計，在各級環保督查畜禽養殖污染投訴案件中，豬場臭氣類投訴案件的比例達到60%以上[2]。與養殖場糞便和污水等廢棄物相比，臭氣的收集和處理難度大，處理技術相對薄弱，如何在養豬生產全過程中實現對臭氣的控制和減排，逐漸成為養殖業污染治理的焦點。

文章旨在對目前規模豬場臭氣減排和控制方面已有的技術進行歸納和總結，并對今后的技術發展進行展望，為該領域的技術發展提供依據和思路。

2 豬場臭氣的組成和危害

豬場臭氣的來源主要有三個方面：一是豬群的排泄物（糞便、尿液及皮膚分泌物）和排泄氣體（呼吸道、消化道氣體）；二是豬舍內污物和剩余飼料的腐敗分解；三是畜舍內部空氣中的粉塵、細菌，這些懸浮顆粒對惡臭氣體的產生和富集起著重要的作用。在整個養豬生產過程中，養殖末端糞污處理產生的臭氣占65%，豬場飼料產生的臭氣占10%，其余來源于豬舍[3]。豬場惡臭氣體的組成成分有230多種，其中氨氣（NH3）、硫化氫（H2S）和揮發性脂肪酸（VFAs）的危害最為嚴重，如表1。

表1 臭氣主要組成成分及其危害[4-8]

豬場臭氣會降低豬群健康水平，進而影響豬群的生產性能，這也是制約規模豬場高效優質生產的重要影響因素之一。此外，從人體健康和動物福利的角度考慮，豬場養殖過程中應盡可能減少臭氣的產生，改善場區環境，保障工作人員及周邊居民的身體健康，提高動物的生產潛能，推動福利化養豬和環保新工藝的發展。

3 臭氣控制及減排技術

3.1 源頭減量技術

從臭氣產生的來源可以發現，豬群的排泄氣體是豬場臭氣的來源之一。目前規模化養殖場所采用的除臭技術主要針對豬舍內的糞尿、殘余飼料等產生的惡臭氣體進行凈化，對豬只自身臭氣的產生沒有很好的限制措施。豬只腸道微生物的生長代謝是造成豬只自身臭氣排放的主要因素，因此，通過調節飼料配比和使用飼料添加劑的手段，調節微生物的群落結構和代謝過程，或許是從源頭解決豬只自身產生臭氣的有效方法。

在養豬生產過程中，大部分豬場為了提高豬只的育肥速度，往往選擇高蛋白飼料。高蛋白的投入和較低的飼料利用率，導致NH3和H2S等臭氣成分大量產生。因此，通過減少豬只飼料中粗蛋白的攝入量，或者平衡各類氨基酸的含量，可以有效減少臭氣的排放。

除了合理搭配飼料，還可以通過多種飼料添加劑來對豬群的腸道菌群進行調控。表2對豬場飼料添加劑的主要類別和作用進行了歸納總結。其中，酸化劑的使用主要是通過改變腸道pH來改變腸道微生物群落組成，使有益菌在營養競爭中處于優勢地位；酶制劑的使用能夠有效地提高豬只體內酶的含量，促進營養物質的消化吸收。微生態制劑的促進作用體現在對豬只腸道菌落的調控，進而有效地提高了飼料的消化率，促進腸道對礦物質的吸收, 從而減少氮、磷的排放。王遠霞等人[9]研究發現，在飼料中添加丁酸梭菌可以有效改善仔豬腸道菌群結構，使有益菌群處于優勢地位。盛清凱等人[10]研究發現，在飼料中添加納豆芽孢桿菌可以減少豬糞中NH3、H2S等主要臭氣成分的排放，有益于體外豬糞臭氣的減少。

表2 不同飼料添加劑主要成分及其作用[11-14]

飼料安全直接關乎畜禽產品的安全質量。2017年，原農業部對《飼料添加劑安全使用規范》作了最新修訂，明確規定了各類物質和微量元素的最高限量。因此，在研究各類添加劑除臭效果的同時，也要加強添加劑使用過程中的物質轉化研究，考慮添加劑用量是否符合規范，不可因一味追求除臭效果而忽略安全問題。

3.2 過程控制技術

3.2.1 清糞工藝及地面類型的選擇

不同的清糞工藝對豬舍內部空氣質量的影響差異化顯著。選擇良好的清糞方式可以減少養豬生產過程中臭氣的排放。

劉秀婷等人[15]選取離地0.5 m和1.7 m兩個高度作為采樣點，測量舍內氨氣濃度，試驗結果表明水泡糞工藝比干清糞工藝平均氨氣濃度分別升高9.97%和7.54%。趙云煥等[16]對不同清糞方式的豬舍內部氨氣濃度進行檢測，結果顯示水沖糞豬舍NH3濃度明顯低于干清糞豬舍，但相對應的豬場廢水量也會增加。莫少春等人[17]研究了4種不同清糞工藝的豬舍內部環境質量，數據顯示水廁式清糞組NH3濃度和H2S濃度顯著低于其他試驗組，水泡糞組NH3濃度和H2S濃度最高，干清糞組與水沖糞組NH3濃度和H2S濃度差異不大。

水沖糞可以及時清除舍內糞便，但大量的沖洗用水會增加糞污量；水泡糞是在水沖糞功能基礎上的優化，大幅減少了用水量，但糞尿在舍內的長期存留反而產生了大量的惡臭氣體。干清糞工藝在節水的同時能實現糞尿的及時分離，既可以人工清理也可以選擇機械清理，目前機械清糞配套設備和技術已經比較成熟，機械化程度高，應用比較廣泛。水廁式清糞工藝是利用豬只嬉水的特性，實現豬只糞尿定點排放。具體設計是在飲水器下設置一個漏斗型的平臺，中間設置排泄口，平臺通過飲水器流出的水進行清潔[18]。豬舍內NH3的產生，主要原因是脲酶將尿液中的尿素進行分解，而脲酶主要由糞便中的微生物產生[19]。因此，與前兩種用水量相對較大的清糞工藝相比，水廁式清糞可以大幅度降低舍內NH3的排放；與干清糞相比，水廁式清糞利用豬只習性做到了定點排泄，有利于舍內清掃，減少豬糞的殘留。

王國華等[20]研究了水泥地面和發酵床對豬舍空氣質量的影響，結果發現，生物發酵床可明顯降低NH3及H2S濃度，但會使CO2濃度升高。汪開英等[21]研究了冷、暖季節下生物發酵床、水泥地面、全縫隙地板三種地面類型對舍內臭氣濃度的影響。研究發現，地面結構不同，舍內惡臭濃度存在顯著差異，生物發酵床地面惡臭濃度明顯低于其他兩種地面類型，水泥地面豬舍內惡臭濃度最高。雖然生物發酵床地面產生的惡臭濃度較低，但由于墊料的使用和更換，其成本相對較高，且墊料容易板結，需經常翻動，與其他技術相比，缺乏配套的機械化設備，會在一定程度上增加豬場的勞動負擔。相對而言，漏縫地板除臭效果略差，但更容易滿足養豬生產的需求，這也是目前規模豬場應用廣泛的地板類型。

3.2.2 豬場規劃布局和日常管理

除了清糞工藝和地板類型外，通風系統的選擇和豬舍布局設計也是影響舍內臭氣累積的重要因素。科學設計豬場及豬舍的功能分區，減少糞尿收集池等臭氣主要產生區域對周邊環境的影響；合理設計排污線路，采用封閉式管道，避免糞尿輸送過程中的臭氣逸出；合理組織舍內通風換氣，保持舍內干燥，減少舍內粉塵、微生物；將豬舍內的臭氣進行收集處理，滿足國家排放標準。近些年來，越來越多的豬場選擇垂直置換通風技術，該技術以舍內豬只作為熱源，新鮮空氣經加熱上浮，通過舍頂排出，實現舍內空氣的自然流動。其優點是可以使新鮮空氣最先到達豬群生活空間，新鮮空氣層不斷向上推動舊空氣層，始終保證下層豬群的清潔空氣環境[22]。近些年來，樓房養豬發展迅速，但相較于傳統養豬模式，高樓養豬會散發更大的臭味，傳播更遠[23]。因此，針對不斷涌現的新型養豬模式，更要做好場區的規劃布局，對現有布局進行改良與優化，做好通風設計和臭氣處理，滿足樓房養豬的生產要求。

加強日常管理也是控制豬場臭氣的重要手段。具體可以包括幾個方面：合理安排舍內養殖密度，保證豬舍通風頻率；增加畜舍清理頻率，減少糞尿和殘余飼料在舍內的滯留時間；定期殺滅舍內蚊蠅等。

3.3 末端處理技術

3.3.1 濕簾除臭技術

目前大型豬場工程上應用較多的末端除臭技術為濕簾除臭，其具體原理是將豬舍風機排出的空氣經過除臭濕簾，除臭濕簾配有噴淋系統，通過水洗達到除臭的目的。除臭濕簾一般是塑料濕簾，呈蜂窩結構，具有強度高、不易損壞、孔徑大、風阻小等優點。但該技術會產生含有惡臭物質的廢水，需要進行二次處理凈化。此外，為了獲得更好的除臭效果，一般將其與生物除臭技術、除臭劑等進行結合。

3.3.2 生物除臭技術

生物除臭技術是利用微生物的生長代謝，將臭氣物質吸收到微生物體內降解的一種方法。該法可細分為過濾法、滴濾法、洗滌法等。生物除臭需要在反應器中進行，反應器內部需要添加對于微生物的生長起到促進作用的填料，微生物將附著于這些填料上并在其表面形成一層生物膜。當臭氣進入反應器后，首先被生物膜所吸收，進而轉移到微生物體內進行降解[24]。

王軍一等[25]研制了一種適用于排風裝置上的除臭設備，該設備首先對氣體進行噴淋溶解，進而通過生物膜實現臭氣降解。經試驗發現該設備在運行30 min后，進氣口和出氣口惡臭氣體濃度分別為83 mg/m3和25 mg/m3；運行360 min后，進氣口濃度降為32 mg/m2，出氣口惡臭氣體濃度降為6 mg/m3，除臭效果顯著。陳敏等[26]研制出一種近似自然處理的土壤生物過濾裝置，臭氣通過管網輸送到活性土壤濾層，進而吸附在生物濾層材料表面，經微生物分解或轉化。試驗結果表明，該裝置對NH3、揮發性有機物等的去除率均在95%以上，處理后的氣體可實現直接排放。

目前，研究仍集中于處理裝置的工藝和結構設計，對豬場臭氣收集裝置的研究相對較少，如何做好臭氣收集裝置與除臭設備、除臭技術的銜接，形成完整的除臭工藝體系，降低臭氣收集和處理的成本，也是接下來需要克服的難點。

3.3.3 電凈化法除臭技術

通過直流電電暈放電實現對空氣中污染物的凈化。在空間電場的作用下，豬舍內的臭氣物質、粉塵和飛沫等與電場中的離子和電荷相結合，在電場力的作用下運動到放電器附近[27]。同時電離所產生的臭氧和高能帶電粒子對舍內的細菌等微生物也有一定的殺滅效果。劉佳等[28]對安裝空間電凈化系統的保育舍和普通保育舍對比分析，結果表明設備使用4 h后，對惡臭氣體濃度的最大降低率在75%左右，設備使用兩個月后，肉眼可見吸附有大量灰塵及黑色粉末，同時進入試驗舍內有害氣體對感官的刺激明顯小于普通保育舍。

但該技術也存在諸多問題。如設備投資大；設備需要定期維護和清潔且只能人工清理，耗時耗力；設備需要配套高電壓，存在安全性問題；部分養殖戶對技術缺乏認識，對技術的應用處于觀望狀態[29]。

3.3.4 除臭劑

除臭劑可大致分為物理、化學和生物除臭劑三類。物理除臭劑是通過吸附作用將臭氣固定在吸附劑表面，如活性炭、沸石粉等。化學除臭劑是通過氧化、燃燒、化學反應的形式將臭味物質轉化為無臭物質，常見的有過氧化鈣、氯化鈣、臭氧、過氧化氫、次氯酸鹽等。生物除臭劑是利用微生物的降解作用實現臭氣的凈化。常用的微生物有芽孢桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌等。近些年來，植物提取物除臭劑研究成為熱點，其既可以作為飼料添加劑應用于源頭減排，也可以作為糞便添加劑應用于末端處理。常見的植物提取物來源包括茶樹、銀杏、大蒜、樟科和絲蘭屬植物等[30]。

目前對于不同類型的除臭劑缺乏比較試驗，難以界定其除臭效果的優劣。這主要是由于不同種類的除臭劑組成成分千差萬別，對不同臭氣成分的吸收能力也有很大差異性。從表3可以看出，不同類型的除臭劑對NH3和H2S的去除率差異較大，即使是同一類型的植物除臭劑，也會由于組分的不同產生較大差異。余瓊等人[31]以薄荷提取物、馬來酸等物質配制成一種除臭劑，對NH3的最大去除率為51.9%；陽杰等人[32]以干姜、紫蘇等天然植物提取植物油為主要成分，制備了一種新型綠色除臭劑，對NH3的最大去除率為80.2%。因此，在實際生產和試驗研究中，應根據目的和需求來選擇合適的除臭劑。此外，多種除臭劑協同作用吸收臭氣是否會取得更好的吸收效果有待于試驗進一步驗證。

表3 不同除臭劑研究及除臭效果

4 結論

豬場臭氣是養豬生產過程中的正常代謝產物，可以從源頭和中間管理階段減少其排放，但不能消除臭氣的產生。因此，通過優化豬場生產工藝和豬場布局、加強日常管理，改善飼料組分和品質等手段，從生產的前端和過程中實現臭氣減排尤為重要，這會大大降低后續臭氣處理的成本和效率，實現環保和經濟的雙贏。在末端處理方面，目前已有的除臭技術門類眾多，對不同除臭技術的去除效果缺乏對比研究，尚未經過實際生產的驗證。規模養豬行業急需經過實際豬場驗證的高效集成處理技術體系。未來要在研究中做好各除臭技術之間的銜接，形成覆蓋豬場生產全過程的除臭工藝。同時，在保證豬場除臭效果的同時，研究人員更應考慮除臭技術在生產中的效率和成本問題，通過實際試驗進行比對分析，總結出最適合應用于當前規模豬場的技術體系。