聚落化豬場不同豬舍及清糞工藝對臭氣排放的影響

梁曉飛，柴小龍，周思邈，李 同，閆之春

（山東新希望六和集團有限公司養豬研究院，山東青島 266000）

生豬養殖在我國畜牧業中占有重要地位，聚落化集約化的生豬養殖模式在維持高效率生產的同時，帶來了大氣污染、水體富營養化等諸多環境問題。在養殖過程中，會產生大量的懸浮顆粒物（PM2.5和PM10）、氨氣（NH3）和硫化氫（H2S）等有害物質。有關資料顯示，一個年出欄量10.8 萬頭的豬場，每小時向大氣排放菌體15 億個，氨氣159 kg，硫化氫14.5 kg，飼料粉塵25.9 kg[1]。這些有害物質不僅能夠導致豬只呼吸系統疾病、過敏反應等，還會對飼養員及周邊居民的健康產生一定的負面影響。惡臭污染是世界七大環境公害之一，《惡臭污染物排放標準》中規定了8 種惡臭物質，NH3和H2S 均在其中[2]。豬舍中的NH3、H2S 和顆粒物排放速率取決于豬舍結構、豬只類型、豬的飼養方式和飼料中粗蛋白含量、糞便管理及舍內環境條件等[3-6]。

目前，對聚落化養殖模式下不同豬舍類型、不同清糞方式所產生有害物質的研究較少。本文通過檢測聚落化養殖豬場妊娠舍、分娩舍、育肥舍、育成舍以及妊娠舍不同清糞方式下的NH3、H2S、PM2.5和PM10的濃度特征，以了解中國典型聚落化豬場養殖模式下相關指標的排放情況，為豬舍臭氣治理和技術開發提供相關的參考數據。

1 材料與方法

1.1 試驗設施 本試驗在山東省德州市夏津縣蘇留莊豬場（北緯N37°05'26.13'' 東經E116°07'46.03''）進行，該場的母豬規模為17 500 頭，選擇妊娠舍、分娩舍、育成舍和育肥舍4 種不同類型的豬舍進行測量。

妊娠舍簡圖如圖1 所示，豬舍長70 m，寬40 m，豬只樣本量為1 200 頭左右，飼養階段為成年母豬，體重為135～180 kg。豬舍東西走向，東墻為濕簾，西墻有15 個風量為58 000 m3/h 的軸流風機，南北兩面墻各有2個無級變速風機，妊娠舍夏季最大需風量320 000 m3/h。

圖1 妊娠舍簡圖

分娩舍（圖2）長140 m，寬 32 m，豬舍南北走向，共分為10 個單元（圖中只展示了1 個單元），每個單元有60 只左右臨產母豬，體重為150～190 kg。西面墻設計為進風濕簾，東面墻裝有出風的風機口，每個單元共5 個風機：4 個風量為58 000 m3/h，1 個風量為22 200 m3/h，分娩舍夏季最大需風量120 000 m3/h。

圖2 分娩舍簡圖

育成舍/育肥舍（圖3）每棟舍長69 米，寬37 米，分為2 個單元，共132 個大欄，育成舍每個單元的豬只樣本量約為1 500 頭，體重6～30 kg；育肥舍每個單元豬只樣本量約為750 頭，體重30～150 kg。東面墻設計為進風濕簾，西面墻設計為出風風機口，西面墻共16 個風機，其中14 個風量為58 000 m3/h，2 個風量為22 200 m3/h，南、北面墻各2 個22 200 m3/h 的風機，育成舍夏季最大需風量160 000 m3/h，育肥舍夏季最大需風量290 000 m3/h。

圖3 育成舍、育肥舍簡圖

1.2 豬的飼養方式 妊娠舍飼養階段為配種前到臨產母豬，早（08:00）晚（16:00）各喂料1 次。分娩舍飼養階段為分娩前3 d 妊娠母豬至仔豬斷奶出欄（日齡0～3周），飼喂方式為自由飲水、采食。育成舍、育肥舍飼養階段為仔豬斷奶到出欄（日齡1～6 月），育成舍飼喂方式為自由飲水、采食，育肥舍采用定時飲水、采食的飼喂方式。

1.3 豬舍環境管理 妊娠舍有干清糞和水泡糞兩種清糞方式，分娩舍、育成舍和育肥舍均為水泡糞工藝。干清糞通過V 型排糞溝下方的導尿管及時排出豬尿液，糞便通過刮糞板沿反方向刮出，每天早上（08:00 左右）、中午（12:00 左右）、下午（17:00 左右）各清糞1 次。水泡糞通過拔塞的方式進行清糞，清糞周期為25 d 左右（本次實驗開始時為清糞后的第17 天），分娩舍的水泡糞糞池深度為0.8 m，妊娠舍、育成舍和育肥舍的水泡糞糞池深度為1.0 m。豬舍通風形式為機械通風，夏季采用縱向通風模式，室外空氣通過濕簾進入豬舍內，豬舍氣體從濕簾對面的風機口排出；冬季采用橫向通風模式，空氣從舍內頂部的新風系統進入，從南、北側墻的4 個小風機排出，分娩舍從東墻上小風機排出（圖中已標注）。通過豬舍內的溫、濕度傳感器控制風機的開啟關閉時間，保持夏季舍內溫度在20～22℃。

1.4 樣品采集與分析 試驗在 2020 年6 月11 日—2020年6 月25 日進行，檢測點為各豬舍外風機口處，距離風機水平距離2.0 m，距離地面垂直高度 1.5 m。在2個時間點（10:00，16:00）分別測定不同豬舍外風機口處NH3、H2S、PM2.5和PM10濃度；然后，對5 個類型豬舍（干清糞妊娠舍、水泡糞妊娠舍、水泡糞分娩舍、水泡糞育成舍和水泡糞育肥舍）分別選擇一個數據差異性不大的風機口按照相同的測量方式對NH3、H2S 濃度進行連續監測（10:00—15:00）。NH3和H2S 檢測設備為便攜式多功能二合一氣體檢測儀（Smart pro 10-C4-D-PID，山盾科技，H2S檢測范圍：0-50 PPM/0.01 PPM 電化學原理，NH3檢測范圍：0-100 PPM/0.01 PPM 電化學原理），PM2.5和PM10檢測設備為激光PM2.5檢測儀（JSA2-PM2.5，吉順安科技，PM2.5檢測范圍：0～2 999 μg/m3，PM2.5分辨率0.1 μg/m3，PM10檢測范圍：0～5 999μg/m3，PM10分辨率0.1 μg/m3，原理為激光檢測法）。

1.5 統計分析 使用 Excel 進行數據處理，差異顯著性用 LSD 法進行比較，顯著水平設為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 清糞方式對臭氣和顆粒物濃度的影響 如圖4 所示，干清糞妊娠舍排風口處NH3和H2S 的濃度均低于水泡糞妊娠舍，干清糞妊娠舍NH3濃度為0.71～1.06 mg/m3，H2S 濃度為0.08～0.24 mg/m3，水泡糞妊娠舍NH3濃度為1.63～5.34 mg/m3，H2S 濃 度為0.21～0.99 mg/m3。干清糞妊娠舍不同風機口處NH3和H2S 濃度相較于水泡糞妊娠舍更穩定。分別對兩種清糞工藝妊娠舍的某一個風機口進行NH3和H2S 連續檢測（10:00—15:00）后發現，水泡糞妊娠舍的NH3和H2S 濃度在11:00—12:00時間段內顯著升高，而干清糞妊娠舍的NH3和H2S 濃度變化不顯著。

如圖5 所示，干清糞妊娠舍PM2.5和PM10濃度均小于水泡糞妊娠舍，水泡糞妊娠舍PM2.5濃度為10～24 μg/m3，PM10濃度為25～53μg/m3；干清糞妊娠舍PM2.5濃度為3～10 μg/m3，PM10濃度為11～50 μg/m3。

圖5 不同清糞工藝妊娠舍各風機口處顆粒物濃度

2.2 不同豬舍類型對臭氣及顆粒物濃度的影響 如圖6 所示，水泡糞清糞工藝下不同類型豬舍的NH3濃度差異性顯著，其中育肥舍的NH3濃度最高（1.21～10.04 mg/m3），育成舍NH3濃度最低（0.78～3.49 mg/m3）；水泡糞清糞工藝下不同類型豬舍的H2S 濃度差異性顯著（P＜0.05），分娩舍的H2S 濃度最高（1.08～4.52 mg/m3），妊娠舍H2S 濃度最低（0.21～0.99 mg/m3）。特別地，干清糞妊娠舍的NH3濃度（0.71～1.06 mg/m3）和H2S濃度（0.08～0.24 mg/m3）均低于水泡糞工藝豬舍。

圖6 不同豬舍風機口處氨氣和硫化氫氣體排放濃度

由圖7 可知，分娩舍、育成舍和育肥舍的PM2.5和PM10濃度較高。其中水泡糞育肥舍風機口處PM2.5和PM10濃度最高，分別為44～60、74～100 μg/m3；水泡糞妊娠舍PM2.5和PM10濃度最低，分別為10～24、25～53 μg/m3。

圖7 不同豬舍風機口處顆粒物排放濃度

3 討論

3.1 清糞方式對風機口處臭氣和顆粒物濃度的影響 清糞方式是影響豬舍內臭氣排放的重要因素，NH3和H2S主要來源于糞尿中蛋白質、氨基酸、尿素等物質的微生物降解過程[7-8]；可吸入顆粒物（PM10）與入肺顆粒物（PM2.5）主要來源于飼料、糞便、動物皮膚、體毛和羽毛[7]，吸入的PM2.5會破壞豬的呼吸系統和心血管系統的結構和功能。粉塵大，NH3和H2S 等臭氣濃度過高都會增加肺部疾病、心血管疾病和神經系統疾病的發病率，使豬只的機體免疫和生長性能下降[9-10]。汪開英等[11]研究了豬舍地面類型、溫度和豬體重與NH3排放的相關性，發現清糞方式對臭氣排放有很大影響，生物發酵床NH3的排放量最低，對NH3的減排有一定效果。劉安芳等[12]研究發現水泡糞工藝因為糞尿長時間留在舍內，易形成厭氧發酵產生大量有害氣體，使得舍內臭氣濃度較高。干清糞通過V 型排糞溝下方的導尿管能夠及時排出豬的尿液，糞便則通過刮糞板沿反方向刮出，每天上、下午各清糞1 次，清糞更及時，因此干清糞妊娠舍NH3和H2S 濃度普遍低于水泡糞妊娠舍。同時，NH3和H2S 又是PM2.5和PM10形成的前體物，故水泡糞的PM2.5和PM10濃度偏高[13-15]。

本試驗連續檢測（10:00—15:00）水泡糞妊娠舍風機口的NH3和H2S 濃度，發現11:00—12:00 時間段內NH3和H2S 濃度明顯升高，可能是由于中午舍內溫度升高，豬只活動劇烈，糞尿排放集中，并且微生物活性增強而導致NH3濃度較高[4]。

3.2 不同豬舍風機口處臭氣及顆粒物濃度比較 不同豬舍對應的豬只日齡不同，不同日齡豬只的飼喂管理方式、豬舍構造以及通風模式都不同。Huaitalla 等[16]利用紅外光探測儀在線監測了不同豬舍內 PM10、PM2.5和 PM1在冬季的實時濃度，發現不同豬舍內檢測指標差異顯著，妊娠舍PM10濃度為0.29 mg/m3，產房為0.46 mg/m3，育肥0.98 mg/m3,；妊娠舍PM1濃度為0.25 mg/m3，產房為0.15 mg/m3，保育和育肥舍為0.35 mg/m3。許穩等[17]研究表明妊娠舍內NH3濃度高于育肥舍，與本試驗結果相反，這可能跟豬舍通風方式不同有關，許穩團隊采集氣體的育肥舍為自然通風，而本試驗中豬舍全部為機械通風。本試驗發現，育肥舍的NH3濃度最高，分娩舍、妊娠舍和育成舍NH3濃度依次減小，這可能與豬只飼養密度不同有關：育肥舍為大欄圈養，飼養密度大，豬只自由飲水采食，活動量較大，新陳代謝能力強，從而NH3排放濃度較高[7]。育肥舍和分娩舍風機口處H2S 濃度也明顯高于其他豬舍，分娩舍和育肥舍飼料中粗蛋白含量高于其他階段，使得糞便中的蛋白質含量也較高，而H2S 主要由糞便中蛋白質分解產生[18-19]，因此H2S濃度較高。

本試驗中，分娩舍、育成舍和育肥舍的PM2.5和PM10濃度顯著高于妊娠舍，這也與豬只日齡和狀態、豬舍構造以及豬只管理有關[20]。妊娠舍為限位欄，飼養密度小，豬只活動量小，PM2.5和PM10濃度小。育成舍和育肥舍為大欄圈養，自由采食，飼養密度大，豬只活動量大，因此 PM2.5和PM10濃度高。分娩舍雖然也是限位欄，但分娩母豬自由采食代謝快、排泄多，另外仔豬保溫板上鋪撒的干燥粉也會引起PM2.5和PM10濃度升高。除此之外，妊娠舍飼喂方式特殊，飼料和水都在同一個槽內，一定程度上減少了飼料顆粒的擴散，所以分娩舍、育成舍和育肥舍PM2.5和PM10濃度高于妊娠舍[21]。

4 結論

1）干清糞與水泡糞相比，干清糞工藝能夠有效降低風機口處NH3、H2S、PM2.5和PM10濃度，且統計學水平顯著。

2）不同類型豬舍的NH3和H2S 濃度差異性顯著，其中，水泡糞育肥舍風機口處NH3濃度最高，水泡糞育成舍風機口處NH3濃度最低；水泡糞分娩舍風機口處H2S 濃度最高，水泡糞妊娠舍風機口處H2S 濃度最低；分娩舍、育成舍和育肥舍風機口處PM2.5和PM10濃度顯著高于妊娠舍。

3）水泡糞妊娠舍風機口處NH3和H2S 濃度在10:00—12:00 時間段內有明顯的升高過程。