王 悅 趙同科 鄒國元 楊金鳳 田 壯 李新榮

(北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100096)

畜禽養(yǎng)殖舍氨氣排放特性及減排技術(shù)研究進(jìn)展

王 悅 趙同科 鄒國元 楊金鳳 田 壯 李新榮*

(北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100096)

畜禽養(yǎng)殖舍是重要的氨氣(NH3)排放源，了解畜禽舍NH3排放特性及其減排措施對于畜禽健康生產(chǎn)和環(huán)境健康均具有重要意義。本文綜述了國內(nèi)外有關(guān)豬、雞、牛3種主要畜禽養(yǎng)殖舍內(nèi)的NH3排放特性，對于不同畜禽舍內(nèi)影響其NH3排放的關(guān)鍵影響因素進(jìn)行了探討，并對3種畜禽舍的NH3排放因子進(jìn)行了比較，總結(jié)了當(dāng)前廣泛采用的各類畜禽舍內(nèi)的NH3減排技術(shù)，包括從源頭的飼料優(yōu)化、排泄后糞便添加劑使用、舍內(nèi)空氣凈化處理以及外排空氣過濾裝置等，構(gòu)建了全方位的畜禽舍NH3減排措施體系，對于了解畜禽舍NH3排放特性，以及減排措施的選擇具有重要參考意義。

畜禽舍；氨氣；排放特性；減排技術(shù)

畜禽養(yǎng)殖是重要的氨氣(NH3)排放源。Myles[1]估計(jì)，對于全球來說，農(nóng)業(yè)NH3占全球NH3排放的60%以上；其中畜牧業(yè)NH3排放是全球NH3排放最重要的來源，占到全球NH3排放的39%[2]。在美國和歐洲，畜牧業(yè)產(chǎn)生的糞便被廣泛用作作物肥料，因而其畜牧業(yè)產(chǎn)生的NH3排放可以達(dá)到兩地區(qū)NH3排放的80%[3-4]。中國是重要的養(yǎng)殖大國，中國畜牧業(yè)NH3排放占到中國NH3排放的60%，占到全球人為NH3排放總量的13.6%[5]。隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，中國人均對肉蛋奶產(chǎn)品的需求將進(jìn)一步增加，中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)NH3排放將進(jìn)一步增加。

畜禽場NH3的排放對畜禽自身健康有極大的影響。NH3是公認(rèn)的應(yīng)激源，是動(dòng)物圈舍內(nèi)最有害的氣體。NH3可誘導(dǎo)家禽、豬等動(dòng)物多種呼吸道疾病的發(fā)生[6]，導(dǎo)致禽類的腹水癥、眼疾等[7]，降低畜禽的生長、生產(chǎn)性能[6]，甚至造成死亡率升高[8]。為了保證畜禽場的環(huán)境質(zhì)量，保證畜禽的健康生長，國家相關(guān)部門分別對各種畜禽舍的NH3濃度設(shè)置了指標(biāo)要求。如NY/T 388—1999《畜禽場環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中要求豬舍、牛舍、雛禽舍、成禽舍NH3濃度需分別保持在25、20、10、15 mg/m3以下[9]。

畜禽養(yǎng)殖業(yè)NH3的排放不僅影響到了畜禽自身的健康生長，同時(shí)畜禽養(yǎng)殖排放的大量NH3已成為重要的大氣環(huán)境污染源。NH3的大量排放會(huì)造成水體富營養(yǎng)化污染，生態(tài)系統(tǒng)的酸化[10]；此外，研究已經(jīng)證明，NH3也是大氣氣溶膠的重要前體物，其通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成的硝酸銨、硫酸銨等是大氣氣溶膠細(xì)粒子PM2.5的重要組成部分[11]，并對灰霾的形成有重要影響[12]。在中國日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)之下，中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)NH3排放控制已經(jīng)成為制約畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要命題。

畜禽養(yǎng)殖舍作為畜禽養(yǎng)殖NH3排放的重要源頭，研究畜禽舍的NH3排放特性及其減排措施對于畜禽健康生產(chǎn)和環(huán)境健康均具有重要意義。本文選取了中國最主要的3種畜禽——豬、雞、牛，對國內(nèi)外畜禽養(yǎng)殖過程中有關(guān)畜禽舍的NH3排放及減排的研究進(jìn)行綜述，以期在中國未來集約化養(yǎng)殖過程中為畜禽養(yǎng)殖舍NH3排放監(jiān)測以及后續(xù)減排措施的設(shè)計(jì)提供參考。

1 不同畜禽舍NH3排放特性

1.1 豬舍NH3排放

墊料型豬舍相比傳統(tǒng)水泥地面、深坑系統(tǒng)豬舍NH3排放量低(表1)。朱志平等[13]研究報(bào)道墊料型豬舍NH3春夏季平均濃度在5.9～6.8 mg/m3，傳統(tǒng)水泥地面對照舍為14.5～16.7 mg/m3，墊料型豬舍內(nèi)NH3的平均濃度只有傳統(tǒng)水泥地面對照舍的40%。Kim等[14]的研究也顯示，深坑系統(tǒng)和固液分離系統(tǒng)豬舍的NH3排放濃度以及排放量均是墊料舍相應(yīng)指標(biāo)的2～3倍(表1)。NH3主要是豬尿液和糞便在空氣中揮發(fā)造成，墊料可以將糞便和尿液吸收和混合，可以減少其揮發(fā)的可能性；同時(shí)墊料內(nèi)可以形成優(yōu)良的好氧厭氧復(fù)合環(huán)境，利于硝化反硝化細(xì)菌活動(dòng)使NH3轉(zhuǎn)化為一氧化二氮(N2O)和氮?dú)?N2)排放；而水泥地面或者深坑等液體管理方式使糞便與空氣有更大的表面接觸面積，因而造成更高的NH3排放[13-14]。但是也有部分研究認(rèn)為墊料系統(tǒng)相比深坑系統(tǒng)具有更高的NH3排放[15]，研究人員認(rèn)為可能是墊料堆積內(nèi)部發(fā)酵后產(chǎn)生高溫、pH升高所致。

對于自然通風(fēng)豬舍，季節(jié)變化對舍內(nèi)NH3濃度具有明顯的影響。一般情況下，冬季舍由于通風(fēng)量低，造成舍內(nèi)NH3濃度明顯高于夏季，但是排放通量處于全年最低水平。朱志平等[16]對育肥豬舍NH3排放研究結(jié)果顯示，2004年7月(夏季)舍內(nèi)NH3平均濃度為(3.44±2.34) mg/m3，2005年1月(冬季)舍內(nèi)NH3平均濃度為(10.09±4.60) mg/m3，相應(yīng)的排放通量分別為1 564、444 mg/(AU·h)(1 AU=500 kg動(dòng)物質(zhì)量)。夏季豬舍通風(fēng)量大，舍內(nèi)NH3濃度相對較低，但是排放通量卻呈現(xiàn)較高水平；而冬季由于關(guān)窗保溫，通風(fēng)量低，造成冬季舍內(nèi)NH3濃度很高，但是NH3排放通量卻最低。

表1 豬舍NH3濃度和排放統(tǒng)計(jì)

1.2 雞舍NH3排放

清糞頻率對雞舍內(nèi)NH3排放具有重要影響。Mendes等[22]認(rèn)為蛋雞舍內(nèi)NH3排放速率隨著糞便堆積的時(shí)間指數(shù)增加，可能是由于雞糞中的大量有機(jī)氮在貯存過程中緩慢分解形成NH3排放[23]。高床系統(tǒng)、墊料系統(tǒng)和清糞帶系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于雞的飼養(yǎng)中。采用高床飼養(yǎng)，雞糞可能在雞舍內(nèi)存儲(chǔ)6個(gè)月到1年才被處理出舍外；采用墊料飼養(yǎng)，雞糞排泄后與墊料混合在一起一直貯存在舍內(nèi)，因而高床系統(tǒng)和墊料系統(tǒng)舍內(nèi)一般NH3濃度相對較高(表2)[24-25]。相比高床系統(tǒng)，清糞帶系統(tǒng)由于可以較高頻率地將雞糞送出舍外(如每日1次)，可以使雞舍內(nèi)保持較好的環(huán)境[25-26]，舍內(nèi)NH3濃度明顯低于其他清糞系統(tǒng)條件下的NH3濃度(表2)。Liang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，高床飼養(yǎng)的蛋雞舍內(nèi)NH3濃度可以達(dá)到6.8～82.0 mg/m3，但是清糞帶系統(tǒng)的蛋雞舍內(nèi)NH3濃度僅為0.8～5.3 mg/m3。

墊料使用時(shí)間的長短對雞舍內(nèi)NH3排放具有重要影響。如Koerkamp等[27]報(bào)道墊料舍肉雞的NH3排放因子在0.21～0.48 g/(只·d)，但是在Casey等[24]的研究中，墊料舍肉雞的NH3排放因子達(dá)到1.21～1.66 g/(只·d)。Casey等[24]研究中指出，在美國，墊料一般會(huì)被至少使用1年，長久使用過程中墊料上累積的大量雞糞中部分有機(jī)氮逐漸轉(zhuǎn)化為氨氮，造成NH3排放升高。Burns等[28]直接對比了肉雞舍內(nèi)采用新墊料和老墊料對舍內(nèi)NH3排放的影響，采用新墊料時(shí)舍內(nèi)NH3排放為(0.49±0.37) g/(只·d)[(12.36±9.36) g/(舍·d)]，采用老墊料時(shí)為(0.58±0.35) g/(只·d)[(14.55±8.99) g/(舍·d)]。

通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)良性對于雞舍NH3排放具有極顯著影響。相比規(guī)?；B(yǎng)殖舍，簡易雞舍一般采取自然通風(fēng)，不能對通風(fēng)進(jìn)行有效控制，導(dǎo)致NH3濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)，部分簡易雞舍冬季NH3濃度甚至可以超過100 mg/m3[29]。相比自然通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)則可以較好地對雞舍的環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，使NH3濃度一直保持在較低范圍內(nèi)，同時(shí)機(jī)械通風(fēng)舍內(nèi)肉雞死亡率是自然通風(fēng)舍的1/2(4.5% vs. 10.5%)，飼料轉(zhuǎn)換率相較更好(1.98 vs. 2.66)；同時(shí)，肉雞體重大，且出現(xiàn)結(jié)膜炎的概率較低[30]。

此外，包括雞的生長日齡以及季節(jié)的變化等都會(huì)對舍內(nèi)NH3濃度或者NH3排放造成影響。對于具有生長周期變化的肉雞飼養(yǎng)來說，日齡增長的影響非常顯著。Pescatore等[31]將肉雞的生長周期分為4個(gè)階段，在<10日齡時(shí)，NH3排放因子由0～0.57 g/(只·d)逐漸上升到>48日齡的0.71～2.34 g/(只·d)。對于季節(jié)變化的影響，一般來說在冬季通風(fēng)量較低的條件下，舍內(nèi)NH3濃度顯著高于夏季[32]；但是整體NH3排放通量同時(shí)受通風(fēng)量的影響，夏季由于通風(fēng)量大，NH3排放通量高于冬季[33]。

表2 雞舍NH3濃度和排放統(tǒng)計(jì)

1.3 牛舍NH3排放

相比其他畜禽舍，牛舍在牛的整個(gè)生長過程中一般保持較低的溫度，同時(shí)一般會(huì)配備刮糞板系統(tǒng)以保持較好的舍內(nèi)環(huán)境，因而NH3排放一般較低。在有關(guān)奶牛舍NH3排放的相關(guān)研究中，NH3濃度一般保持在0.03～6.50 mg/m3，NH3排放量為5.8～134.4 g/(頭·d) [1.96～37.0 kg/(AU·a)](表3)。

牛舍一般以自然通風(fēng)為主，自然通風(fēng)舍內(nèi)環(huán)境受季節(jié)變化影響大，舍內(nèi)溫度的變化對NH3排放影響顯著。自然通風(fēng)奶牛舍內(nèi)，冬季NH3濃度最低，同時(shí)NH3排放量也最低(表3)[35-36]。對于高寒地區(qū)的奶?；蛘呷馀Ｉa(chǎn)，冬季保溫的必要性可能會(huì)促使密閉式牛舍的建造。王亞男等[37]研究了中國壩上草原高寒地區(qū)有窗密閉奶牛舍的NH3濃度，其中犢牛舍NH3濃度最高為5.28 mg/m3，奶牛舍NH3最高濃度不超過9 mg/m3。張杰等[38]研究了冬季屋頂機(jī)械負(fù)壓通風(fēng)方式對肉牛舍空氣環(huán)境質(zhì)量的影響，測得牛舍內(nèi)NH3濃度在1～4 mg/m3。

不同于生豬飼養(yǎng)和禽類飼養(yǎng)，牛的飼養(yǎng)除需要牛舍外，一般都會(huì)匹配一定的運(yùn)動(dòng)場。因而除牛舍會(huì)產(chǎn)生NH3排放外，運(yùn)動(dòng)場也是牛場NH3排放的重要來源。Pereira等[39]研究了奶牛舍以及運(yùn)動(dòng)場的NH3排放，認(rèn)為一般運(yùn)動(dòng)場的NH3排放占到全部排放的69%～92%。在運(yùn)動(dòng)場階段的NH3-N損失占飼糧攝入氮的5.3%～9.2%，占到排泄氮的7.1%～12.0%。同時(shí)，舍外運(yùn)動(dòng)場上NH3排放受環(huán)境影響更大，一般春夏季NH3排放最高，春夏季排放的NH3可以占到全年排放的72%。McGinn等[40]采用擴(kuò)散法研究了整個(gè)奶牛場(包括牛舍、運(yùn)動(dòng)場、氧化塘、道路、飼料間等)的NH3排放，約為140 g/(頭·d)，以NH3形式損失的氮占到飼糧攝入氮的63%。

表3 牛舍NH3濃度和排放統(tǒng)計(jì)

續(xù)表3國家Country牛舍種類CattlehouseType舍內(nèi)糞便管理方式In?housemanuremanagementmethod監(jiān)測月份或季節(jié)Monitoringmonthorseason通風(fēng)方式Ventilationtype濃度Concentration/(mg/m3)排放因子Emissionfactorg/(頭·d)kg/(AU·a)參考文獻(xiàn)Reference中國China密閉式奶牛舍密閉式犢牛舍人工清糞人工清糞冬天冬天機(jī)械通風(fēng)自然通風(fēng)2～91．00～5．28王亞男等[37]美國USA肉牛飼喂場1年自然通風(fēng)0．28～0．5785．345．79Rhoades等[44]中國China半開放式肉牛舍冬季機(jī)械通風(fēng)1～4張杰等[38]

2 畜禽舍NH3排放對比

將收集到的有關(guān)生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞舍NH3排放的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果采用R3.3.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到箱形圖(圖1和圖2)。在各種畜禽舍中，肉雞舍NH3濃度最高，牛舍NH3濃度最低；其中蛋雞舍的NH3排放受舍內(nèi)糞便管理方式影響巨大，采用高床飼養(yǎng)的蛋雞舍內(nèi)NH3濃度和NH3排放通量在各類畜禽舍中最高，而每日清糞管理的蛋雞舍NH3濃度和排放通量則均處于較低的水平。NH3排放除受畜禽舍舍內(nèi)管理方式差異的影響外，各畜禽排泄糞便自身特性的差異對NH3排放也有影響。李路路[45]采用人工氣候箱控制存儲(chǔ)條件，對比了不同畜禽(豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞)糞便貯存77 d中的NH3排放，發(fā)現(xiàn)蛋雞、肉雞糞便的NH3排放總量是豬的1.9～2.4倍，是牛的6.6～17.4倍。雞糞內(nèi)部較高的總氨氮(TAN)含量可能是造成其NH3高排放的主要因素，蛋雞糞初始TAN含量為12.3 g/kg濕糞，而牛糞為1.2～1.9 g/kg濕糞，豬糞為4.6 g/kg濕糞。周忠凱等[26]研究表明，肉雞在整個(gè)生產(chǎn)期內(nèi)舍內(nèi)以NH3形式排放的氮占糞便排泄總氮的50%以上。Koerkamp等[27]對英國、荷蘭、丹麥、德國4個(gè)國家的不同畜禽舍(牛舍、豬舍、禽舍)內(nèi)的氣體排放進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)牛舍、豬舍、禽舍內(nèi)NH3濃度分別為低于6.1 mg/m3、3.8～13.7 mg/m3、3.8～22.8 mg/m3；NH3排放通量分別為2.76～15.75 kg/(AU·a)、5.69～32.86 kg/(AU·a)、5.27～95.41 kg/(AU·a)，明確證明了雞舍巨大的NH3排放潛力。

圖1 各畜禽舍內(nèi)NH3濃度

3 NH3減排措施

3.1 優(yōu)化飼糧組成

采用低蛋白質(zhì)飼糧減少NH3排放。飼糧中含氮物質(zhì)的攝入是導(dǎo)致畜禽NH3排放的源頭，在合理范圍內(nèi)減少飼糧蛋白質(zhì)含量對于NH3排放控制具有明顯效果。Burgos等[46]研究指出，隨著奶牛飼料粗蛋白質(zhì)(CP)含量從21%減少到15%，排泄糞便中TAN含量從508.7 mg/L下降為228.2 mg/L，排放的NH3從149 g/(頭·d)下降為57 g/(頭·d)；經(jīng)由NH3損失的氮占初始氮攝入的比例由20%下降為12%。同時(shí)在有關(guān)豬的研究中發(fā)現(xiàn)采用低蛋白質(zhì)飼糧可將豬舍NH3排放減少58%[47]。但是如果將飼糧CP含量降低到10%以下，將會(huì)影響小公牛的生長[48]。

圖2 各畜禽舍NH3排放通量

采用飼料添加劑減少NH3排放。通過使用飼料添加劑優(yōu)化飼糧組成，以此提高畜禽對氮的吸收，繼而減少氮的排泄，最終獲得NH3減排的目的。被證明對于NH3減排有效的飼料添加劑包括絲蘭提取物、干全酒糟及其可溶物(DDGS)、麥麩、大豆殼、酶益生素等。研究發(fā)現(xiàn)，豬飼糧中添加絲蘭提取物，機(jī)械通風(fēng)口排出NH3的濃度可以從1.10 mg/m3降低至0.89～0.99 mg/m3[47]；蛋雞飼糧中分別添加DDGS、麥麩和大豆殼，7 d累積NH3排放由對照組的3.9 g/kg糞便干物質(zhì)減少為1.9、2.1和2.3 g/kg糞便干物質(zhì)[49]；蛋雞飼糧中加入5 g/kg的酶益生素可以將NH3排放減少21%，同時(shí)可顯著降低料蛋比，極顯著提高產(chǎn)蛋率、平均蛋重[50]。

3.2 使用糞便添加劑

用于畜禽舍內(nèi)NH3減排的糞便添加劑有很多種類，但是主要是通過降低糞便的pH或者通過對NH3的吸附作用來達(dá)到NH3減排的目的，常用的糞便添加劑包括硫酸鹽、稀硫酸、沸石等。在雞舍的墊料上加入硫酸氫鈉，可使雞舍NH3排放減少50%左右；同時(shí)硫酸鹽的使用對飼料轉(zhuǎn)化率和體重都無顯著影響，且腳墊質(zhì)量提高[51]。通過添加硫酸鹽，墊料的pH和氨氮含量降低，但是總氮和有機(jī)氮含量提高[51]。Neerackal等[52]在實(shí)驗(yàn)室中模擬了奶牛糞污酸化對NH3的減排效果，采用1 mol/L的稀硫酸將循環(huán)使用的牛舍沖洗水pH保持在4.5，發(fā)現(xiàn)酸化可使牛舍糞污的NH3排放減少70%；同時(shí)保持牛舍沖洗水閉環(huán)回沖2次的使用效率，可使硫酸的使用量減少82%，具有很好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。斜發(fā)沸石作為一種無腐蝕、無害的墊料添加劑，在應(yīng)用于肉雞墊料舍NH3的控制時(shí)可使肉雞舍內(nèi)NH3濃度降低60%[53]。

3.3 采用舍內(nèi)噴霧

在實(shí)際應(yīng)用中，一般會(huì)將舍內(nèi)噴霧對NH3的減排作用和對顆粒物(PM)的減排作用結(jié)合考慮。噴霧一般包括噴酸霧或者噴灑酸性電解水(acidic electrolyzed water)。Jensen[54]采用噴酸霧的方法對豬舍內(nèi)的NH3和PM進(jìn)行減排。保持酸霧pH為5.5，同時(shí)確保糞便收集池內(nèi)豬糞pH一直低于5.5，短期的觀察結(jié)果表明豬舍內(nèi)NH3濃度可以從6.1～7.6 mg/m3降低到0.8～1.5 mg/m3，可吸入性顆粒物可以從1.00 mg/m3降低到0.28 mg/m3，總顆粒物從2.7 mg/m3降低到1.2 mg/m3；豬的生長性能獲得提高，同時(shí)糞便中氮素的提高有益于糞便的肥料化利用。采用微酸性電解水對于減少舍內(nèi)PM排放具有很好的效果(減排效率達(dá)到71%～89%)，但是即使控制電解水為酸性條件(如pH為3或5)，卻并不一定能保證舍內(nèi)NH3排放的下降；研究認(rèn)為微酸性電解水過高的噴灑量若導(dǎo)致墊料含水率相比不噴灑組升高2～3倍，則造成NH3排放顯著上升[55]。除對NH3和PM的作用效果外，微酸性電解水可以通過氧化作用有效地控制畜舍內(nèi)病原微生物，但這種技術(shù)仍局限于小范圍測試，大面積推廣問題仍待解決。

3.4 采用專用的空氣捕集系統(tǒng)

在專用的空氣捕集系統(tǒng)中，各類NH3的吸收劑不是直接鋪灑于糞便上，而是通過將吸收劑置于一定的設(shè)施內(nèi)，通過將氣體直接捕集至這一設(shè)施內(nèi)以實(shí)現(xiàn)對NH3的減排處理。墊料舍內(nèi)NH3主要來自于墊料上糞便的分解，Lahav等[56]認(rèn)為墊料附近(10 cm以內(nèi))的NH3濃度是舍內(nèi)空氣中NH3濃度的1倍，如果將墊料產(chǎn)生的NH3直接捕集處理則能獲得很好的NH3處理效果。Rothrock等[57]改進(jìn)了酸液的使用辦法，通過將酸液置于具有氣體透過性的膜管中來吸收雞糞產(chǎn)生的NH3；膜管可以放置于雞舍墊料表面或者內(nèi)部，NH3透過膜管壁被酸液吸收形成銨鹽。實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果證明，采用此項(xiàng)技術(shù)，雞糞排放NH3中96%可以被酸吸收管吸收，對于畜舍環(huán)境健康具有極佳的效果。Lahav等[56]則是將酸液放置于舍外，采取單獨(dú)的氣管放置于墊料附近，利用氣泵吸取墊料附近的NH3，將其通入舍外的酸吸收系統(tǒng)中進(jìn)行處理，其中酸吸收系統(tǒng)內(nèi)酸液pH控制在0～5；當(dāng)NH3飽和時(shí)，換新的酸吸收液；此裝置對于NH3的減排效率達(dá)到100%。舍外NH3吸收的方法在肉雞舍5周的小試中取得了較好的效果，但是未來大規(guī)模的應(yīng)用效果仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.5 采取外排空氣中NH3的減排手段

除了在舍內(nèi)通過各種方式對空氣中的NH3直接減排外，通過一定的手段處理外排空氣中的NH3，雖然不能直接減少舍內(nèi)NH3的濃度，但是對于畜禽舍向環(huán)境中NH3的排放具有明顯的減排效果。常用的處理手段包括空氣洗滌、生物滴濾、生物過濾，它們的共同特點(diǎn)是一般均應(yīng)用于機(jī)械通風(fēng)舍，通過將通風(fēng)系統(tǒng)與過濾裝置進(jìn)行組合，畜禽舍外排的空氣通過通風(fēng)系統(tǒng)全都進(jìn)入相關(guān)裝備進(jìn)行處理以進(jìn)行NH3的排放控制，但是均可能會(huì)對通風(fēng)效果造成影響。

3.5.1 空氣洗滌器

空氣洗滌器通常呈塔式結(jié)構(gòu)，在塔內(nèi)部填充孔隙率大，比表面積大的惰性物質(zhì)或者無機(jī)材料；水或者酸液可以從填充塔的頂部往下噴淋，而污染氣體則是以橫向或者上升的方式注入填充塔，因而使液體和污染氣體能有充分的接觸，以使氣體分子從氣相轉(zhuǎn)移到濾料表面的液相環(huán)境中進(jìn)行處理。用于空氣洗滌的部分滴濾液持續(xù)循環(huán)，部分將被排出并被新鮮的液體替代以保持氣體的處理效果?？諝庀礈斓男ЧQ于氣液兩相中污染物質(zhì)的濃度差，氣液接觸表面積和接觸時(shí)間[58]。在酸洗滌塔中，通過在液體中添加硫酸等，pH一般被控制在4以內(nèi)，在較好的運(yùn)行條件下NH3的減排效率可以達(dá)到90%～99%；通過清水的添加使吸收液中硫酸銨濃度保持在150 g/L左右，耗水量一般每豬位每年在70 L，每肉雞位每年在2 L[58]。在較高的進(jìn)氣NH3濃度(75.9 mg/m3)下，一級洗滌系統(tǒng)對NH3清除效率較低(35%)，此時(shí)通過將其改進(jìn)為二級或三級塔系統(tǒng)，NH3清除效率可以上升為57%～64%[59]。Hadlocon等[60]對Manuzon等[59]構(gòu)建的三級淋洗系統(tǒng)內(nèi)部的噴嘴結(jié)構(gòu)等進(jìn)一步優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)室條件下可使在進(jìn)氣NH3濃度為75.9～303.6 mg/m3的條件下，NH3減排效果顯著提高到74%～86%。同時(shí)，Hadlocon等[61]對三級酸洗滌塔在1個(gè)存欄量為799～1 000頭的深坑式豬舍的應(yīng)用效果進(jìn)行了1年的現(xiàn)場監(jiān)測，NH3年均減排效率可以達(dá)到88%，水和酸液的消耗速率在四季均較低，年均消耗量分別為2.5和0.17 L/d，每日耗電量在0.56 kW·h。

3.5.2 生物滴濾系統(tǒng)

3.5.3 生物過濾器

生物過濾器是一種經(jīng)濟(jì)有效的畜禽舍廢氣處理方法[65]。通過生物過濾器，污染氣體通過濕潤的介質(zhì)(如堆肥)，其中水溶性的氣體被溶解于介質(zhì)中，隨后被微生物分解為無害或者低害的成分。Hood等[65]研究了以堆肥和木屑為介質(zhì)的豬舍生物過濾器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)氣NH3濃度低于1.1 mg/m3時(shí)，NH3減排效率達(dá)到90%。Tymczyna等[66]研究了生物過濾器處理蛋雞舍排出氣體的效果，過濾介質(zhì)為35%的泥煤、35%灰黃泥炭、10%大麥秸稈以及10%來自污水處理廠的污泥和10%馬舍糞便的堆肥，35 d后過濾器仍運(yùn)行穩(wěn)定，NH3的生物過濾去除效率為36%～89%。Akdeniz等[67]現(xiàn)場研究了生物過濾器在奶牛舍、豬舍的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場試驗(yàn)中NH3的減排效果與中試規(guī)模的減排效果接近，NH3減排效果在53%～64%。同時(shí)，研究指出，若是過濾基質(zhì)使用年限超過3年，則需要測試其壓降性能；同時(shí)需要經(jīng)常性地加水以提高生物過濾器的氣體減排效率，但是加水過多則會(huì)引起N2O排放[67]。

4 小 結(jié)

綜上所述，畜禽舍是重要的NH3排放源，畜禽種類的差異、舍內(nèi)糞便管理方式的差異、通風(fēng)方式的差異、生長日齡及季節(jié)的變化等都會(huì)對畜禽舍內(nèi)的NH3排放產(chǎn)生影響。在豬、雞、牛3種畜禽舍中，由于雞糞相比豬糞和牛糞具有更高的TAN含量，造成雞舍內(nèi)極高的NH3濃度，豬舍次之，而牛舍內(nèi)NH3濃度最低；對于畜禽養(yǎng)殖舍NH3排放的控制應(yīng)該集中在對雞舍和豬舍的環(huán)境控制上。控制畜禽舍舍內(nèi)NH3排放的措施主要有通過低蛋白質(zhì)飼糧或者采用飼料添加劑的方式調(diào)控飼糧組成，或者采用糞便添加劑、空氣噴霧等，而采用空氣洗滌器、生物過濾、生物滴濾等裝置一般將與畜禽舍的機(jī)械通風(fēng)裝備相結(jié)合，可以有效減少畜禽舍外排空氣中的NH3濃度。在試驗(yàn)研究中已經(jīng)探索出了多種高效的畜禽舍NH3減排手段，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于成本、可操作性、便捷性等問題導(dǎo)致很多減排手段仍不能進(jìn)行很好地推廣應(yīng)用，通過科學(xué)技術(shù)研究進(jìn)一步提高這些方法的應(yīng)用性仍是當(dāng)前迫切需要解決的實(shí)際問題。

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ResearchStatuesofAmmoniaEmissionCharacteristicsandMitigationTechnologiesfromLivestockHouses

WANG Yue ZHAO Tongke ZOU Guoyuan YANG Jinfeng TIAN Zhuang LI Xinrong*

(InstituteofPlantNutritionandResources,BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing100096,China)

Livestock houses are an important ammonia (NH3) emission source, understanding the ammonia emission characteristics and mitigation technologies is of high importance to the livestock healthy production together with achieving high environmental benefits. The NH3emission characteristics of three major livestock houses, including pig, poultry and cattle houses were reviewed in this paper, and the key influencing factors for NH3emission in each livestock house also were discussed and compared. The commonly used in-house NH3mitigation technologies were summarized in this review. The mitigation technologies included the feed optimization on source, using the manure additive after manure being excreted, and the air cleaning infrastructures and the exhaust air filtering devices, to build a comprehensive mitigation system for livestock house NH3emission. The result of this study was of high importance for understanding the NH3emission characteristics from livestock houses, and also for a reasonable choice of mitigation technologies for livestock house NH3emission.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2017,29(12)：4249-4259]

livestock house; ammonia; emission characteristic; mitigation technology

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.12.002

S811

A

1006-267X(2017)12-4249-11

2017-05-01

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0801405)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31702154)；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0800903)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201503107)；北京市自然科學(xué)基金(8142018)

王 悅(1989—)，女，浙江麗水人，助理研究員，博士，主要從事畜禽養(yǎng)殖空氣環(huán)境質(zhì)量研究。E-mail: yuewang2008@126.com

*通信作者：李新榮，副研究員，E-mail: xr0955@sina.com

*Corresponding author, associate professor, E-mail: xr0955@sina.com

(責(zé)任編輯 菅景穎)