周忠強(qiáng)，沈根祥，*，徐 昶，宋夢(mèng)潔，陳曉婷，王振旗，付 侃，錢(qián)曉雍

(1.華東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海 200237； 2.上海市環(huán)境科學(xué)研究院，國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市大氣復(fù)合污染成因與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200233； 3.上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 200235)

近幾十年來(lái)，惡臭污染已逐漸成為一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題[1]，其影響日益受到各界關(guān)注[2-3]。惡臭的來(lái)源有天然源與人為源：天然源主要為動(dòng)植物蛋白質(zhì)通過(guò)微生物分解作用而引起的自發(fā)性臭氣[4]；人為源則包括工業(yè)生產(chǎn)排放源、城市市政設(shè)施排放源、機(jī)動(dòng)車尾氣排放源、畜禽養(yǎng)殖和加工排放源，及其他人為源。隨著我國(guó)人民生活水平的提高，人們對(duì)肉制品與奶制品的需求日益上升，畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量也顯著增加，由畜禽臭氣引起的環(huán)境污染及“場(chǎng)群矛盾”日益凸顯，惡臭擾民事件頻繁發(fā)生。研究表明，畜禽養(yǎng)殖排放的惡臭不僅會(huì)影響畜禽場(chǎng)工作人員的心肺功能，而且會(huì)刺激周圍居民的感官系統(tǒng)，從而影響身體健康[5-8]。某些惡臭特征污染物(H2S、NH3)還會(huì)損傷畜禽的黏膜系統(tǒng)，對(duì)畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)效率具有顯著影響[9]。

國(guó)外在畜禽養(yǎng)殖業(yè)惡臭研究方面起步較早，大多關(guān)注于畜禽場(chǎng)惡臭成分分析、畜禽場(chǎng)惡臭排放因子、畜禽場(chǎng)惡臭擴(kuò)散模型、畜禽惡臭控制技術(shù)等[10-14]。Akdeniz等[15]和Gay等[16]對(duì)不同畜禽種類多個(gè)畜禽場(chǎng)的臭氣濃度水平開(kāi)展研究，但該研究主要針對(duì)的是場(chǎng)界和糞便堆肥環(huán)節(jié)，并未涉及堆糞、污水等排放環(huán)節(jié)，以及畜禽場(chǎng)整體惡臭污染水平。相比而言，國(guó)內(nèi)對(duì)畜禽惡臭的研究主要集中在控制技術(shù)與擴(kuò)散模型上[17-18]，很少有對(duì)畜禽場(chǎng)場(chǎng)界及主要排放環(huán)節(jié)臭氣濃度的系統(tǒng)性研究。部分研究認(rèn)為，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的惡臭主要是由于畜禽糞便內(nèi)的有機(jī)化合物在微生物轉(zhuǎn)化后形成的[19]，主要排放環(huán)節(jié)包含畜舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存、堆肥還田等[20]。此外，環(huán)境及氣象因素也會(huì)影響惡臭的產(chǎn)生與排放，如溫度升高可以促進(jìn)惡臭氣體的產(chǎn)生，通風(fēng)率升高和排放面積增加會(huì)加速惡臭氣體向環(huán)境的擴(kuò)散[21]。本研究對(duì)上海市10家典型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的惡臭污染現(xiàn)狀開(kāi)展實(shí)測(cè)調(diào)研，探索不同類型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)界臭氣濃度水平及主要排放環(huán)節(jié)的臭氣排放污染特征，以奶牛場(chǎng)和豬場(chǎng)為例，調(diào)查其特征污染物(H2S、NH3)的含量及其與臭氣濃度的關(guān)系，以期更好地了解和掌握上海市畜禽養(yǎng)殖業(yè)惡臭排放水平和現(xiàn)狀。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查對(duì)象

選擇位于上海市奉賢區(qū)、浦東新區(qū)、金山區(qū)的10家典型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，其中包括2家蛋雞場(chǎng)、4家奶牛場(chǎng)、4家豬場(chǎng)，覆蓋上海市比較典型的畜禽種類、污水貯存模式、糞便處理模式。各畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的具體情況如表1所示。

1.2 調(diào)查內(nèi)容

調(diào)查10家養(yǎng)殖場(chǎng)的場(chǎng)界臭氣濃度，以及畜舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存環(huán)節(jié)的臭氣濃度。以奶牛場(chǎng)和豬場(chǎng)為例，測(cè)定其畜舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存環(huán)節(jié)典型臭氣特征污染物的濃度，分析臭氣濃度與典型臭氣特征污染物濃度的關(guān)系。

1.3 調(diào)查方法

1.3.1 測(cè)定指標(biāo)

按照GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T 14675—1993《空氣質(zhì)量 惡臭的測(cè)定 三點(diǎn)比較式臭袋法》的定義和監(jiān)測(cè)要求，對(duì)畜禽場(chǎng)臭氣濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用以綜合評(píng)價(jià)養(yǎng)殖場(chǎng)的惡臭強(qiáng)度[22-23]。

研究表明，NH3和H2S是畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的2種典型惡臭特征污染物[24]。考慮到畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)惡臭污染排放的主要特征，本研究選取NH3和H2S作為主要惡臭特征污染物測(cè)定指標(biāo)。

1.3.2 采樣與分析

根據(jù)上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心關(guān)于惡臭投訴事件的統(tǒng)計(jì)，上海地區(qū)的惡臭投訴主要發(fā)生在春、夏季，因此選取春、夏季的典型天氣狀況(排除雨、雪、雷暴等異常天氣)對(duì)惡臭進(jìn)行研究，獲取上述畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存環(huán)節(jié)，及場(chǎng)界居民敏感點(diǎn)位的臭氣濃度。

畜舍養(yǎng)殖與糞便堆肥環(huán)節(jié)在畜舍出風(fēng)口處分別設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)；污水貯存環(huán)節(jié)在貯存池下風(fēng)向1 m處設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)。場(chǎng)界采樣點(diǎn)布置在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)下風(fēng)向場(chǎng)界邊緣，共設(shè)置3～4個(gè)采樣點(diǎn)。分別于2016年4—5月(春季)、8—9月(夏季)、2016年11月(秋季)和2017年2月(冬季)，在典型天氣下各采樣3 d，每個(gè)采樣點(diǎn)采集3次。

表1 典型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)概況

豬場(chǎng)養(yǎng)殖規(guī)模是指豬場(chǎng)養(yǎng)殖畜舍的育肥豬一次存欄量。

The scale of swine referred to the amount of fattening pigs in pig house.

利用天津迪蘭奧特環(huán)?？萍奸_(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的8 L氣體采樣袋/采樣箱收集臭氣樣品，每個(gè)樣品的采樣時(shí)間為3 min，每2 h采樣一次，共取樣3次。

以0.01 mol·L-1稀硫酸為吸收液，采集NH3氣體，采樣流量為1.0 L·min-1，采樣與樣品分析均遵循HJ 533—2009《環(huán)境空氣和廢氣 氨的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》的要求。以氫氧化鎘-聚乙烯醇磷銨溶液為吸收液采集H2S氣體，采樣流量為1.0 L·min-1，避光采樣45～60 min，采樣與樣品分析遵循DB 31/982—2016《地方城鎮(zhèn)污水處理廠 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》附錄B《環(huán)境空氣和廢氣 硫化氫的測(cè)定 亞甲基藍(lán)分光光度法》的要求。特征污染物每2 h采樣1次，共取樣3次。總采樣時(shí)段覆蓋畜禽養(yǎng)殖糞污從產(chǎn)生到清理的整個(gè)過(guò)程。此外，利用溫濕度計(jì)和風(fēng)速儀測(cè)定收集風(fēng)速風(fēng)向、氣溫等氣象參數(shù)，用于后續(xù)分析。采樣期間各畜禽場(chǎng)的氣象數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 采樣季節(jié)氣象因子

1.4 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel 2013與Origin 8.0軟件進(jìn)行，顯著性檢驗(yàn)采用ANOVA單因子水平方差分析，相關(guān)性分析采用相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)界與主要排放環(huán)節(jié)的臭氣濃度

如表3所示，春季各畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)界臭氣濃度為<10～128，夏季場(chǎng)界臭氣濃度范圍為<10～79。個(gè)別畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)春、夏季臭氣濃度存在較大差異，如位于浦東新區(qū)的豬場(chǎng)A，夏季場(chǎng)界的臭氣監(jiān)測(cè)濃度最大值僅為18，而春季場(chǎng)界的臭氣濃度監(jiān)測(cè)最大值則達(dá)到了128。與其相反，豬場(chǎng)D的場(chǎng)界臭氣濃度最大值在夏季為79，而在春季僅為18。

蛋雞場(chǎng)春季場(chǎng)界臭氣濃度為<10～13，畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～30，糞便堆肥環(huán)節(jié)臭氣濃度為16～412；夏季場(chǎng)界臭氣濃度為<10～39，畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)臭氣濃度為12～44，糞便堆肥環(huán)節(jié)臭氣濃度為23～81。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蛋雞場(chǎng)糞便堆肥環(huán)節(jié)春、夏季的臭氣濃度總體均高于畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。

奶牛場(chǎng)春季場(chǎng)界臭氣濃度為<10～34，畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～95，糞便堆肥環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～45，污水貯存環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～511；夏季場(chǎng)界臭氣濃度為<10～27，畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)臭氣濃度為14～68，糞便堆肥環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～66，污水貯存環(huán)節(jié)臭氣濃度為22～161。奶牛場(chǎng)各主要臭氣排放環(huán)節(jié)中，污水貯存環(huán)節(jié)的臭氣濃度在春、夏兩季均顯著(P<0.05)高于糞便堆肥和畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。

豬場(chǎng)春季場(chǎng)界臭氣濃度為<10～128，畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～538，糞便堆肥環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～205，污水貯存環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～88；夏季場(chǎng)界臭氣濃度為<10～79，畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)臭氣濃度為15～197，糞便堆肥環(huán)節(jié)臭氣濃度為10～79，污水貯存環(huán)節(jié)臭氣濃度為11～69。豬場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的臭氣濃度總體高于糞便堆肥和污水貯存環(huán)節(jié)。

2.2 養(yǎng)殖場(chǎng)主要排放環(huán)節(jié)特征污染物濃度

豬場(chǎng)與奶牛場(chǎng)臭氣主要排放環(huán)節(jié)的特征污染物(NH3、H2S)濃度如表4所示。奶牛場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存環(huán)節(jié)4個(gè)季節(jié)的NH3濃度平均值分別為0.228～1.925、0.263～1.840、0.820～1.185 mg·m-3，H2S濃度平均值分別為0.002 7～0.010 0、0.001 2～0.005 2、0.011 0～0.025 0 mg·m-3。豬場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖、糞便堆肥、污水貯存環(huán)節(jié)4個(gè)季節(jié)的NH3濃度平均值分別為1.725～15.250、0.152～0.984、0.162～0.689 mg·m-3，H2S濃度平均值分別為0.018 2～0.039 6、0.007 4～0.040 9、0.007 2～0.033 1 mg·m-3。

豬場(chǎng)和奶牛場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的NH3、H2S濃度均表現(xiàn)出冬季>秋季>春季>夏季的特征，其中豬場(chǎng)和奶牛場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)冬季的NH3濃度達(dá)到了夏季的8倍以上，冬季的H2S濃度達(dá)到了夏季的2.18～3.70倍。豬場(chǎng)的糞便堆肥與污水貯存環(huán)節(jié)的NH3濃度均表現(xiàn)為冬季最低；奶牛場(chǎng)的糞便堆肥與污水貯存環(huán)節(jié)的NH3濃度分別在夏季和冬季最低。豬場(chǎng)和奶牛場(chǎng)的糞便堆肥與污水貯存環(huán)節(jié)的H2S濃度在4個(gè)季節(jié)間沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。

表3 各養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)界及主要排放環(huán)節(jié)的臭氣濃度

表4 奶牛場(chǎng)和豬場(chǎng)內(nèi)主要排放環(huán)節(jié)的NH3、H2S濃度

2.3 特征污染物濃度與臭氣濃度的相關(guān)性

選擇春、夏季豬場(chǎng)與奶牛場(chǎng)主要排放環(huán)節(jié)的臭氣濃度與特征污染物濃度做線性回歸，結(jié)果顯示，豬場(chǎng)的NH3、H2S濃度與臭氣濃度的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，擬合的回歸方程的決定系數(shù)(R2)分別為0.563 2和0.504 4(圖1)；而奶牛場(chǎng)的NH3、H2S濃度與臭氣濃度無(wú)顯著相關(guān)性。

2.4 糞污處理工藝對(duì)糞便堆肥與污水貯存環(huán)節(jié)臭氣濃度的影響

如表5所示，蛋雞場(chǎng)采用簡(jiǎn)易堆肥和制作有機(jī)肥的處理工藝后，春、夏季糞便堆肥棚的平均臭氣濃度分別為70.0～365.0和29.0～29.0；豬場(chǎng)采用簡(jiǎn)易堆肥與制作有機(jī)肥的處理工藝后，春、夏季糞便堆肥棚臭氣濃度分別為37.0～115.0和<10～65.0。

如表6所示，采用厭氧缺氧好氧污水處理工藝的奶牛場(chǎng)C和豬場(chǎng)B、D的污水貯存環(huán)節(jié)的春、夏季臭氣濃度平均值為12.0～100.0，而采用污水厭氧發(fā)酵還田工藝的養(yǎng)殖場(chǎng)的污水貯存環(huán)節(jié)春、夏季臭氣濃度平均值為16.0～439.0。

圖1 豬場(chǎng)NH3、H2S濃度與臭氣濃度的關(guān)系Fig.1 Correlations between NH3 and H2S with odor concentrations in pig farm

3 討論

本研究以上海市10家典型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)為對(duì)象，調(diào)查不同畜禽種類(蛋雞、奶牛和肉豬)、不同排放環(huán)節(jié)的惡臭排放特征。結(jié)果顯示，上海市典型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)界臭氣濃度范圍為<10～128，波動(dòng)較大，這是畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)區(qū)布局、氣象條件、簡(jiǎn)易堆肥，將畜禽糞便與秸稈混合后簡(jiǎn)易堆置，直至施用。

表5 不同堆肥工藝堆肥棚內(nèi)的臭氣濃度

Simple composting， The livestock manure was mixed with straw and then simply stacked until application.

表6 不同污水處理工藝的污水池下風(fēng)向臭氣濃度

廠區(qū)管理等因素綜合作用的結(jié)果。蛋雞場(chǎng)、奶牛場(chǎng)、豬場(chǎng)的主要惡臭排放環(huán)節(jié)臭氣濃度分別為10～412、10～511和10～538。蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)糞便堆肥環(huán)節(jié)、奶牛場(chǎng)污水貯存環(huán)節(jié)與豬場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的臭氣濃度均大于該類畜禽養(yǎng)殖其他臭氣排放環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)加以控制。豬場(chǎng)內(nèi)的特征污染物(NH3、H2S)濃度與臭氣濃度的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，而奶牛場(chǎng)的特征污染物(NH3、H2S)濃度與臭氣濃度無(wú)顯著相關(guān)性，說(shuō)明測(cè)定特征污染物(NH3、H2S)濃度可以在一定程度上反映惡臭污染水平，但兩者并不能完全等同。使用畜禽糞便制作有機(jī)肥的糞便堆肥棚臭氣濃度明顯低于糞便簡(jiǎn)易堆肥的堆肥棚，說(shuō)明糞便堆肥工藝對(duì)糞便堆肥環(huán)節(jié)的臭氣濃度有明顯影響，應(yīng)鼓勵(lì)推廣畜禽糞便生產(chǎn)有機(jī)肥，以減少臭氣排放。

所調(diào)查的10家畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)場(chǎng)界臭氣濃度波動(dòng)較大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，濃度值波動(dòng)較大的豬場(chǎng)A是因?yàn)樵谙募颈O(jiān)測(cè)期內(nèi)有6個(gè)育肥豬舍出欄，出欄占比達(dá)到75%，導(dǎo)致夏季的臭氣排放源強(qiáng)顯著弱于春季。同時(shí)，由于夏季畜舍溫度較高，采取密閉式機(jī)械通風(fēng)的排風(fēng)模式，這也有利于惡臭污染物的擴(kuò)散。朱志平等[25]與代小蓉等[26]對(duì)典型豬場(chǎng)的研究也發(fā)現(xiàn)，夏季通風(fēng)能降低臭氣濃度。

蛋雞場(chǎng)糞便堆肥環(huán)節(jié)的臭氣濃度總體高于畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。這可能是因?yàn)榈半u養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便堆肥環(huán)節(jié)好氧發(fā)酵條件不完善，形成事實(shí)上的厭氧環(huán)境而產(chǎn)生惡臭氣體；又或者是因?yàn)榧S便堆肥環(huán)節(jié)的糞便量明顯多于畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。奶牛場(chǎng)污水貯存環(huán)節(jié)的臭氣濃度高于糞便堆肥與畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。這可能是因?yàn)槟膛５娘暳现饕抢w維素類的秸稈與草料，其所排泄的畜禽糞便中臭氣產(chǎn)生量相對(duì)較少；而污水貯存的厭氧環(huán)節(jié)因?yàn)橛写罅康膮捬跷⑸飬⑴c分解活動(dòng)，故有相當(dāng)量的臭氣產(chǎn)生。豬場(chǎng)畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的臭氣濃度總體高于糞便堆肥和污水貯存環(huán)節(jié)。這可能是因?yàn)楸狙芯恐胸i場(chǎng)的畜舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)基本為密閉式，雖然夏天高溫時(shí)段采取機(jī)械通風(fēng)模式，但春秋冬三季僅根據(jù)室內(nèi)溫度部分開(kāi)窗透氣，總體而言相對(duì)密閉，不利于惡臭擴(kuò)散；而糞便堆肥和污水貯存環(huán)節(jié)總體為露天或半露天式，相對(duì)敞開(kāi)的環(huán)境有利于惡臭污染物的擴(kuò)散和揮發(fā)，因此臭氣濃度也相對(duì)較低。

豬場(chǎng)的NH3、H2S濃度與臭氣濃度的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，而奶牛場(chǎng)的NH3、H2S濃度與臭氣濃度并無(wú)顯著相關(guān)性。這可能是因?yàn)樨i和奶牛的養(yǎng)殖方式、飼料成分有差異。豬飼料中的蛋白質(zhì)含量較高，N、S含量高，糞污排放的NH3和H2S濃度較高，是豬場(chǎng)臭氣的主要來(lái)源貢獻(xiàn)，因此NH3和H2S濃度與臭氣濃度相關(guān)性總體較好；而奶牛的飼料主要是以發(fā)酵秸稈為主的纖維素類粗飼料，N、S含量相對(duì)較低，而發(fā)酵秸稈有殘余的發(fā)酵產(chǎn)酸氣味，對(duì)臭氣濃度有較大貢獻(xiàn)，因而NH3和H2S濃度和臭氣濃度相關(guān)性不強(qiáng)。

在糞便堆肥環(huán)節(jié)中，采用簡(jiǎn)易堆肥工藝的臭氣濃度高于制作有機(jī)肥的。這可能是因?yàn)橹谱饔袡C(jī)肥需要向畜禽糞便中添加一定比例的纖維類物質(zhì)與一定量的菌劑，纖維類物質(zhì)的加入會(huì)明顯增加堆肥的蓬松度和堆肥的透氣性能，菌劑可以有效提高堆肥的發(fā)酵效率，因此制作有機(jī)肥的糞便堆肥環(huán)節(jié)好氧發(fā)酵條件更優(yōu)，產(chǎn)生的臭氣量低于簡(jiǎn)易堆肥的堆肥棚。豬場(chǎng)與奶牛場(chǎng)的污水處理工藝對(duì)該環(huán)節(jié)的臭氣濃度影響不大，可能是因?yàn)槲鬯幚憝h(huán)節(jié)處于開(kāi)放、露天的環(huán)境中，采樣點(diǎn)臭氣濃度除受臭氣源強(qiáng)度影響外，還受到場(chǎng)區(qū)布局、氣象條件、管理模式等因素的綜合影響，其擴(kuò)散機(jī)制非常復(fù)雜，因此各處理工藝對(duì)臭氣濃度的影響并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。