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        聚落化豬場不同豬舍及清糞工藝對臭氣排放的影響

        2021-11-09 14:18:34梁曉飛柴小龍周思邈閆之春
        中國畜牧雜志 2021年9期
        關(guān)鍵詞:臭氣水泡豬只

        梁曉飛,柴小龍,周思邈,李 同,閆之春

        (山東新希望六和集團(tuán)有限公司養(yǎng)豬研究院,山東青島 266000)

        生豬養(yǎng)殖在我國畜牧業(yè)中占有重要地位,聚落化集約化的生豬養(yǎng)殖模式在維持高效率生產(chǎn)的同時,帶來了大氣污染、水體富營養(yǎng)化等諸多環(huán)境問題。在養(yǎng)殖過程中,會產(chǎn)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(zhì)。有關(guān)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(zhì)不僅能夠?qū)е仑i只呼吸系統(tǒng)疾病、過敏反應(yīng)等,還會對飼養(yǎng)員及周邊居民的健康產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。惡臭污染是世界七大環(huán)境公害之一,《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了8 種惡臭物質(zhì),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(jié)構(gòu)、豬只類型、豬的飼養(yǎng)方式和飼料中粗蛋白含量、糞便管理及舍內(nèi)環(huán)境條件等[3-6]。

        目前,對聚落化養(yǎng)殖模式下不同豬舍類型、不同清糞方式所產(chǎn)生有害物質(zhì)的研究較少。本文通過檢測聚落化養(yǎng)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(yǎng)殖模式下相關(guān)指標(biāo)的排放情況,為豬舍臭氣治理和技術(shù)開發(fā)提供相關(guān)的參考數(shù)據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)設(shè)施 本試驗(yàn)在山東省德州市夏津縣蘇留莊豬場(北緯N37°05'26.13'' 東經(jīng)E116°07'46.03'')進(jìn)行,該場的母豬規(guī)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(jìn)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(yǎng)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(fēng)量為58 000 m3/h 的軸流風(fēng)機(jī),南北兩面墻各有2個無級變速風(fēng)機(jī),妊娠舍夏季最大需風(fēng)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(chǎn)母豬,體重為150~190 kg。西面墻設(shè)計(jì)為進(jìn)風(fēng)濕簾,東面墻裝有出風(fēng)的風(fēng)機(jī)口,每個單元共5 個風(fēng)機(jī):4 個風(fēng)量為58 000 m3/h,1 個風(fēng)量為22 200 m3/h,分娩舍夏季最大需風(fēng)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(shè)計(jì)為進(jìn)風(fēng)濕簾,西面墻設(shè)計(jì)為出風(fēng)風(fēng)機(jī)口,西面墻共16 個風(fēng)機(jī),其中14 個風(fēng)量為58 000 m3/h,2 個風(fēng)量為22 200 m3/h,南、北面墻各2 個22 200 m3/h 的風(fēng)機(jī),育成舍夏季最大需風(fēng)量160 000 m3/h,育肥舍夏季最大需風(fēng)量290 000 m3/h。

        圖3 育成舍、育肥舍簡圖

        1.2 豬的飼養(yǎng)方式 妊娠舍飼養(yǎng)階段為配種前到臨產(chǎn)母豬,早(08:00)晚(16:00)各喂料1 次。分娩舍飼養(yǎng)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(yǎng)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(huán)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(dǎo)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(jìn)行清糞,清糞周期為25 d 左右(本次實(shí)驗(yàn)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(fēng)形式為機(jī)械通風(fēng),夏季采用縱向通風(fēng)模式,室外空氣通過濕簾進(jìn)入豬舍內(nèi),豬舍氣體從濕簾對面的風(fēng)機(jī)口排出;冬季采用橫向通風(fēng)模式,空氣從舍內(nèi)頂部的新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入,從南、北側(cè)墻的4 個小風(fēng)機(jī)排出,分娩舍從東墻上小風(fēng)機(jī)排出(圖中已標(biāo)注)。通過豬舍內(nèi)的溫、濕度傳感器控制風(fēng)機(jī)的開啟關(guān)閉時間,保持夏季舍內(nèi)溫度在20~22℃。

        1.4 樣品采集與分析 試驗(yàn)在 2020 年6 月11 日—2020年6 月25 日進(jìn)行,檢測點(diǎn)為各豬舍外風(fēng)機(jī)口處,距離風(fēng)機(jī)水平距離2.0 m,距離地面垂直高度 1.5 m。在2個時間點(diǎn)(10:00,16:00)分別測定不同豬舍外風(fēng)機(jī)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(shù)據(jù)差異性不大的風(fēng)機(jī)口按照相同的測量方式對NH3、H2S 濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(10:00—15:00)。NH3和H2S 檢測設(shè)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(xué)原理,NH3檢測范圍:0-100 PPM/0.01 PPM 電化學(xué)原理),PM2.5和PM10檢測設(shè)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(tǒng)計(jì)分析 使用 Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,差異顯著性用 LSD 法進(jìn)行比較,顯著水平設(shè)為α=0.05。

        2 結(jié)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(fēng)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(fēng)機(jī)口處NH3和H2S 濃度相較于水泡糞妊娠舍更穩(wěn)定。分別對兩種清糞工藝妊娠舍的某一個風(fēng)機(jī)口進(jìn)行NH3和H2S 連續(xù)檢測(10:00—15:00)后發(fā)現(xiàn),水泡糞妊娠舍的NH3和H2S 濃度在11:00—12:00時間段內(nèi)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)口處顆粒物排放濃度

        3 討論

        3.1 清糞方式對風(fēng)機(jī)口處臭氣和顆粒物濃度的影響 清糞方式是影響豬舍內(nèi)臭氣排放的重要因素,NH3和H2S主要來源于糞尿中蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素等物質(zhì)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(tǒng)和心血管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率,使豬只的機(jī)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(guān)性,發(fā)現(xiàn)清糞方式對臭氣排放有很大影響,生物發(fā)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(fā)現(xiàn)水泡糞工藝因?yàn)榧S尿長時間留在舍內(nèi),易形成厭氧發(fā)酵產(chǎn)生大量有害氣體,使得舍內(nèi)臭氣濃度較高。干清糞通過V 型排糞溝下方的導(dǎo)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(yàn)連續(xù)檢測(10:00—15:00)水泡糞妊娠舍風(fēng)機(jī)口的NH3和H2S 濃度,發(fā)現(xiàn)11:00—12:00 時間段內(nèi)NH3和H2S 濃度明顯升高,可能是由于中午舍內(nèi)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(qiáng)而導(dǎo)致NH3濃度較高[4]。

        3.2 不同豬舍風(fēng)機(jī)口處臭氣及顆粒物濃度比較 不同豬舍對應(yīng)的豬只日齡不同,不同日齡豬只的飼喂管理方式、豬舍構(gòu)造以及通風(fēng)模式都不同。Huaitalla 等[16]利用紅外光探測儀在線監(jiān)測了不同豬舍內(nèi) PM10、PM2.5和 PM1在冬季的實(shí)時濃度,發(fā)現(xiàn)不同豬舍內(nèi)檢測指標(biāo)差異顯著,妊娠舍PM10濃度為0.29 mg/m3,產(chǎn)房為0.46 mg/m3,育肥0.98 mg/m3,;妊娠舍PM1濃度為0.25 mg/m3,產(chǎn)房為0.15 mg/m3,保育和育肥舍為0.35 mg/m3。許穩(wěn)等[17]研究表明妊娠舍內(nèi)NH3濃度高于育肥舍,與本試驗(yàn)結(jié)果相反,這可能跟豬舍通風(fēng)方式不同有關(guān),許穩(wěn)團(tuán)隊(duì)采集氣體的育肥舍為自然通風(fēng),而本試驗(yàn)中豬舍全部為機(jī)械通風(fēng)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),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(yǎng)密度不同有關(guān):育肥舍為大欄圈養(yǎng),飼養(yǎng)密度大,豬只自由飲水采食,活動量較大,新陳代謝能力強(qiáng),從而NH3排放濃度較高[7]。育肥舍和分娩舍風(fēng)機(jī)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(zhì)含量也較高,而H2S 主要由糞便中蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生[18-19],因此H2S濃度較高。

        本試驗(yàn)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(tài)、豬舍構(gòu)造以及豬只管理有關(guān)[20]。妊娠舍為限位欄,飼養(yǎng)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(yǎng),自由采食,飼養(yǎng)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(nèi),一定程度上減少了飼料顆粒的擴(kuò)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(jié)論

        1)干清糞與水泡糞相比,干清糞工藝能夠有效降低風(fēng)機(jī)口處NH3、H2S、PM2.5和PM10濃度,且統(tǒng)計(jì)學(xué)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(fēng)機(jī)口處NH3濃度最高,水泡糞育成舍風(fēng)機(jī)口處NH3濃度最低;水泡糞分娩舍風(fēng)機(jī)口處H2S 濃度最高,水泡糞妊娠舍風(fēng)機(jī)口處H2S 濃度最低;分娩舍、育成舍和育肥舍風(fēng)機(jī)口處PM2.5和PM10濃度顯著高于妊娠舍。

        3)水泡糞妊娠舍風(fēng)機(jī)口處NH3和H2S 濃度在10:00—12:00 時間段內(nèi)有明顯的升高過程。

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