劉明輝， 沈 紅， 張世早， 胡素柳， 胡春華， 肖 香， 唐子君， 方 平

（1. 生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655； 2. 南昌大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330031）

0 引言

近年來，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅在2019 年，我國(guó)生豬、羊、牛及家禽存欄量分別為3.1 億頭、30.07 億只、9.1 億頭和65.22 億只[1-2]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展，在豐富人民群眾物質(zhì)生活的同時(shí)，也帶來了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年產(chǎn)生38 億t 畜禽養(yǎng)殖糞污，綜合利用率不足60%[3]。畜禽糞便含有氮、磷、重金屬、微生物病毒等物質(zhì)，處置不當(dāng)會(huì)造成土壤、水體、大氣污染，會(huì)給人畜健康帶來嚴(yán)重威脅[4]。目前畜禽糞便的無害化、資源化利用途徑主要包括肥料化、飼料化、能源化等[5]。其中，好氧堆肥是目前畜禽糞便資源化和無害化處置的一種有效途徑。但在堆肥過程中，由于好氧和厭氧共存的特性，兼之堆肥過程存在高溫環(huán)境，使得堆肥過程會(huì)產(chǎn)生眾多的大氣污染物，如氨氣（NH3）、氧化亞氮（N2O）、甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）、二氧化碳（CO2）等。上述大氣污染物的排放，不僅會(huì)造成堆肥肥料營(yíng)養(yǎng)元素的丟失，還對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染（如加劇溫室效應(yīng)、產(chǎn)生惡臭等），一定程度上阻礙了堆肥技術(shù)的推廣應(yīng)用[6]。

針對(duì)畜禽糞便堆肥過程中大氣污染物的排放和控制，目前國(guó)內(nèi)外已開展了相關(guān)研究，并取得了較為豐碩的研究成果。本文對(duì)近年來國(guó)內(nèi)外在畜禽糞便堆肥過程中大氣污染物的排放和控制研究成果進(jìn)行了綜述和分析，結(jié)合已有研究成果和工程實(shí)踐，提出了畜禽糞便大氣污染物全過程控制技術(shù)路線，以期為我國(guó)畜禽糞便堆肥過程中大氣污染物的防控提供文獻(xiàn)資料參考。

1 大氣污染物排放特性

畜禽糞便好氧堆肥過程中產(chǎn)生的大氣污染物主要有CH4、N2O、NH3、H2S、VOCs、CO2等，其中CH4、N2O、CO2屬于典型的溫室氣體，NH3、H2S、VOCs 屬于典型的異味氣體。畜禽糞便好氧堆肥過程中排放量及污染影響較大的大氣污染物主要為 CH4、N2O、NH3。因此，本文著重討論堆肥過程中產(chǎn)生的CH4、N2O、NH3大氣污染物排放特性。

1.1 CH4

畜禽糞便中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和水，這些都是產(chǎn)生CH4的基本要素，由于堆肥過程中通風(fēng)不足或含水率不適宜等客觀因素，堆體內(nèi)部一般局部存在供氧不足或缺氧狀態(tài)，微生物在厭氧或缺氧的環(huán)境下無法將有機(jī)物質(zhì)完全轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，由此產(chǎn)生了CH4[7]。

黃光群等[8]發(fā)現(xiàn)堆肥過程中CH4的排放濃度與堆肥含氧濃度呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，堆體內(nèi)氧含量體積分?jǐn)?shù)從15.1%降至4.9%，CH4排放的體積分?jǐn)?shù)從0.5%升至3.4%。郭嬌[9]發(fā)現(xiàn)糞便中的有機(jī)物質(zhì)在發(fā)酵菌的作用下先產(chǎn)生了單糖，然后生成有機(jī)酸，這些有機(jī)酸又在產(chǎn)甲烷菌的作用下分解生成CH4，反應(yīng)方程式為

HAVLIK P 等[10]研究表明，全球畜牧業(yè)產(chǎn)生的CH4和N2O 占農(nóng)業(yè)非CO2溫室氣體排放量的80%，占全球人為溫室氣體排放總量的12%。崔利利[11]研究表明，在堆肥過程中，不同季節(jié)堆肥CH4產(chǎn)生變化趨勢(shì)一樣，CH4的排放主要集中在堆肥的前7 d，如表1 所示。張悅[12]研究表明，在堆肥初期CH4排放量較大，在堆肥開始后CH4排放量迅速升高，在第4 天達(dá)到排放峰值，4 種堆肥處理的CH4排放峰值分別為1.78、1.72、1.48和0.82 g/d。MULBRY W 等[13]也報(bào)道了堆肥前期產(chǎn)生的CH4濃度較大，最高濃度達(dá)到22.51 mg/m3，在中后期排放濃度持續(xù)降低。CHOWDHURY M A 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥初期微生物快速生長(zhǎng)繁殖消耗了氧氣和大量有機(jī)物質(zhì)，堆肥進(jìn)一步緊密結(jié)實(shí)造成了厭氧或缺氧條件進(jìn)而給產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造了活性條件，導(dǎo)致CH4大量產(chǎn)生。但也有研究表明，在堆肥過程中，CH4排放主要集中在中后期，前期排放量較小，這主要是堆體處于不翻堆、不曝氣的情況下，前期堆體內(nèi)部還有一定量的氧氣，加上溫度不高，所以不利于產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖，而在中后期隨著氧氣含量的減少，堆體內(nèi)部形成厭氧條件，堆體內(nèi)部溫度也逐漸上升，CH4排放速率隨之增加[15]。朱海生等[16]研究發(fā)現(xiàn)，隨著微生物厭氧活動(dòng)增強(qiáng)，CH4排放速率也有所增加，用稻草覆蓋牛糞可以使CH4累計(jì)排放量增加43.75%，用1、3 和5 cm厚的鋸末覆蓋牛糞可以增加29.82%～36.84%的CH4排放量。研究表明，CH4的溫室效應(yīng)要比CO2高20～30 倍，會(huì)加劇全球變暖，是人類面臨的主要環(huán)境挑戰(zhàn)之一，因此開展畜禽糞便堆肥過程中CH4生成的控制技術(shù)研究非常必要[17]。

表1 不同季節(jié)堆肥CH4 排放情況Tab. 1 CH4 emissions from compost in different seasons

1.2 N2O

作為一種重要的溫室氣體，N2O 占溫室氣體組分的17%～21%[15]。在畜禽糞便中含有大量氮元素和水，這些都是導(dǎo)致畜禽糞便堆肥過程中N2O 排放的基本要素。研究表明，N2O 的溫室效應(yīng)約為二氧化碳的300 倍，因此畜禽糞便堆肥過程中N2O 的排放不僅會(huì)造成堆肥物料的氮營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失，還會(huì)對(duì)全球變暖等溫室效應(yīng)產(chǎn)生重要影響[18-19]。根據(jù)已有研究成果，N2O 既可以在厭氧條件下通過硝態(tài)氮的反硝化作用產(chǎn)生，又可以在好氧條件下通過銨態(tài)氮的硝化作用產(chǎn)生[20]。郭嬌[9]研究發(fā)現(xiàn)，N2O 的來源與畜禽糞便堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)化有關(guān)，在有氧條件下，堆料中的-N，包括原有的-N 及有機(jī)氮分解轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的-N，可以通過硝化過程產(chǎn)生N2O，而在缺氧或厭氧條件下，堆料中原有的硝酸鹽、亞硝酸鹽及硝化過程產(chǎn)生的硝酸鹽、亞硝酸鹽，可以通過反硝化過程生成N2O，堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)化途徑如下。

史磊等[21]研究表明，在堆肥過程中加入土壓實(shí)堆體形成厭氧條件，促進(jìn)了反硝化細(xì)菌的活性，從而促進(jìn)了N2O 的產(chǎn)生和排放，在整個(gè)堆肥過程中N2O 的排放通量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，在堆肥前期N2O的排放量一直上升，在第15 天達(dá)到峰值為32.13 mg/（m2·h），而且N2O 的排放通量與溫度成正相關(guān)。王權(quán)[22]研究報(bào)道，在堆肥初期N2O 的排放量較低，原因是堆肥初期適宜的曝氣速率和高溫抑制了硝化和反硝化反應(yīng)，在堆肥初期沒有檢測(cè)出硝化和反硝化微生物，從而導(dǎo)致堆料在初期階段基本無N2O 釋放。高翔[23]研究表明，在以畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈為原料堆肥過程中N2O 的累計(jì)排放量為12.84 mg/kg，N2O 排放主要發(fā)生在第12～28 天，排放量為10.43 mg/kg，占排放總量的81.2%。有研究表明，牛糞堆肥產(chǎn)生的N2O 排放量在第5、6 周較大，最大排放量達(dá)到29.29 mg/（m2·h），堆體的含水率隨著堆肥時(shí)間延長(zhǎng)而降低，同時(shí)也改善了堆體通透性，在有氧環(huán)境下產(chǎn)生硝酸鹽，再進(jìn)入到厭氧或缺氧的環(huán)境下通過反硝化反應(yīng)產(chǎn)生N2O[24-25]。周談龍等[26]研究表明，在考慮CO2時(shí)，N2O 累計(jì)排放占溫室氣體（CO2-eq）排放的10.73%，在不考慮CO2情況下，N2O 是主要的溫室氣體，貢獻(xiàn)率為72.02%，具體排放情況如表2 所示。因此，為了減少堆肥過程中的N 素?fù)p失，以及減少溫室氣體N2O 的排放，開展堆肥過程中N2O 的生成控制技術(shù)研究是今后堆肥污染控制技術(shù)的重要研究方向之一。

表2 堆肥過程中N2O 排放情況Tab. 2 N2O emissions during composting process

1.3 NH3

NH3的產(chǎn)生主要來源于氨化作用。畜禽糞便堆肥過程中，在好氧環(huán)境條件下，堆體中的蛋白質(zhì)和氨基酸等含氮有機(jī)物在微生物作用下分解轉(zhuǎn)化為NH3[27]。NH3的產(chǎn)生不僅導(dǎo)致氮營(yíng)養(yǎng)元素的損失，而且還會(huì)產(chǎn)生異味。堆肥過程中原料中部分氮元素以NH3形式揮發(fā)不僅降低了堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)揮發(fā)的NH3進(jìn)入大氣中可與氮氧化物和二氧化硫等酸性氣體發(fā)生一系列反應(yīng)生成銨鹽氣溶膠，進(jìn)一步形成霧霾的前體物質(zhì)，對(duì)環(huán)境質(zhì)量和大氣污染帶來較大的影響[28]。HOLLY M A等[29]研究報(bào)道，在畜禽糞便堆肥過程中，NH3的揮發(fā)損失量占N 營(yíng)養(yǎng)元素的15%～42%，是堆肥過程N(yùn) 營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失的主要途徑。此外堆肥過程中NH3的產(chǎn)生和排放，也是異味投訴重點(diǎn)。余鑫等[30]研究表明，在內(nèi)槽式好氧堆肥車間NH3的濃度變化范圍為0.85～22.40 mg/m3，堆肥前期氨氣濃度高于后期，雖然在整個(gè)堆肥周期NH3平均值為3.63 mg/m3，但大多數(shù)的氨排放濃度高于GB14554?1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求（廠界二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)1.5 mg/m3）。研究表明，不同的堆肥方式、不同的堆肥原料及不同通風(fēng)形式情況下堆肥產(chǎn)生的NH3排放特征也存在一定的差異，正壓和負(fù)壓通風(fēng)條件下NH3排放量分別約占初始總氮的36.7%和15.8%～16.8%[31-33]。李路路[34]研究發(fā)現(xiàn)，堆料的理化性質(zhì)對(duì)NH3的排放也有較大的影響，在堿性條件下當(dāng)堆體的溫度較高時(shí)可以促進(jìn)氨態(tài)氮進(jìn)行氨化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NH3。此外，宋李思瑩[35]研究表明，用豬糞作為原料堆肥時(shí)在夏冬季節(jié)不同的堆肥方式（好氧堆肥、厭氧堆肥、自然堆放）產(chǎn)生的NH3排放量也有較大差異，其中夏季NH3最大排放速率要明顯高于冬季，3 種堆肥方式NH3排放速率大小順序?yàn)樽匀欢逊?厭氧堆肥>好氧堆肥，具體如表3 所示。

表3 夏冬季不同堆肥方式NH3 排放情況Tab. 3 NH3 emissions of different composting methods in summer and winter

崔利利[11]研究畜禽糞便堆肥時(shí)發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)堆肥過程中均有NH3排放。但也有研究表明，NH3排放主要集中于堆肥前期，原因是在堆肥前期堆體pH 值較高（長(zhǎng)期處于8.5 左右），堆體高溫期較長(zhǎng)（40 °C 以上可達(dá)15 d 左右），有利于NH3的產(chǎn)生和排放[36]。周談龍等[26]研究表明，NH3排放主要集中在堆肥第1 周和翻堆后，在堆肥第2 天NH3排放量開始升高，隨后緩慢下降，推測(cè)可能是隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)堆體內(nèi)物料營(yíng)養(yǎng)成分消耗所致。馮璐[37]研究表明，NH3排放主要集中在堆肥的前期，在無覆蓋堆肥時(shí)，NH3排放量在第7 天達(dá)到峰值，排放量為0.101 8 mg/（kg·h）。丁鋼強(qiáng)等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在以豬糞為原料堆肥過程中排放的含氮?dú)怏w主要為NH3，而且NH3主要在堆肥的前期產(chǎn)生，在翻堆前后，NH3排放量也無明顯變化。山楠[39]研究表明，畜禽糞便自然堆肥過程中NH3的排放量與堆體的含水率呈顯著相關(guān)，在一定溫度范圍內(nèi)，NH3排放量與前期堆體的溫度呈正相關(guān)。

畜禽糞便堆肥過程中NH3的產(chǎn)生和排放不僅造成堆肥N 素?fù)p失，還會(huì)造成異味污染。因此開展堆肥過程中NH3的控制技術(shù)研究非常迫切和必要。

1.4 其他

在畜禽糞便堆肥過程中，除產(chǎn)生CH4、N2O、NH3主要大氣污染物外，一般還會(huì)產(chǎn)生CO2、VOCs、H2S等大氣污染物。其中CO2主要是在有氧環(huán)境下微生物利用堆料中有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行好氧發(fā)酵產(chǎn)生的。趙明德等[40]研究表明，在整個(gè)堆肥周期中都有CO2的產(chǎn)生，排放量主要集中在堆肥前期，在第8 天達(dá)到峰值，為20.590 μmol/（m2·s）。王義祥等[41]研究表明，用豬糞堆肥過程中，CO2排放主要集中在堆肥的升溫期和高溫期，該堆肥期排放量占總排放量的78.5%～86.2%，在堆肥的第15 天達(dá)到排放峰值，排放速率為445.78 mg/（kg·h）。

VOCs 主要是在堆肥過程中微生物通過降解有機(jī)物產(chǎn)生。張朋月等[42]研究發(fā)現(xiàn)，不同的堆肥原料產(chǎn)生的VOCs 排放量有所差異，牛糞和豬糞在堆肥前期產(chǎn)生的VOCs 濃度超過2 000 μL/L，而雞糞堆肥產(chǎn)生VOCs 最高濃度為234.3 μL/L。周談龍等[43]研究發(fā)現(xiàn)，在豬糞堆肥過程中產(chǎn)生的VOCs 多達(dá)81 種，主要有烷烴類、芳香烴類和鹵烴類，VOCs 排放量主要集中在前兩周，其中二氯甲烷在第9 天達(dá)到排放峰值，為2.27 mg/m3。

堆肥過程排放的H2S 主要來源于蛋白質(zhì)的分解。畜禽糞便堆肥初期，有機(jī)物質(zhì)最容易被降解，也易造成堆體局部缺氧導(dǎo)致含硫化合物的產(chǎn)生[44]。周忠強(qiáng)等[45]研究發(fā)現(xiàn)，豬糞堆肥和奶牛糞便堆肥4 個(gè)季度產(chǎn)生的H2S 平均濃度分別為0.007 4～0.040 9、0.001 2～0.005 2 mg/m3，這可能與飼料中的蛋白質(zhì)含量有關(guān)，豬飼料中蛋白質(zhì)含量較高，所以H2S 的排放量也高。

2 堆肥大氣污染物控制技術(shù)

針對(duì)畜禽糞便堆肥過程中溫室氣體、異味氣體污染防控，目前國(guó)內(nèi)外已開展相關(guān)研究，并開發(fā)出系列控制技術(shù)，包括源頭控制技術(shù)、末端控制技術(shù)兩大類。

2.1 源頭控制技術(shù)

針對(duì)畜禽糞便堆肥產(chǎn)生的大氣污染物源頭控制技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已開展系列研究。研究的方向包括優(yōu)化堆肥工藝條件，以及篩選應(yīng)用合適的添加劑。上述研究的目的主要是通過調(diào)節(jié)堆體的溫度、pH 值等，改善堆肥條件，從而促進(jìn)堆肥并減少大氣污染物的產(chǎn)生。

曾劍飛[46]研究表明，在堆肥過程中間歇供氧可以降低CH4和N2O 等溫室氣體的排放，排放量分別減少22.26%～61.36%和8.24%～49.80%，還發(fā)現(xiàn)在間歇供氧30 min，供氧速率為0.25 L/（kg·min）條件下減排效果最好。陳宏宇[47]研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞堆肥過程中添加10%黏土可以促進(jìn)雞糞的降解，縮短堆肥周期，使提前達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)減少了堆肥所產(chǎn)生的氨氣和溫室氣體。陶金沙等[48]的研究表明，在豬糞堆肥過程中添加小麥枯稈生物炭有利于提高堆肥產(chǎn)品品質(zhì)，降低全氮的損失率，當(dāng)豬糞與生物炭比例為5∶1 時(shí)，堆肥效果最好，可以顯著降低堆體中CO2和NH3的排放總量。趙明德等[40]研究了不同添加劑對(duì)牛糞堆肥過程中大氣污染物排放的影響，4 種添加劑分別為氯化鈣、硫酸鋅、氫氧化鎂+磷酸、沸石，結(jié)果表明上述添加劑均有利于大氣污染物的減排，其中添加氯化鈣的綜合減排效果最好，可以使堆體中CO2排放量減少83.1%，CH4排放量減少90.4%。張智等[49]研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞與谷糠混合堆肥過程中，添加微生物菌劑可以加快堆肥進(jìn)程，使堆體內(nèi)溫度快速升高，并且延長(zhǎng)高溫期1～2 d，還發(fā)現(xiàn)采用人元生物菌處理效果相對(duì)會(huì)更好，對(duì)NH3的減排率達(dá)到15.8%。KURODA K 等[50]在豬糞堆肥中添加芽孢桿菌TAT105，發(fā)現(xiàn)它可以吸收銨態(tài)氮，減少氨的排放，與空白對(duì)照組相比，試驗(yàn)組堆體中氮營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失減少了22%，NH3排放量顯著降低。李慧杰等[51]研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞和米糠堆肥過程中，分別加入沸石和過磷酸鈣都可以降低CH4的排放峰值，CH4的排放總量比空白對(duì)照組分別減少了47.23%和56.20%。也有研究表明，添加菌劑可以加快堆肥中木質(zhì)纖維素的降解，有利于堆體迅速加溫，加快堆肥腐熟，同時(shí)顯著降低堆肥產(chǎn)品有機(jī)物和氮素的損失，提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)量[52-53]。張生偉等[54]研究表明，在雞糞和豬糞堆肥時(shí)添加高效除臭菌和纖維素分解菌群可減少28.65%和25.84%的氮元素?fù)p失，同時(shí)使惡臭組分轉(zhuǎn)化為無臭組分。

現(xiàn)有研究表明，源頭控制技術(shù)可有效降低畜禽糞便堆肥過程中大氣污染物的產(chǎn)生和排放，同時(shí)提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，是一種經(jīng)濟(jì)、可行、有效的堆肥大氣污染物生成控制技術(shù)。目前該技術(shù)的主要研究方向是開發(fā)高性能生物菌劑及生物炭基材料，同時(shí)優(yōu)化其使用工藝條件。

2.2 末端控制技術(shù)

針對(duì)畜禽糞便堆肥產(chǎn)生的大氣污染物末端控制技術(shù)，國(guó)內(nèi)外研究較多的是生物法、化學(xué)洗滌法、光催化氧化法、吸附法等異味污染物控制技術(shù)。

2.2.1 生物法

生物法除臭技術(shù)主要是利用微生物的生理代謝活動(dòng)降解惡臭物質(zhì)，通過微生物的吸附、吸收等作用將惡臭物質(zhì)氧化成無臭、無害的最終產(chǎn)物，達(dá)到除臭目的。

目前比較常見的生物除臭技術(shù)有生物洗滌法、生物過濾法、生物滴濾法[2,55]。已有研究發(fā)現(xiàn)，采用真菌和細(xì)菌聯(lián)合作用的生物滴濾系統(tǒng)對(duì)甲苯有90%的去除率，在生物滴濾系統(tǒng)中接種降解VOCs 的微生物菌劑對(duì)VOCs 去除率可以達(dá)到81.5%，在生物滴濾系統(tǒng)前端加入預(yù)處理裝置或優(yōu)化運(yùn)行條件可顯著改善惡臭污染物的去除率[56-60]。HANSEN M J 等[61]研究表明，真菌能顯著提高H2S 的去除效果，當(dāng)生物過濾器在含有真菌時(shí)對(duì)豬舍H2S 的去除率約為64%，無真菌時(shí)去除率僅為18%。李遠(yuǎn)嘯等[62]研究表明，采用生物洗滌法對(duì)VOCs中特征污染物去除率可達(dá)55%～97%?，F(xiàn)有主要生物法除臭技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如表4 所示[63-64]。

表4 生物法除臭技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較Tab. 4 Comparison of advantages and disadvantages of biological deodorization technology

2.2.2 化學(xué)洗滌法

化學(xué)洗滌法是在氣液接觸過程中對(duì)廢氣中惡臭組分進(jìn)行去除凈化，包括物理吸收和化學(xué)吸收，其中水、酸、堿、表面活性劑等常被用作惡臭吸收劑。

ZHAO Dongfeng 等[65]研究表明，在高濃度和高釋放速率情況下，通過水噴霧也可以有效吸收去除H2S，加入0.1 g/L Na2CO3可以顯著提高H2S 的吸收效率。彭明江等[66]研究表明，在生物洗滌處理的基礎(chǔ)上再采用10%的氫氧化鈉復(fù)配10%次氯酸鈉吸收液進(jìn)行二級(jí)處理，對(duì)H2S 的去除率可從69.2%提高到95%以上，處理后H2S 排放濃度為0.04～0.11 mg/m3。劉忻壑[67]研究表明，在堆肥過程中產(chǎn)生的NH3采用pH 值為2～3 的酸性溶液洗滌，去除效率可高達(dá)95%。張樂等[68]采用3 種表面活性劑溶液（十二烷基咪唑氯鹽、十二烷基咪唑硝酸鹽、十二烷基咪唑雙氰胺）吸收甲苯廢氣，甲苯吸收效率可達(dá)92%～98%，飽和吸收量可達(dá)33.6～53.39 mg/L，且發(fā)現(xiàn)甲苯的飽和吸收量與進(jìn)氣濃度和吸收液的濃度呈正相關(guān)。江蘇科技大學(xué)[69]研發(fā)了一種基于氣體的裝置，以廢棄油脂作為吸收液，利用旋轉(zhuǎn)填料床吸收VOCs 廢氣，吸收效率達(dá)到95%以上。

在實(shí)際應(yīng)用中，吸收法對(duì)于氣量大、組分復(fù)雜的廢氣吸收率有限，應(yīng)著力優(yōu)化吸收設(shè)備，開發(fā)廣譜性吸收藥劑，增強(qiáng)吸收工藝的適應(yīng)性、實(shí)用性，進(jìn)一步提高廢氣與吸收液傳質(zhì)效率。

2.2.3 光催化氧化法

光催化氧化法是指以光為能量，在催化劑的作用下產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基，將惡臭組分氧化分解，從而凈化惡臭污染物，該技術(shù)的關(guān)鍵在于催化劑的開發(fā)。

張木[70]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用LED 燈和紫外燈作為光源時(shí)，H2S 去除率分別為15%和65%，光源波長(zhǎng)越短，H2S 的脫除效率越高，當(dāng)使用負(fù)載16 g 的二氧化鈦催化劑時(shí)，H2S 的脫除率為97%。張強(qiáng)[71]研究表明，在采用185～254 nm 雙波長(zhǎng)紫外燈為光源時(shí)，與TiO2催化劑相比，F(xiàn)e3+/TiO2催化劑的NH3和H2S 去除率分別提高了3.0%和8.2%，且延長(zhǎng)廢氣停留時(shí)間及適當(dāng)提高惡臭氣體進(jìn)氣濃度都有利于提高惡臭物質(zhì)去除率。趙忠[72]研究表明，在相對(duì)濕度為30%，停留時(shí)間為2.88 s，H2S 初始濃度為0.6 mg/m3時(shí)，光催化反應(yīng)對(duì)H2S 的去除效率為62.34%，使用光催化臭氧氧化H2S 的去除效率為77.65%。因此，優(yōu)化光催化反應(yīng)條件及開發(fā)合適的催化劑均可以提高污染物的去除效果。

2.2.4 吸附法

吸附法是利用多孔固體吸附劑吸附廢氣中的惡臭組分，從而使廢氣得到凈化的方法，該技術(shù)的關(guān)鍵是吸附劑的選取，目前比較常用的吸附劑包括活性炭、活性炭纖維、沸石分子篩等。

ISIL I G[73]研究表明，采用碳酸鈉改性的活性炭對(duì)H2S 具有較好脫除效果，硫容高達(dá)420 mg/g。鄭維重[74]研究表明，采用3%氫氧化鈉改性活性炭對(duì)H2S 吸附性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未改性活性炭，改性活性炭穿透硫容提高了40 倍，穿透硫容為 78.93 mg/g。趙如恒[75]研究表明，采用15%硝酸銅改性活性炭纖維對(duì)H2S 具有較好的去除效果，硫容量高達(dá)104.75 mg/g。LIU Xinpeng 等[76]研究表明，采用凹凸棒石為原料合成的4A 型沸石分子篩在50 °C 條件下對(duì)H2S 的去除率高達(dá)100%，對(duì)硫的穿透吸附容量和飽和吸附容量分別達(dá)到10 和15 mg/g?？梢娢椒▽?duì)惡臭組分中H2S 去除效果尤為顯著，因此篩選和制備一種高效穩(wěn)定且成本低的吸附材料是該技術(shù)的主要研究方向。4 種惡臭氣體處理方法優(yōu)缺點(diǎn)如表5所示[77]。

表5 惡臭氣體常用處理方法及優(yōu)缺點(diǎn)Tab. 5 Common treatment methods and advantages and disadvantages of malodorous gas

2.3 可行的污染控制技術(shù)路線

基于國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外成熟的惡臭異味控制技術(shù)及其實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)畜禽糞便堆肥過程中大氣污染物全過程控制和有效減排為目標(biāo)，提出“源頭控制+末端治理”的畜禽糞便大氣污染物全過程控制技術(shù)路線，并提出如下可行的大氣污染控制工藝建議。

（1）畜禽糞便+生物菌劑+一級(jí)處理（生物法、化學(xué)洗滌法）。

（2）畜禽糞便+生物菌劑+一級(jí)處理（生物法、化學(xué)洗滌法）+二級(jí)處理（化學(xué)洗滌、吸附法）。

（3）畜禽糞便+生物炭+一級(jí)處理（生物法、化學(xué)洗滌法）。

（4）畜禽糞便+生物炭+一級(jí)處理（生物法、化學(xué)洗滌法）+二級(jí)處理（化學(xué)洗滌、吸附法）。

添加生物菌劑或生物炭的目的是改善堆肥條件，從源頭減少大氣污染物的產(chǎn)生。對(duì)于堆肥過程產(chǎn)生的廢氣，應(yīng)通過有效收集后進(jìn)入末端控制設(shè)施進(jìn)行凈化處置。當(dāng)惡臭異味污染物濃度較低時(shí)，應(yīng)采用一級(jí)處理工藝，可選擇生物法、化學(xué)洗滌法。采用化學(xué)洗滌法時(shí)，可根據(jù)污染物組成，采用不同吸收藥劑的兩級(jí)串聯(lián)洗滌塔；當(dāng)污染物濃度較高時(shí)，可采用二級(jí)處理工藝，在一級(jí)處理設(shè)備后串接二級(jí)處理設(shè)備，二級(jí)處理工藝可采用吸附法，如活性炭吸附柜等。

通過上述工藝可以從源頭、過程和末端實(shí)現(xiàn)畜禽糞便大氣污染物全過程控制。

3 結(jié)束語

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研表明，畜禽糞便好氧堆肥過程中會(huì)排放CH4、N2O、NH3、H2S、VOCs、CO2等大氣污染物，其中CH4、N2O、NH3的排放和控制最受關(guān)注。

針對(duì)堆肥過程中大氣污染物的排放控制，國(guó)內(nèi)外主要在畜禽糞便堆肥大氣污染物的產(chǎn)排規(guī)律和控制技術(shù)等方面開展研究，并取得顯著成果，部分控制技術(shù)得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，如通過外加添加劑實(shí)現(xiàn)大氣污染物源頭減排的源頭控制技術(shù)和采用生物法、化學(xué)洗滌法等實(shí)現(xiàn)惡臭異味污染物去除的末端控制技術(shù)等。

從國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)研究和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以看出，只要采用合適的源頭和末端廢氣治理技術(shù)，完全可以減少畜禽糞便堆肥過程中大氣污染物的產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)有效控制，避免畜禽糞便堆肥過程中二次污染的發(fā)生。結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，本文提出了適合我國(guó)國(guó)情的“源頭控制+末端治理”的畜禽糞便大氣污染物全過程控制技術(shù)路線。