中小型畜禽养殖场的粪污除臭技术

中小型畜禽养殖场的粪污除臭技术
于雨亭1，刘迎春2，王述柏1，张媛媛3*
（1.青岛农业大学动物科技学院，山东青岛266109 ；2.山东省青岛市畜牧兽医研究所，山东青岛；
3.文登创业水务有限公司，山东文登）
中图分类号：S851.2+4 文献标识码：A 文章编号：1007-1733（2020）12-0056-04
我国畜禽养殖规模巨大，粪便产生量多，如何有效处理以减少臭气排放是目前困扰养殖企业的难题。

本文分析了中小规模养殖场粪便除臭适宜使用的技术如物理除臭法、化学除臭法、生物除臭法等方法的利弊，旨在为中小型养殖场开展粪便除臭处理提供参考依据。

根据文献资料与实地调研综合分析，认为微生物菌剂堆肥除臭法和利用昆虫等生物除臭法适宜于中小型养殖场的粪污处理。

中小型畜牧场在我国畜牧业产业结构中占很大比例[1]，畜禽粪便处理方面存在诸多问题，如缺乏资金购置粪污处理设备，处理技术相对大型企业较落后等，排泄物无法及时处理，所产生的恶臭气体会严重污染环境[2]。

因此，研究和开发适合中小型畜禽养殖场的粪便处理技术十分必要。

1 畜禽粪便中恶臭气体的来源
（1）畜禽粪便中含有大量蛋白质、碳水化合物等，分解后产生一系列带有恶臭的化合物。

畜禽粪便中的恶臭化合物主要有氨、硫化氢、挥发性脂肪酸、吲哚、粪臭素、硫醇等[2]。

NH3是粪便和尿液产生气味的主要成分。

在粪便堆放过程中，其未消化的蛋白质、尿素、尿酸、有机胺、铵和少量NH3等，在微生物作用下分解产生NH3，NH3首先溶于水形成铵态氮（NH4+-N）积累于粪便中，随着粪便堆放过程中温度上升，非挥发性NH4+-N向挥发性的NH3的转化[3-5]。

粪便中氨气的释放受多种因素影响，如畜禽饲料类型、通气状况、C/N、温度、pH、含水率等[6, 7]。

（2）H2S主要来源于含硫氨基酸，粪便中未被消化的蛋白质被降解后，其中的含硫氨基酸如蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸，在微生物的作用下通过脱巯基作用生成H2S[8-9]。

典型的硫解离反应是通过半胱氨酸去甲基酶将半胱氨酸转化为丙酮酸，厌氧条件下产生H2S，好氧条件下产生H2SO4，增强了环境的酸度，对NH4+有一定的缓冲作用[10]。

畜禽粪便在堆积发酵过程中分解产生的H2S可溶于水，水中达饱和之后，H2S从堆体中释放出来。

因此，畜禽粪便中H2S的释放受堆肥的曝气量、含水率和材料组成的影响[5]。

（3）吲哚和3-甲基吲哚（即粪臭素）也是畜禽粪便中主要臭气化合物之一，均由粪便中未消化蛋白质中的L-色氨酸厌氧发酵而形成的易挥发性物质，粪臭气味浓烈[11]。

饲料中L-色氨酸代谢过程受肠道微生物调控[12]。

影响肠道内色氨酸降解产物及其浓度的主要因素有色氨酸利用率、肠道内的厌氧环境和氧化还原电位、色氨酸的化学结构和中间代谢产物的产生等[13]。

（4）挥发性脂肪酸是氨基酸在脱氨基作用下，由粪便中蛋白质降解和碳水化合物分解产生的。

主要包括乙酸，丙酸，酪酸，异酪酸，缬草酸，异缬草酸，正己醛和癸酸[14]。

在消化道中，pH通常接近中性，脱氨基作用是主要的氨基酸代谢途径，并产生挥发性脂肪酸，CO2，H2和氨。

pH是影响粪尿微生物活性的关键因素，更高的pH使加入的碱能与挥发性脂肪酸反应生成盐，大大减少挥发性脂肪酸的产量[15]。

参与这个过程的细菌种类包括真细菌，消化链球菌，拟杆菌，链球菌，埃希氏杆菌属，巨型球菌属，丙酸菌属，乳酸杆菌和梭菌属。

具有恶臭气味的脂肪酸多为长链和支链脂肪酸[14]。

主要的限制因素有日粮纤维水平、肠道微生物区系组成、温度、通风等。

2 畜禽粪便除臭技术
目前，畜禽粪便末端除臭技术主要包括生物除臭法、物理除臭法、化学除臭法或几种除臭法
资助项目：山东省家禽产业创新团队建设项目（SDAIT-11-14） *通讯作者
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组合使用[16]。

2.1 生物型除臭剂的种类及作用
目前常用的生物除臭方法有添加微生物菌剂堆肥法、昆虫除臭方法、土壤除臭法和珍珠岩棉除臭法等。

2.1.1 微生物制剂堆肥除臭法 传统堆肥工艺存在发酵时间长、气味大、肥效低等缺点。

目前常用在粪便中添加高效微生物制剂的堆肥处理法，利用微生物快速分解转化粪便中的有机物质，从而抑制腐败微生物和致病菌的繁殖，减少或延缓恶臭气体的释放[17]。

脱臭过程可分为三个阶段：（1）溶于水中的恶臭气体从气相变为液相；（2）微生物吸收溶于水中的恶臭物质并将其转移到细胞中；（3）以恶臭物质作为微生物细胞的营养物质，将其代谢分解利用[2]。

乳酸菌生长繁殖过程中消耗糖类产生大量乳酸，使堆肥的pH 降低，抑制不耐酸有害菌的生长，并能与有益菌共生，将未分解的有机物进行发酵，转化为动植物可利用的营养物质，抑制腐败菌、病原菌的繁殖活动，从而减少恶臭气体的释放[18]；枯草芽孢杆菌生物同化作用较强，其代谢产物能抑制蚊虫、苍蝇的生存，还产生氨基氧化酶和硫化物分解酶，降低血液及粪便中氨、吲哚等有害气体浓度，净化内外环境[19]。

并能固氮，解磷钾，促进粪便堆肥中有机质转化成腐殖质，增加土壤养分，改善土质结构，肥效提高；巨大芽孢杆菌生长繁殖过程中产生大量有机酸，能将土壤中的矿质磷酸盐分解为磷，易于被植物吸收利用。

同时还能释放高活性的分解酶和促进因子，促进作物对养分的吸收[20]。

王国强[21]等研究表明，利用干酪乳杆菌、产朊假丝酵母、粪肠球菌和枯草芽孢杆菌制备的复合微生态制剂发酵鸡粪，鸡粪中的吲哚含量、大肠杆菌数量以及酸碱度分别比不加菌剂的对照组降低87.50 %、21.93 % 和16.72 %。

叶芬霞[22]等报道利用巨大芽孢杆菌、热带假丝酵母和灰色链霉菌制备的复合微生物除臭剂，对鸡粪、猪粪和牛粪的除臭率可达80 % 以上，对H2S的去除率可达65 % 以上。

王卫平[23]等报道利用酵母菌、放线菌和芽孢杆菌制备的复合微生物可有效抑制猪粪堆肥过程中NH3的释放。

Meng[24]等报道短乳杆菌可有效去除粪便发酵过程中的粪臭素，去除率达71.83 %。

可见，微生物制剂对畜禽堆肥具有高效除臭效果。

但微生物除臭技术在应用过程中也有一定的局限性，如特定的异味物质只能经特定的微生物降解、利用，单菌除臭可能效果不佳，除臭效果还受到微生物的添加剂量、畜禽品种、环境温湿度、粪便含水率等因素的影响[23]。

如唐微微[26]等报道分离到两株除臭菌株，东方伊萨酵母对NH3和H2S的最大去除率分别为50.48 % 和38.31 %，异常威克汉姆酵母对NH3和H2S的最大去除率分别为39.63 % 和41.51 %。

但两菌株混合发酵，NH3的最大去除率分别较东方伊萨酵母和异常威克汉姆酵母提高了9.77 % 和20.62 %，H2S的最大去除率分别较东方伊萨酵母和异常威克汉姆酵母提高了20.82 % 和17.62 %。

2.1.2 昆虫除臭法 昆虫除臭法是利用昆虫对畜禽粪便进行转化，目前常用蛆虫、蚯蚓、黑水虻、蜗牛等处理畜禽粪便[27]。

白林[28]等报道在猪粪中饲养蝇蛆可以快速减少猪粪的臭味，饲养6 d粪便总重量减少了5
3.04 %，干物质减少了31.14 %，其中蝇蛆消耗的干物质占2.85 %，被微生物分解消耗的干物质占28.3 %。

赵海涛[29]等接种大量蚯蚓，设立蚯蚓生物床工程，将新鲜牛粪投放蚯蚓生物床中。

经处理的牛粪通水性和透气性改善，易干燥，无臭气，含水率和电导率明显下降，pH趋于中性。

张修顺[30]研究表明以蔬菜废弃物、牛粪和猪粪为原材料进行试验分组饲养蚯蚓；混合底料经蚯蚓处理后，臭味明显减少，蚯蚓处理过的产物的有效活菌总数均达到了107数量级。

据报道，黑水虻可高效利用畜禽粪便，利用畜禽粪便饲养的黑水虻幼虫干粉中粗蛋白含量高达43.20 % ~ 46.90 %，粗脂肪含量达
4.30 % ~ 34.80 %，幼虫干粉的氨基酸谱与鱼粉非常相似，可用作优质动物蛋白饲料，而处理后的畜禽粪便可直接用作有机肥原料[31]。

利用昆虫处理粪便产生污染小，处理迅速彻底，整个过程中的产物都是有价值的。

以畜禽粪便养昆虫，昆虫可作为优质蛋白饲喂畜禽，经昆虫处理后的粪肥又可作为优质有机肥，形成了一个完整环保的循环模式，这将是未来昆虫处理有机废弃物的重要发展方向。

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2.1.3 土壤除臭法和珍珠岩棉除臭法 土壤除臭法和珍珠岩棉除臭法除臭原理相似，皆用通气性好，吸附力强的物质吸附恶臭气体，再用内部的微生物分解利用恶臭化合物以消除臭气[14]。

土壤除臭法是应用最早的生物除臭法，除臭效果强，所需费用低，适用于低中量臭气、易松散腐殖质土壤、冬季表层土壤无冻土层的地区，但冬季除臭效果差，不适于高温气体除臭[32]。

珍珠岩棉具有膨松性好、相对密度低、透气性好等特点，能有效除臭，并且除臭能力较稳定，所需面积少，运转成本低，适于中、低量臭气产区。

但珍珠岩棉本身无除臭能力，还易失水[14]。

2.2 物理方法
物理法除臭技术主要利用吸附型和遮掩型等除臭剂的吸附或遮蔽作用减少臭气浓度或气味。

2.2.1 吸附型除臭剂的种类及作用 目前，吸附型除臭剂常用具有强吸附能力的膨润土、活性炭、沸石、海泡石等为主要原料，具有表面积大、孔隙多以及吸附交换能力强等特点，作用机理是利用分子间范德华力吸附恶臭分子[33]。

刘鸫[34] 等用茶渣和活性炭添加到猪粪中，二者协同作用，对NH3和H2S的除臭率可高达90 % 左右。

Bajwa[35]等将斜发沸石作为鸡舍的垫料添加剂，可使肉鸡舍内氨浓度降低60 %。

但吸附型除臭剂的缺陷在于其对臭味分子的吸附量随时间的增加而降低，随着温度的升高被吸附物可能会反向释放[36]。

2.2.2 遮掩型除臭剂的种类及作用 遮掩型除臭剂常用木材醋酸、樟脑、桉树油等植物精油，各种植物提取物等芳香族化合物为原料，具有挥发性强、气味独特等特点，如大蒜、茴香、白术、甘草和苍术等都有一种特殊的气味，能掩盖畜禽舍的臭味。

薄荷油、肉桂油等对NH3气味遮蔽效果好，松叶油、香叶油、橙皮油等对H2S气味具有很好遮蔽作用[37]。

陈华洁[38]报道，丝兰属植物提取物主要通过抑制肠道和粪便中产尿酸酶菌的生长而发挥作用，无论体外试验还是日粮添加均能有效的减少养禽场的氨气排放。

但是掩蔽型除臭剂不能减少有害气体对动物机体的伤害，且成本较高，影响企业经济效益[39]；用含芳香气味的物质掩蔽或与恶臭气体结合，其产物的味道可能比原来的臭味还要难闻，效果不稳定，所以不能从根本上解决恶臭气体问题[8]。

2.3 化学型除臭剂的种类及作用
化学除臭法主要使用一些氧化效果强的氧化剂或添加灭菌剂，并采用氧化还原分解、中和反应、加成反应、缩合反应、离子交换反应等，将产生的恶臭物质转化为无臭物质以消除臭味[37]。

常用的化学型除臭剂包括过氧化氢、高锰酸钾、氯化亚铁、硫酸亚铁、磷酸氢钙和氯化钙等。

Li[40]等在鸡舍的垫料中添加硫酸氢钠，可使鸡舍的氨排放量减少50 % 左右，对肉鸡的饲料转化率和体重无不利影响。

但化学法除臭存在成本高、反应复杂、二次污染等缺点[16]。

3 小结
目前，中小型畜禽养殖场的粪便除臭技术，以添加微生物菌剂堆肥法和利用昆虫除臭法较为适宜。

针对中小型养殖场规模小、资金少的问题上，研发操作简便、成本更低的复合除臭技术更有利于降低环保成本，促进中小型养殖场的发展。

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