中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征

第33卷 第6期 农 业 工 程 学 报 V ol.33 No.6

192 2017年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2017

中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征

周谈龙1，尚 斌1，董红敏1※，陶秀萍1，刘统帅1，王 悦2

（1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081；

2. 北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100081）

摘 要：为监测堆肥过程挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs ）排放情况，该文开展了猪粪堆肥现场试验，采用苏玛罐采样，气相色谱-质谱法分析了猪粪好氧堆肥过程中VOCs 浓度。结果表明：猪粪好氧堆肥过程中可以检测出的VOCs 有81种，包括烷烃类34种，芳香烃类21种，卤烃类19种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类3种；其中检出率高且浓度远远超过其嗅阈值的VOCs 包括三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，VOCs 排放主要发生在堆肥的前2周。该研究将为控制猪粪堆肥过程中VOCs 气体排放提供科学数据支持。 关键词：堆肥；猪粪；排放控制；挥发性有机物 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025

中图分类号：X712 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-06-0192-07

周谈龙，尚 斌，董红敏，陶秀萍，刘统帅，王 悦. 中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征[J]. 农业工程学报，2017，33(6)：192－198. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025

Zhou Tanlong, Shang Bin, Dong Hongmin, Tao Xiuping, Liu Tongshuai, Wang Yue. Emission characteristics of volatile organic compounds during pilot swine manure composting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(6): 192－198. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025

0 引 言

挥发性有机物VOCs （volatile organic compounds ）通过参加大气光化学反应产生有害的挥发性有机物，不仅会引起全球变暖、恶臭、平流层臭氧耗竭及对流层臭氧的形成等环境问题，还对人体有害 [1-2]。当VOCs 质量浓度在3～23 mg/m 3时，会对人体产生刺激和不适；当质量浓度大于25 mg/m 3时，除了头痛外，还可能会出现其他神经毒性作用。2010年中国人为源VOCs 排放总量为2 230万t ，其中废弃物处理过程中VOCs 排放量约为4.1万t [3]，废弃物管理过程是VOCs 重要的排放源之一。

堆肥作为废弃物资源化利用的一种有效途径，已经得到了广泛的应用[4]，在堆肥过程中会大量产生和释放VOCs [5-6]，好氧发酵过程中产生的VOCs 种类达100种以上，总挥发性有机物（total volatile organic compounds ，TVOCs ）可达14 547 mg/m 3[7-8]；Defoer 等[9]在蔬菜、水果和庭院垃圾（vegetable, fruit and garden waste ，VFG ）堆肥中检出89种物质，其中TVOCs 在0.09～23.6 mg/m 3；Scaglia 等[10]在城市固体废弃物堆肥中检出147种VOCs ，

收稿日期：2016-10-18 修订日期：2017-02-15

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-36-10B ）；公益性

行业（农业）科研专项项目（201303091）

作者简介：周谈龙，男，安徽阜阳人，研究方向为农业废弃物处理和资源化利用。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。 Email ：zhoutanlong@

※通信作者：董红敏，女，河北新乐人，博士，研究员，主要从事畜牧环境工程方面研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。Email ：donghongmin@

认为含氮和含硫化合物是主要的恶臭物质；

Delgado-Rodríguez 等[11]研究发现城市固体废弃物堆肥产生的VOCs 主要有烷烃类、萜烯、醇类、酸、酸酯类、酮类、芳香族化合物；张朋月等[8]研究发现堆肥产生的VOCs 主要以烃类、芳香烃、萜类、酮类、有机硫化物为主；相关学者研究表明不同有机废弃物在好氧发酵过程中产生的VOCs 种类和浓度均有所不同[6,8,12-14]。He 等[1]研究表明间歇式通风比连续式通风TVOCs 排放减少28%；Shen 等[5]研究认为VOCs 排放主要集中在堆肥前期，产生的TVOCs 量是挥发排放出的2.3倍，其余的被吸收和降解。但目前关于堆肥过程中产生的VOCs 的研究主要集中在污泥[2,15-16]、生活垃圾[14,17]和厨余垃圾[12,18]。而对畜禽粪便堆肥过程中产生的VOCs 种类和浓度的研究相对较少，Turan 等[7]研究了家禽废弃物在堆肥过程中VOCs 的排放质量浓度在411～14 547 mg/m 3；张朋月等[13]研究了猪粪、牛粪和鸡粪堆肥排出的VOCs 成分差异性；沈玉君等 [19]研究发现猪粪堆肥产生31种VOCs ，且有关畜禽粪便堆肥过程中VOCs 的排放研究主要为小试试验，缺乏实际生产堆肥过程中VOCs 气体排放的研究。

本研究通过对猪粪堆肥现场试验，对堆肥不同阶段的VOCs 进行定量分析，明确排放规律，为VOCs 控制提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于北京市大兴区某规模化猪场进行，猪场存栏基础母猪920头，保育猪2 600头，育肥猪4 200头。母