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猪场臭气的测定和控制

  作者: 来源: 日期:2004-11-15  
     当前,美国人日益关注如何控制畜禽生产中的臭气问题以便改善饲养场周围的环境条件。养猪场产生为臭气已经受到了其邻居乃至社会公众的强烈抵制。这个问题在依阿华州尤其令人关注,因为这个州是美国最大的养猪生产州。

    

     据认为,词养场中通常的臭气水平并不会危害动物和工作人员(假定通风良好的话)。同样,这样的臭气对于饲养场周围环境中的人,畜也没有什么生理上的危害,然而,有许多报告表明,在管理措施不良时,处于舍饲外境中的动物以及工作人员会发生疾病乃至死亡。

    

     在臭气控制方面,新的产品和新的生产技术在不断涌现。对于农业生产,尤其对于畜牧生产来说,要确定如何才能获利,以及什么时间、由何处着手才最有可能获利,是一项真正的挑战。确买,新产品和新技术最终要在农场/饲养场中证实其效力,结果无论是成功还是挫折,都由农场/饲养场人员和产品/技术的开发台共同分享。减少或防止臭气的技术,以及减少人、畜接触臭气的技术,比在臭气产生之后对其的控制技术更为成功。

    

     臭气的产生和鉴别

    

     Deibel(1996)证明,畜禽粪便中产生的臭气是厌氧细菌发酵的产物。他指出,贮存禽粪中的臭气物质有挥发性脂肪酸,如丁酸等。Miner和Hazen(1969)指出、已辨明,猪粪中散发出的气体内存在着浓度很低但气味显著的胺类臭气物质。

    

     自那以来,学者们已在畜粪中鉴别出了160多种特异性臭气物质, 这些物质都产生生化反应的中间产物或终端产物(0,Neil和PhiIlips, 19卯), 这些物质中包括了多种挥发性有机酸、醇类物质、醛类物质、不流动气体(fixed geses)、碳酞类物质、酯类物质、胺类物质、硫化物、硫醇以及含氮杂环类物质。

    

     粪便臭气是许多单一臭气物质复杂相互作用的产物。很难根据一种或数种主要成分来准确地描述臭气的质和量。然而,据若干学者报告,若干主要的粪便臭气物质的存在及其依度,即可表明臭气总的质和量( Burnett 和 Dondeo , 1969 ;Hashimoto, 1992 ;Barth等,1974)。

    

     畜舍内及周围的悬浮粒子与畜舍臭气的关系密切。Day等(1965)发现, 猪舍的臭气与舍内的尘埃有关。Eby和Willson(1969)报告,去除空气中的尘埃可大幅度地减少禽舍中的臭气,但氨的气味则依然存在。Hammond等(1979)认为, 猪舍中的臭气在很大程度上与舍内空气中的悬浮粒子有关,他们的结论是,肥育舍及粪池中的臭气在很大程度上是由悬浮粒子携带的。

    

     臭气仅由尘埃或悬浮粒子携带传播,是不大可能的。但是,臭气分子,如胺和许多含氮杂环化合物通常带正电荷,而尘埃颗粒则通常带负电荷,故两者之间有着极强的亲和力,所以两者很可能是共同扩散的。

    

     另一个与生产有关的臭气问题:就是天气同臭气扩散及控制之间的关系问题。Nordsted和Taiganides(1971)研究了以气象学方法有效减轻畜粪管理中的臭气,尤其是在地表撒布时的臭气。在日常施粪的工作中,考虑到风速和风向,很可能是一种有价值的做法。既要考虑白天的风速和风向,也要考虑夜晚的风速和风向。空气在夜晚逐渐降温,于是就会刮向下坡,与白天时的风向相反,从而发生风向反转,导致臭气不能扩散而聚集在居民区内。

    

     臭气的测量

    

     在这方面,畜禽饲养业和立法部门都没有多少作为,因为目前缺乏实用的臭气检测技术,无比是定性检测还是定量检测技术都缺乏。臭气的检测和测量通常依靠湿法化学、气相色谱法和嗅闻法。Sweeten(1995)评述了臭气测量方法。 他在文章中列举了目前所用对特定臭气的仪器测量法和感官感知法。

    

     在臭气测量中,湿法化学法的灵敏度和特异性程度都很低。畜牧生产中臭气物质的浓度常常很低,通常需要对其进行浓集。现还已开发出了分离技术以便鉴别畜粪中常见的臭气物质。早些时候,Merkel等(1969)以及Miner和Hazen( 1969)鉴别了依阿华州猪舍中的臭气物质。Travis和Elliott(1977)发现, 吲哚和甲基吲哚(粪臭素)与特征性猪舍臭气并无关系,而看来与其它一些不易鉴别的物质有关。Hutchisn和Viets(1969)以及EIliott等(1971)发现了与肉牛肥育栏臭气有关的特异性臭气物质。Barth和Polkowski(1974)鉴别了奶牛粪中的臭气物质。

    

     气相色谱法是目前最可靠的畜粪臭气物质鉴别法。在臭气物质浓度过低时可采取浓集技术。有若干种检测技术可提高此法的选择性和灵敏度:热传导、火焰离子化、电子俘获、火焰光度传导和电解传导等(Elliott等,1978)。然而, 许多臭气物质的反应性使得人们很难对其进行处理。

    

     虽然气相色谱法在鉴别臭气物质方面极为有用。但其却不能反映臭气的气味特征。从这一点来说,气相包谱法常要配会以嗅觉评价法才行。Burnett(1969 )和White等(1971)成功地配合以嗅觉评价怯来进行畜粪臭气的鉴别。 所有的臭气检测和测量法都有局限性,没有一种方法同时具有快速、简便、低成本和可重复等诸

     多优点(Elliott,1978)。

    

     Sweeten(1995)报告,最近已使用了电子嗅觉仪来为臭气定量, 这些所谓的“电子鼻”可检测具有特种表面特性的挥发性物质,在猪舍内空气中对一种这类电子鼻进行了试验,结果表明其“嗅闻”氨气的能力很强。但其功能受到试验时相对湿度和其它气体的干扰。

    

     感官法则利用人鼻来测知有无臭气以及臭气的质和量。人鼻感知某些臭气物质时的灵敏度可1000倍于其它分析方法(Elliott等,1978)。然而, 如果臭气物质缺少特异性时,其能力就有限了。此外,人鼻还非常具有“个性”,因为它对臭气的每一个反应都是特定的人及其经验之间一系列复杂的相互作用的结果(Moulton

     ,1965)。另外,人鼻的能力还受到别的一些因素的影响:适应性、疲劳、 奥气物质的浓度、温度、该人有无疾病,化学反应、年龄、性别、有无吸烟的习惯、 气味刺激性的强弱以及不确定性(Barth,1973)。

    

     可用鼻直接测定臭气的强度,但稀释技术可提高测试的精度。有两种常用的稀释法,一种方法利用一种叫做scetometer的仪器,另一种方法则利用一种比较复杂的称为olfactometer的仪器。

    

     Hueg等(1960)介绍了scentometer。 这一仪器可在现场将臭气稀释到测定的阈值。很容易就可得到四种稀释率(1,7,31和127)。这一仪器受人鼻局限性的影响。

    

     德国开发了一种更为精确的仪器用于测定臭气的强度(Mannbeck,1974),该仪器为便携式,可用于现场测定,可将无臭空气和有臭空气相混,混和率范围为0.33至1000。

    

     Mcfarland等(1982)报告了一种便携式olfactometer。采用这一仪器, 测定者可将欲测臭气同该仪器提供的不同水平的1-丁醇进行比较。该仪器提供的l-丁醇浓度为 0 ~ 80ppm 。 美国依阿华州立大学农业和生物系统木工程系发明了一种olfactometer用于依阿华州的臭气测定。Huang等(1996 )详细介绍了这一仪器。

     还有一种有用的工具补充人鼻的不足,那就是小块织品(fabric swatch)。(Miner和Licht, 1981)。将棉质的小块织品悬挂在臭气现场内,然后将其送到实验室进行分析,这样既可测定臭气的质,又可测定其量。北卡罗来那州立大学正应用这一技术来帮助评价出售作臭气控制的产品。

    

     了解了粪便臭气的成分以及其中各成分的浓度。还不能从质和量方面对闻到的良气作出解释,HillBarth(1976a〕证明了,仅仅两种不同的臭气成分以不同的浓度比例相混,就可得出5种不同的混合结果。相加、相减、独立、协同和平均。 在混合臭气中,每一种臭气物质都会和其它臭气物质发生反应从而使最终臭气的强度

     高于每种臭气简单相加的结果。

    

     臭气源

    

     畜禽生产中的臭气通常来自粪便管理不当,臭源也许是饲养场本身,或是施用粪肥的田地和树林。饲养场中部还有两种非粪便臭源,那就是饲料(尤其是浪费掉的,发酵的和变质的饲料)和死亡的动物。在对一些下脚料进行加工时,如果这些下脚料(如马铃薯青贮)贮存不当或贮存过久而其中的蛋白质发生了分解,则上会发出又归川的气味。

    

     任何表面若覆盖着粪便。都是一个主要的臭源。这样的表面愈大,发出臭气的能力也愈强。肉牛肥育栏,无论地面有无铺垫材料,都是大面积的臭气发生地,再加上动物身体覆盖着粪便,就更加大大地增加了臭气散发面。这些地方臭气产生的多少还与粪便的水分含量和粪便堆积的厚度有关。粪便堆积得愈厚就会因厌氧发酵的缘故而使臭气产生量电愈大,尤其在场地排水不畅时就更是如此。

    

     贮粪池面积常有数英亩之大,这是又一个臭气源。然而,经验表明,贮粪池若设计合理并且管理良好从而使得其中既发生厌氧发酵也发生需氧发酵时,那么它的臭气产生量常低于肥育牛场本身的臭气产生量。

    

     猪舍周围的空气中还含有由猪舍通风系统排出的臭气和悬浮的尘埃粒子。猪舍中散发的臭气主要来自含蛋白质废弃物(包括诸粪、尿、皮肤、毛、饲料和垫料)的厌氧分解。所以,这些臭气是由大量挥发性有机物组成的。

    

     猪舍中散发出的主要气体是氨气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢和甲烷,空气悬浮粒子则包括有机尘埃、气体和内毒素,这些都产生自饲料、猪体、猪粪和建筑材料,这些臭气、气体和空气悬浮粒子在舍内的浓度大大高于其在舍外的浓度。

    

     在许多州都在猪舍下风处的多处测定了臭气的浓度,其中包括了感官测定臭气浓度(将臭气稀释至阈值)。

    

     猪舍和粪便处理设施邻近处的臭气浓度常常比较高,但这一般都是可以得到纠正的,并且浓度会随着下风处的距离增大而降低。不过这里常有一些尚不完全明了的机制(包括天气条件和臭气物质成分的变化等)起了一定的作用。

    

     施用粪肥的田地对于臭气的产生有较大的作用,但臭气产生的时间一般比较短,这与粪便的特点以及天气特点有关。田地中粪便的施用率应以能满足作物良好生长为限,而不应以施粪肥作为粪便处理的手段。各种实用性书刊已对高效而正确的田地粪肥施用法作了介绍(Elliott和Swanson,1976;Barth等,1976)。

    

     利用田间施肥和养分再生利用作为粪便管理的手段、必须建立在科学研究和开发研究的基础之上,这样的话,这些手段才会具有活力。

    

     臭气的控制

    

     可通过防止粪便臭气的产生或在其产生后防止其散发而达到控制粪便臭气的目的,显然,防止臭气产生是更加符合要求的。

    

     粪臭是厌氧菌发酵的结果。所以,要减少粪便臭气的产生,就需创造不利于厌氧菌活动的条件。降低粪便含水量;降低温度、改变pH值、减少时间因素、施用杀菌剂,排除厌氧环境等措施,都很有效。

    

     以需氧环境代替常见的厌氧环境,可有效地控制臭气,使肥育场地面排水通畅从而使地面保持干燥并使氧气得以穿入地表,都是很有效的做法。粪池和其它贮粪设施中采用各种型号的曝气设备从而使其中条件得到了改善。好氧技术设施的运行费和保养费都很高,这是其限制因素。在敏感的形势下,这类高能耗的措施常常是臭气控制中不得已的做法。所以,只要有可能,就应设置良好的排水设施并利用自然加氧法,这才是最为经济实用的臭气控制法(Elliott等, 1974 ; Elliott 和Travis.1975)。

    

     改变pH值以减慢细菌活动,可限制几种主要臭气物质的产生。高pH值会限制挥发酸和硫化氢的散发,低pH值会减缓氨和胺的释放。通过控制pH值来减少一种和数种臭气物质的释放,会促进其它臭气物质的释放,因而这种做法有点自我否定。控制pH值的方法成本太高,并且可能会使粪便不适于被利用。

    

     氧化剂,如高锰酸钾,已破接受用于若干粪便处理,贮存方法中作为控制臭气的方法。

    

     近年来,市场上出现了多种多样化的化学制剂和生物化学制剂,其中有些对于用过的词养来说现场使用效果很好,但要在实验室条件下确证其效力,结果却常捉摸不定。

    

     Warburton等(1981)测试了22家公司出品的猪粪除臭 制品。结论是, 除臭制品的总体性能是令人失望的。掩臭剂,氧化剂, 生菌剂和酶制剂都不能有效控制臭气。

    

     还有人试验了用天然材料来控制臭气。Koellker等(1978)介绍了斜发沸石(一种天然沸石)用于去除鸡舍臭气和减少鸡舍氨气的情况。Meye(1980)采用了人工浮渣来减少贮存的液态诸粪中臭气的散发。将青菜,玉米芯、稻壳或是玉米杆和废弃的油在一起进行处理后覆盖于粪池中粪的表面,减少了臭气的散发,并且这材料还很耐用。土壤也可有效去除空气中的臭气(Cumerman和Carlson,1969)。有些学者试验了以除尘法作为减少臭气散发的手段, Wil1s0n(1971 )采用了档板式或喷水人空气过滤器来去除机械通风蛋鸡舍内排出空气中的尘埃过滤作用减轻了空气中臭气的强度和特性。Licht和Miner(1979) 开发了一种层积式湿法错流涤气机,使畜舍内空气中大于3微米的粒子减少了90%。 空气中的臭气被大大地减少了,氨浓度也降低了21%。然而,对多数人来说,氨气并不象其它一些臭气(如胺和硫化物)那么令入厌恶。

    

     欧洲一段时间以来一直有人在研究用生物滤气机来去除空气中的臭气,美国依阿华州立大学猪营养和管理研究中心目前正在试验在依阿华州的条件下用生物滤气机来对空气除臭气。

    

     空气质量

    

     畜禽粪便臭气的散发是无毒的,所以仅须根据人们的抱怨程度来对其进行处理,而不受联邦空气净化法(Feded Clean Air Act)的管制。然而,有些州以及有些地方,在将限制臭气散发的条款加入到当地的法规和法令之中,在这方面的方法是:确定可接受的臭气强度水平、臭气持续时间和频度以及畜禽饲养场的大小、设

     计和位置(Miller、1981)。

    

     一种臭气令人厌恶的程度受到四种因素的影响:频度( fregecy )、 强度(intensity)、持续时间(duration)以及臭气本身的特殊性(offensiveness),(这四种因素的英文缩写力FIDO),饲养场的臭气会使人咳嗽、呼吸浅表、头痛、恶心、呕吐、胃部不适、食欲减退、失眠、眼睛以及鼻部和喉部受刺激、烦恼,沉郁(Miner1981)。

    

     实用除臭技术

     畜禽饲养的任何阶段和任何时间 可进行臭气控制。为饲养场选址, 就是除臭方案的早期决策之一。

    

     饲养场本身设计和管理得当,就可大减少臭气的产生和散发,所用实用的粪便管理方案或粪 便残渣施用于农田。所以,选择好并管理好粪肥施用点是控制臭气散发的重要途径。

    

     选址

    

     畜舍或禽舍以及粪他的座落处应尽可能远离邻近的居民区、学校、机关或是雇员生活区。要作风向分析以便确定邻居至少可接触到多大强度的臭气。

    

     如有可能,应将所有附近居民接触臭气的时间(无论臭气出自你处或是所有邻近臭源〕限制在每年160~170小时以内。还要考虑昼夜的风向,夜间气流方向改变,造成空气下沉,从而使夜间的臭气问题甚于白天。

    

     饲养场的管理

    

     1.牲畜密集饲养或是养在肥育场中,如果采用水泥地面, 则较少产生污泥、臭气和苍蝇等问题,水泥地面的排水和干燥都很容易,地面只要有2%的坡度就行。在水泥地面上清粪也挪用很方便、快捷。

    

     2.细菌活动产生臭气,需要有水分的存在、 所以若可使粪便干燥就可减少臭气的产生,阳光和通风有助于干燥肥育场的地面。天然通风是很好的,但在有些情况下已采用了机械通风来促使粪便干燥。圈内的垫料有助于空气进入粪便,故有助于粪便干燥从而减少臭气的产生。

    

     3.粪便管理良好则可使畜体保持清洁,潮湿的粪便覆盖在温暖的畜体上。 粪中的细菌活动会得到促进,加速了臭气的产生并已增加了臭气散发的面积。若能使粪便和牲畜分离,如采用条板地面或进行粪便冲洗,则可使畜体保持清洁。

    

     4.粪便贮存区应设有围以防牲畜进入该区。

    

     5.一些粪便处理法,比如创造好气环境,控制pH值,控制温度、 干燥等等,都可有效控制臭气,但这些方法的运行费用都很高昂。

    

     6.粪便中产生臭气需要一定的湿度,并且需要一定的时间, 粪便在肥育场或是在贮粪池中停留时间愈长,就愈会发生厌气发酵:产生的臭气也就愈多。经常彻底清粪有助于使畜体保持清洁,也有助于保持粪便中的养分。 。

    

     7.有序管理地表的水流,可保证肥育场排水正常, 并且可管理好由肥育场中排出的固体和液体。这样不但可控制臭气,还可防止地表水污染。

    

     8.俗话说,眼不见为净。可将粪便管理设施设置有路人不见的地方。

    

     9.在设计粪贮存的、处理设施时要将充分和良好的除臭融入设计标准中。

    

     10.要安排好粪便处理的时间,因为由粪便贮存设施中清除粪便散发出大量臭

     气。

    

     11.处理死畜要有周密的计划,以防产生臭气和孳生苍蝇从而影响人员健康,要及时清除肥育场中的粪便(在24小时以内)。死畜要及时送往炼制厂、适当深埋、焚饶或是在饲养场内制成堆肥。

    

     田 地

    

     1.日常天气预报,可为田问粪肥施用提供有用的信息。冷天施肥优天热天;有风的天气胜于无风天气要在风向不朝向居民区时的向田间施用粪肥。

    

     2.粪肥的施用要开始于清晨,上午,空气开始升温,并且开始上升。从而将臭气也带着上升,晚间空气温度下降,空气下沉,臭气也就停在地表附近。

    

     3.要避免在临近周末或临假日时进行,因为那时公路上会有很多旅游者,人们还会访问非居住区。

    

     4.要避免在公路和居民区、学校、机关或其它有人工作的区域附近施肥。

    

     5. 土壤会有效吸收畜粪中的臭气物质,同时又可保留粪中宝贵的含氮物质。

     施肥后必须尽快对土地进行犁或粑,有些粪水施放机可在施肥时直接将粪水注入土中,这些方法都可减少臭气的产生同时又保存住粪中的养分。

 
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