猪舍除臭治理设施效率评估方法

猪舍除臭治理设施效率评估方法

一、研究背景

猪场臭气成分种类复杂，目前已鉴别出的猪场排放的恶臭物质多达500余种。恶臭物质主要是畜禽粪尿、饲料等在厌氧条件下发酵产生的挥发性化合物和气体，绝大部分为挥发性有机物。在好氧条件下，畜禽废弃物一般不会产生恶臭物质。产生恶臭的基质主要是随畜禽粪尿一起排出的未降解蛋白质和易发酵碳水化合物，蛋白质在腐败性微生物作用下分解产生各种氨基酸后通过氨基酸脱羧和脱氨作用形成恶臭物质散发到环境中。

恶臭物质主要包括挥发性脂肪酸类、酚类、醇类、醛类、酮类、酯类、醚类、胺类、烃类、卤代烃类、硫化物、含氮杂环化合物及芳香族化合物等有机成分以及氨气、硫化氢等无机成分。有研究发现，畜禽恶臭中起关键作用的物质主要是挥发性脂肪酸类，包括含硫化合物、芳香族化合物（酚类、醛类和吲哚）、氨气和挥发性胺类４类。挥发性脂肪酸类（VFAs）的60%为乙酸，其次是丙酸、正丁酸、戊酸和异丁酸，长碳链结构的VFAs（丁酸、戊酸、辛酸）恶臭程度显著高于短碳链结构的VFAs，嗅辨阈值也更低。由于在畜禽养殖中排放的VFAs大多是短碳链结构的，故检测到浓度很高的VFAs也不会产生刺激性恶臭。硫化氢、甲硫醇、丙硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、硫化氢和甲硫醇等含硫化合物占畜禽挥发性含硫恶臭物质的70%-97%；芳香族化合物包括苯酚对甲酚、间甲酚、间甲基苯酚和吲哚等，猪舍空气中的对甲酚和苯酚分别占芳香族化合物的64%和26%，而吲哚和甲基吲哚浓度较低，对甲酚是重要的恶臭物质，而苯酚具有芳香气味且贡献值不高；氨类及挥发性胺包括氨气、甲胺、乙胺、三甲胺，氨气在早期研究中一度被认为是表征畜禽恶臭的唯一指标，也有研究发现氨与恶臭之间并无显著正相关关系，挥发性胺占挥发性氮化合物的比例很小。

不同恶臭物质的嗅阈值有较大差别，物质的嗅阈值越低越容易产生异味，对臭气的贡献值也越大，通过对40种典型恶臭物质嗅阈值测定，其中含氮化合物2种(氨和三甲胺)、含硫化合物6种（硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳和羰基硫）、含氧有机物21种（醇类4种、醛类6种、酸类5种、酯类3种、酮类3种），苯系物7种、烯烃类4种，同时根据嗅阈值范围分布，划分了高、中、低3个嗅阈值区间，高阈值10^-1×10^-6~10×10^-6，中阈值10^-3×10^-6~10^-2×10^-6，低阈值10^-5×10^-6~10^-4×10^-6。

目前，治理恶臭的手段主要采用燃烧法、光催化氧化法、臭氧氧化法、活性炭吸附法、药剂喷淋法和生物降解法等。目前，规模化生猪养殖场臭气治理技术主要是以喷淋除臭为主，除臭药剂通常使用氯制剂，臭气治理设施效果评估主要集中在对氨气、硫化氢方面，但氨气、硫化氢与恶臭之间并无显著正相关关系，以此评估治理设施除臭效率往往不能得到较好结果。因此，判别养殖恶臭关键物质，评估关键物质治理效率，针对性选择喷淋药剂，在恶臭污染防治评估和实际控制措施中具有重要指导意义。

二、猪舍臭气治理设施评估方案（治理设施效率＋不同喷淋药剂）

目前畜禽恶臭的测定方法分为仪器分析法和嗅觉法两类，仪器法系定量测定恶臭物质组成的质量浓度，例如色谱分析物质组分及质量浓度；嗅觉法系通过嗅觉感受表征待测场所的恶臭程度，例如国标臭袋比较法。本次除臭设施治理效率评估拟采用仪器法、嗅觉法两种相结合的方式，以达到对除臭治理设施效率、药剂选择及用药量指导的目的。

（1）评估方案一：仪器法——定量测定恶臭物质

① 恶臭物质的选择

根据背景现状已有研究，拟选取猪舍臭气组分含量高、嗅阈值低的10种物质作为研究对象，分别为氨气、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、丁酸、戊酸、吲哚、对甲酚，其气味特征、嗅阈值及测定方法如表1。

 

② 测试地点、位置

密闭式的父母代育肥舍1-2，长度69米，宽度37米，分为两个单元，每单元猪只样本量约750头，每单元66栏位，饲养猪只体重30~150kg。机械通风，东侧为进风湿帘，西侧为出风风机口，西侧共16个风机，其中12个风量为55000 m³/h，2个风量为24000 m³/h，南北墙各2个24000 m?/h的风机，育肥舍简图如下图1所示。

③ 样品采集及测定分析方法

对于样品采集时间，根据已有研究分析，规模化机械通风干清粪模式的生猪养殖场臭气排放存在不同季节、日不同时段排放规律，其中日排放对周边环境影响主要有两个特点。其一，连续不断产生且具有时段性；其二，受地势、气候等条件影响。一般来说，猪舍臭气排放浓度秋＞夏＞春＞冬，育肥舍＞分娩舍＞保育舍，排放时段早上7~9点，下午14~16点。同时与通风量、猪只活动规律、气温、湿度等有较大关联，而厂界臭气浓度与采样点位、风向、气温、湿度显著相关。结合项目特点，早晨6：00-8：00，傍晚18:00-20:00易出现臭味加重情况，故拟选择臭气采样时间为早8：00、下午15：00、晚19：00点三个时段进行采样。

对于样品采样位置，其一，祖代育肥舍1、2栋各风机出口1米处，采集高度风机中心高度位置。其二，祖代育肥舍1、2栋除臭治理设施外高1米位置。

对于测定分析方法，测定方法采样国标法测定混合样品测定改造前、后风机出口恶臭物质浓度，详见表1。分析方法系对比分析，根据测定结果对比改造前后、除臭治理设施前后选择恶臭物质嗅阈值稀释倍数变化。

（2）评估方案二：嗅觉法——通过嗅辨评估恶臭强度

根据背景现状，猪舍恶臭污染物成分复杂，单纯几种恶臭污染物的含量并不能全面的反映畜禽养殖场的恶臭源强。恶臭强度与其组成物质分子浓度的对数成正比，而不是组成物质的分子浓度，这意味着即使恶臭污染物的组成物质浓度下降90%，而人的感觉只下降了50%。根据《恶臭污染物排放标准（征求意见稿）》，取消标准分级，重点通过臭气浓度指标控制一切恶臭污染物的排放，标准实施后能够显著降低恶臭污染物排放水平，减少恶臭扰民污染，降低恶臭投诉，促进绿色发展和和谐社会建设。因此，采用臭气浓度之一综合性能感官指标，更能全面、直观的评价养殖场的恶臭水平。

目前国内外的标准方法均采用嗅觉测定法获取臭气浓度。嗅觉测定法主要包括采样、稀释、嗅辨、数据储存与处理4个步骤，即对目标区域内的气体进行采样，利用无臭空气对臭气样品进行一定比例的稀释，稀释后的样品由合格的嗅辨员进行嗅辨，根据嗅辨仪设置的臭气判定模式对样品进行判定，对判定结果进行处理，计算获得臭气浓度。根据采样和稀释的方法不同，嗅觉测定法可分为动态嗅觉测定法、静态嗅觉测定法以及现场嗅觉测定法三种。

① 拟采用嗅辨方法

基于现场情况，拟采用静态嗅觉测定法（国标三点比较式臭袋法）测定臭气浓度改造前后除臭间内、外数值变化；同步组织不少于6人的符合标准的嗅辨小组，进行现场嗅辨，根据恶臭强度分级法，对臭气强度进行改造前后分级评价对比。

嗅辨时间同评估方案一

嗅辨位置系改造前育肥舍1、2顶部除臭治理设施外1米处；改造后育肥舍1、2顶部、侧面除臭治理设施外1米处，固定人员位置。

评价方法包括国标法，即由我司自主采样、送样，专业检测公司进行臭气浓度分析；或现场嗅辨，由猪场自组人员，进行恶臭强度等级评价，参考臭气强度分级如表2。

表2 臭气强度分级表

嗅辨人员	臭味评分	臭气强度	分级内容
		0	无臭
		1	勉强可感受到轻微臭味
		2	容易感受到轻微臭味
		2.5	明显感觉到臭味
		3
		3.5
		4	强烈臭味
		5	无法忍受的强烈臭味

（3）不同药剂使用效果评估

目前，规模化畜禽养殖场主流末端除臭治理设施为药剂喷淋法，使用的除臭剂种类主要有物理型物理除臭剂、化学除臭剂、微生物除臭剂和掩蔽型除臭剂，其中以氯制剂使用较为普遍。

药剂的选择与评估方法

拟选择的除臭药剂包括微生物菌剂（发酵液）、化学除臭剂（次氯酸、次氯酸钠、三氯异氰尿酸）等，其他根据臭气组分浓度测定结果，针对性选择。

微生物除臭，即应用自然界中存在或经过人工驯育、改造的微生物，通过从源头上抑制恶臭物质的产生或将恶臭物质代谢分解成二氧化碳、水以及组成微生物细胞物质，以达到脱臭的目的，目前微生物脱臭技术已应用于畜禽养殖场各环节的臭气治理和减排。化学除臭剂主要利用活性物质与臭气物质间发生氧化、还原、缩合、聚合取代等反应将臭气物质转化为无臭或臭味较小的新物质，从而达到去除臭味的目的。化学除臭剂分为无机化学除臭剂、有机化学除臭剂等，根据去除物质不同，应用范围也不同。

试验地点及药剂使用方式：对改造后的父母代育肥舍1、2，采用除臭间水池添加形式，药剂添加浓度梯度设置为50ppm、100ppm、200ppm、400ppm，每种药剂使用周期不低于3天。

药剂评估方法系首先通过自组嗅辨人员对不同药剂、不同梯度进行臭气强度分级评估，选择感官最优的药剂种类；根据筛选结果，针对一种或几种药剂进行不同浓度下评估方案一测定，因部分药剂自身存在气味，拟不开展三点比较式臭袋法。 

三、实验开展方案

结合目前已有研究、猪场项目实际改造和养殖猪只情况，实验设计为三个阶段个五个实验进行，具体各阶段实验方案如下：

（1）第一阶段实验一：保育猪除臭设施该改造后治理效果

① 实验目的：目前保育猪无日龄相同未改造栋舍单元进猪，无法进行改造前后保育猪臭气浓度变化对比，故此实验仅对比加药、不加药情况下改造后保育猪舍风机口与除臭设施外臭气浓度变化。

② 评估方法：实验室检测(臭袋比较法臭气浓度)、仪器检测（氨气、硫化氢浓度）、人员现场嗅辨（参考）。

③ 实验器材：大气采样器、集气袋、泉晟综合臭气检测仪、风速仪、温度计、湿度计、标签纸等。

④ 实验栋舍：改造后栋舍保育猪养殖舍。

⑤ 栋舍信息：长度69米，宽度37米，分为两个单元，目前存在保育猪只约5400头，单元猪只生长阶段基本一致。机械通风，东侧为进风湿帘，西侧为出风风机口，西侧共14个风机，其中12个风量为50000 m³/h，2个风量为24000 m³/h，南北墙各2个24000 m?/h的风机，简图如上文图1。

⑥ 采样位置：风机出风口1米处中心位置、除臭帘外风机出风口正对位置及顶部中心位置1米处。

⑦ 采样时间：早上7~9点，中午14~16点，晚上18~20点，具体根据生产猪只排泄时段确定后固定，同步对三个时段氨气、硫化氢浓度进行深圳泉晟臭气检测仪检测，同时组织固定嗅辨人员5人进行嗅辨臭气强度评级，臭气强度分级评价参考上文表1。

⑧ 实验周期：不加药连续采样检测3天，加药连续检测3天。

⑨ 实验注意事项

a.实验开始前除臭水池更换除臭水，自动补水设置为10~40 cm，期间3天不添加除臭药剂；

b.第4天不更换除臭水添加10%次氯酸钠溶液25 L，药剂添加时间与采样时间间隔大于1h，直至实验结束，期间不补充除臭剂；

c.实验期间未保持舍内通风一致，实验期间风机开启数量保持一致；

d.实验期间详细记录当日气象条件：温度、湿度、风速等；

e. 每次采样结束后，应将样品低温避光保存，待当日全部采样结束后 及时送回实验室分析，防止样品变质。

（2）第一阶段实验二： 育肥猪除臭设施改造前、后除臭效果

① 实验目的：目前祖代育肥猪已转移至保育舍，其中保育舍1已完成除臭设施改造，保育舍可进行改造前后对比实验，实验主要目的为：

a.改造前、后育肥猪猪舍风机口与除臭设施外臭气浓度变化对比；

b.改造前、后加药、不加药情况下除臭设施外浓度变化对比。

② 实验器材：大气采样器、集气袋、光谱余氯试纸（可检测500ppm）、泉晟综合臭气检测仪、风速仪、温度计、湿度计、标签纸等。

③ 评估方法：实验室检测(臭袋比较法)、仪器检测（氨气、硫化氢浓度）。

④ 实验栋舍：实验组：改造后保育舍1，对照组：改造前保育舍-其他（根据调栏后确定）。

⑤ 栋舍信息：猪舍建筑形式与育肥舍9一致，对比栋舍猪只日龄均达到150d以上，单元猪只数量约800头，数量保持基本一致。

⑥ 采样位置：除臭间内风机出口外1米选取固定3点、顶部/侧墙外除臭设施外1米，均匀选取固定3点。

⑦ 采样时间：早上7~9点，中午14~16点，晚上18~20点，具体根据生产猪只排泄时段确定后固定，同步对三个时段氨气、硫化氢浓度使用深圳泉晟臭气检测仪检测。

⑧ 实验周期：不加药连续采样检测3天，加药连续检测3天。

⑨ 实验注意事项

a.实验开始前除臭水池更换除臭水，自动补水设施为10~40cm，期间3天不添加除臭药剂；

b.第4天不更换除臭水，添加10%次氯酸钠溶液25L，药剂添加时间与采样时间间隔大于1h，直至实验结束，期间不补充除臭剂；

c.实验期间未保持舍内通风一致，实验期间风机开启数量保持一致；

d.实验期间详细记录当日气象条件：温度、湿度、风速等；

e.每次采样结束后，应将样品低温避光保存，待当日全部采样结束后及时送回实验室分析，防止样品变质。

（3）第二阶段实验一：育肥猪舍臭气组成及治理后组分去除率研究，保育、妊娠、产仔等根据最终效果选择是否开展

① 实验目的：研究育肥猪舍臭气主要组分浓度及不同药剂相同浓度下对各组分的去除效率。

② 实验器材：负压采样器、集气瓶、光谱余氯试纸（量程500 ppm）、深圳泉晟综合臭气检测仪、风速仪、温度计、湿度计、标签纸等。

③ 评估方法：仪器法，定量测定恶臭物质主要组成。

④ 实验栋舍：改造后猪舍，满栏状态下，猪只日龄150d以上。

⑤ 采样位置：除臭间内风机出口外1米选取固定3点、顶部/侧墙外除臭设施外1米，均匀选取固定3点。

⑥ 采样时间：早上7~9点，中午14~16点，晚上18~20点，具体根据生产猪只排泄时段确定后固定。

⑦ 实验周期： 每种药剂试验周期1天，空白对照1天。

⑧ 实验注意事项

a.每种实验开始前除臭水池更换除臭水，自动补水设施为10~40 cm，初始药剂添加至浓度200 ppm；

b.药剂添加时间与采样时间间隔大于1h，直至每种药剂实验结束，期间不补充；

c.实验期间未保持舍内通风一致，实验期间风机开启数量保持一致；

d.实验期间详细记录当日气象条件：温度、湿度、风速等；

e.每次采样结束后，应将样品低温避光保存，待当日全部采样结束后及时送回实验室分析，防止样品变质。

（4）第二阶段实验二：不同药剂浓度除臭效果的研究

① 实验目的：针对除臭效率较高药剂进行不同加药浓度测试，寻找事宜加药浓度。

② 实验器材：大气采样器、集气袋、光谱余氯试纸（量程500ppm）、泉晟综合臭气检测仪、风速仪、温度计、湿度计、标签纸等。

③ 评估方法：实验室检测(臭袋比较法)、仪器检测（氨气、硫化氢浓度）。

④ 实验栋舍：实验三选择猪舍。

⑤ 采样位置：除臭间内风机出口外1米选取固定3点、顶部/侧墙外除臭设施外1米，均匀选取固定3点。

⑥ 采样时间：早上7~9点，中午14~16点，晚上18~20点，具体根据生产猪只排泄时段确定后固定，同步对三个时段氨气、硫化氢浓度使用深圳泉晟臭气检测仪检测。

⑦ 实验周期：不同梯度浓度（50 ppm、100 ppm、200 ppm、400 ppm），每种药剂连续采样2天。

⑧ 实验注意事项

a.实验开始前除臭水池更换除臭水，自动补水设施为10~40cm；

b.根据药剂梯度，每次采样前1h以上，调整除臭水池浓度至相应浓度；

c.实验期间未保持舍内通风一致，实验期间风机开启数量保持一致；

d.实验期间详细记录当日气象条件：温度、湿度、风速等；

e.每次采样结束后，应将样品低温避光保存，待当日全部采样结束后及时送回实验室分析，防止样品变质。

（5）第三阶段实验一：舍内风速、风压影响测试

① 实验目的：通过开启不同风机数量（2台、4台、全通风）模拟不同季节通风条件，测试改造前、后猪舍内风速、负压变化。

② 实验器材

a.Kestrel 3000风速仪：测量范围0.4-40m/s，测量精度±3%，分辨率0.1 Testo 510；

b.压差测量仪：测量范围0-100 hpa，测量精度±0.05 hpa，分辨率0.01 hpa 米尺：测量精度1 mm；

③ 栋舍选择育肥舍7，满栏状态下，根据生猪生猪周期持续进行。

④ 舍内外风速测试方法

栋舍内风速测试位置：a.湿帘内测位置，湿帘中部高度过帘风速；b.距离湿帘20米、单元中间位置、距离风机端20米位置，0.6、1.2米高度风速；c.每个测试位置均匀选取5个点，记录风速数据。

 

除臭设施风速测试位置：a.侧墙除臭帘：均匀选取除臭帘外10cm处6个点，记录风速数据；b.顶部除臭帘：均匀选取除臭帘外10cm处7个点，记录风速数据。

⑤ 舍内负压测试方法

a.测量位置：空气过滤、湿帘、舍内对室外、舍内对除臭间、除臭间内外；

b.通过测量前端空气过滤、湿帘压差、舍内对室外大气压压差、除臭墙内外压差 与舍内与除臭间压差对比，核算压差差异；

c.结合湿帘端风速及除臭墙出风风速，计算进风量与出风量差异影响。

四、除臭设施治理效果评估阶段一计划安排总结

（1）实验一

① 实验目的

不加药、加药情况下改造后保育猪舍除臭治理效果。

② 评估方法

A.实验室检测臭气浓度；

B.组织嗅辨小组进行臭气强度评级；

C.仪器检测风机口、治理设施外氨气、硫化氢浓度。

③ 实验仪器

大气采样器、集气袋、泉晟臭气检测仪、风速仪、温湿度计、标签纸。

④ 实验内容

保育猪除臭设施改造后不加药、加三氯、次氯酸钠臭气浓度变化。

⑤ 实验操作步骤

第一组

1.XX日早上采样前进行除臭换水，自动补水量30 cm，不加药至XX+2日最后一个采集样品。

2.实验周期内，每日采样前记录气象条件，见下表。

 

3.采样时间：每日早上7-9点，下午14-16点，晚上18-20点，具体根据排泄规律固定时间，设备运行1h稳定后进行采样。

4.采样位置

① 风机出口中心位置外1米处；

② 除臭水帘外顶部/侧墙风机正对位置1米处；

③ 同时同位置进行风机口、除臭水帘外氨气、硫化氢仪器检测并记录（见附表）；

④ 同时采集猪舍下风向10米、30米、50米、100米位置样品。具体点位根据当日气象现场确定，当日如无气象变化，固定点位。

5.采样保存与送检：样品采集完成后应低温避光保存，待当日全部采样结束后及时送回评估室分析。风机口、除臭水帘外1米样品送至由第三方检测单位分析，猪舍下风向10米、30米、50米、100米样品由6人嗅辨小组人员进行评估，并根据附表填写臭气强度分级评价。

第二组

XX+3日更换除臭水，每单元水池添加三氯异氰尿酸3kg，1h后开始采样，采样位置、时间等其他事项同第一组，实验周期内不再补充三氯异氰尿酸。

第三组

3月21日更换除臭水，每单元水池添加次氯酸钠25L，1h后开始采样，采样位置、时间等其他事项同第一组，实验周期内不再补充次氯酸钠。

（2）实验二

① 实验目的

评估改造前、后育肥猪舍除臭治理效果及改造前、后不加药、加药育肥猪舍除臭治理效果。

② 评估方法

a.实验室检测臭气浓度；

b.仪器检测风机口、治理设施外氨气、硫化氢浓度。

③ 实验仪器

大气采样器、集气袋、泉晟臭气检测仪、风速仪、温湿度计、标签纸。

④ 实验内容

育肥猪除臭设施改造前、后不加药、加药臭气浓度变化。

⑤ 实验操作步骤

第一组

1.实验栋舍系保育舍1-2，25日早上采样前进行除臭换水，自动补水量30cm，不加药至27日最后一个采集样品；

2.实验周期内，每日采样前记录气象条件（见附表）；

3.采样时间：每日早上7-9点，下午14-16点，晚上18-20点，具体根据排泄规律固定时间，设备运行1小时稳定后再进行采样。

4.采样位置：保育舍1-2

①除臭间内风机口外1米距离，均匀3个点位；

②除臭水帘外顶部/侧墙风机正对位置1米处均匀选取3个对应点位；

③同时同位置进行除臭间内、除臭水帘外氨气、硫化氢仪器检测并记录（见附表）。

5.采样保存与送检：样品采集完成后应低温避光保存，待当日全部采样结束后及时送至第三方检测单位进行分析。

第二组

XX+3日更换除臭水，每单元水池除臭药剂，以保育效果较好药剂进行添加，1小时后开始采样，采样位置、时间等其他事项同第一组，实验周期内不再补充三氯异氰尿酸。

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