论文部分内容阅读
摘要：目前畜禽粪尿废水恶臭污染控制技术很多，但大多处理效果并不十分理想。本文通过对恶臭产生机理进行分析，找出重要恶臭指示物，将对畜禽粪尿废水的治理产生重要意义。
关键字：畜禽粪便，恶臭，挥发性脂肪酸
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：
ABSTRACT：This paper analysed the mechanism of odor production and found out the major odor indicators, which will have important significance to animal waste.
Key Words:Animal waste, Odor, Volatile Fatty Acids
随着人们生活水平的提高，肉、奶、蛋等畜禽食品的消费量日趋上升，这极大的促进了畜禽养殖业的发展。总体来看，近年来畜禽养殖业呈现了两大发展态势：一、养殖业在农业总产值中所占的比例逐渐增大；二、畜禽养殖业向集约化、规模化方向发展。畜禽养殖业集约化、规模化发展在为市场提供丰富、优质畜禽产品的同时，也由于畜禽粪尿产生量大且集中，很难以资源的形式作为生产要素完全投入到农业生产之中，从而使畜禽粪便成为一种污染物对生态环境造成负面影响，严重制约着畜禽养殖业的可持续性发展。
1 畜禽粪便恶臭污染造成的危害及其产生机理
1.1 畜禽粪便中主要恶臭物质及其危害
现有的研究表明，畜禽粪尿产生的恶臭物质多达160余种，主要包括挥发性脂肪酸、酚类、醛类、酮类、醇类、酯类、胺类、硫醇类及含氮杂环类等有机成分，另外还包括硫化氢、氨气等无机成分。恶臭是由多种臭气化合物经过复杂的相互作用而生成的，来自畜禽舍内的恶臭可通过空气中粉尘与细菌和病原微生物而附着在一起。生活在恶臭的环境中能够引起许多不良反应，同时也会影响到畜禽的健康水平和生产水平，使其体质变弱、生产力下降。
1.2 畜禽粪便恶臭产生的机理
畜禽粪便产生的恶臭是微生物活动的结果，即因微生物和酶的腐败分解而生成的某些中间产物或终产物。恶臭物质的产生量及其类型与畜禽粪便中微生物的数量和类型有关。由于不同种类微生物代谢方式的差异，粪便中的有机物质经不同种类的微生物作用后其降解的产物也不一样。
徐廷生[1]等引用国外的研究认为，畜禽粪便和污物在收集、运输、堆放以及加工利用过程中，腐败分解产生恶臭的过程可分为三个阶段：起初，畜禽粪便中的碳水化合物、蛋白质和脂肪分别被微生物和细胞外酶水解成单糖、氨基酸、和脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等），此为酸酵解阶段；此后，有机酸和可溶性含氮化合物被分解为氨、二氧化碳、碳氢化合物、氮、胺、甲烷、氢等。此时pH升高，生成硫化氫、粪臭素、吲哚、硫醇等，此为酸发酵减弱阶段；最后有机酸被降解为二氧化碳、甲烷，并产生氨、硫化氢、酰胺类、胺类、硫醇类、醇类、二硫化物等，此为碱发酵阶段。
2 畜禽粪尿废水恶臭测定方法及重要恶臭指示物的提出
2.1 畜禽粪尿废水恶臭的测定方法
由于恶臭物质成分复杂，且各种气体散发出的臭味相互干扰而并非简单叠加，这给臭味测定增加了难度，到目前为止，尚未发现一种十分理想的恶臭测定方法，总的来说目前恶臭的测定方法有直接法和间接法两种。
直接法（又称感官法或嗅觉测定法）：组成多个嗅辩小组，使用人的鼻子直接进行探测。感官法的优点是简单，容易使用，不需要精密的仪器，然而该种方法也有许多缺点，如嗅觉对臭味化合物可迅速饱和；刺激性气味会对呼吸系统产生危害；嗅觉疲劳会对特定的臭气产生适应等。
间接的方法是使用实验仪器（如质谱、气相色谱等），测量各单一挥发性臭气物质的浓度，把测量结果与直观法做比较，看其相关程度。间接的测量方法也有一些缺点，如由于粪便恶臭是多种成分的复合臭，并不是单一臭气成分的简单叠加，而是由各种成分相互作用以及各种气味相抵、相加、相互促进的结果，所以单一臭气成分的测定有时并不能代表整体恶臭的强度，此外，由于工作量太大在实践中很难对所有成分一一测定。
当评价畜禽粪尿产生的恶臭时，重点考虑的是人类嗅觉对恶臭刺激物的反应，如果一种或一组化合物容易测定且与直接法之间有很好的相关性，它就有可能被选为畜禽粪尿中恶臭的指示物（Indicators of odors）。
2.2 挥发性脂肪酸作为畜禽粪尿废水中重要恶臭指示物的提出
近几十年来，许多研究者尽力阐明畜禽粪尿恶臭各组分气体之间的关系，试图找到恶臭的指示物。Lunn等[2]的研究表明，虽然氨氮在畜禽粪尿中浓度较高，但在评估粪尿恶臭强度时却被证明是一个很差的参数。吲哚和粪臭素的浓度在畜禽粪尿的存储过程中很可能下降，因而也不推荐作为恶臭的指示物。Spoelstra[3]指出，大部分刺激性强、嗅阈值低的恶臭物质缘于蛋白质的分解，氨和硫化氢作为畜禽粪尿中恶臭的指示物是不合适的，氨并不能反应畜禽粪尿有机物降解的动力学特征，因为大部分粪尿中的氨来自于尿素的水解，而且在产甲烷菌利用底物生成甲烷的过程中，氨的浓度几乎保持不变。与挥发性有机物相比，氨对好氧处理也显示出一定的滞后效应。硫化氢的形成也不能够反应粪尿有机物降解动力学特征，因为相当一部分硫化氢来源于硫酸盐的还原。因而，他推荐使用挥发性脂肪酸（VFAs）来作为指示物用于评价粪尿中各种恶臭控制技术的除臭效果。Zhu[4]的研究结果也显示，与氨和硫化氢相比，长链或具有分支的VFAs作为猪粪尿废水恶臭指示物更为合适。其在对29个养猪场的调查中发现C2~9 VFAs的存在与养猪场空气质量下降存在着最大相关性。另外，也有研究发现，不同的挥发性脂肪酸（VFAs）在恶臭产生过程中所起的作用是不同的。尽管短链脂肪酸在猪粪中以相对较高的浓度存在，并且具有较大的挥发性，但含有较高碳数的挥发性脂肪酸由于臭阈值低，因而从本质上作为臭气的指示物显得更为合适 。以上各研究者都一致推荐VFAs作为猪粪尿中恶臭的指示物，因而减少VFAs的形成或及时对其降解转化可能在养猪场粪尿恶臭污染的控制过程中起着重要作用。
3. 意义
畜禽粪尿排出体外后，粪尿中原有的和外来的微生物分解其中的有机物，生成某些中间产物或终产物形成恶臭。随着畜禽养殖场规模的扩大和集约化程度的提高，养殖场排放的恶臭污染物大大超过当地大气本身的自净能力，形成畜产恶臭公害，给人们的生产、生活和健康造成了很大影响。
挥发性脂肪酸作为畜禽粪尿废水中重要恶臭指示物的提出，在理论上，有利于丰富恶臭控制理论，为畜禽环境卫生学、畜禽福利学、有机废弃物的处理与处置等学科的发展提供新的思想和新的方法；在实践上，为畜禽养殖场排泄物、垃圾填埋场、污水处理厂等来源的恶臭污染的检测提供科学依据。
参考文献
[1]徐廷生, 雷雪芹. 日本畜牧场粪尿的恶臭控制[J]. 世界农业, 2000, 10:37-38.
[2]唐景春, 赵艳通. 恶臭污染的测定及评价方法[J]. 环境保护, 2001, 5, 27-29.
[3]黄灿, 李季. 畜禽粪便恶臭的污染及其治理对策的探讨[J]. 家畜生态, 2004, 25: 211-214.
关键字：畜禽粪便，恶臭，挥发性脂肪酸
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：
ABSTRACT：This paper analysed the mechanism of odor production and found out the major odor indicators, which will have important significance to animal waste.
Key Words:Animal waste, Odor, Volatile Fatty Acids
随着人们生活水平的提高，肉、奶、蛋等畜禽食品的消费量日趋上升，这极大的促进了畜禽养殖业的发展。总体来看，近年来畜禽养殖业呈现了两大发展态势：一、养殖业在农业总产值中所占的比例逐渐增大；二、畜禽养殖业向集约化、规模化方向发展。畜禽养殖业集约化、规模化发展在为市场提供丰富、优质畜禽产品的同时，也由于畜禽粪尿产生量大且集中，很难以资源的形式作为生产要素完全投入到农业生产之中，从而使畜禽粪便成为一种污染物对生态环境造成负面影响，严重制约着畜禽养殖业的可持续性发展。
1 畜禽粪便恶臭污染造成的危害及其产生机理
1.1 畜禽粪便中主要恶臭物质及其危害
现有的研究表明，畜禽粪尿产生的恶臭物质多达160余种，主要包括挥发性脂肪酸、酚类、醛类、酮类、醇类、酯类、胺类、硫醇类及含氮杂环类等有机成分，另外还包括硫化氢、氨气等无机成分。恶臭是由多种臭气化合物经过复杂的相互作用而生成的，来自畜禽舍内的恶臭可通过空气中粉尘与细菌和病原微生物而附着在一起。生活在恶臭的环境中能够引起许多不良反应，同时也会影响到畜禽的健康水平和生产水平，使其体质变弱、生产力下降。
1.2 畜禽粪便恶臭产生的机理
畜禽粪便产生的恶臭是微生物活动的结果，即因微生物和酶的腐败分解而生成的某些中间产物或终产物。恶臭物质的产生量及其类型与畜禽粪便中微生物的数量和类型有关。由于不同种类微生物代谢方式的差异，粪便中的有机物质经不同种类的微生物作用后其降解的产物也不一样。
徐廷生[1]等引用国外的研究认为，畜禽粪便和污物在收集、运输、堆放以及加工利用过程中，腐败分解产生恶臭的过程可分为三个阶段：起初，畜禽粪便中的碳水化合物、蛋白质和脂肪分别被微生物和细胞外酶水解成单糖、氨基酸、和脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等），此为酸酵解阶段；此后，有机酸和可溶性含氮化合物被分解为氨、二氧化碳、碳氢化合物、氮、胺、甲烷、氢等。此时pH升高，生成硫化氫、粪臭素、吲哚、硫醇等，此为酸发酵减弱阶段；最后有机酸被降解为二氧化碳、甲烷，并产生氨、硫化氢、酰胺类、胺类、硫醇类、醇类、二硫化物等，此为碱发酵阶段。
2 畜禽粪尿废水恶臭测定方法及重要恶臭指示物的提出
2.1 畜禽粪尿废水恶臭的测定方法
由于恶臭物质成分复杂，且各种气体散发出的臭味相互干扰而并非简单叠加，这给臭味测定增加了难度，到目前为止，尚未发现一种十分理想的恶臭测定方法，总的来说目前恶臭的测定方法有直接法和间接法两种。
直接法（又称感官法或嗅觉测定法）：组成多个嗅辩小组，使用人的鼻子直接进行探测。感官法的优点是简单，容易使用，不需要精密的仪器，然而该种方法也有许多缺点，如嗅觉对臭味化合物可迅速饱和；刺激性气味会对呼吸系统产生危害；嗅觉疲劳会对特定的臭气产生适应等。
间接的方法是使用实验仪器（如质谱、气相色谱等），测量各单一挥发性臭气物质的浓度，把测量结果与直观法做比较，看其相关程度。间接的测量方法也有一些缺点，如由于粪便恶臭是多种成分的复合臭，并不是单一臭气成分的简单叠加，而是由各种成分相互作用以及各种气味相抵、相加、相互促进的结果，所以单一臭气成分的测定有时并不能代表整体恶臭的强度，此外，由于工作量太大在实践中很难对所有成分一一测定。
当评价畜禽粪尿产生的恶臭时，重点考虑的是人类嗅觉对恶臭刺激物的反应，如果一种或一组化合物容易测定且与直接法之间有很好的相关性，它就有可能被选为畜禽粪尿中恶臭的指示物（Indicators of odors）。
2.2 挥发性脂肪酸作为畜禽粪尿废水中重要恶臭指示物的提出
近几十年来，许多研究者尽力阐明畜禽粪尿恶臭各组分气体之间的关系，试图找到恶臭的指示物。Lunn等[2]的研究表明，虽然氨氮在畜禽粪尿中浓度较高，但在评估粪尿恶臭强度时却被证明是一个很差的参数。吲哚和粪臭素的浓度在畜禽粪尿的存储过程中很可能下降，因而也不推荐作为恶臭的指示物。Spoelstra[3]指出，大部分刺激性强、嗅阈值低的恶臭物质缘于蛋白质的分解，氨和硫化氢作为畜禽粪尿中恶臭的指示物是不合适的，氨并不能反应畜禽粪尿有机物降解的动力学特征，因为大部分粪尿中的氨来自于尿素的水解，而且在产甲烷菌利用底物生成甲烷的过程中，氨的浓度几乎保持不变。与挥发性有机物相比，氨对好氧处理也显示出一定的滞后效应。硫化氢的形成也不能够反应粪尿有机物降解动力学特征，因为相当一部分硫化氢来源于硫酸盐的还原。因而，他推荐使用挥发性脂肪酸（VFAs）来作为指示物用于评价粪尿中各种恶臭控制技术的除臭效果。Zhu[4]的研究结果也显示，与氨和硫化氢相比，长链或具有分支的VFAs作为猪粪尿废水恶臭指示物更为合适。其在对29个养猪场的调查中发现C2~9 VFAs的存在与养猪场空气质量下降存在着最大相关性。另外，也有研究发现，不同的挥发性脂肪酸（VFAs）在恶臭产生过程中所起的作用是不同的。尽管短链脂肪酸在猪粪中以相对较高的浓度存在，并且具有较大的挥发性，但含有较高碳数的挥发性脂肪酸由于臭阈值低，因而从本质上作为臭气的指示物显得更为合适 。以上各研究者都一致推荐VFAs作为猪粪尿中恶臭的指示物，因而减少VFAs的形成或及时对其降解转化可能在养猪场粪尿恶臭污染的控制过程中起着重要作用。
3. 意义
畜禽粪尿排出体外后，粪尿中原有的和外来的微生物分解其中的有机物，生成某些中间产物或终产物形成恶臭。随着畜禽养殖场规模的扩大和集约化程度的提高，养殖场排放的恶臭污染物大大超过当地大气本身的自净能力，形成畜产恶臭公害，给人们的生产、生活和健康造成了很大影响。
挥发性脂肪酸作为畜禽粪尿废水中重要恶臭指示物的提出，在理论上，有利于丰富恶臭控制理论，为畜禽环境卫生学、畜禽福利学、有机废弃物的处理与处置等学科的发展提供新的思想和新的方法；在实践上，为畜禽养殖场排泄物、垃圾填埋场、污水处理厂等来源的恶臭污染的检测提供科学依据。
参考文献
[1]徐廷生, 雷雪芹. 日本畜牧场粪尿的恶臭控制[J]. 世界农业, 2000, 10:37-38.
[2]唐景春, 赵艳通. 恶臭污染的测定及评价方法[J]. 环境保护, 2001, 5, 27-29.
[3]黄灿, 李季. 畜禽粪便恶臭的污染及其治理对策的探讨[J]. 家畜生态, 2004, 25: 211-214.