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养殖场猪舍氨气排放量的检测方法

发布时间:2014-04-14 15:24    作者:yizhiinfo    来源:畜牧人才网    查看:

    在欧洲, 最早猪氨气排放量的测定是通过估计含氮排泄物和粪尿混合物中氮的含量来进行, 在装有地板的猪舍, 建筑中平均约有2 5%氮排泄物以氨的形式散失。现在猪氨气排放量的测量方法有了较大改进, 从其数据的获得来看, 主要有估算和直接测定2种手段。


1 估算法
1. 1 外部示踪法
 此种方法是在猪舍内的某几个特定位置( 一般靠近地面1m以内) 按特定的速率释放示踪气体, 示踪气体一般选用六氟化硫。在猪舍的下风向( 距离猪舍5 0~2 0 0m) 安装移动的监测单位, 如果条件允许, 可根据距离和方位的不同安装2~3个。每个移动监测单位装有六氟化硫和氨气的监测装置。测量完成后可根据六氟化硫在猪舍内的释放速度、 监测装置监测到的六氟化硫浓度及氨气浓度, 进行猪舍氨气释放量的估算, 也可得出每头猪的氨气排放量。
1. 2 内部示踪法 内部示踪法需先在猪舍内安装示踪气体释放点, 释放点尽量多, 且均匀分布于整个猪舍。释放点的设置可用一根管子连接有多个分支管道来完成, 此管子连接到猪舍外示踪气体释放装置上。示踪气体通常选用六氟化硫。用质量流量控制器密切监测示踪气体的释放速度, 使示踪气体持续释放在猪舍内。用第2根多支管的管子从不同的位置取样, 其中4个分支分别设置于四面墙中心位置的外侧, 另一个分支位于猪舍屋脊中心1m以下, 作为整体采样点。检测时, 前4个采样点中, 哪个采样点的氨气浓度最低则作为进气口( 迎风) 的氨气浓度, 另外根据监测到的猪舍内示踪气体及氨气浓度, 便可算出猪的氨气排放量。
1. 3 通量采样法 应用此法时, 在猪舍内尽量多地安装采样器, 采样器均匀分布于猪舍内的空间。 4h后检测采样器中气体浓度。应用此法时需估算猪舍通风量, 然后利用公式计算猪氨气排放量:Q=V×( C 2-C 1) /n式中, Q表示气体排放量; V表示通风量; C 1、C 2分别为舍内外氨气浓度; n为猪的头数。朱志平等( 2 0 0 6) 应用类似的方法做了育肥猪舍氨气浓度测定与排放通量估算的研究。以上3种方法各有优缺点, D o r c等( 2 0 0 4) 曾对这3种方法做出对比, 并给出不同情形下的应用建议( 表4)。此外,Ni等(2000)和Heber(2001)也详细介绍了其他的测量方法。


2 直接测量法 该方法需要密封非常好的空间,但留有进气口和出气口, 利用风机进行通风, 生猪在该空间内饲养。出气口或进气口有空气流量计记录通风量, 于进气口和出气口分别取样检测氨气浓度。如条件许可, 可应用现代工程技术与测控软件相结合, 实现对猪氨气排放量的实时监测。如若不然, 可采样后另行检测氨气浓度, 算出氨气排放量。相比于以上几种方法, 此种方法条件要求较高, 但理论上更加精确。


3 氨气浓度检测方法 
不论应用哪种方法检测猪氨气排放量, 都必须检测空气中的氨气浓度。因此, 精确可靠的氨气浓度检测技术是进行畜禽气体排放量研究的基础。
3. 1 纳氏试剂分光光度法 该方法的原理是用稀硫酸吸收气体中的氨, 然后氨与纳氏试剂反应生成黄棕色络合物, 络合物的色度与氨的含量成正比, 在420nm波长处进行分光光度测定。分光光度测定时, 检出上限为0. 5m g/ 1 0m L, 更高浓度的样品必须稀释。当吸收液体积为1 0m L, 气体体积为2 0L时, 最低检出浓度为0. 0 3m g/m3。这种方法易受到硫化物和有机物的干扰, 在比色前可应用加入稀盐酸等方法除去。另外, 配制纳氏试剂时会用到二氯化汞, 而汞是剧毒物质, 因此, 如其他方法能满足需求尽量不用此种方法。
. 2 滴定法 此种方法主要是利用强酸制弱酸的化学性质。使用玻璃器皿收集待测气体, 用封口膜封口, 然后滴入硼酸吸收氨气, 放置2 4h后以甲基红-溴甲酚绿为混合指示剂, 用稀硫酸滴定, 通过计算可得氨气浓度。应用此种方法需尽量避免温度的变化, 否则会造成吸收过程中的氨气挥发, 另外滴定操作需谨慎, 以免造成误差。这种方法相对于纳氏试剂分光光度法灵敏度差, 且易受干扰。
3. 3 氨气敏电极法 氨气敏电极法采用p H玻璃电极为指示电极, 银—氯化银电极为参比电极。此电极对置于盛有氯化铵的塑料套管中, 管底用一张透气膜与试液隔开。用硫酸吸收氨气, 尔后测定时加入强碱使氨气逸出, 进入氯化铵溶液中, 促使反应NH4+NH3+H+向左运动, 由p H玻璃电极可测得H+浓度变化, 而测得的电极电位与氨浓度的对数呈线性关系, 由此可得出氨的含量。试验结果表明,本法的线性测定范围为0.019~0.519mg/m3, 检测下限为0. 0 1 4~0. 0 1 8m g/m3。此种方法对设备及人员的要求都较高, 但精确度较高。
3. 4 傅里叶变换红外光谱法 此方法的核心是一台双光束干涉仪。当动镜移动时, 经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变, 探测器所测得的光强也随之变化, 从而得到干涉图。经过傅里叶变换的数学运算后, 就可得到入射光的光谱。傅里叶变换红外光谱法( F T I R) 可对气体进行定性、 定量分析,尤其是低浓度气体。但是红外光谱复杂, 吸收带狭窄, 使其在定量方面的应用受到一定的限制。目前,国内外这方面的研究还很少, 是一个相对薄弱的环节。
3. 5 可调谐半导体激光吸收光谱法 可调谐半导体激光吸收光谱法的测量原理基于Beer  Lambert定律, 利用可调谐激光二极管扫描气体的特征吸收谱线计算气体浓度。其分析测量基本不受测量环境的影响, 不需进行采样预处理, 具有恶劣测量环境的良好适应性、 非常高的测量精度和快速的测量响应速度等优点。张春晓等( 2 0 0 9) 研究了此方法在氨气测量中的应用, 结果表明, 利用可调谐半导体激光吸收光谱法可以较准 确 的同 时测 量 氨 气 的 浓 度 和流速。
3. 6 红外光声谱法 绝大多数双原子分子和多原子分子气体在红外波段均有特征吸收峰。红外光声谱法测量氨气浓度的工作原理是, 红外光束在斩波器的作用下被切断为不连续光束, 通过滤镜过滤掉不能被NH3分子吸收的波段, 照射在气室内待检测气体上, 气体中的 NH3分子吸收红外光线产生振动, 振动声波被两个麦克风收集到, 然后根据声波的大小分析氨气浓度。由于水汽会吸收差不多所有波长的红外线光, 而水汽又差不多一定存在于大气中。因此, 水汽会影响到气体浓度的测定。现在应用红外光声谱原理研制的分析仪皆为多气体分析仪, 内置一永久性的特制滤光片检测水汽浓度, 以对水汽的干扰做出补偿。另外, 其他气体的吸收波段可能会与氨气有所重合, 对于这些气体也需进行检测, 做出交叉补偿。
3. 7 电子鼻定量识别法 电子鼻是模拟动物嗅觉器官开发出的一种高科技产品。电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统, 它能在较长时间内连续、 实时地检测特定位置的气体状况。现有电子鼻大多用于定性分析, 定量分析上运用较少。俞守华等( 2 0 0 9) 建立的电子鼻系统, 对6. 9 5~6 9. 5 3m g/m3浓度范围内的 H2S单一气体及H2S与NH3组成的混合气体进行定量识别, 平均识别精度分别达到9 9. 1 0%和9 0. 9 7%。这证明应用电子鼻定量识别法测定硫化氢与氨气含量是可靠的, 且随着生物技术及其他科技领域的进步, 电子鼻的应用前景会更广阔。


4 小结
    生猪生产中产生的有害气体如氨气、 硫化氢、 二氧化碳、 挥发性有机化合物( VO C) 和甲烷等, 既影响猪自身的健康, 也对人类环境产生重大的影响, 其中尤以氨气为最。因此, 氨气在畜禽生产中的危害和污染应该得到进一步关注, 建立系统科学的畜禽舍氨气标准检测技术, 开展畜禽舍内氨气排放量的监测, 掌握畜禽舍氨气污染状况, 为节能减排和高效生产提供重要技术支撑。

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