CN113058408A - 一种用于猪舍除臭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于猪舍除臭的方法，其中环控液为包含熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯活性成分。可由草本植物提取得到。而环控液在猪舍内喷洒用于除氨气的应用，包括猪舍、环控液储液箱、环控液雾化器、雾化喷头，所述猪舍顶部布置有若干个雾化喷头，雾化喷头通过软管与环控液雾化器出口相连，环控液雾化器入口通过软管与环控液储液箱相连，根据猪舍的养殖特点和污染程度：每天喷洒环控液的时间段是间隔1‑2小时喷洒一次，每次喷洒环控液的时间30秒。
Description
技术领域
本发明属于环境保护及治理技术领域，尤其涉及去除氨气和臭味的环境中应用。
背景技术
为了生态环境的可持续发展，围绕治污减排、生态保护等重点领域，而生猪养殖作为一个高污染行业，首当其冲成为了重点整治对象。相关文献提出，在渤海京津冀、长三角、珠三角等重点区域开展种、养殖业重点排放源氨防控研究与示范。到2020年，氨氮排放总量降低10％，今后养猪生产中将更加注重氨氮排放等制约可持续发展的问题。
猪舍中的氨气主要来源于消化道、排泄物和腐败的饲料等方面。氨气具有强烈的刺激性气味，影响猪的生长健康，尤其是在冬季猪舍进入封窗保温饲养时期，猪舍内的氨气等有毒有害气体浓度大幅度上升，影响猪群健康与生产，并且容易诱发猪群呼吸道类疾病，降低养殖生产性能。同时，氨气排放到外界会对大气环境造成污染，沉降后引起土壤和水体的酸化。所以，针对养猪生产中的环保问题，控制氨气排放是必不可少的重要环节。
目前，猪舍氨气浓度的控制措施可以分为3个阶段，即饲料源头防控、饲养过程减排和末端处理，其中饲料源头防控技术比较成熟，是生产中使用较多的方法。而针对过程减排和末端处理方面的研究也较多，主要有控制舍内温湿度、微生物发酵床、提高清粪频次和粪尿分离、生物过滤、粪便除臭剂。在现有的技术中，除了物理方法，使用最多的是微生物方法，但此方法见效速度慢，受控条件较多，维护成本较高。
因此，目前亟待开发一种对猪舍氨气有较高选择去除性的高效环控液，能有效去除整个猪舍环境的氨气，提高生猪生存环境。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于猪舍除臭的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种用于除氨气的环控液，包含熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯活性成分。
进一步的，熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯，6种活性成分可由植物提取液制得。
所述草本植物包括穿心莲、赶黄草、香兰草、虎咬癀、对叶草等的一种或多种。
环控液在猪舍内喷洒用于除氨气的应用，包括猪舍、环控液储液箱、环控液雾化器、雾化喷头，所述猪舍内被分隔为若干小型圈舍，根据生猪的不同龄段将生猪分批饲养在其中，小型圈舍顶部布置有若干个雾化喷头(大约10平方米布置1个喷头)，雾化喷头通过软管与环控液雾化器出口相连，环控液雾化器入口通过软管与环控液储液箱相连，根据猪舍的养殖特点和污染程度：每天喷洒环控液的时间段是间隔1-2小时喷洒一次，持续24h，每次喷洒环控液的时间是30秒。根据猪舍的污染情况，在环控液储存箱中，环控液与水按体积比(1：5～1：2000)混合。
猪舍内被分隔为若干小型圈舍，根据生猪的不同龄段将生猪分批饲养在小型圈舍内。
本发明的有益效果：
本发明针对300头左右养殖规模的小型猪舍，安装设备的成本价在4万元左右；整个喷洒时间和时长均是自动控制，所以维护和运行成本只包括电费和环控液的费用。以商品猪为成本核算对象，以年为计算期，每头猪每年的平摊成本为10元。此除氨设备可有效控制猪舍内的氨气浓度，对低浓度氨气浓度去除率达到85％左右，长期运行可极大改善生猪生存环境，提高抗病免疫力。
附图说明
图1为本发明的实验装置结构示意图；
图2为该回归模型的学生化残差分布图；
图3(a)为反应时间为35min时臭气浓度和环控液配比之间的响应面图；
图3(b)为氨气浓度为40.9mg/m3时环控液配比和反应时间之间的响应面图；
图3(c)环控液配比为1:10时氨气浓度和反应时间之间的响应面图；
图4为最佳实验参数条件下氨气去除率的变化图；
图5为猪粪中氨气挥发浓度曲线图；
图6为不同比例环控液对产氨的抑制效果图；
图7为喷洒不同比例环控液对氨气挥发浓度的影响图；
图8(a)、图8(b)为熊果苷检测结果变化示意图；
图9(a)、图9(b)为胡芦巴碱检测结果变化示意图；
图10为汉黄芩苷检测结果变化示意图；
图11(a)、图11(b)为鼠李糖检测结果变化示意图；
图12(a)、图12(b)为八氢姜黄素检测结果变化示意图；
图13没食子酸丙酯检测结果变化示意图；
图14为本发明实施例猪舍内喷洒环控液的示意图。
图中：1-猪舍、2-环控液储液箱、3-环控液雾化器、4-雾化喷头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于除氨气的环控液，包含熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯活性成分。
进一步的，熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯，6种活性成分可由植物提取液制得。
所述草本植物包括穿心莲、赶黄草、香兰草、虎咬癀、对叶草等的一种或几种。
如图14所示，环控液在猪舍内喷洒用于除氨气的应用，包括猪舍1、环控液储液箱2、环控液雾化器3、雾化喷头4，所述猪舍1内被分隔为若干小型圈舍，根据生猪的不同龄段将生猪分批饲养在其中，小型圈舍顶部布置有若干个雾化喷头4(大约10平方米布置1个喷头)，雾化喷头4通过软管与环控液雾化器3出口相连，环控液雾化器3入口通过软管与环控液储液箱2相连，根据猪舍的养殖特点和污染程度：每天喷洒环控液的时间段是间隔1-2小时喷洒一次，持续24h，每次喷洒环控液的时间是30秒。
优选的是，环控液储存箱2中，环控液与水按体积比1:5-1：2000混合。
为此本发明通过以下方法验证了上述发明的可实用性。
如图1所示，本发明的实验装置示意图，一个密闭箱体，箱体顶部安装有一个雾化喷头，顶部的雾化喷头通过软管与雾化机出口相连，雾化机进口通过软管与环控液存储箱的出口相连，箱体底部安装有一个可抽拉平板，箱体侧面为一个气体采样的阀门出口，密闭箱体为边长为20cm的密闭正方体，体积为8L。
实验设计
影响氨气去除效果的主要因素包括臭气浓度、环控液浓度、反应时间等。在根据多年的应用经验的基础上，选取以上三个因素在合适取值范围内，通过密闭空间实验研究三个影响因素对氨气去除率的影响。为减少实验工作量，采用Design-Expert 10.0.8软件提供的Box-Behnken实验方案，三因素三水平的实验安排，将氨气去除率作为响应值。
实验方法
实验开始前，先将一定量的浓氨水放入密闭空间内，挥发氨气为所需浓度后，开泵喷入环控液，在反应一定时间后，用便携式氨气检测仪(深圳市无眼科技有限公司，ES20)测定氨气浓度。实验中选取的臭气浓度范围为6.2-75.6mg/m3，环控液配比为1:5.56-1.50，反应时间为10-60min。每次通过雾化喷头反应的环控液体积为20mL。
结果与讨论
实验方案安排及氨气去除率的响应值如表1
表1正交实验方案安排及响应值
实验模型的建立
利用Design-Expert 10.0.8软件依据拟合最小原则选取响应的模型对表1中数据进行拟合得到氨气去除率与各因素之间的回归模型如下：
采用因素代码形式表示为：
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采用实际因素值表示为：
RR＝-4.21961+247.86843*LR+0.17714*NH3+1.35277*T+4.34078*LR*NH3+0.037500*LR*T+
2.21902E-003*NH3*T-1521.87500*LR2-3.97811E-003*NH3 2-0.014504*T2
如图2所示，学生化残差是评价各观测数据相对于回归拟合曲线是否为异常点的依据，残差值越大，图中的残差点偏离直线越远，表示拟合效果越差。由图2看来，残差各点都在直线上或附件，说明拟合效果较好。
表2中给出了Design-Expert 10.0.8对回归模型中各影响因素的置信度分析，结果表明模型拟合的效果是显著的，而且其中环控液的投加对氨气去除率的影响是显著的。模型确定系数R2＝0.9940，校正确定系数Radj 2＝0.9863，两者很接近(差值小于0.2)，说明模型预测结果与实际值吻合程度较高，能够充分有效地预测响应点。变异系数C.V％＝4.33，其结果大于4表示数据可以接受，数据偏离情况较低，重现性较好。
表2二次方模型置信度分析
根据数学模型中各影响因素系数绝对值大小可以看出各影响因素对氨气去除率的影响程度，绝对值越大影响程度越大。因此从数学模型中可以看出，单因素对氨气去除影响的强弱顺序为：氨气浓度＞反应时间＞环控液配比，三因素交互作用影响下对氨气去除影响的强弱顺序为：(环控液配比※氨气浓度)＞(氨气浓度※反应时间)＞(环控液配比※反应时间)。
各因素的影响
根据上述数学模型进行作图，构造出三因素中每两个因素同氨气去除率之间的响应面图形，通过响应面图形可以更加直观的分析出各实验因素与因变量之间的关系。
由图3(a)可知，在相同反应时间下，在氨气浓度比较低的情况下，提高环控液配比即增加环控液使用浓度并不能提高氨气去除率；当氨气浓度较高时，环控液配比的增加可以显著提高氨气去除率，比如当氨气浓度为74.6mg/m3时，环控液配比为1:50时氨气去除率仅为33.9％，而当环控液配比提高到1:5.56时相同情况下对氨气的去除率提高到75.9％。当环控液配比即环控液浓度较低时，对不同浓度氨气去除率变化不大；而当环控液配比即环控液浓度较高时，对高浓度氨气的去除率增大，比如当环控液配比为1:5.56时，对6.2mg/m3氨气去除率仅为26.1％，而对75.6mg/m3氨气去除率增加为75.9％。
由图3(b)可知，在相同氨气浓度下，提高环控液配比即浓度和延长工作时间均能提高氨气去除率。当反应时间为10min时，环控液配比从1:50提高到1:5.56可以将氨气去除率从17.5％增加到38.6％。当环控液配比为1:5.56时，反应时间从10min延长到60min后，氨气去除率从38.6％提高到58.2％。可见，在固定氨气浓度下，环控液浓度越高，反应时间越长，越能增加环控液有效成分对氨气的去除效果。
由图3(c)可知，在相同环控液配比即浓度下，氨气浓度越高，反应时间越长，对氨气的去除率也越高，在反应时间为10min时，1:10配比的环控液6.2mg/m3浓度氨气的去除率为20.4％，而对75.6mg/m3浓度氨气的去除率提高到41.3％；当氨气浓度为75.6mg/m3时，1:10配比的环控液10min时对氨气的去除率为41.3％，而反应60min后去除68.9％的氨气。
最优实验参数的选择和验证
在实验结果分析和模型拟合的基础上，可以利用Design-Expert 10.0.8对实验参数进行进一步优化，即从给定的参数范围内选取达到处理效果时的最优方案。最优实验参数如表3所示。
表3最优实验参数
验证实验，选取环控液配比1:5.56，氨气浓度为75.6mg/m3，在不同反应时间取样检测，结果如图4所示。在反应时间为60min时，氨气去除率为82.2％。随着反应时间延长，氨气的去除速率降低，虽然延长反应时间会提高氨气的去除率，但是考虑到反应速率的问题，最佳的反应时间为52.677min，此时氨气去除率为80.9％，接近预测的最佳实验效果。
环控液对猪粪中氨气的去除效果
猪粪中氨气挥发浓度曲线
取10g猪粪置于上述密闭实验装置中，测定猪粪中氨气挥发浓度曲线，如图5所示。在前3个小时，氨气快速挥发，第三个小时基本达到饱和浓度54.1mg/m3，从第3个小时起，氨气挥发速度降低并趋于平缓，第6个小时的氨气浓度为59.7mg/m3，因此后续试验选择3小时为氨气浓度变化临界点。
混合不同比例环控液对产氨的抑制效果
取10g猪粪与20ml不同比例环控液进行混合(环控液：水＝20：0、1:5.56、1:10、1:50、0：20)，结果如图6所示。相比纯猪粪中氨气挥发浓度，混合不同比例环控液均可抑制氨气挥发浓度，其中20ml纯水、1:50环控液、1:10环控液、1:5.56环控液、20ml环控液后，6小时对氨气去除率分别为47.6％、56.1％、71.2％、78.8％及82.2％。
喷洒不同比例环控液对氨气挥发浓度的影响
取10g猪粪置于密闭实验装置中，在第3小时氨气达到饱和浓度后，喷洒不同比例环控液(环控液：水＝1:5.56、1:10、1:50)，结果如图7所示。环控液的喷洒对于氨气浓度起到了骤减的作用，其中环控液配比1:5.56效果最佳，反应1小时后(环控液：水＝1:5.56、1:10、1:50)对氨气的去除率分别为66.0％、61.7％、57％。
环控液有效成分分析
如图8(a)-图13所示，采用飞行时间高分辨质谱对“环控液定性检测，得出结果如下：环控液中正、负离子模式下共检测到29种活性成分，其中质谱响应强度大于5000的活性成分共有6种，分别为：熊果苷、胡芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯，其中5种成分均属于黄酮类物质。”
针对主要成分的分析：
1熊果苷，主要用在化妆品中，美白，并有杀菌，消炎作用；
2.葫芦巴碱，主要用于营养型添加剂，医药中间体-生物碱
3汉黄芩苷，抗肿瘤
4鼠李糖，生产香精香料，有还原性。
5.八氢姜黄素；抗氧化性和抗炎性。——多酚类物质
6.没食子酸丙酯：食品添加剂，抗氧化性-酯类物质。
因此，喷洒环控液可以有效去除挥发到空气中的氨气，并能有效抑制猪粪中氨气的挥发。对于高浓度纯氨气，环控液：1:5.56比例，在60min内对75.6mg/m3氨气的去除率可达到80％以上；对实际猪粪中，1:5.56的环控液可以抑制猪粪中氨气的挥发，6h抑制率达到78.9％，尤其是第1个小时，将氨气挥发浓度从34.3mg/m3降低到8.4mg/m3；对实际猪粪挥发的氨气，环控液：水＝1.5.56比例，在60min内对54.1mg/m3氨气的去除率可达到66％以上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种用于除氨气的环控液，其特征在于，包含熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯活性成分。
2.根据权利要求1所述的用于除氨气的环控液，其特征在于，熊果苷、葫芦巴碱、汉黄芩苷、鼠李糖、八氢姜黄素、没食子酸丙酯，6种活性成分由草本植物提取液制得。
3.根据权利要求2所述的用于除氨气的环控液，其特征在于，所述草本植物包括穿心莲、赶黄草、香兰草、虎咬癀、对叶草的一种或几种。
4.环控液在猪舍内喷洒用于除氨气的应用，其特征在于，包括猪舍、环控液储液箱、环控液雾化器、雾化喷头，环控液雾化器中含有如权利要求1或2或3所述的环控液，所述猪舍顶部布置有若干个雾化喷头，10平方米布置1个喷头，雾化喷头通过软管与环控液雾化器出口相连，环控液雾化器入口通过软管与环控液储液箱相连，根据猪舍的养殖特点和污染程度：
每天喷洒环控液的时间段是间隔1-2小时喷洒一次，持续24小时，每次喷洒环控液的时间是30秒。
5.根据权利要求4所述的环控液在猪舍内喷洒用于去除氨气的应用，其特征在于，在环控液储存箱中，环控液与水按体积比1：5～1：2000混合。
6.根据权利要求4所述的环控液在猪舍内喷洒用于去除氨气的应用，其特征在于，猪舍内被分隔为若干小型圈舍，根据生猪的不同龄段将生猪分批饲养在小型圈舍内。
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