畜禽生產(chǎn)環(huán)境中主要有害氣體監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、畜禽業(yè)生產(chǎn)中排放的有害氣體是農(nóng)業(yè)污染氣體的主要來(lái)源。畜禽生產(chǎn)中產(chǎn)生的氣體污染不但降低了畜禽業(yè)的生產(chǎn)效率，還對(duì)全球空氣質(zhì)量造成影響。畜禽業(yè)釋放的溫室氣體己成為全球變暖的主要因素之一。減少畜禽生產(chǎn)中有害氣體的排放能有效改善全球空氣質(zhì)量，減緩溫室效應(yīng)。因此，對(duì)畜禽生產(chǎn)過(guò)程中排放的有害氣體進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)具有重要意義。
　　有害氣體的產(chǎn)生來(lái)自畜禽生產(chǎn)的諸多環(huán)節(jié)，包括畜禽的飼養(yǎng)、畜禽糞便的處理、畜禽產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)?。抑制有害氣體產(chǎn)生和排放的措施對(duì)畜禽

2、生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)有害氣體的排放產(chǎn)生影響。評(píng)估畜禽生產(chǎn)造成的環(huán)境污染和所采取措施的效果，首先要對(duì)畜禽生產(chǎn)環(huán)境中有害氣體進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)。由于畜禽生產(chǎn)中每個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生有害氣體的種類和分布存在較大的差異，采用單一方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體的濃度進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)。本研究針對(duì)畜禽生產(chǎn)環(huán)境中有害氣體分布的主要位置，分別采用固定位置、通路和開(kāi)放區(qū)域三種不同尺度的方法對(duì)有害氣體的濃度和分布進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)。
　　通過(guò)分析總結(jié)已有的畜禽生產(chǎn)有害氣體監(jiān)測(cè)方法和畜

3、禽生產(chǎn)環(huán)境中主要有害氣體的種類和來(lái)源，確定畜禽舍內(nèi)的惡臭氣體和開(kāi)放區(qū)域的甲烷作為研究對(duì)象。分別采用基于電子鼻的畜禽舍惡臭等級(jí)監(jiān)測(cè)方法、基于OP/TDLAS的甲烷監(jiān)測(cè)方法和基于計(jì)算機(jī)層析技術(shù)的有害氣體濃度分布重構(gòu)方法在多尺度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)畜禽生產(chǎn)中有害氣體的監(jiān)測(cè)。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果包括以下四方面。
　　(1)畜禽舍內(nèi)有害氣體成分復(fù)雜，由于無(wú)法監(jiān)測(cè)每一種氣體成分的濃度，以往的研究中主要采用電子鼻的方法測(cè)量畜舍中的惡臭等級(jí)。但是，電子鼻屬

4、于實(shí)驗(yàn)室儀器，無(wú)法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。因此，提出了通過(guò)測(cè)量畜禽舍內(nèi)惡臭氣體主要成分濃度，利用與嗅覺(jué)法相結(jié)合的算法反演畜禽舍內(nèi)氣體惡臭等級(jí)的監(jiān)測(cè)方法。該方法利用選擇性強(qiáng)的傳感器直接測(cè)量目標(biāo)成分的濃度，減少了傳感器的數(shù)量，降低了電子鼻系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。根據(jù)該方法，在分析了畜禽舍惡臭氣體主要成分的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的畜舍惡臭等級(jí)電子鼻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用電化學(xué)傳感器測(cè)量氨氣和硫化氫濃度并利用惡臭等級(jí)確定算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)畜禽舍內(nèi)氣體惡臭等級(jí)的反演。通過(guò)一個(gè)與嗅

5、覺(jué)法的對(duì)比試驗(yàn)證明該方法能夠較準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)畜禽舍內(nèi)的惡臭等級(jí)。
　　(2)畜禽舍外開(kāi)放區(qū)域的有害氣體種類簡(jiǎn)單，但是分布范圍大，流動(dòng)性強(qiáng)，采用開(kāi)放光程的光學(xué)方法能夠?qū)崿F(xiàn)有效的監(jiān)測(cè)。相對(duì)以往通常采用開(kāi)放光程的傅里葉紅外光譜方法(OP/FTIR)開(kāi)放光程的可調(diào)諧激光光譜方法(OP/TDLAS)簡(jiǎn)化了設(shè)備，提高了監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，能夠在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)畜禽生產(chǎn)環(huán)境中甲烷通路積分濃度的監(jiān)測(cè)，針對(duì)甲烷氣體的特點(diǎn)，提出了基于OP/TDL

6、AS的甲烷氣體監(jiān)測(cè)方法?；谠摲椒▽?shí)現(xiàn)了OP/TDLAS甲烷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要介紹了甲烷吸收特征譜線的選擇、光源的調(diào)制，光信號(hào)的探測(cè)，諧波的提取，數(shù)據(jù)的采集處理，光路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。采用氣體吸收池對(duì)OP/TDALS甲烷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定并分析了系統(tǒng)的主要性能參數(shù)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)的檢出限是5ppm，檢測(cè)精度小于20％，能夠用于對(duì)畜禽生產(chǎn)環(huán)境中甲烷通路內(nèi)積分濃度的監(jiān)測(cè)。
　　(3)畜禽生產(chǎn)場(chǎng)所中的畜禽糞便晾曬場(chǎng)、發(fā)酵池等地點(diǎn)有害氣體分布

7、面積較大，通路的監(jiān)測(cè)方法無(wú)法準(zhǔn)確的反映這些區(qū)域的有害氣體分布情況。在實(shí)現(xiàn)對(duì)光路內(nèi)甲烷積分濃度測(cè)量的基礎(chǔ)上，提出采用計(jì)算機(jī)層析技術(shù)(CT)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)甲烷氣體濃度分布的方法。結(jié)合畜禽生產(chǎn)氣體監(jiān)測(cè)需求，分析比較各方法的適用性，確定采用MLEM和SBFM算法對(duì)畜禽生產(chǎn)開(kāi)放區(qū)域的甲烷氣體分布進(jìn)行圖形重構(gòu)，并分別介紹了MLEM和SBFM算法的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)仿真試驗(yàn)證明這兩種重構(gòu)算法能夠正確的獲得區(qū)域內(nèi)有害氣體的平均濃度和峰值，同時(shí)并說(shuō)明兩種算法各具

8、優(yōu)缺點(diǎn)。
　　(4)在監(jiān)測(cè)方法研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證了各方法的應(yīng)用效果。利用畜禽舍惡臭等級(jí)監(jiān)測(cè)電子鼻系統(tǒng)對(duì)雞舍內(nèi)的惡臭等級(jí)的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明，畜禽舍惡臭等級(jí)監(jiān)測(cè)方法能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確的獲得雞舍內(nèi)氣體惡臭等級(jí)，并得到其變化規(guī)律。利用OP/TDLAS甲烷濃度獲取甲烷的積分濃度，并分別采用MLEM算法和SBFM算法對(duì)畜禽生產(chǎn)基地中畜禽糞便發(fā)酵池周圍甲烷分布進(jìn)行了圖形重構(gòu)試驗(yàn)。從重構(gòu)的結(jié)果看，兩種方法所獲得圖形的主要參數(shù)具有很高的