CRDS技术在降低奶牛厂氨排放方面的应用

背景介绍

氨(NH₃)是农业生产中气态活性氮的主要形式之一。它对生态系统有负面影响，如富营养化、酸化和生物多样性的丧失等。一般来说，畜牧业，特别是奶牛业是氨排放的重要来源，需要降低。为了实现这一目标，荷兰制定了一系列法律法规。

奶牛场的氨来源于排出尿液中的尿素。尿素在排泄后的最初几个小时内转化为氨，并从尿坑中尿液和粪便混合物的顶层(浆液)中排放出来。在过去的几十年里，混凝土板条地板替代品的发展主要集中在封闭的混凝土地板上，有时出于动物福利的原因与橡胶结合在一起。这些地板背后的工作原理是限制坑顶空间的空气交换和快速排尿到这些坑中。CowToilet奶牛厕所提供了另一种选择，它在尿液到达地面之前收集(部分)尿液。通过这种方式，尿液和粪便(部分)被分开，氨排放的主要来源从住房系统中移除，储存在其他地方，排放量可以忽略不计。奶牛厕所作为一种低排放系统已被添加到Rav法规a1.36和BWL 2021.05中，每个动物场所每年的临时氨排放系数为8.4公斤。为了获得系统的确定排放系数，制造商(Hanskamp BV)必须向“荷兰国家标准”(RVO)3提供符合适当要求的排放测量数据集。排放测量是评估的一部分，本报告描述了在应用确定氨排放因子的背景下的排放测量。

CowToilet介绍

奶牛厕所是根据奶牛的生理机能设计的，它由Hanskamp AgroTech BV, Doetinchem开发。在奶牛养殖业中，为满足奶牛个体需求而在自动喂食站供应精料是很常见的。步行式喂食站为奶牛提供了离开喂食站而不用向后走的机会。奶牛厕所是在步行式喂食站上增加的一个自动小便器。

奶牛从喂食围栏一侧进入奶牛坐便器，从另一侧离开奶牛坐便器。所有精料均在奶牛厕所内饲喂。在奶牛食用浓缩饲料时，将小便池降低到母牛后下方。自动小便器刺激奶牛，引起排尿。尿液被收集在一个小的蓄水池中，从那里泵送到一个储存库。

奶牛厕所的主要减排原理是通过收集部分动物尿液来降低动物舍内氮源强度。收集的尿液单独存放。在这种储存中，尿素最终转化为氨，如果没有适当的覆盖，会导致大量的氨排放。这样做，预计尿液的储存不会对氨排放产生显著影响。

测试位置：

测量在荷兰Leeuwarden乳业园区的环境研究仓中进行，下图显示了环境研究仓的位置和乳业园区的位置。

荷兰环境研究仓的位置和乳制品园区的地形，包括背景采样点。

环境研究仓其中一个隔间的两张照片组合图。注意从天花板上安装的两个通风井。

测量方法：

由于各单元采用机械通风，因此两个通风井代表了测量通风率和氨浓度的房间的排放点。氨的背景(环境)浓度在谷仓外谷仓两侧距离10米的2至4个地点测定，浓度值最小的点被认为是背景浓度。通风率由各通风竖井下的风机轮风速计测量。

该方法基于腔衰荡光谱（CRDS）。每个通风机的一组采样管中的空气首先通过Picarro A0311S 16通道进样器。两个单元的每个通风机和两个背景点(东南和西北)布设采样管路。管路的切换时间为5分钟。测定氨浓度的平均时间为1分钟。在5分钟的总采样时间中，前3分钟的值用于获得稳定的浓度水平，这些值被排除在氨排放的进一步计算之外。仅取第4分钟和第5分钟的平均值作为氨浓度。A0311S有16个入口，分别用于6个单元和4个背景点。采样空气中氨的浓度由Picarro G2508光谱仪测量。

氨气绝对排放量(kg/每年/每个动物场所)由下式计算:

E_ijk=第i天在测量时段j在房间k的氨排放量(kg /每年/每个动物场所)

Q_ijk=第I天在k室测量时段j内的平均通风量(m³/h/每个动物场所)

Cout_ijk=第I天第k室测量时段j内出风口氨平均浓度(mg/m³)

Cin_ijk=第I天在第j个测量周期内，房间k入风氨的平均浓度(mg/m³)

AP=动物场所的数量(=16)

相关研究结论：

不同测量方法和周期的标准化排放结果。

实验组和对照组的 NOx、Picarro（每日）测量期间的排放结果。

这项研究意义重大，因为它为减少畜牧业有害排放提供了潜在的解决方案，有助于环境的可持续发展。 使用 Picarro分析仪进行连续测量可以精确监测氨水平，这对于评估 CowToilet 等排放控制方法的有效性至关重要。

• 与传统的混凝土板条地板相比，使用奶牛厕所减少了47.2%的氨排放。

• 这种减少相当于0.528的比例排放率。再乘以控制室每年13 kg/畜位的排放系数，牛厕每年的氨排放率为6.9 kg/畜位。

• 根据本报告中的点测量，分类排放系数为每年每个动物场所7千克NH₃。

• 为获得Rav立法的官方排放因子，需要第二种案例对照方法的测量结果或在至少两个其他带有奶牛厕所的畜棚的实际排放测量结果。

• 减排和由此产生的排放因子受测量氨浓度的方法的影响。

O使用氮氧化物方法，每年每个动物场所的排放量减少35%，标准排放系数为8.5千克NH₃。

O使用Picarro测量方法显示排放量减少37%，每个动物场所每年的标准化排放系数为8.2千克NH₃。

原文链接：https://doi.org/10.18174/641497