過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)對改善舍內(nèi)空氣質(zhì)量和提高生產(chǎn)指標(biāo)的實踐與研究

白紅杰,范 磊,王麗英,劉丙賢,王 璟,張家慶,鄭 凱

(1 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,鄭州450002;2 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,鄭州450002;3河南農(nóng)科種豬科技有限公司,新鄉(xiāng)453512)

養(yǎng)豬是復(fù)雜的動態(tài)管理過程,受通風(fēng)換氣方式、舍內(nèi)外溫差、濕度、有害氣體濃度、養(yǎng)殖密度、衛(wèi)生狀況、飼養(yǎng)設(shè)備、生產(chǎn)工藝及管理水平等多個因素影響。豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量長期不達標(biāo)會誘發(fā)豬呼吸系統(tǒng)疾病并繼發(fā)其他疾病,降低其生產(chǎn)性能,嚴(yán)重時可造成死亡[1]。舍內(nèi)環(huán)境是豬賴以生存的重要環(huán)境因素[2],豬舍通風(fēng)換氣效果呈復(fù)雜的非線性動態(tài)變化[3],雖然國內(nèi)外大型養(yǎng)豬集團和相關(guān)高校、科研院所對豬舍通風(fēng)換氣技術(shù)和通風(fēng)換氣設(shè)備進行了大量探索,但缺乏舍內(nèi)空氣質(zhì)量實時檢測、排出廢氣無害化處理等方面的研究。本研究在立體通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了空氣過濾系統(tǒng)和廢氣除臭消毒系統(tǒng)[4],對通風(fēng)口、出風(fēng)口、通風(fēng)設(shè)備、通風(fēng)管道、過濾系統(tǒng)、風(fēng)速設(shè)定和空氣指標(biāo)監(jiān)測等方面進行設(shè)計優(yōu)化,并通過SERB 軟件對豬舍環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析等,以期為規(guī)?；i場環(huán)境調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗豬舍條件

試驗地點為河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗示范種豬場,試驗所用的豬舍建設(shè)條件及飼養(yǎng)管理條件一致。豬舍呈東西走向、舍長60 m、寬11 m。舍頂呈雙坡式人字型結(jié)構(gòu),脊高4.8 m、檐高2.8 m,舍內(nèi)檐高位置用阻燃礦棉材料吊頂[5];南、北兩側(cè)墻離地1.2 m 處有10個雙層玻璃窗戶(1.6 m×1.4 m);雙列式豬欄,長5.5 m、寬4.5 m。中間凈道寬2 m。對照組采用普通負壓通風(fēng)系統(tǒng),豬舍長軸墻上安裝濕簾2 塊、對應(yīng)另一側(cè)墻安裝負壓大功率風(fēng)機2 臺;試驗組采用過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)。

過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)由空氣過濾系統(tǒng)、航道式進、出風(fēng)系統(tǒng)、消毒除臭系統(tǒng)3 部分組成?？諝膺^濾系統(tǒng)選用2 套F9 級(MERV15—16)中效空氣過濾系統(tǒng)[6],外框熱鍍鋅板材的板式過濾器(濾料為復(fù)合纖維濾芯),其額定功率為3200 m3∕h、初阻力為120 Pa。過濾系統(tǒng)分三層:第一層為低阻初效大顆粒過濾材料,過濾PM10左右顆粒,慮效≥85%;第二層對第一層過濾材料進行保護并過濾PM2.5左右顆粒,慮效≥90%;第三層為低風(fēng)阻抗菌抗病毒空氣過濾材料,對第二層進行保護并過濾PM2.5以下顆粒,慮效≥95%。航道式進風(fēng)、出風(fēng)系統(tǒng)由進風(fēng)口、進風(fēng)管道、出風(fēng)口、出風(fēng)管道、正壓負壓風(fēng)機等組成。舍內(nèi)中間凈道下挖進風(fēng)航道42 m×1.6 m×3 m,安裝2 臺正壓風(fēng)機、兩條直徑0.6 m 塑料復(fù)合材料進風(fēng)管道、每個豬欄位置設(shè)置進風(fēng)口1個;南北兩側(cè)吊頂上設(shè)置20個出風(fēng)口和2 條出風(fēng)管道、2 臺負壓風(fēng)機。消毒除臭系統(tǒng)由水洗噴淋裝置、絲網(wǎng)除霧器、風(fēng)機、排風(fēng)管、消毒池、沉淀池、循環(huán)水箱、水泵等組成。負壓通風(fēng)系統(tǒng)采用濕簾+ 風(fēng)機模式,包含2 臺負壓風(fēng)機、2 塊濕簾及其他小組件[7]。風(fēng)機尺寸:1.4 m ×1.4 m ×0.4 m;風(fēng)葉直徑:1.2 m;轉(zhuǎn)速:460 r∕min、風(fēng)量:38000 m3∕h。

1.2 試驗方法

試驗時間為2018年1月8日—3月9日和7月12日—9月11日。試驗組和對照組南、北兩列豬欄上方的前、中、后位置、離地板高1.2 m 處設(shè)置測定點。舍內(nèi)氣象條件:溫度20 ℃、濕度65%、風(fēng)速0.2 m∕s。通風(fēng)時間:定時自動化通風(fēng),冬季每日0 時、6 時、12 時、18 時進行通風(fēng),每次通風(fēng)時長3 min;夏季每日0 時、2 時、4 時、6 時、8 時、12 時、14 時、16 時、18 時、20 時、22 時通風(fēng),每次通風(fēng)時長5 min。每日0 時、6 時、12 時、18 時測定通風(fēng)前5 min 和通風(fēng)后5 min 各指標(biāo),每次測定時間為0.5 min,間隔為1 min,兩個重復(fù)。

在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院進行免疫抗體合格率檢測和病原監(jiān)測、豬群穩(wěn)定水平和疫病風(fēng)險監(jiān)測、免疫抗體效價保護率評價、病毒學(xué)和細菌學(xué)的分離鑒定。利用深圳市君達時代儀器有限公司英思科Mx6TBRid復(fù)合氣體檢測儀、美國Metone-AEROCET831 塵顆粒物檢測儀、深圳華盛昌機器實業(yè)有限公司DT-8820 型多功能風(fēng)速-溫度測量儀進行空氣質(zhì)量監(jiān)測。利用美國ABIQuantStudio3 實時免疫熒光定量PCR 儀、美國Wisdom-6500 酶標(biāo)儀及愛德士IDEXX 抗體檢測試劑盒等進行疫病監(jiān)測。所用生產(chǎn)設(shè)備包括自動化料線、電動清糞設(shè)備、數(shù)控化智能溫控系統(tǒng)、豬場管理軟件、豬場監(jiān)控系統(tǒng)、計量水表、電表、其他養(yǎng)豬用品等。

按豬群數(shù)量的10%進行抽檢,收集樣本血清、呼吸道分泌物、病豬或死豬血清、全血或病死豬臟器(肺、肝、腎等)和淋巴結(jié)等病理材料,每3 周送檢一次;臨床癥狀豬只或病死豬全部送檢,詳細記錄各組、各棟豬只發(fā)病頭數(shù)、死亡頭數(shù)、出欄頭數(shù)、頭平均體重(以下簡稱均重)、生產(chǎn)物資(飼料、疫苗、獸藥、水、電)等費用等。有害氣體濃度檢測按照GB∕T 14668—93 和GB∕T 18204—24 進行;可吸入總懸浮顆粒物含量檢測按照GB∕T 15432—1995 進行;疫病監(jiān)控監(jiān)測按照GB∕T 22914—2008 SPF 豬病原的控制與監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)進行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007 軟件進行數(shù)據(jù)處理,用SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件進行顯著性分析,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,0.01≤P＜0.05 表示差異顯著,P＜0.01 表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 舍內(nèi)氣象指標(biāo)測定

由表1 可知,試驗組和對照組溫度分別高于設(shè)定溫度1.34 ℃、0.42 ℃,兩組差異顯著;試驗組濕度64.41%,低于設(shè)定濕度0.59%、對照組濕度高于設(shè)定濕度7.74%,兩組差異顯著;試驗組風(fēng)速低于設(shè)定風(fēng)速0.02 m∕s,對照組高于設(shè)定風(fēng)速0.17 m∕s,兩組差異極顯著。

表1 豬舍氣象條件Table 1 Meteorological indexes of pig house

2.2 舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)

由表2 可知,試驗組舍內(nèi)NH3、H2S、CO2、CH4氣體濃度比對照組的低3.13 mg∕m3、2.8 mg∕m3、1167 mg∕m3、3.27 mg∕m3,下降比例分別為64%、39%、23%、33%。其中,兩組NH3濃度差異極顯著;H2S、CO2、CH4濃度差異顯著。

表2 舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)對比Table 2 Comparison of internal environment parameters mg·m -3

2.3 豬舍微粒濃度

由表3 可知,試驗組舍內(nèi)PM10濃度比對照組的低133.91 μg∕m3,下降比例32.44%,兩者差異極顯著;PM2.5濃度比對照組低337.33 μg∕m3,下降比例為51.52%,差異極顯著。

表3 豬舍微粒濃度Table 3 Particle concentration in piggery mg·m -3

2.4 疫病情況與生產(chǎn)指標(biāo)

由表4 可知,試驗組發(fā)病4 頭、死淘2 頭、出欄610 頭、總體重76761 kg、生產(chǎn)成本321.14 元(人民幣,下同)∕頭;對照組發(fā)病14 頭、死淘7 頭、出欄599 頭、出欄總重72149 kg、生產(chǎn)成本338.68 元∕頭。試驗組發(fā)病率比對照組低1.63%、兩者差異極顯著;死淘率低0.82%,差異顯著,出欄率和出欄個體均重高1.79%、0.46%,差異顯著,生產(chǎn)成本低17.54 元∕頭,其中飼料費用、獸藥費用組間差異顯著。

表4 疫病情況與生產(chǎn)指標(biāo)Table 4 Epidemic situation and production performance index

3 討論

3.1 過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)對空氣質(zhì)量的影響

豬舍內(nèi)小于75 μm 的顆粒稱為微粒[6],當(dāng)舍內(nèi)溫度高、濕度大時,微粒濃度升高,豬只患病率升高。當(dāng)舍內(nèi)風(fēng)速大、溫度低、濕度大時會增加飼料消耗量,同時低濕度環(huán)境又容易增加舍內(nèi)微粒濃度。研究證明,NH3、H2S、CO2、CH4等有害氣體由空氣帶入較少,多為舍內(nèi)豬只呼吸、排泄物和各類生產(chǎn)物料有機物分解產(chǎn)生。舍內(nèi)PM10、PM2.5微粒又可進入呼吸道,粒徑低于5 μm 時能在肺泡沉積,其危害程度與自身化學(xué)性質(zhì)、粒徑和病原體種類有關(guān)[7]。本研究中,加裝空氣過濾系統(tǒng)后,入舍氣體經(jīng)過3 層過濾,PM10以下的較大微粒經(jīng)過第一層過濾后,85%大顆粒被過濾處理,第二層對PM2.5以下微塵顆粒處理合格率達90%,第三層空氣消毒處理后,入舍空氣微塵濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。試驗組內(nèi)微粒的濃度顯著低于對照組。

3.2 過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)對疫病和生產(chǎn)指標(biāo)的影響

舍內(nèi)粉塵濃度和豬只健康程度有密切關(guān)系,長期處于粉塵超標(biāo)的環(huán)境中可引起慢性支氣管炎癥、慢性肺泡功能障礙及粉塵中毒綜合征(TDDS)[8],造成豬只抑制免疫功能降低[9],甚至是肺炎,乃至死亡[10]。Zhand 等[11]認(rèn)為養(yǎng)豬生產(chǎn)中呼吸系統(tǒng)疫病70%以上與舍內(nèi)空氣質(zhì)量有關(guān)。舍內(nèi)有害氣體超標(biāo),附著在微粒上的病原微生物在高溫、高濕條件下引起黏毛細胞快速生長和代謝,不但影響豬只生產(chǎn)性能發(fā)揮,而且威脅人、豬的健康[12]。豬舍又是微生物產(chǎn)生的重要場所,微生物借助空氣介質(zhì)中的雜質(zhì)進行擴散,病原微生物達到一定的數(shù)量時可降低豬只機體免疫力[13]。長期在低濃度有害氣體環(huán)境下,豬只抗病能力減弱,在高濃度下,豬只發(fā)病率升高[14]。過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)采用地下正壓送風(fēng)和舍頂負壓抽風(fēng)的立體通風(fēng)換氣技術(shù),利用航道自身冬暖夏涼的特點,對入舍空氣溫度進行溫度預(yù)處理,使入舍空氣溫度和舍內(nèi)的溫差減小,對冬季豬只呼吸系統(tǒng)疫病防控有利。舍頂抽風(fēng)便于快速抽走舍內(nèi)上層混合污染廢氣,同時又能做到氣流均勻、無死角、無賊風(fēng),既保證了送風(fēng)均勻又滿足舍內(nèi)廢氣無死角抽走。垂直通風(fēng)氣流運動方向為垂直上下,相對獨立且運動路徑短,如果某豬欄豬只出現(xiàn)病情,通風(fēng)時氣流帶病菌直接通過廢氣管道排到室外,減少感染其他豬只的風(fēng)險[15]。本試驗發(fā)現(xiàn),試驗組豬只群體抗體保護率明顯比對照組高,發(fā)病率、死淘率較對照組下降顯著。

當(dāng)舍內(nèi)溫度低于豬只適宜生長溫度時,其代謝率提高,飼料利用率降低,豬只生長速度緩慢;反之,溫度高于適宜溫度時,豬只采食量下降,出現(xiàn)熱應(yīng)激,生長緩慢[16]。濕度和風(fēng)速對養(yǎng)豬影響也大,高濕度、低風(fēng)速容易造成豬只散熱困難,出現(xiàn)熱應(yīng)激。本研究發(fā)現(xiàn)試驗組出欄頭數(shù)和出欄均重都比對照組高,且豬只整齊度好,發(fā)病數(shù)少,藥費較低。

3.3 過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)在空氣質(zhì)量方面的優(yōu)勢

負壓通風(fēng)通過風(fēng)機的引入和導(dǎo)出,對舍內(nèi)的空氣進行直接對流交換。其優(yōu)勢在于價格便宜、安裝簡單、使用方便;缺點是通風(fēng)和保溫難以兼顧、換氣不徹底、舍內(nèi)溫度無法保證等。和普通通風(fēng)系統(tǒng)相比,過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)增加了舍內(nèi)進氣過濾系統(tǒng)和舍內(nèi)廢氣外排的消毒除臭系統(tǒng),可過濾有害氣體、微塵和病原體等物質(zhì),使清潔、新鮮、安全的空氣進入舍內(nèi)。舍內(nèi)污染氣體含有有害物質(zhì)、大量臭分子和病原體,直接外排會造成大氣污染和人畜二次患病風(fēng)險,而增加噴淋除塵除臭系統(tǒng)可降低其對大氣的污染,符合國家對養(yǎng)殖企業(yè)的環(huán)保要求。本研究中,試驗組加裝廢氣處理系統(tǒng),廢氣經(jīng)過消毒、水霧除臭后可達標(biāo)排放。但垂直通風(fēng)的風(fēng)速小、通風(fēng)管道短,降溫效果比水平方向通風(fēng)差。在我國南方地區(qū)豬場,夏季仍以水平通風(fēng)為好[17]。綜上,過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)在空氣更新、有害氣體置換、微?？刂坪臀廴練怏w無害化外排方面更高效、更環(huán)保。

4 結(jié)論

過濾式垂直立體通風(fēng)系統(tǒng)能夠顯著降低舍內(nèi)有害氣體濃度和微粒濃度,提高豬只抗體水平,降低發(fā)病率和死淘率,提高出欄率和出欄重,降低生產(chǎn)成本等。使用該系統(tǒng)后養(yǎng)豬效益提高,可在大型養(yǎng)豬企業(yè)推廣使用。