淺析規模化豬舍空氣凈化技術*

朱元俊，楊衛平，王成偉，劉仁鑫，張佳康，曾文晰

（江西農業大學工學院，江西 南昌 330045）

隨著現代養殖業的迅速發展，生豬養殖規模化、集約化程度不斷提高，封閉式豬舍取代了傳統豬舍。封閉式的豬舍環境為生豬養殖在不同季節的氣候條件下，創造一個適宜的生長環境，加快生豬出欄周期，提高養殖效率，為企業創造了更大的經濟效益。但規模化養殖的飼養密集度高，加劇了豬舍內空氣的不流通，導致生豬養殖在環境控制方面存在諸多問題，尤其在豬病防疫的空氣凈化方面還存在較多棘手問題。如寒冷季節為加強舍內保溫效果，需減少通風量，導致有害氣體污染物增加，從而嚴重影響著養殖環境質量。規模化豬舍采用通風系統進行送風，而在通風管道中微生物病毒會借助傳播性強的氣溶膠進行傳播，附在氣溶膠上的微生物具有存活時間長、可隨空氣流動進行長距離傳播等特點，導致病毒快速傳播，如非洲豬瘟的主要傳播途徑就是氣溶膠傳播[1]。此外，在生豬養殖過程中，還會產生大量成分復雜的廢氣，其部分有害氣體排出豬舍后又可能會從通風系統再次進入豬舍，影響豬只的正常生長，甚至還會影響豬場養殖人員與周邊居民的身體健康。這些問題如果解決不當，將會給生豬養殖帶來極大的經濟損失，進而影響生豬養殖業的健康發展。因此，現代生豬養殖時需對空氣環境加以更嚴格的處理，為此需對空氣中的固態污染物、氣態污染物以及微生物病毒進行過濾凈化。項目組在分析國內外豬舍空氣凈化技術的特點及存在問題的基礎上，綜合豬舍進風口、內部、廢氣排放的凈化要求，針對性地提出適宜的措施，為規模化生豬養殖提供借鑒和參考。

1 空氣凈化技術的種類

目前，國內外豬舍空氣凈化技術主要包括以下三種：1）物理法。濾網過濾、通風、紫外線輻射消毒、等離子體消毒。2）化學法。光催化消毒、過氧乙酸、二氧化氯、甲醛、臭氧。3）組合法。物理方法與化學方法的組合凈化等。其常用凈化技術主要如下。

1.1 空氣濾網凈化

空氣濾網凈化技術是一種通過濾網過濾空氣中細微顆粒物以及微生物病毒的純物理凈化方法，濾網由極細的纖維濾料交織而成，對顆粒的攔截能力較強。具有不同的過濾孔徑、吸附容量大、凈化效率高等特點，尤其對氣溶膠的過濾效果好。

空氣中的顆粒物以及微生物病毒在運動中接觸到濾網表面，借助重力、靜電等過濾機理的作用，顆粒物和微生物病毒被濾網吸附，實現空氣高效凈化的目的[2]。空氣濾網凈化技術具有過濾效率高、體積小、原理簡單等特點，但在吸附空氣中的顆粒物時，會逐漸堵塞濾網的纖維空隙，進而影響過濾效率。因此，需要定期更換或者清洗堵塞的濾網，增加了使用成本。

1.2 紫外線輻射消毒

紫外線輻射消毒技術是通過紫外線照射微生物病毒致其滅活的一種物理消毒法，利用適當波長的紫外線破壞微生物機體細胞中的DNA或RNA分子結構，造成微生物細胞死亡，并干擾空氣中微生物病毒的生存繁殖，從而達到殺菌消毒的效果[3]。

豬舍空氣的紫外線消毒，一般在進風口安裝紫外線燈管，進入豬舍的空氣經由一個密閉的管道被紫外燈照射后完成消毒。紫外線對大多數的細菌和病毒都能快速滅活，具有運行維護簡單、運行成本低等優點。但紫外線消毒受到其他因素影響，如受到空氣中顆粒物遮擋時，會存在消毒不徹底的問題，以及受到空氣濕度、溫度、流速等因素的干擾，導致消毒效果不理想。

1.3 光觸媒空氣凈化

光觸媒空氣凈化技術是觸媒材料在光照下發生強氧化還原反應的一種化學消毒法，可以有效凈化、滅菌、降解揮發性有機物，常見的光觸媒材料有二氧化鈦、三氧化鎢等化合物。目前常見的光觸媒中，納米級的二氧化鈦微粒憑借其優良的物理化學性能，如較低的能帶結構、無毒、低成本、穩定性較強，以及生物相容性較高等特性成為當前優選的光觸媒材料[4]。

光觸媒凈化器通常是將二氧化鈦鍍在載體上，在外界的光照作用下，二氧化鈦表面會產生強氧化性的空穴及強還原性的電子，其與空氣中的水分子及氧氣分別發生化學反應生成具有強氧化性基團，這些基團可以與大多數有害物質發生作用，而使之礦化[5]，進而達到豬舍空氣凈化的目的。河南科技大學的寧芳芳等[6]于2015年在洛陽市新安縣康泰牧業有限公司進行了豬舍內的相關對比性實驗。實驗結果表明，使用了光觸媒空氣凈化器能夠有效降低空氣中氨氣濃度、顆粒物濃度和微生物數量，改善了豬舍空氣質量，提高了豬只生長性能。雖然光觸媒技術有一系列的優勢，但目前該技術在應用方面還存在較多的問題，如凈化時要求空氣流速較緩、需要充足的光照和凈化效率較低等[7]。

1.4 臭氧消毒

臭氧消毒技術是通過強氧化作用，對空氣中的細菌、病毒有良好消毒作用的一種化學消毒法，臭氧作為一種高效的消毒劑，其擴散性好、無死角、制備及時、使用成本低、易實現自動化，且處理過程無二次污染，是無殘留的環保消毒劑。

臭氧凈化器是通過高頻放電產生大量的等離子體，再與空氣碰撞發生一系列的物化反應，將空氣中的氧氣轉化成臭氧。臭氧的強氧化性可以快速破壞分解細菌，具有瞬間殺菌作用。北京農業職業學院的李玉冰等[8]于2017年在豬場消毒通道對使用了臭氧凈化技術、超聲波霧化、紫外殺菌燈的三種消毒方式進行對比實驗，結果證明臭氧凈化技術能達到較高的消毒效率，并在使用結束半小時內表現出良好的持續消毒效率。

雖然臭氧可對絕大多數微生物進行滅活，但由于其具有強氧化性，會對接觸的部分物品有損壞作用，且濃度越高，損害越嚴重。除此之外，臭氧還對人體以及動物有強刺激作用，會引發呼吸類病癥。因此，消毒建議在豬舍內無養殖人員以及生豬時進行，且消毒后至少過半小時以上才能進入，這在一定程度上限制了使用。

1.5 化學試劑消毒

化學試劑消毒技術是典型的利用強氧化還原反應的一種化學消毒法，在豬舍內噴灑化學消毒劑，可起到消毒、降塵和凈化空氣的效果。但長期濫用會誘導耐消毒劑微生物的產生，降低消毒效果，同時也會損害豬的呼吸道黏膜[9]。于觀留等[10]于2016年對豬舍使用固體甲醛熏蒸的方法進行消毒處理，實驗結果表明，固體甲醛熏蒸方法可有效減少舍內氣載需氧菌、大腸桿菌的濃度，尤其是對粒徑較小的氣溶膠病毒消毒效果更佳。化學試劑雖然可以快速高效殺滅豬舍內的大部分有害病毒，但頻繁消毒也會殺滅有益微生物，進而影響到豬只的健康生長。

1.6 其他

由于豬舍內的環境復雜性，大多數情況下，采用單一凈化技術很難取得理想的凈化效果，使得空氣凈化逐漸由單一凈化技術向多種凈化技術組合的方向發展。常見的組合凈化技術按照空氣凈化技術的種類，分為兩段式、三段式以及多段式[11]。

雖然組合凈化工藝既發揮了單一凈化技術的優勢，又互補了單一凈化技術存在的不足，提高了凈化效率。但在實際應用中還是存在一些問題，如存在多種凈化技術組合不匹配、不能同時高效地去除顆粒物與揮發性有機物、使用不方便、成本高、能耗大等問題。

2 空氣凈化技術的應用

規模化豬舍在養殖過程中，不但需要從外界吸入大量的新鮮潔凈空氣，對豬舍內部空氣進行有效的凈化，而且需考慮對排出舍外的廢氣進行有效的處理。由于豬舍的各個位置需要處理的污染物不同，并考慮豬舍的進風口、內部、廢氣排放的特定凈化要求。因此，需選擇適宜的凈化措施，進行差異處理。

2.1 豬舍進風口

在生豬養殖過程中，豬舍需要大量的新鮮空氣，但是空氣中混合了顆粒物、氣溶膠病毒等有害物質，因此需對空氣進行有效的凈化。目前對豬舍進氣口常采用空氣濾網凈化技術組合紫外線消毒技術，作為一種高效且可靠的兩段式組合凈化方式，保證進入舍內空氣的潔凈。

2016年賈俊嶺等[12]在豬舍空氣過濾采用初效過濾、亞高效過濾的兩層過濾裝置，且設置紫外線進行消毒，結果表明，采用該方法過濾0.3μm顆粒的效果達99.5%以上，冬季采用初效、高效一體的過濾裝置，對0.3μm顆粒的過濾效果達99.8%以上，能有效阻止藍耳病、豬瘟、偽狂犬病和口蹄疫傳播。2021年河南省農業科學院白紅杰等[13]在豬場垂直立體通風換氣系統中安裝了由空氣過濾系統、航道式進出風系統、消毒除臭系統等三部分組成的過濾裝置，結果表明，有效降低舍內有害氣體以及顆粒物濃度，改善了豬舍內的空氣質量，發病率降低1.9%，死亡率降低0.82%，生豬出欄率增加1.79%，提高了養殖效率。

空氣濾網具有凈化效率高、凈化效果良好、可靠、體積小、原理簡單、吸附容量大、使用成本低和優異的氣溶膠過濾性能等優勢。此外，為防止過濾后的空氣存在微小的病毒未被完全過濾，若再增加紫外燈照射，完成對空氣二次消毒的組合凈化技術，可以有效凈化進風口的空氣，確保生豬有健康的生長環境。

2.2 豬舍內部

雖然通風可對空氣中的微生物病毒進行稀釋、排出，是一種最為主要、簡便、經濟的豬舍空氣消毒方法。但由于舍內的豬只在飼養過程中，也會不斷產生新的氨氣、硫化氫、顆粒物、水蒸氣，甚至病毒等有害物質，加上豬舍內部通風的氣流較慢，不能及時將這些氣體排出舍外，有害氣體聚集后容易形成氣溶膠。而微生物病毒可借助氣溶膠在豬舍內隨空氣迅速蔓延，加速了疫病傳播的速度。目前在豬舍內采用光觸媒凈化器，可以降低空氣中氨氣濃度、顆粒物濃度和微生物病毒數量，有效凈化豬舍內空氣。

孟慶利等[14]在北京養豬育種中心進行光觸媒實驗，結果表明其能降解氨氣并抑制氨氣產生，氨氣濃度最多可降低70%，并有效降低空氣中的濕度，對改善豬舍環境質量具有一定的促進作用。豬舍采用光觸媒凈化后，舍內空氣中氨氣、顆粒物和病毒等有害物質的量大幅降低，為生豬健康生長創造了良好的環境，使生豬的生長性能顯著提高。為安全起見，當豬舍內無養殖人員及豬只時，可以使用紫外線或者臭氧進行全面的消毒。

光觸媒技術在空氣凈化方面，不僅具有優異的化學凈化作用，同時還具有優異的生物凈化效果，能夠將空氣中的揮發性有機物、臭氣、病毒等氧化分解成二氧化碳和水，有效抑制病毒的傳播以及感染，達到控制病毒繁殖和凈化空氣的目的[15]。光觸媒技術不僅可有效地降解氨氣，以及清除空氣中的粉塵顆粒，阻止氣溶膠產生，保證舍內的空氣質量，還能減少排出舍外的污染物對環境的影響。

2.3 豬舍廢氣排放

規模化豬舍會產生大量成分復雜的廢氣，其中部分有害氣體又可能會從通風系統再次進入豬舍，對生豬的健康生長造成影響，其余部分則會影響舍外養殖人員與周邊居民的身體健康。因此，要妥善地處理養殖場的廢氣排放。

廢氣處理一般采用水洗除臭凈化空氣，必要時可根據實際情況，采用組合凈化的方法。如廢氣主要為堿性氣體，則應增加酸性溶液消毒；若主要為酸性氣體，則應增加堿性溶液消毒；若揮發性有機物含量較高，則應增加次氯酸鈉溶液消毒；若廢氣成分復雜，可考慮選用組合凈化技術[16]。此外，當廢氣排放標準較為嚴格時，還可考慮在水洗裝置后面加裝臭氧凈化器，利用臭氧的強氧化作用對廢氣中的細菌、病毒等有害氣體進行更深度的處理。

Michele Costantini etal[17]對養殖規模大于1 000頭的母豬舍或育肥豬舍，研究了在采用濕酸洗滌器后的豬舍內空氣凈化效果。研究結果表明，豬舍廢氣中氨氣濃度降低了70%，而且廢氣中的顆粒物、有機物等有害氣體得到有效處理。浙江大學的戴圣炎[18]在2018年設計了一套包含微酸性電解水與臭氧混合液的噴霧除臭裝置，結果表明，微酸性電解水與臭氧結合的混合液，對豬舍廢氣中的氨氣、顆粒物和病毒的去除率可分別達到87%、84%和85%，可有效地降低惡臭濃度。

水洗除臭的過程對空氣的阻力很小，對豬舍原有通風系統的影響也會較小，不需要對通風系統進行升級。其應用在廢氣凈化階段使用成本較低，并可有效去除氨氣、二氧化碳等有害氣體，是優選的廢氣處理方式。

3 結語

隨著生豬養殖規模化、集約化程度不斷提高，豬舍的污染問題也更加突出。因此，必須采取適宜的凈化措施，以滿足舍內空氣以及廢氣排放的要求。項目組在介紹目前幾種常用的豬舍空氣凈化技術特點及實際情況的基礎上，提出適宜的凈化措施。在豬舍的進風口選擇空氣濾網凈化技術輔以紫外線消毒，可實現對顆粒物以及微生物病毒的有效過濾；在豬舍內部選擇光觸媒空氣凈化技術，可清除空氣內的有害氣體和顆粒物，消除氣溶膠的產生，阻斷了病毒的傳播路徑；在廢氣排放階段利用水洗除臭技術輔以臭氧消毒，可高效凈化廢氣中的有害氣體。通過這些措施不僅提高生豬養殖質量，降低了生產成本，還可有效地促進生豬養殖業的健康發展。