浅析规模化猪舍空气净化技术*

朱元俊，杨卫平，王成伟，刘仁鑫，张佳康，曾文晰

（江西农业大学工学院，江西 南昌 330045）

随着现代养殖业的迅速发展，生猪养殖规模化、集约化程度不断提高，封闭式猪舍取代了传统猪舍。封闭式的猪舍环境为生猪养殖在不同季节的气候条件下，创造一个适宜的生长环境，加快生猪出栏周期，提高养殖效率，为企业创造了更大的经济效益。但规模化养殖的饲养密集度高，加剧了猪舍内空气的不流通，导致生猪养殖在环境控制方面存在诸多问题，尤其在猪病防疫的空气净化方面还存在较多棘手问题。如寒冷季节为加强舍内保温效果，需减少通风量，导致有害气体污染物增加，从而严重影响着养殖环境质量。规模化猪舍采用通风系统进行送风，而在通风管道中微生物病毒会借助传播性强的气溶胶进行传播，附在气溶胶上的微生物具有存活时间长、可随空气流动进行长距离传播等特点，导致病毒快速传播，如非洲猪瘟的主要传播途径就是气溶胶传播[1]。此外，在生猪养殖过程中，还会产生大量成分复杂的废气，其部分有害气体排出猪舍后又可能会从通风系统再次进入猪舍，影响猪只的正常生长，甚至还会影响猪场养殖人员与周边居民的身体健康。这些问题如果解决不当，将会给生猪养殖带来极大的经济损失，进而影响生猪养殖业的健康发展。因此，现代生猪养殖时需对空气环境加以更严格的处理，为此需对空气中的固态污染物、气态污染物以及微生物病毒进行过滤净化。项目组在分析国内外猪舍空气净化技术的特点及存在问题的基础上，综合猪舍进风口、内部、废气排放的净化要求，针对性地提出适宜的措施，为规模化生猪养殖提供借鉴和参考。

1 空气净化技术的种类

目前，国内外猪舍空气净化技术主要包括以下三种：1）物理法。滤网过滤、通风、紫外线辐射消毒、等离子体消毒。2）化学法。光催化消毒、过氧乙酸、二氧化氯、甲醛、臭氧。3）组合法。物理方法与化学方法的组合净化等。其常用净化技术主要如下。

1.1 空气滤网净化

空气滤网净化技术是一种通过滤网过滤空气中细微颗粒物以及微生物病毒的纯物理净化方法，滤网由极细的纤维滤料交织而成，对颗粒的拦截能力较强。具有不同的过滤孔径、吸附容量大、净化效率高等特点，尤其对气溶胶的过滤效果好。

空气中的颗粒物以及微生物病毒在运动中接触到滤网表面，借助重力、静电等过滤机理的作用，颗粒物和微生物病毒被滤网吸附，实现空气高效净化的目的[2]。空气滤网净化技术具有过滤效率高、体积小、原理简单等特点，但在吸附空气中的颗粒物时，会逐渐堵塞滤网的纤维空隙，进而影响过滤效率。因此，需要定期更换或者清洗堵塞的滤网，增加了使用成本。

1.2 紫外线辐射消毒

紫外线辐射消毒技术是通过紫外线照射微生物病毒致其灭活的一种物理消毒法，利用适当波长的紫外线破坏微生物机体细胞中的DNA或RNA分子结构，造成微生物细胞死亡，并干扰空气中微生物病毒的生存繁殖，从而达到杀菌消毒的效果[3]。

猪舍空气的紫外线消毒，一般在进风口安装紫外线灯管，进入猪舍的空气经由一个密闭的管道被紫外灯照射后完成消毒。紫外线对大多数的细菌和病毒都能快速灭活，具有运行维护简单、运行成本低等优点。但紫外线消毒受到其他因素影响，如受到空气中颗粒物遮挡时，会存在消毒不彻底的问题，以及受到空气湿度、温度、流速等因素的干扰，导致消毒效果不理想。

1.3 光触媒空气净化

光触媒空气净化技术是触媒材料在光照下发生强氧化还原反应的一种化学消毒法，可以有效净化、灭菌、降解挥发性有机物，常见的光触媒材料有二氧化钛、三氧化钨等化合物。目前常见的光触媒中，纳米级的二氧化钛微粒凭借其优良的物理化学性能，如较低的能带结构、无毒、低成本、稳定性较强，以及生物相容性较高等特性成为当前优选的光触媒材料[4]。

光触媒净化器通常是将二氧化钛镀在载体上，在外界的光照作用下，二氧化钛表面会产生强氧化性的空穴及强还原性的电子，其与空气中的水分子及氧气分别发生化学反应生成具有强氧化性基团，这些基团可以与大多数有害物质发生作用，而使之矿化[5]，进而达到猪舍空气净化的目的。河南科技大学的宁芳芳等[6]于2015年在洛阳市新安县康泰牧业有限公司进行了猪舍内的相关对比性实验。实验结果表明，使用了光触媒空气净化器能够有效降低空气中氨气浓度、颗粒物浓度和微生物数量，改善了猪舍空气质量，提高了猪只生长性能。虽然光触媒技术有一系列的优势，但目前该技术在应用方面还存在较多的问题，如净化时要求空气流速较缓、需要充足的光照和净化效率较低等[7]。

1.4 臭氧消毒

臭氧消毒技术是通过强氧化作用，对空气中的细菌、病毒有良好消毒作用的一种化学消毒法，臭氧作为一种高效的消毒剂，其扩散性好、无死角、制备及时、使用成本低、易实现自动化，且处理过程无二次污染，是无残留的环保消毒剂。

臭氧净化器是通过高频放电产生大量的等离子体，再与空气碰撞发生一系列的物化反应，将空气中的氧气转化成臭氧。臭氧的强氧化性可以快速破坏分解细菌，具有瞬间杀菌作用。北京农业职业学院的李玉冰等[8]于2017年在猪场消毒通道对使用了臭氧净化技术、超声波雾化、紫外杀菌灯的三种消毒方式进行对比实验，结果证明臭氧净化技术能达到较高的消毒效率，并在使用结束半小时内表现出良好的持续消毒效率。

虽然臭氧可对绝大多数微生物进行灭活，但由于其具有强氧化性，会对接触的部分物品有损坏作用，且浓度越高，损害越严重。除此之外，臭氧还对人体以及动物有强刺激作用，会引发呼吸类病症。因此，消毒建议在猪舍内无养殖人员以及生猪时进行，且消毒后至少过半小时以上才能进入，这在一定程度上限制了使用。

1.5 化学试剂消毒

化学试剂消毒技术是典型的利用强氧化还原反应的一种化学消毒法，在猪舍内喷洒化学消毒剂，可起到消毒、降尘和净化空气的效果。但长期滥用会诱导耐消毒剂微生物的产生，降低消毒效果，同时也会损害猪的呼吸道黏膜[9]。于观留等[10]于2016年对猪舍使用固体甲醛熏蒸的方法进行消毒处理，实验结果表明，固体甲醛熏蒸方法可有效减少舍内气载需氧菌、大肠杆菌的浓度，尤其是对粒径较小的气溶胶病毒消毒效果更佳。化学试剂虽然可以快速高效杀灭猪舍内的大部分有害病毒，但频繁消毒也会杀灭有益微生物，进而影响到猪只的健康生长。

1.6 其他

由于猪舍内的环境复杂性，大多数情况下，采用单一净化技术很难取得理想的净化效果，使得空气净化逐渐由单一净化技术向多种净化技术组合的方向发展。常见的组合净化技术按照空气净化技术的种类，分为两段式、三段式以及多段式[11]。

虽然组合净化工艺既发挥了单一净化技术的优势，又互补了单一净化技术存在的不足，提高了净化效率。但在实际应用中还是存在一些问题，如存在多种净化技术组合不匹配、不能同时高效地去除颗粒物与挥发性有机物、使用不方便、成本高、能耗大等问题。

2 空气净化技术的应用

规模化猪舍在养殖过程中，不但需要从外界吸入大量的新鲜洁净空气，对猪舍内部空气进行有效的净化，而且需考虑对排出舍外的废气进行有效的处理。由于猪舍的各个位置需要处理的污染物不同，并考虑猪舍的进风口、内部、废气排放的特定净化要求。因此，需选择适宜的净化措施，进行差异处理。

2.1 猪舍进风口

在生猪养殖过程中，猪舍需要大量的新鲜空气，但是空气中混合了颗粒物、气溶胶病毒等有害物质，因此需对空气进行有效的净化。目前对猪舍进气口常采用空气滤网净化技术组合紫外线消毒技术，作为一种高效且可靠的两段式组合净化方式，保证进入舍内空气的洁净。

2016年贾俊岭等[12]在猪舍空气过滤采用初效过滤、亚高效过滤的两层过滤装置，且设置紫外线进行消毒，结果表明，采用该方法过滤0.3μm颗粒的效果达99.5%以上，冬季采用初效、高效一体的过滤装置，对0.3μm颗粒的过滤效果达99.8%以上，能有效阻止蓝耳病、猪瘟、伪狂犬病和口蹄疫传播。2021年河南省农业科学院白红杰等[13]在猪场垂直立体通风换气系统中安装了由空气过滤系统、航道式进出风系统、消毒除臭系统等三部分组成的过滤装置，结果表明，有效降低舍内有害气体以及颗粒物浓度，改善了猪舍内的空气质量，发病率降低1.9%，死亡率降低0.82%，生猪出栏率增加1.79%，提高了养殖效率。

空气滤网具有净化效率高、净化效果良好、可靠、体积小、原理简单、吸附容量大、使用成本低和优异的气溶胶过滤性能等优势。此外，为防止过滤后的空气存在微小的病毒未被完全过滤，若再增加紫外灯照射，完成对空气二次消毒的组合净化技术，可以有效净化进风口的空气，确保生猪有健康的生长环境。

2.2 猪舍内部

虽然通风可对空气中的微生物病毒进行稀释、排出，是一种最为主要、简便、经济的猪舍空气消毒方法。但由于舍内的猪只在饲养过程中，也会不断产生新的氨气、硫化氢、颗粒物、水蒸气，甚至病毒等有害物质，加上猪舍内部通风的气流较慢，不能及时将这些气体排出舍外，有害气体聚集后容易形成气溶胶。而微生物病毒可借助气溶胶在猪舍内随空气迅速蔓延，加速了疫病传播的速度。目前在猪舍内采用光触媒净化器，可以降低空气中氨气浓度、颗粒物浓度和微生物病毒数量，有效净化猪舍内空气。

孟庆利等[14]在北京养猪育种中心进行光触媒实验，结果表明其能降解氨气并抑制氨气产生，氨气浓度最多可降低70%，并有效降低空气中的湿度，对改善猪舍环境质量具有一定的促进作用。猪舍采用光触媒净化后，舍内空气中氨气、颗粒物和病毒等有害物质的量大幅降低，为生猪健康生长创造了良好的环境，使生猪的生长性能显著提高。为安全起见，当猪舍内无养殖人员及猪只时，可以使用紫外线或者臭氧进行全面的消毒。

光触媒技术在空气净化方面，不仅具有优异的化学净化作用，同时还具有优异的生物净化效果，能够将空气中的挥发性有机物、臭气、病毒等氧化分解成二氧化碳和水，有效抑制病毒的传播以及感染，达到控制病毒繁殖和净化空气的目的[15]。光触媒技术不仅可有效地降解氨气，以及清除空气中的粉尘颗粒，阻止气溶胶产生，保证舍内的空气质量，还能减少排出舍外的污染物对环境的影响。

2.3 猪舍废气排放

规模化猪舍会产生大量成分复杂的废气，其中部分有害气体又可能会从通风系统再次进入猪舍，对生猪的健康生长造成影响，其余部分则会影响舍外养殖人员与周边居民的身体健康。因此，要妥善地处理养殖场的废气排放。

废气处理一般采用水洗除臭净化空气，必要时可根据实际情况，采用组合净化的方法。如废气主要为碱性气体，则应增加酸性溶液消毒；若主要为酸性气体，则应增加碱性溶液消毒；若挥发性有机物含量较高，则应增加次氯酸钠溶液消毒；若废气成分复杂，可考虑选用组合净化技术[16]。此外，当废气排放标准较为严格时，还可考虑在水洗装置后面加装臭氧净化器，利用臭氧的强氧化作用对废气中的细菌、病毒等有害气体进行更深度的处理。

Michele Costantini etal[17]对养殖规模大于1 000头的母猪舍或育肥猪舍，研究了在采用湿酸洗涤器后的猪舍内空气净化效果。研究结果表明，猪舍废气中氨气浓度降低了70%，而且废气中的颗粒物、有机物等有害气体得到有效处理。浙江大学的戴圣炎[18]在2018年设计了一套包含微酸性电解水与臭氧混合液的喷雾除臭装置，结果表明，微酸性电解水与臭氧结合的混合液，对猪舍废气中的氨气、颗粒物和病毒的去除率可分别达到87%、84%和85%，可有效地降低恶臭浓度。

水洗除臭的过程对空气的阻力很小，对猪舍原有通风系统的影响也会较小，不需要对通风系统进行升级。其应用在废气净化阶段使用成本较低，并可有效去除氨气、二氧化碳等有害气体，是优选的废气处理方式。

3 结语

随着生猪养殖规模化、集约化程度不断提高，猪舍的污染问题也更加突出。因此，必须采取适宜的净化措施，以满足舍内空气以及废气排放的要求。项目组在介绍目前几种常用的猪舍空气净化技术特点及实际情况的基础上，提出适宜的净化措施。在猪舍的进风口选择空气滤网净化技术辅以紫外线消毒，可实现对颗粒物以及微生物病毒的有效过滤；在猪舍内部选择光触媒空气净化技术，可清除空气内的有害气体和颗粒物，消除气溶胶的产生，阻断了病毒的传播路径；在废气排放阶段利用水洗除臭技术辅以臭氧消毒，可高效净化废气中的有害气体。通过这些措施不仅提高生猪养殖质量，降低了生产成本，还可有效地促进生猪养殖业的健康发展。