楊立強(qiáng)，施正香，趙芙蓉*，荊凱凱，寧芳芳，祁艷霞

（1.河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南洛陽 471003；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

不同空氣凈化設(shè)備對雞舍空氣凈化效果的比較研究

楊立強(qiáng)1，施正香2，趙芙蓉1*，荊凱凱1，寧芳芳1，祁艷霞1

（1.河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南洛陽 471003；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

試驗(yàn)旨在研究高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀對雞舍空氣凈化效果，為養(yǎng)雞生產(chǎn)提供更佳的空氣凈化設(shè)備。首先測試2種設(shè)備對氨氣的降解效果，在此基礎(chǔ)上將設(shè)備應(yīng)用于雞舍進(jìn)行空氣凈化效果的研究。選擇建筑結(jié)構(gòu)相同、飼養(yǎng)管理水平一致的3棟肉雞舍，一棟作為對照（1組），不使用空氣凈化設(shè)備，另外兩棟（2組、3組）分別使用高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀，在08:00—20:00每2 h運(yùn)行15 min，試驗(yàn)期間對舍內(nèi)的氨氣、微粒和微生物進(jìn)行測定。結(jié)果表明：在無畜無禽狀態(tài)下，高能光電除臭設(shè)備在5.80 （高）、3.65（中）、2.47 mg/m3（低）的初起始濃度下，在設(shè)備運(yùn)行15、30 min 后，氨氣的降解率分別為52.33%、50.08%、51.68%和71.04%、66.47%、57.61%；光電除臭儀在14.74（高）、6.54（中）、3.80 mg/m3（低）的初起始濃度下，設(shè)備運(yùn)行15、30 min后，氨氣的降解率分別達(dá)38.89%、14.07%、23.95%和51.42%、48.74%、40.00%；在雞舍試驗(yàn)期間空氣凈化設(shè)備顯著影響舍內(nèi)的空氣質(zhì)量， 2組、3組氨氣、微粒濃度均顯著低于1組（P＜0.05），并且2組的氨氣、微粒濃度顯著低于3組（P＜0.05）。在試驗(yàn)中期和后期， 2組和3組的微生物數(shù)量較1組顯著降低（P＜0.05），且2組的微生物數(shù)量顯著低于3組（P＜0.05）。因此，高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀均能改善雞舍空氣質(zhì)量，并且前者效果優(yōu)于后者。

高能光電除臭設(shè)備；光電除臭儀；雞舍；氨氣；微粒；微生物

近年來，人們對動(dòng)物福利和環(huán)境保護(hù)日益重視，目前對于改善畜禽舍內(nèi)空氣質(zhì)量的方法主要包括通風(fēng)、飼糧調(diào)控、空氣電凈化等，但在帶畜帶禽狀態(tài)下進(jìn)行大范圍凈化尚處于摸索階段。有研究報(bào)道，利用臭氧的氧化能力可凈化禽舍空氣[1]，并取得了顯著效果。20世紀(jì)70年代隨著光觸媒技術(shù)的興起和研究發(fā)展，其在抗菌、空氣凈化、水治理等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。索繼江等[2]將光觸媒應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，得出其具有殺菌作用；袁其剛[3]發(fā)現(xiàn)利用光觸媒技術(shù)能夠降低軌道交通車輛車廂內(nèi)甲醛和PM2.5的含量而且細(xì)菌數(shù)量明顯減少；李云輝等[4]將光觸媒技術(shù)應(yīng)用于污水治理也取得了顯著效果。但在畜禽舍中應(yīng)用空氣凈化設(shè)備的研究尚未得到突破性進(jìn)展，本課題組就高能光電除臭設(shè)備對豬舍空氣質(zhì)量、豬只健康和生產(chǎn)性能的影響已獲得初步的研究結(jié)果[5]。本研究采用課題組研制的2種空氣凈化設(shè)備即高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀應(yīng)用在雞舍，探討其在凈化空氣方面的效果，為生產(chǎn)中選擇應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備 高能光電除臭設(shè)備是利用不同波長的超短紫外線（UVC）光源使空氣中產(chǎn)生臭氧和原子氧，并利用臭氧和氧原子的強(qiáng)氧化性，來高效去除空氣中的有害物質(zhì)等；而光電除臭儀則是根據(jù)光觸媒二氧化鈦（TiO2）在紫外線的照射后，發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，激活材料表面吸附氧和水，形成強(qiáng)氧化性的氫氧自由基和活性氧，把空氣中游離的有害物質(zhì)如有害氣體、有機(jī)物、細(xì)菌及病毒分解成無害的二氧化碳和水[6]。高能光電除臭設(shè)備工作原理示意圖見圖1，光電除臭儀工作原理示意圖見圖2。

圖1 高能光電除臭設(shè)備工作原理示意圖

圖2 光電除臭儀工作原理示意圖

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀對定量氨氣（NH3）的凈化效果 制作一間密閉的小室，規(guī)格為1.98 m×2.5 m×1.9 m，將高能光電除臭設(shè)備、光電除臭儀置于其中。向室內(nèi)噴灑定量的氨水，分別制造高、中、低3個(gè)起始濃度，并用小型風(fēng)機(jī)使NH3分布均勻，使空氣凈化器運(yùn)行。采樣點(diǎn)選擇為四角中心五點(diǎn)采樣。高能光電除臭設(shè)備、光電除臭儀分別每隔3、15 min記錄溫濕度、風(fēng)速、NH3濃度并進(jìn)行分析。

1.2.2 設(shè)備對雞舍空氣凈化的研究 試驗(yàn)選擇建筑結(jié)構(gòu)相同、飼養(yǎng)管理水平一致的3棟肉雞舍，肉雞均為1～42日齡，一棟作為對照（1組），不使用空氣凈化設(shè)備，另外兩棟（2組、3組）分別使用高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀，均在08:00—20:00范圍內(nèi)每2 h運(yùn)行15 min，同時(shí)對舍內(nèi)空氣中的NH3、微粒、微生物進(jìn)行測定。

1.3 飼養(yǎng)管理 試驗(yàn)在焦作大用牧業(yè)有限公司進(jìn)行，飼養(yǎng)密度約為15只/m2。飼養(yǎng)采用玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧，其代謝能為12.62 MJ/kg，粗蛋白含量為20.83%。試驗(yàn)所用的每棟雞舍欄規(guī)格均為120 m×27 m，雞舍采取人工光照和機(jī)械通風(fēng)。試驗(yàn)雞均為高床平養(yǎng)，試驗(yàn)結(jié)束后一次性清糞。肉雞自由采食和飲水。試驗(yàn)雞舍樣式、布局以及采樣點(diǎn)如圖3所示，A、B、C、D、E為采樣點(diǎn)位置，設(shè)備位于E點(diǎn)位置。

1.4 指標(biāo)測定與方法

1.4.1 雞舍內(nèi)NH3和微粒的測定 空氣中的NH3、微粒分為2個(gè)階段進(jìn)行，第1階段連續(xù)5 d、第2階段連續(xù)3 d采樣測定。選擇有代表性的設(shè)備所在處及分散的四周共5個(gè)測定點(diǎn)進(jìn)行測定。 在第1階段的每個(gè)測量日08：00、14：00、20：00對各組進(jìn)行五點(diǎn)采樣，第2階段每隔2 h進(jìn)行采樣測定，NH3濃度使用便攜式測定儀（BW GasAlertMicro5 五合一氣體檢測儀購自美國Honeywell集團(tuán)下屬加拿大公司，NH3測量范圍：0～100 mg/m3，精度為0.1 mg/m3）進(jìn)行測量。微粒測定用北京聯(lián)誼興通用設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DS-21B粉塵采樣器進(jìn)行采樣。

圖3 試驗(yàn)雞舍樣式及布局

1.4.2 雞舍內(nèi)微生物的測定 分別在試驗(yàn)初始時(shí)、試驗(yàn)中期、試驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行微生物采樣。采樣點(diǎn)選擇為四角中心五點(diǎn)采樣。將提前準(zhǔn)備好的培養(yǎng)皿，用平板自然沉降法來測量肉雞舍微生物總數(shù)，采集結(jié)束進(jìn)行37℃恒溫培養(yǎng)。

空氣中微生物含量計(jì)算公式：P=5N/A×T其中，P為每立方米空氣中細(xì)菌的菌落數(shù)（×104/m3），N為平皿上的菌落數(shù)（個(gè)） ；A為平皿面積（cm2），T為平皿暴露時(shí)間（min）。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析 所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS17.0進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA），采用Duncan's進(jìn)行多重比較，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種設(shè)備對NH3降解效果 在3種不同起始濃度的密閉小室下進(jìn)行氨降解試驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示試驗(yàn)過程中溫?zé)嵋蛩貙y定結(jié)果沒有顯著影響。由圖4可知，高能光電除臭設(shè)備運(yùn)行15 min時(shí)，NH3濃度已經(jīng)得到有效降解。在5.80（高）、3.65（中）、2.47 mg/m3（低）3個(gè)不同起始濃度下，在運(yùn)行15、30 min后NH3降解率分別為52.33%、50.08%、51.68%和71.04%、66.47%、57.61%，運(yùn)行30 min以后NH3的降解速率幾乎不再變化，考慮到設(shè)備生成的臭氧在自然狀態(tài)下的分解速度，在實(shí)際生產(chǎn)中建議設(shè)備運(yùn)行15 min。由圖5可知，光電除臭儀在14.74（高）、6.54 mg/m3（中）、3.80 mg/m3（低）的初起始濃度下，運(yùn)行15、30 min后，NH3的降解率分別為38.89%、14.07%、23.95%和 51.42%、48.74%、40.00%，運(yùn)行2.5 h時(shí)，不同起始濃度的NH3降解率分別為89.7%、93.0%、88.0%，光電除臭儀對NH3降解在2.5 h時(shí)已達(dá)到理想效果。因此，試驗(yàn)期間2種空氣凈化器的運(yùn)行時(shí)間選定為15 min。

圖4 高能光電除臭設(shè)備對NH3的降解效果

2.2 2種設(shè)備對雞舍空氣凈化效果比較

2.2.1 雞舍內(nèi)NH3濃度的變化 由表1可知，2組和3組在試驗(yàn)第1階段08:00、14:00、20:00的平均NH3濃度和測定期間的總平均濃度均顯著低于1組（P＜0.05），且2組在不同時(shí)間的平均NH3濃度和總平均濃度顯著低于3組（P＜0.05）。由圖6可知，2組和3組的NH3濃度始終低于1組，且2組始終低于3組；2組和3組較1組分別有效降低NH3濃度46.14%、20.26%；在08:00—14:00各組NH3濃度呈降低趨勢，14:00—04:00呈逐漸上升的趨勢。

2.2.2 微粒濃度的變化 由表2可知，2組和3組在試驗(yàn)第1階段08:00、14:00、20:00的平均微粒濃度和總平均濃度均顯著低于1組（P＜0.05），且2組在不同時(shí)間的平均微粒濃度和總平均濃度顯著低于3組（P＜0.05）。由圖7可知，在試驗(yàn)第2階段的連續(xù)24 h測定中，2組的微粒濃度均低于1組和3組；除04:00測定的微粒濃度外，其余時(shí)間3組微粒濃度均低于1組，這可能是由于04:00飼養(yǎng)員巡視雞群造成雞群躁動(dòng)所致。

2.2.3 微生物濃度的變化 由表3可知，在試驗(yàn)前期微生物數(shù)量差異不大，在使用空氣凈化器后，試驗(yàn)中期和試驗(yàn)后期2組的微生物數(shù)量顯著低于1組和3組（P＜0.05），且3組顯著低于1組（P＜0.05）。

圖5 光電除臭儀對NH3的降解效果

表1 雞舍空氣中的NH3濃度 mg/m3

圖6 24 h內(nèi)的NH3濃度的變化

圖7 24 h內(nèi)的微粒濃度變化

表2 雞舍內(nèi)微粒濃度 mg/m3

表3 雞舍內(nèi)空氣中微生物數(shù)量 104/m3

3 討 論

據(jù)資料分析表明，家畜的生產(chǎn)力大約20%取決于遺傳，40%～50%取決于營養(yǎng)，30%～40%取決于環(huán)境條件。因此，雞舍內(nèi)空氣質(zhì)量的改善能夠在一定程度上降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1]。雞舍內(nèi)NH3的大量聚集會抑制肉雞的生長，并對肉雞日常行為的正常表達(dá)產(chǎn)生一定的影響，從而影響肉雞的健康與福利[7]。利用臭氧的強(qiáng)氧化性，高能光電除臭設(shè)備產(chǎn)生的臭氧能夠有效降低畜禽舍內(nèi)的NH3濃度[5]。光觸媒能夠降解空氣中NH3濃度90%以上[8]，這與在光觸媒TiO2表面光催化氧化NH3生成NO2-/NO3-分解NH3有關(guān)[9]。本試驗(yàn)中使用高能光電除臭設(shè)備和光電除臭儀均能有效降低雞舍NH3濃度，且高能光電除臭設(shè)備降低NH3濃度效果優(yōu)于光電除臭儀。

畜禽舍空氣中的微粒，少量是在通風(fēng)換氣中由外界大氣帶入，而大部分來自生產(chǎn)管理。微粒不僅會造成畜禽的呼吸道疾病，而且會誘發(fā)一些飼養(yǎng)員出現(xiàn)急性和慢性呼吸系統(tǒng)癥狀，甚至影響肺功能[10]。高能光電除臭設(shè)備產(chǎn)生的臭氧和原子氧極為活潑，在其作用下，由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的微粒被分解為二氧化碳和水，目前使用高能光電除臭設(shè)備降低畜舍微粒已取得初步成效[5]。使用光觸媒能夠降低空氣中微粒濃度[11]，這可能與其激發(fā)后產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的氫氧自由基和活性氧有關(guān)[12]。

張永東等[13]進(jìn)行了臭氧對肉雞的毒性試驗(yàn)，初步確定利用臭氧進(jìn)行畜禽舍帶動(dòng)物消毒是安全的。有研究表明，臭氧對空氣自然菌的消毒殺菌效果隨著通入臭氧時(shí)間的增加而有明顯的提高[14]，這可能和臭氧能直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，使細(xì)菌、病毒的新陳代謝和繁殖過程遭到破壞有關(guān)。另外，利用光觸媒在環(huán)境抗菌、提高空氣質(zhì)量方面前景非常廣闊[15]。試驗(yàn)中高能光電除臭設(shè)備組和光電除臭儀均能有效降低微生物濃度，且前者效果更加明顯。

4 結(jié) 論

高能光電除臭設(shè)備、光電除臭儀均能夠顯著降低雞舍NH3濃度、微粒數(shù)量和微生物濃度，改善雞舍空氣質(zhì)量，且高能光電除臭設(shè)備應(yīng)用效果顯著優(yōu)于光電除臭儀。因此，高能光電除臭設(shè)備在雞舍的空氣凈化效果方面更佳。

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S831.4

A

10.19556/j.0258-7033.2017-05-127

2016-12-03；

2017-02-23

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計(jì)劃課題（2012BAD 39B02）

楊立強(qiáng)（1990-），男，河南周口人，碩士研究生，研究方向?yàn)樾笄莪h(huán)境生理環(huán)境工程，E-mail：18238802736 @163.com

* 通訊作者：趙芙蓉（1964-），女，河南開封人，教授，研究方向?yàn)樾笄莪h(huán)境工程，E-mail：zhaofur@sina.com