張志勇，樊士冉，鄧啟偉，吳彥強(qiáng)，劉 聰

（新希望六和股份有限公司，山東 青島 266000）

引言

豬舍通風(fēng)對(duì)調(diào)控舍內(nèi)溫濕度、改善舍內(nèi)空氣質(zhì)量及保證豬只健康水平起到了非常重要的作用。由于我國(guó)豬場(chǎng)大部分處于溫帶、亞熱帶氣候類(lèi)型區(qū)域，夏季普遍較為炎熱，“風(fēng)機(jī)+濕簾”降溫的機(jī)械負(fù)壓通風(fēng)模式在我國(guó)規(guī)模化豬場(chǎng)得以普遍采用。負(fù)壓通風(fēng)的前提條件是豬舍具備相對(duì)密閉的空間，負(fù)壓風(fēng)機(jī)強(qiáng)行將舍內(nèi)的空氣排出，在豬舍內(nèi)形成負(fù)壓環(huán)境，舍外空氣經(jīng)通風(fēng)口由舍外自然進(jìn)入舍內(nèi)。

在所有傳染性病原體中，通過(guò)空氣進(jìn)行傳播的病原體是最難控制的?？諝鈧鞑魅拘圆≡w的速度使其難以控制和防范，現(xiàn)已證明，空氣傳播是許多豬只疾病傳播的重要途徑。豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）和豬流行性腹瀉病毒（PEDV）等病毒已驗(yàn)證可以由空氣進(jìn)行傳播。在高密度、高風(fēng)險(xiǎn)的養(yǎng)殖區(qū)域，管控空氣傳播疾病的問(wèn)題尤為突出。

因此，養(yǎng)豬行業(yè)內(nèi)已普遍使用空氣過(guò)濾系統(tǒng)作為安全防疫系統(tǒng)的最后一道防線(xiàn)?？諝膺^(guò)濾系統(tǒng)對(duì)于切斷病原體的空氣傳播途徑，降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)起到了十分重要的作用。在美國(guó)明尼蘇達(dá)州的高密度養(yǎng)殖區(qū)，經(jīng)空氣過(guò)濾的公豬舍可以連續(xù)6年保持PRRSV陰性，經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾的母豬場(chǎng)可以連續(xù)3年保持無(wú)感染。

然而，目前養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)對(duì)于如何正確使用空氣過(guò)濾系統(tǒng)仍缺乏足夠的認(rèn)知，正確使用空氣過(guò)濾對(duì)預(yù)防空氣傳播類(lèi)疾病乃至整個(gè)豬場(chǎng)的生物安全防控至關(guān)重要。

1 空氣過(guò)濾器等級(jí)選擇

常見(jiàn)的一些豬只病毒的粒徑如表1所示。

表1 常見(jiàn)病毒的粒徑范圍示例

不同病毒的粒徑各異，以非洲豬瘟病毒為例，是一種巨大而復(fù)雜的病毒，但其粒徑也僅有0.2 μm左右。但是通常認(rèn)為病原微生物極少單個(gè)存在，即使存在，也極易被紫外線(xiàn)等殺死，存活時(shí)間極短，大部分只能依附于載體上在大氣中懸浮。因此，通常情況下認(rèn)為空氣過(guò)濾系統(tǒng)并非直接過(guò)濾掉病原體，而是過(guò)濾出病原體的傳播媒介物：塵埃顆?；蛘咂渌麣馊苣z?？諝膺^(guò)濾的機(jī)理主要分為以下幾種：

（1）攔截效應(yīng)：當(dāng)某一粒徑的粒子運(yùn)動(dòng)到過(guò)濾纖維表面附近時(shí)，其中心線(xiàn)到纖維表面的距離小于微粒半徑，灰塵粒子就會(huì)被濾料纖維攔截而沉積下來(lái)；

（2）慣性效應(yīng)：當(dāng)微粒質(zhì)量較大或速度較快時(shí)，由于慣性而碰撞在纖維表面沉積下來(lái)；

（3）擴(kuò)散效應(yīng)：小粒徑的粒子布朗運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)而容易碰撞到纖維表面上；

（4）重力效應(yīng)：微粒通過(guò)纖維層時(shí)，因重力沉降而沉積在纖維上；

（5）靜電效應(yīng)：纖維或粒子都可能帶電荷，產(chǎn)生吸引微粒的靜電效應(yīng)，而將粒子吸到纖維表面上。

與此同時(shí)，環(huán)境中常見(jiàn)的顆粒粒徑如表2所示。

表2 環(huán)境中不同顆粒類(lèi)型的粒徑

由此可見(jiàn)，大氣環(huán)境中存在大量的不同粒徑的顆粒。如PM2.5，指的是環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5 μm的顆粒物。

對(duì)于不同粒徑顆粒攜帶病毒的情況，Carmen Alonso等人進(jìn)行了相關(guān)的研究，以PRRSV和PEDV為例，不同顆粒粒徑下每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)如表3所示。

表3 不同顆粒粒徑下PRRSV和PEDV每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)

由表3可以看到，在0.4～10 μm的各個(gè)粒徑范圍內(nèi)，均可發(fā)現(xiàn)可通過(guò)空氣傳播的病毒，且隨著顆粒粒徑變大，病毒的含量明顯增多。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，不同過(guò)濾器等級(jí)對(duì)三種粒徑范圍的最小收集效率（ASHRAE 52.2，2012）如表4所示。

表4 不同空氣過(guò)濾等級(jí)下的顆粒收集效率（E1，E2和E3）

根據(jù)大氣環(huán)境中常見(jiàn)的顆粒尺寸情況，以及不同等級(jí)過(guò)濾器的過(guò)濾效率的情況，單純的MERV8等級(jí)的空氣過(guò)濾器對(duì)3 μm以下的顆?；旧蠠o(wú)過(guò)濾效果。對(duì)于在惡劣環(huán)境下的空氣過(guò)濾器，通常應(yīng)選擇MERV14或者M(jìn)ERV16過(guò)濾器作為主過(guò)濾器。常見(jiàn)做法是使用兩個(gè)過(guò)濾器組合，比如采用MERV8等級(jí)的過(guò)濾器作為預(yù)過(guò)濾器，用以去除空氣中的較大顆粒以延長(zhǎng)主過(guò)濾器的使用壽命，預(yù)過(guò)濾器通常每6～12個(gè)月更換一次。采用MERV14或者M(jìn)ERV16的過(guò)濾器作為主過(guò)濾器，用于去除攜帶PRRSV和PEDV的空氣顆粒，主過(guò)濾器可以使用大約三年的時(shí)間，取決于現(xiàn)場(chǎng)的工況以及制造商的生產(chǎn)水平。

2 負(fù)壓豬舍氣密性研究

沒(méi)有一個(gè)豬舍是可以實(shí)現(xiàn)完全密封的?？諝鈺?huì)通過(guò)計(jì)劃的入口（如吊頂小窗、空氣過(guò)濾墻）進(jìn)入，也會(huì)通過(guò)非計(jì)劃的入口滲漏進(jìn)入豬舍。Zhang和Barber將豬舍的滲漏分為三種類(lèi)型：

（1）來(lái)自臨近房間的污染空氣滲漏到建筑物內(nèi)部降低空氣質(zhì)量；

（2）建筑物外界的新鮮空氣進(jìn)入房間，可能會(huì)引起“賊風(fēng)”及增加加熱成本；

（3）外部新鮮空氣通過(guò)排氣風(fēng)扇周?chē)陌j(luò)開(kāi)口泄漏到房間內(nèi)，并通過(guò)風(fēng)扇排出而不混合在內(nèi)部空氣中導(dǎo)致通風(fēng)效果降低。

三種泄露方式都會(huì)影響通風(fēng)性能及豬舍空氣的可控性。保持豬舍空間的相對(duì)密閉性及減少豬舍空氣的泄露對(duì)于豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的生物安全至關(guān)重要。同時(shí)，Zhang和Barber提到，在低氣壓下的畜禽舍的滲透特性在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中比高氣壓下更重要。在寒冷季節(jié)的通風(fēng)過(guò)程中，設(shè)計(jì)空氣流量最小，使得難以在畜禽舍內(nèi)保持所需的靜壓差。滲透/非計(jì)劃的空氣進(jìn)入房間進(jìn)一步降低了壓力差，這會(huì)對(duì)豬舍內(nèi)新鮮空氣的分布以及豬舍空氣的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，關(guān)于滲透/泄漏的精確數(shù)據(jù)在畜禽舍通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中非常重要。

MERV8等級(jí)的空氣過(guò)濾器可單獨(dú)使用，也可以作為預(yù)過(guò)濾器對(duì)下一級(jí)過(guò)濾器起保護(hù)作用，比如可與MERV14或者M(jìn)ERV16串聯(lián)使用。不同粒徑范圍顆粒對(duì)不同等級(jí)組合的空氣過(guò)濾器滲透率如表5所示（數(shù)據(jù)取自 ASHRAE 52.2，2012）。需要注意的是，滲透率的計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，實(shí)際的滲透率情況根據(jù)制造商的生產(chǎn)水平會(huì)有相應(yīng)的浮動(dòng)。同時(shí)提高空氣過(guò)濾等級(jí)，會(huì)增加通風(fēng)的阻力，導(dǎo)致室內(nèi)外靜壓差增大，這一方面會(huì)降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，另一方面會(huì)增加未過(guò)濾的空氣通過(guò)豬舍縫隙進(jìn)入舍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)，如果出現(xiàn)這就意味著空氣過(guò)濾系統(tǒng)失去意義了。下面對(duì)于采用不同過(guò)濾等級(jí)的過(guò)濾器下進(jìn)入豬舍的病毒濃度進(jìn)行計(jì)算。

表5 不同顆粒粒徑范圍對(duì)不同過(guò)濾器等級(jí)的滲透率 %

取豬舍內(nèi)病毒濃度參數(shù)作為衡量豬舍過(guò)濾效果的主要指標(biāo)。取每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)作為衡量病毒濃度的指標(biāo)，環(huán)境中的病毒可通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后或經(jīng)過(guò)滲漏進(jìn)入豬舍內(nèi)。在文中以PRRSV為例，設(shè)定環(huán)境中三種粒徑每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)總共為100；0.3～1 μm的顆粒每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)為C1；1～3 μm的顆粒每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)為C2；3～10 μm的顆粒每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)為C3，如公式（1）所示。文中C1、C2、C3分別設(shè)為10、10、80，數(shù)據(jù)取自于K. A. Janni等人的研究，具體環(huán)境中的病毒濃度需依據(jù)環(huán)境情況進(jìn)行選擇。

以某豬場(chǎng)妊娠舍為例進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。豬舍內(nèi)部空間的長(zhǎng)度為69.6 m，寬度為36.6 m，吊頂高度為2.4 m，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的情況下最大豬只數(shù)量為1 200頭。在冬季通風(fēng)模式下，按照每頭豬20 m3/h的需求進(jìn)行計(jì)算，需要的最小換氣量為24 000 m3/h。

根據(jù)Jadhav等人測(cè)得的妊娠舍的相應(yīng)泄露數(shù)據(jù)，K. A. Janni等人將3 000頭母豬場(chǎng)的泄露量Qin，leak與豬舍負(fù)壓的關(guān)系建立一回歸方程，豬舍泄露量與豬舍負(fù)壓Pfan的關(guān)系如公式所示：

其中：

Pfan——豬舍負(fù)壓，單位為pa；

Qin，leak——豬舍泄漏量，單位為m3/s。

豬舍負(fù)壓的測(cè)量方式如圖1所示，采用負(fù)壓計(jì)的型號(hào)為德圖testo 510。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)負(fù)壓檢測(cè)示意圖

分別測(cè)量24 000m3/h的換氣量下，不同過(guò)濾等級(jí)豬舍的負(fù)壓水平，并根據(jù)負(fù)壓按照公式（2）計(jì)算泄漏量與泄漏量的占比，如表6所示。

由表6發(fā)現(xiàn)，在一定的換氣量情況下，采用更高等級(jí)的過(guò)濾器會(huì)造成豬舍內(nèi)負(fù)壓的增大以及泄漏量的增加。

表6 不同過(guò)濾等級(jí)過(guò)濾器對(duì)應(yīng)豬舍負(fù)壓以及泄漏量情況

結(jié)合不同顆粒粒徑范圍對(duì)不同過(guò)濾器等級(jí)的滲透率、不同顆粒粒徑范圍對(duì)應(yīng)的病毒核酸的拷貝數(shù)以及不同過(guò)濾器等級(jí)豬舍的泄露情況，計(jì)算進(jìn)入豬舍內(nèi)空氣每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)，相同通風(fēng)量情況下采用不同過(guò)濾器等級(jí)進(jìn)入豬舍的病毒核酸拷貝數(shù)如公式（3）所示。

式中：

Cin,j——采用第j種空氣過(guò)濾器等級(jí)進(jìn)入豬舍的每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)；j=1，采用MERV8等級(jí)；j=2，采用MERV8+ MERV14等級(jí)；j=3，采用MERV8+ MERV16等級(jí)；

Pleak,j——采用第j種空氣過(guò)濾器等級(jí)豬舍的泄漏量占比；

Pfilter,j——采用第j種空氣過(guò)濾器等級(jí)豬舍經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的通風(fēng)量占比；且Pfilter,j=1-Pfilter,j；

Pi,j——采用第j種空氣過(guò)濾器等級(jí)對(duì)第i種顆粒尺寸范圍的滲透率

根據(jù)公式（3），不同過(guò)濾器等級(jí)在相同通風(fēng)量情況下進(jìn)入豬舍的每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)如表7所示。

表7 不同過(guò)濾器等級(jí)在相同通風(fēng)量情況下進(jìn)入豬舍的每立方米的病毒核酸拷貝數(shù)

根據(jù)以上計(jì)算可發(fā)現(xiàn)：采用更高等級(jí)的過(guò)濾器配置，不一定會(huì)起到更好的過(guò)濾效果，可能由于豬舍內(nèi)負(fù)壓增大，導(dǎo)致通過(guò)非可控入口進(jìn)入豬舍的空氣量增加，造成更大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，負(fù)壓通風(fēng)的豬舍對(duì)于密封性的要求極高，應(yīng)盡可能保證豬舍的密閉性以減少豬舍的泄漏量。尤其需要對(duì)各連接處加以檢測(cè)，比如屋面和墻面交接處、墻角處、豬舍門(mén)窗、過(guò)濾器與吊頂連接處等。對(duì)于漏風(fēng)處需及時(shí)排查并進(jìn)行補(bǔ)漏處理。

3 粉塵顆粒的控制

粉塵顆粒的控制對(duì)于豬舍內(nèi)環(huán)境的控制至關(guān)重要，任何旨在減少空氣中空氣顆粒數(shù)量的措施都可直接降低空氣傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)。這些顆粒的組成和粒徑分布將影響疾病的傳播動(dòng)力學(xué)，包括吸入過(guò)程中宿主體內(nèi)的沉積部位、病原體在空氣中停留的時(shí)間和傳輸距離，以及病原體的存活性和傳染性。

豬舍內(nèi)的粉塵主要來(lái)源于：（1）顆粒料的飼料粉塵，在料線(xiàn)系統(tǒng)供料或者豬只進(jìn)食的過(guò)程中會(huì)有飼料粉塵飄散在空中；（2）豬舍清掃過(guò)程中形成的粉塵；（3）豬群躁動(dòng)、運(yùn)動(dòng)或者打架斗毆等產(chǎn)生的粉塵。針對(duì)此，需要做到以下幾點(diǎn)：（1）控制豬舍合理濕度，豬舍濕度過(guò)低，容易產(chǎn)生粉塵，且懸浮在豬舍的時(shí)間較長(zhǎng)；建議相對(duì)濕度控制在60%左右為宜。（2）保證通風(fēng)，通過(guò)空氣的流通減少豬舍內(nèi)的粉塵量。（3）加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，控制飼養(yǎng)密度，減少豬只爭(zhēng)斗；合理喂食，避免飼料剩余，有條件的情況下進(jìn)行濕料飼喂等。

對(duì)于豬舍外大環(huán)境的粉塵顆?？刂菩枰⒁庖韵聨c(diǎn)：（1）豬舍周邊的道路盡可能硬化；（2）豬舍外部設(shè)置圍墻，并保證足夠的高度；（3）對(duì)豬舍外部的道路及時(shí)清掃，在干燥少雨的季節(jié)，經(jīng)常性進(jìn)行灑水作業(yè)，避免塵土上揚(yáng)等。

4 總結(jié)

文章針對(duì)負(fù)壓通風(fēng)模式下豬舍的空氣過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究，通過(guò)對(duì)環(huán)境中顆粒的分布情況、帶病毒粒子的顆粒粒徑情況，確定了空氣過(guò)濾器的等級(jí)選擇原則，并建立模型對(duì)不同過(guò)濾等級(jí)情況下進(jìn)入豬舍的病毒核酸拷貝數(shù)進(jìn)行分析。提出了負(fù)壓通風(fēng)模式下影響空氣過(guò)濾使用效果的因素并提出相應(yīng)的改善舉措。對(duì)于保證負(fù)壓通風(fēng)模式下空氣過(guò)濾器的使用效果有著極為重要的指導(dǎo)作用。文章對(duì)于進(jìn)入豬舍的空氣病毒核酸拷貝數(shù)的計(jì)算是建立在假定的病毒濃度分布，且豬舍的泄漏量根據(jù)已有的公式進(jìn)行計(jì)算，在豬場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算，以達(dá)到更好的指導(dǎo)意義。