不同空气净化设备对鸡舍空气净化效果的比较研究

杨立强，施正香，赵芙蓉*，荆凯凯，宁芳芳，祁艳霞

（1.河南科技大学动物科技学院，河南洛阳 471003；2. 中国农业大学水利与土木工程学院，农业部设施农业工程重点实验室，北京 100083）

不同空气净化设备对鸡舍空气净化效果的比较研究

杨立强1，施正香2，赵芙蓉1*，荆凯凯1，宁芳芳1，祁艳霞1

（1.河南科技大学动物科技学院，河南洛阳 471003；2. 中国农业大学水利与土木工程学院，农业部设施农业工程重点实验室，北京 100083）

试验旨在研究高能光电除臭设备和光电除臭仪对鸡舍空气净化效果，为养鸡生产提供更佳的空气净化设备。首先测试2种设备对氨气的降解效果，在此基础上将设备应用于鸡舍进行空气净化效果的研究。选择建筑结构相同、饲养管理水平一致的3栋肉鸡舍，一栋作为对照（1组），不使用空气净化设备，另外两栋（2组、3组）分别使用高能光电除臭设备和光电除臭仪，在08:00—20:00每2 h运行15 min，试验期间对舍内的氨气、微粒和微生物进行测定。结果表明：在无畜无禽状态下，高能光电除臭设备在5.80 （高）、3.65（中）、2.47 mg/m3（低）的初起始浓度下，在设备运行15、30 min 后，氨气的降解率分别为52.33%、50.08%、51.68%和71.04%、66.47%、57.61%；光电除臭仪在14.74（高）、6.54（中）、3.80 mg/m3（低）的初起始浓度下，设备运行15、30 min后，氨气的降解率分别达38.89%、14.07%、23.95%和51.42%、48.74%、40.00%；在鸡舍试验期间空气净化设备显著影响舍内的空气质量， 2组、3组氨气、微粒浓度均显著低于1组（P＜0.05），并且2组的氨气、微粒浓度显著低于3组（P＜0.05）。在试验中期和后期， 2组和3组的微生物数量较1组显著降低（P＜0.05），且2组的微生物数量显著低于3组（P＜0.05）。因此，高能光电除臭设备和光电除臭仪均能改善鸡舍空气质量，并且前者效果优于后者。

高能光电除臭设备；光电除臭仪；鸡舍；氨气；微粒；微生物

近年来，人们对动物福利和环境保护日益重视，目前对于改善畜禽舍内空气质量的方法主要包括通风、饲粮调控、空气电净化等，但在带畜带禽状态下进行大范围净化尚处于摸索阶段。有研究报道，利用臭氧的氧化能力可净化禽舍空气[1]，并取得了显著效果。20世纪70年代随着光触媒技术的兴起和研究发展，其在抗菌、空气净化、水治理等领域有了广泛的应用。索继江等[2]将光触媒应用于医学，得出其具有杀菌作用；袁其刚[3]发现利用光触媒技术能够降低轨道交通车辆车厢内甲醛和PM2.5的含量而且细菌数量明显减少；李云辉等[4]将光触媒技术应用于污水治理也取得了显著效果。但在畜禽舍中应用空气净化设备的研究尚未得到突破性进展，本课题组就高能光电除臭设备对猪舍空气质量、猪只健康和生产性能的影响已获得初步的研究结果[5]。本研究采用课题组研制的2种空气净化设备即高能光电除臭设备和光电除臭仪应用在鸡舍，探讨其在净化空气方面的效果，为生产中选择应用提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验设备 高能光电除臭设备是利用不同波长的超短紫外线（UVC）光源使空气中产生臭氧和原子氧，并利用臭氧和氧原子的强氧化性，来高效去除空气中的有害物质等；而光电除臭仪则是根据光触媒二氧化钛（TiO2）在紫外线的照射后，发生强烈的氧化还原反应，激活材料表面吸附氧和水，形成强氧化性的氢氧自由基和活性氧，把空气中游离的有害物质如有害气体、有机物、细菌及病毒分解成无害的二氧化碳和水[6]。高能光电除臭设备工作原理示意图见图1，光电除臭仪工作原理示意图见图2。

图1 高能光电除臭设备工作原理示意图

图2 光电除臭仪工作原理示意图

1.2 试验设计

1.2.1 高能光电除臭设备和光电除臭仪对定量氨气（NH3）的净化效果 制作一间密闭的小室，规格为1.98 m×2.5 m×1.9 m，将高能光电除臭设备、光电除臭仪置于其中。向室内喷洒定量的氨水，分别制造高、中、低3个起始浓度，并用小型风机使NH3分布均匀，使空气净化器运行。采样点选择为四角中心五点采样。高能光电除臭设备、光电除臭仪分别每隔3、15 min记录温湿度、风速、NH3浓度并进行分析。

1.2.2 设备对鸡舍空气净化的研究 试验选择建筑结构相同、饲养管理水平一致的3栋肉鸡舍，肉鸡均为1～42日龄，一栋作为对照（1组），不使用空气净化设备，另外两栋（2组、3组）分别使用高能光电除臭设备和光电除臭仪，均在08:00—20:00范围内每2 h运行15 min，同时对舍内空气中的NH3、微粒、微生物进行测定。

1.3 饲养管理 试验在焦作大用牧业有限公司进行，饲养密度约为15只/m2。饲养采用玉米-豆粕型基础日粮，其代谢能为12.62 MJ/kg，粗蛋白含量为20.83%。试验所用的每栋鸡舍栏规格均为120 m×27 m，鸡舍采取人工光照和机械通风。试验鸡均为高床平养，试验结束后一次性清粪。肉鸡自由采食和饮水。试验鸡舍样式、布局以及采样点如图3所示，A、B、C、D、E为采样点位置，设备位于E点位置。

1.4 指标测定与方法

1.4.1 鸡舍内NH3和微粒的测定 空气中的NH3、微粒分为2个阶段进行，第1阶段连续5 d、第2阶段连续3 d采样测定。选择有代表性的设备所在处及分散的四周共5个测定点进行测定。 在第1阶段的每个测量日08：00、14：00、20：00对各组进行五点采样，第2阶段每隔2 h进行采样测定，NH3浓度使用便携式测定仪（BW GasAlertMicro5 五合一气体检测仪购自美国Honeywell集团下属加拿大公司，NH3测量范围：0～100 mg/m3，精度为0.1 mg/m3）进行测量。微粒测定用北京联谊兴通用设备有限公司生产的DS-21B粉尘采样器进行采样。

图3 试验鸡舍样式及布局

1.4.2 鸡舍内微生物的测定 分别在试验初始时、试验中期、试验结束时进行微生物采样。采样点选择为四角中心五点采样。将提前准备好的培养皿，用平板自然沉降法来测量肉鸡舍微生物总数，采集结束进行37℃恒温培养。

空气中微生物含量计算公式：P=5N/A×T其中，P为每立方米空气中细菌的菌落数（×104/m3），N为平皿上的菌落数（个） ；A为平皿面积（cm2），T为平皿暴露时间（min）。

1.5 统计分析 所有试验数据应用SPSS17.0进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），采用Duncan's进行多重比较，数据以平均值±标准差表示，以P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 2种设备对NH3降解效果 在3种不同起始浓度的密闭小室下进行氨降解试验，数据显示试验过程中温热因素对测定结果没有显著影响。由图4可知，高能光电除臭设备运行15 min时，NH3浓度已经得到有效降解。在5.80（高）、3.65（中）、2.47 mg/m3（低）3个不同起始浓度下，在运行15、30 min后NH3降解率分别为52.33%、50.08%、51.68%和71.04%、66.47%、57.61%，运行30 min以后NH3的降解速率几乎不再变化，考虑到设备生成的臭氧在自然状态下的分解速度，在实际生产中建议设备运行15 min。由图5可知，光电除臭仪在14.74（高）、6.54 mg/m3（中）、3.80 mg/m3（低）的初起始浓度下，运行15、30 min后，NH3的降解率分别为38.89%、14.07%、23.95%和 51.42%、48.74%、40.00%，运行2.5 h时，不同起始浓度的NH3降解率分别为89.7%、93.0%、88.0%，光电除臭仪对NH3降解在2.5 h时已达到理想效果。因此，试验期间2种空气净化器的运行时间选定为15 min。

图4 高能光电除臭设备对NH3的降解效果

2.2 2种设备对鸡舍空气净化效果比较

2.2.1 鸡舍内NH3浓度的变化 由表1可知，2组和3组在试验第1阶段08:00、14:00、20:00的平均NH3浓度和测定期间的总平均浓度均显著低于1组（P＜0.05），且2组在不同时间的平均NH3浓度和总平均浓度显著低于3组（P＜0.05）。由图6可知，2组和3组的NH3浓度始终低于1组，且2组始终低于3组；2组和3组较1组分别有效降低NH3浓度46.14%、20.26%；在08:00—14:00各组NH3浓度呈降低趋势，14:00—04:00呈逐渐上升的趋势。

2.2.2 微粒浓度的变化 由表2可知，2组和3组在试验第1阶段08:00、14:00、20:00的平均微粒浓度和总平均浓度均显著低于1组（P＜0.05），且2组在不同时间的平均微粒浓度和总平均浓度显著低于3组（P＜0.05）。由图7可知，在试验第2阶段的连续24 h测定中，2组的微粒浓度均低于1组和3组；除04:00测定的微粒浓度外，其余时间3组微粒浓度均低于1组，这可能是由于04:00饲养员巡视鸡群造成鸡群躁动所致。

2.2.3 微生物浓度的变化 由表3可知，在试验前期微生物数量差异不大，在使用空气净化器后，试验中期和试验后期2组的微生物数量显著低于1组和3组（P＜0.05），且3组显著低于1组（P＜0.05）。

图5 光电除臭仪对NH3的降解效果

表1 鸡舍空气中的NH3浓度 mg/m3

图6 24 h内的NH3浓度的变化

图7 24 h内的微粒浓度变化

表2 鸡舍内微粒浓度 mg/m3

表3 鸡舍内空气中微生物数量 104/m3

3 讨 论

据资料分析表明，家畜的生产力大约20%取决于遗传，40%～50%取决于营养，30%～40%取决于环境条件。因此，鸡舍内空气质量的改善能够在一定程度上降低生产成本，提高产品质量，带来显著的经济效益[1]。鸡舍内NH3的大量聚集会抑制肉鸡的生长，并对肉鸡日常行为的正常表达产生一定的影响，从而影响肉鸡的健康与福利[7]。利用臭氧的强氧化性，高能光电除臭设备产生的臭氧能够有效降低畜禽舍内的NH3浓度[5]。光触媒能够降解空气中NH3浓度90%以上[8]，这与在光触媒TiO2表面光催化氧化NH3生成NO2-/NO3-分解NH3有关[9]。本试验中使用高能光电除臭设备和光电除臭仪均能有效降低鸡舍NH3浓度，且高能光电除臭设备降低NH3浓度效果优于光电除臭仪。

畜禽舍空气中的微粒，少量是在通风换气中由外界大气带入，而大部分来自生产管理。微粒不仅会造成畜禽的呼吸道疾病，而且会诱发一些饲养员出现急性和慢性呼吸系统症状，甚至影响肺功能[10]。高能光电除臭设备产生的臭氧和原子氧极为活泼，在其作用下，由碳氢化合物构成的微粒被分解为二氧化碳和水，目前使用高能光电除臭设备降低畜舍微粒已取得初步成效[5]。使用光触媒能够降低空气中微粒浓度[11]，这可能与其激发后产生的强氧化性的氢氧自由基和活性氧有关[12]。

张永东等[13]进行了臭氧对肉鸡的毒性试验，初步确定利用臭氧进行畜禽舍带动物消毒是安全的。有研究表明，臭氧对空气自然菌的消毒杀菌效果随着通入臭氧时间的增加而有明显的提高[14]，这可能和臭氧能直接与细菌、病毒发生作用，使细菌、病毒的新陈代谢和繁殖过程遭到破坏有关。另外，利用光触媒在环境抗菌、提高空气质量方面前景非常广阔[15]。试验中高能光电除臭设备组和光电除臭仪均能有效降低微生物浓度，且前者效果更加明显。

4 结 论

高能光电除臭设备、光电除臭仪均能够显著降低鸡舍NH3浓度、微粒数量和微生物浓度，改善鸡舍空气质量，且高能光电除臭设备应用效果显著优于光电除臭仪。因此，高能光电除臭设备在鸡舍的空气净化效果方面更佳。

[ 1 ]朱汉衡. 臭氧技术在家禽中的应用[J]. 中国家禽, 2001, 23(7):41-41.

[ 2 ]索继江, 刘钰, 邢玉斌, 等. 纳米光触媒杀菌抑菌效果及临床试验研究[J]. 中华医院感染学杂志, 2008, 28(4):1387-1389.

[ 3 ]袁其刚.光触媒技术在轨道交通车辆车厢内空气治理中的应用[J]. 城市轨道交通研究, 2014, 17(1):107-110.

[ 4 ]李云辉, 刘晓秋, 任敏, 等. 磁分离光触媒的制备及其在污水处理中的应用[J]. 材料科学与工艺, 2006, 14(3):326-329.

[ 5 ]荆凯凯, 施正香, 武晓红, 等. 高能光电除臭设备对猪舍空气净化效果的研究[J]. 中国畜牧杂志, 2015, 51(23):72-75.

[ 6 ]黄绳纪, 陈城基. 光触媒在空气净化中的应用[J]. 广州化工, 2004, 32(3):17-19.

[ 7 ]李东卫, 卢庆萍, 白水莉, 等.模拟条件下鸡舍氨气浓度对肉鸡生长性能和日常行为的影响[J]. 动物营养学报, 2012, 24(2):322-326.

[ 8 ]唐玄乐, 史力田, 贾莉, 等.光触媒降除空气污染物效果评价[J].中国公共卫生, 2007, 23(10):1190-1191.

[ 9 ]Lee J, Park H, Choi W. Selective photocatalytic oxidation of NH3to N2on platinized TiO2in water[J]. Environ Sci Technol, 2002, 36(24):5462-5468.

[ 10 ]Donham K J, Cumro D, Reynolds S J,et al. Dose-response relationships between occupational aerosol exposures and cross-shift declines of lung function in poultry workers: recommendations for exposure limits [J]. J Occup Environ Med, 2000, 42(3):260-269.

[ 11 ]Costa A, Chiarello G L, Selli E,et al. Effects of TiO2 based photocatalytic paint on concentrations and emissions of pollutants and on animal performance in a swine weaning unit [J]. J Environ Manage, 2012, 96(1):86-90.

[ 12 ]宁芳芳, 施正香, 荆凯凯, 等. 光触媒空气净化器对猪舍空气质量和猪生产性能的影响[J]. 家畜生态学报, 2015, 36(7):47-50.

[ 13 ]张永东, 李玉冰, 许剑琴. 臭氧对肉鸡的毒性试验[J]. 中国兽医杂志, 2011, 47(4):38-40.

[ 14 ]李玉冰, 张永东, 张凡建,等. 臭氧对畜禽舍空气消毒效果的观察[J]. 中国畜牧杂志, 2007, 43(11):55-56.

[ 15 ]Ochiai T, Fujishima A. Photoelectrochemical properties of TiO2, photocatalyst and its applications for environmental purification [J]. J Photoch Photobio C , 2012, 13(13):247-262.

S831.4

A

10.19556/j.0258-7033.2017-05-127

2016-12-03；

2017-02-23

“十二五”农村领域国家科技计划课题（2012BAD 39B02）

杨立强（1990-），男，河南周口人，硕士研究生，研究方向为畜禽环境生理环境工程，E-mail：18238802736 @163.com

* 通讯作者：赵芙蓉（1964-），女，河南开封人，教授，研究方向为畜禽环境工程，E-mail：zhaofur@sina.com