改性活性炭对猪场空气的净化作用

程 燕，程 鹏，黄思嘉

（1.湖北工程学院，湖北 孝感 432000；2.武汉中交交通工程有限责任公司，湖北 汉阳 430056）

改性活性炭对猪场空气的净化作用

程 燕1，程 鹏2，黄思嘉1

（1.湖北工程学院，湖北 孝感 432000；2.武汉中交交通工程有限责任公司，湖北 汉阳 430056）

随着养殖业的蓬勃发展，其带来的环境污染问题也越来越引起人们的重视。良好的环境才可以养出健康的畜禽，生产让消费者放心的产品。恶臭气体作为养殖场养殖过程中产生的一类气体污染，它的治理已成为亟待解决的问题。其主要成分是NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等。文内主要是运用CuCl2对活性炭进行改造，并测量其去除NH3、H2S的最佳条件。在实验中改性后活性炭对NH3、H2S的吸附效果可达313.5 mg/g、317 mg/g，相比于普通活性炭提高了72.25%、30.18%。此实验说明改性后的活性炭吸附NH3、H2S效果有明显的改善，可用于实际应用。

活性炭；吸附作用；NH3；H2S

近年来，在快速发展的经济的推动下，集约化养殖规模不断扩大，随之产生的环境问题也越来越多，直接危害了人类的身体健康，并限制了养殖业的发展。这些环境问题中，养猪场排放的臭气更是直接对大气造成了污染，危害了周围的环境，进而影响了人体的生理健康。其臭气主要成分是NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等[1]，目前，养猪场通常采用以下3种方法去除臭气：1）直接掩盖或者稀释后处理，这是一种暂时性的缓解措施，治标不治本[2]。2）喷洒除臭剂，有物理除臭剂、化学除臭剂、微生物型除臭剂、植物型除臭剂和复合型除臭剂等。一般除臭剂是直接喷洒到猪舍或其粪便上，或者添加在饲料、饮水中[3-5]。这种使用方法简单易行，效果也十分明显，但是其成本相对比较高，需要安装专门的喷洒装置或专业人员负责喷洒，且需要达到一定的喷洒频率[6-7]，才有良好的效果，这势必又增加了成本。故该方法不但价格高昂，且同第一种方法一样，并未根本性解决问题，猪把除臭剂当饲料摄入，在体内富集，对其身体状况是否有影响，从而影响到肉质，也需要进一步研究。3）安装除臭设备，常见的有等离子除臭设备、高能离子除臭设备、光氢离子除臭设备[8]。离子除臭设备的主要原理是在高压电场作用下，产生大量的正、负氧离子，具有很强的氧化性。能在极短的时间内氧化、分解甲硫醇、NH3、H2S、醚类、胺类等污染臭气因子，打开有机挥发性气体的化学键，最终生成二氧化碳和水等稳定无害的小分子，从而达到净化空气的目的[9-11]。该设备适合安装于臭气收集后外排的通风系统管道中，处理效率高，能有效去除H2S、 NH3、甲硫醇等特定的污染物，以及各种异(臭)味，效果可达85%～95%左右[12]。在任何季节，任何气候条件下都能满足最严格的除臭处理效果要求[13]。该方法高效，可操作性强，适用于现代化管理的大型养殖场。

恶臭是由各种混合气味(异味)组成，其含有的异味可以通过空气介质传播，作用于人的嗅觉而被感知[14]。养猪场的臭气主要是由猪的粪便、尿液及混杂的饲料未及时清理发酵产生的NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等物质[15]。处于恶臭环境中较长时间的人体会明显感觉到不适应，处于高浓度的恶臭环境对人体直接有伤害。恶臭除了侵入人的嗅觉器官，让人感觉到不愉悦外，还会通过呼吸系统进入人体，进而影响人的消化系统、血液循环系统、内分泌系统，甚至是神经系统等，对人体造成极大的危害[16-18]。与此同时，恶臭气体还会影响植物的光合作用，使其在生产中减量减产，甚至死亡。

文内介绍的是CuCl2改性的活性炭吸附去除养殖场中NH3、H2S的实验，确定其吸附能力最佳的操作条件，为采用吸附法去除集约化养殖场中的NH3、H2S提供了理论基础。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

普通活性炭（泷邦净水材料厂）、99．99%H2S、99．99%NH3、99．99%N2、湖北省某猪场猪舍。

1.2 实验方法

1.2.1 改性活性炭的制备

本实验选用泷邦净水材料厂生产的直径为2．5 mm的普通活性炭为载体，以高压水热化学法辅以浸渍法联合改性活性炭[23]。首先将径比相等的活性炭与蒸馏水按2∶3的比例混合，在250 ℃的高压下保持3 h，后在80 ℃烘3 h，然后用10%的CuCl2溶液在55 ℃浸渍0．5 h，再在80 ℃烘3 h后备用。

1.2.2 运用改性后的活性炭去除NH3、H2S

先在湖北某猪场内测量猪舍内NH3、H2S分 别 为 17．52 mg/m3、18．68 mg/m3，然后在实验室模拟猪场环境，运用50 cm×50 cm×50 cm的方形盒子14个，分为A、B两组，分别标记为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7，B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7。A组方盒内放改性后活性炭，B组作为对照放未改性活性炭，其质量分别对应为 0 mg，1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg。然后用CD-1大气采样器，吸收液10 mL（0．005 mol/L硫酸），采样30 min后立即测量。NH3采用次氯酸钠-水杨酸分光光度法，H2S采用聚乙烯醇磷酸铵-亚甲基蓝比色法测定。

在上面的基础上，分别将 A组去除效果最好的那只箱子AX置于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃的环境下，测量在常规温度范围内活性炭对NH3、H2S的去除效果变化。在最优以上条件下，将AX箱子置于40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%的湿度空间内，观察活性炭对NH3、H2S去除效果的变化。最后在猪舍内对实验结果进行实测。

2 实验结果分析

2.1 改性后活性炭与未改性活性炭效果的比较

活性炭本身具有很强的吸附性能，为用途极广的一种工业吸附剂。本实验对普通工业活性炭进行了改造，以求获得更好地去除NH3、H2S的效果。

图1 A组对NH3、H2S 作用

图2 B组对NH3、H2S 作用

图3 A、B组分别对NH3的作用

图4 A、B组分别对H2S的作用

图5 温度对改性后活性炭吸附NH3、H2S的影响

图6 湿度对改性后活性炭吸附NH3、H2S的影响

表1 实测改性活性炭对猪舍中NH3、H2S浓度吸附情况（mg/m3）

从图1、图2中可以明显看出A、B两组都对NH3、H2S 有比较明显的清除作用，且每组中对NH3的效果优于H2S，可达到73．42%。

从图3、图4可以看出，曲线都是逐渐下降，后又趋于平稳，且在初始阶段下降速度较快，这是开始阶段活性炭的吸附能力较强，在5-7组号的时候，曲线趋于平稳，说明此时活性炭的量对应气体浓度已达吸附上限。图3、图4中，A组的NH3、H2S浓度曲线都在B组下方，说明改性后的活性炭对NH3、H2S的吸附效果优于普通活性炭，其最高吸附率分别可达73．42%，67．99%。此时用到的为A6，改性后活性炭质量为0．05 mg，说明其去除NH3、H2S效果分别为313．5 mg/g、317 mg/g，而未改性的普通活性炭的效果分别为182 mg/g、243．5 mg/g，其去除效果分别提高72．25%、30．18%，说明改性后的活性炭吸附NH3、H2S效果有明显的改善。

2.2 温度对改性活性炭去除效果的影响

将上述A6的箱子放入1 5 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃的环境下，比较其在NH3、H2S的去除效果变化。

从图5可知，在15～45 ℃的猪舍温度范围内，随着温度的升高，改性活性炭对NH3、H2S的去除效果越来越明显，说明温度升高对改性活性炭的吸附能力有正作用，但是猪舍的环境温度要控制在适合猪类生长的环境，以求获得良好的经济效益。故可以在保证猪类健康生长的情况下，可以根据猪类不同时期的生长需要选择较高的温度，如种公猪的最适温度范围：17～21℃；妊娠母猪的最适温度范围：18～21℃；哺乳母猪的最适温度：20～22℃；哺乳仔猪的最适温度：29～33℃；保育仔猪的最适温度：22～25℃；育肥猪的最适温度：19～22℃。在实际应用中要尽量取这些温度的上限。

2.3 湿度对改性活性炭去除效果的影响

猪舍需要维持一定的湿度，让猪类感觉舒适，更利于其生长。本实验将A6箱分别置于湿度为40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%的室内，保持室温25 ℃，测量湿度对改性后活性炭去除NH3、H2S效果的影响。

由图6可知，随着室内湿度的增加，曲线都是逐渐升高，即浓度增高，说明改性后活性炭对NH3、H2S吸附能力逐渐减弱，高的湿度会限制活性炭对NH3、H2S的吸附。图中曲线在相对湿度40%～60%范围内基本趋于平衡，此时湿度基本对改性后活性炭的吸附能力影响甚小；在60%～70%范围内，曲线急速上升，湿度的增加对改性后活性炭的吸附能力起极大负作用，在湿度70%时，清除率仅达47．72%、47．66%，这可能是湿度增加，使改性后活性炭的结构孔隙受水汽影响堵塞，从而影响其吸收能力；在70%～80%范围内，NH3吸收曲线随着湿度增加下降，而H2S吸收曲线随着湿度增加变化不明显，这可能是空气中水汽增加后，NH3极易溶于水，被空气中的水蒸气溶解吸收了部分，从而使测得的浓度变低。

2.4 实测改性后活性炭的去除效果

在湖北某猪场的猪舍内进行实地检测改性后活性炭的清除NH3、H2S的效果。通过提前检测该猪舍NH3、H2S的浓度分别为21．40 mg/m3、17．78 mg/m3，此时室温为29 ℃，空气湿度为60%，此舍大小为12 m×15 m×3 m。实验开始前准备8只铁盘，分别放置于墙角铁钩上悬挂在墙角处及墙中间处，并在每只铁盘上放置5．0 g的改性后的活性炭。放 置0 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h后分别检测猪舍内的NH3、H2S的浓度变化。

从表1可知，随着时间的推移，各指标呈现减小趋势，改性后活性炭的清除效果越加明显，NH3、H2S分别在6 h、10 h时候达到吸附最大值，分别为68．13%、69．51%。与其在实验室测试中的73．32%，67．99%，相差P〈5%，说明改性后活性炭的处理效果达到了预期设想，而且由于猪舍内有风机，空气流动会加大改性后活性炭的吸附作用，但猪舍内猪只排尿、排粪会对增加室内NH3、H2S的浓度，特别是NH3的浓度，对实验结果有一定的影响。

3 总结

由以上实验可知，改性后活性炭对猪场空气中的NH3、H2S都有一定清除效果，去除NH3、H2S效果分别可达313．5 mg/g、317 mg/g，而未改性的普通活性炭的效果分别为182 mg/g、243．5 mg/g，其去除效果分别提高72．25%、30．18%，说明改性后的活性炭吸附NH3、H2S效果有明显的改善。改性后活性炭对NH3、H2S的吸附能力会受环境温度、湿度的影响，在实际应用中需要结合猪类的生长条件选择最佳的吸附条件设置，应考虑猪舍中猪只的排尿、排粪情况。

在养殖业越来越发达的今天，其面对的行业问题也越来越严峻。养殖业产生的“三废”逐年富集，已成为危害环境并制约自身发展的一块顽石。特别是废气，很多养殖场都是未经过处理直接排入大气，对环境危害极大。如何科学有效地治理养殖场环境，保证其可持续地绿色发展，是急需解决的问题。通过本文研究可知，猪场空气中的NH3、H2S可通过改性后活性炭吸附，并实测有效，可作为一种简单、高效、经济的方法推广。

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2017-01-12）

程燕（1987-），女，硕士，教师，研究方向为食品安全与加工，E-mail：1158046007@qq.com；