水喷淋技术在规模猪舍末端气体处理中的应用与分析

高彦玉，罗土玉，周 洪，韦引超，钟日开

（1.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630；2.农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室，广东 广州 510630；3.广东广兴牧业机械设备有限公司，广东 广州 510520）

0 引言

非洲猪瘟的爆发，倒逼了我国猪场向大型规模化、集约化方向发展，在各地稳产保供政策的出台和实施下，全国各地新建了许多规模猪场，空栏猪场得到大面积复养[1]。据了解，近3 年新建的猪场普遍具有建设较集中、猪舍内部封闭化程度高、单位面积饲养密度大的特点，猪舍每天产气量大、气体浓度高。养殖场产生的恶臭气体是我国主要的环境污染之一[2-3]，恶臭气体排放主要来源于养殖舍和堆肥间，若处理不当，会影响猪只和猪场人员的健康，破坏猪场周边生态环境[4-6]。在国家环保政策的实施以及相关环保部门对养殖排放污染的监督下，猪场设计建设过程中，会结合实际进行气体处理工艺的设计并配套有除臭装备，对猪舍末端排出的气体进行处理，以降低排放气体的臭味浓度，进而改善猪场周边环境，减少养殖对生态环境的污染。本文以猪舍末端排放气体为对象，分析了猪舍末端气体的主要来源以及气体对猪只、人员和生态环境的影响，重点对目前猪场应用较多的水喷淋处理系统原理、立式和墙式水喷淋处理的应用以及存在问题进行阐述。

1 猪舍末端气体的来源与影响

1.1 主要来源

猪舍末端气体主要是由猪舍内通风设备——风机/百叶窗将猪舍内有害气体抽出，经处理后排放或直接排出。猪舍内有害气体主要由猪体内排出的粪便以及消化道排出的气体、汗腺的分泌物、粘附在猪只身上的污物等混合而成，具有强烈的恶臭味[7-9]。

1.2 主要影响

猪舍排放的气体中含有氨、含硫化合物、吲哚类和挥发性脂肪酸类等多种成分[10-12]，影响猪只和猪场周边人员的健康，破坏生态环境。

1）对猪只的影响。猪舍内的有害气体主要由猪只呼吸、粪尿和饲料腐败分解而产生，其主要成分为氨气、硫化氢、二氧化碳。猪只在持续低浓度的氨气刺激下，会显著降低其采食量和抵抗力；而猪只在高浓度的氨气中会直接刺激其神经组织，导致其中毒性肝病、心肌损伤等疾病的发生。当猪舍内硫化氢的浓度超过一定量时，会破坏氧化型细胞色素氧化酶的分子结构，造成细胞呼吸功能障碍，引起组织缺氧。二氧化碳虽无毒，但猪舍内若含量过高，则氧气含量会相对不足，使猪只出现慢性缺氧，进而引发精神萎靡、食欲下降、体质虚弱等问题[13-15]。

2）对人员的影响。因猪场排放的气体中含有氨气、硫化氢、粉尘等多种成分，长期在养猪场周围活动或居住的人员大量呼吸后会引起支气管炎、过敏性肺泡炎以及职业性哮喘等一系列呼吸系统疾病，导致肺脏功能减弱[16-17]，影响猪场饲养人员及周边人员的身体健康。

3）对生态环境的影响。未经处理的养殖废气在气流作用下扩散到周围环境中会造成大面积的大气污染，从而使大气中氮含量增加，促使酸雨形成，进而对水体、土壤、森林和建筑等带来一定的危害[18-19]。同时，二氧化碳排放到空气中会直接增加碳排放量，使温室效应加剧。

2 水喷淋技术在猪舍末端气体处理中的应用分析

2.1 水喷淋处理系统原理

猪场水喷淋处理系统一般有墙式和立式2 种设计方式[20-23]，其处理工艺一致，其工艺流程如图1所示。水喷淋处理系统的原理是猪舍内的气体由风机抽入除臭间，通过除臭间滤料墙前部（或上部）的喷淋设备喷出形成水膜并依附于填料层内，进入除臭间的气体与水膜接触，此时气体中的氨气和硫化氢溶解于水中，达到气体处理的目的。其中处理效果取决于气体与水膜的接触面，接触面积越大，处理效果越好。

图1 工艺流程图

水喷淋处理系统中的滤料墙中的滤料通常由多张/层滤料组成，图2 所示是表面为“S”形结构的单层滤料。在猪场配套中，根据养殖量设计相应的滤料墙面积，采用多层滤料组合形成。图3 所示为“S”形结构滤料层间的固定示意图，每层滤料表面两端各设计有一排固定凸点，滤料凹面两端分别设计有一排孔位。在安装时，依据凸点定位结构原理，上层滤料的孔位与下层滤料的凸点进行接合后固定；多层滤料堆栈拼接后，迎风面（与气体接触面）形成六角蜂窝网孔，喷淋液能较好地形成水膜，捕集气体中的氨气、硫化氢、粉尘等。

图2 表面为“S”形结构的单层滤料

图3 “S”形结构滤料层间的固定示意图

图4 所示为表面为斜直+网孔结构的单层滤料，图5 所示为表面为斜直+网孔结构滤料层间的固定示意图。每层滤料表面设计成有一定规则的凸点和孔位，即峰面设有向上的凸点、与之相连的左右侧谷底为凸点（方向向下）+孔位，与峰面设有凸点相连的两侧峰面为孔位，带孔位峰面的左侧谷底为孔位、右侧谷底为向下的凸点。在安装时，依次按照上层滤料谷底的孔位与下层滤料峰面向上的凸点进行接合、下层滤料峰面的孔位与上层滤料谷底向下的凸点进行接合的方式进行，为了减少层与层之间孔位与凸点接合后出现松脱现象，通常将接合后的凸点处进行特殊处理。此结构的滤料拼接后，迎风面（与气体接触面）形成六角蜂窝网孔，喷淋液在滤料网孔间形成水膜，以捕集气体中的氨气、硫化氢、粉尘等。

图4 表面为斜直+网孔结构的单层滤料

图5 表面为斜直+网孔结构滤料层间的固定示意图

2.2 墙式水喷淋处理

图6 为墙式水喷淋处理示意图，滤料墙布置在猪舍山墙末端外侧，与墙面平行，滤料墙前方设有喷淋管路、下方设有集水池。猪舍内的气体由风机抽出进入除臭间，气体在除臭间内进行缓冲后，由喷淋管路喷出的雾状液滴在滤料墙上形成水膜，气体与水膜接触后经过滤料墙排出。气体与水膜接触时，气体中的氨气、硫化氢等溶解于水，可减少有害气体的成分，进而降低猪舍排出气体的臭味浓度；与气体混合后含氨、硫等成分的混合液通过滤料墙流至集水池进行循环利用，当集水池内的混合液达到或接近饱和时，需排至猪场污水处理区统一处理。

图6 墙式水喷淋处理示意图

2.3 立式水喷淋处理

图7 为立式水喷淋处理示意图，滤料墙布置在猪舍山墙末端外侧，与地面平行，滤料墙上方设有喷淋管路、下方设有集水池。猪舍内的气体由风机抽出经过缓冲间后进入处理室，依据气体向上流、喷淋液向下滴的原理，气体在处理室上升的过程中，滴下的喷淋液与气体接触后，可去除部分气体中的粉尘；当气体上升至滤料层并通过滤料层时，由喷淋管路喷出的雾状液滴在滤料层上形成水膜，气体与水膜接触后经过滤料层排出，其中气体融合原理和废水处理与墙式水喷淋处理一致。

图7 立式水喷淋处理示意图

2.4 应用案例分析

为更好地分析水喷淋技术对猪舍末端气体的处理效果和统计该技术与设备运行时的用水量情况，本研究以公猪舍和后备公猪舍为研究对象，猪场位于广东省河源市船塘县。

1）公猪舍除臭布置情况。公猪舍养殖248 头种猪，猪舍的空气过滤系统采用初效+高效两级过滤；猪舍采用空调+湿帘+风机+百叶窗联合调控以达到种猪适宜的生活环境；末端气体处理采用立式水喷淋处理工艺，根据该猪舍的整体布局和猪舍所需的通风量情况，分别在猪舍的两侧山墙端安装除臭间，其宽度为3 m、高度为4.5 m。公猪舍立面图如图8 所示。

图8 公猪舍立面图

2）后备公猪舍除臭布置情况。后备公猪舍养殖156 头种猪，猪舍的空气过滤系统为袋式初效过滤；采用卷帘+湿帘+进风窗+风机联合调控猪舍的环境；末端气体处理采用墙式水喷淋处理工艺，根据该猪舍的整体布局和猪舍所需的通风量情况，在猪舍的一侧山墙端安装除臭间，其宽度为5 m、高度为3 m。后备公猪舍立面图如图9所示。

两个猪舍除臭间的滤料均采用共聚PPB 材料+抗UV 成分，孔隙率≥97%，比表面积为125 m2/m3，韧性足、承压力强、抗霉变、抗氧化、挂膜效果好，水液分布良好、空载风阻5～8 Pa，采用全焊点焊接。喷淋泵组为不锈钢离心泵，功率3.0 kW/380 V，目标喷淋量为20 m3，目标扬程20 m；选用优质螺旋喷头。

3）现场测试。测试过程中，两个猪舍均同时进猪，测试时长为2 个月，除臭间的水均按20 天一换。测试表明，两个猪舍采用不同方式的水喷淋处理技术，均能在很大程度上降低猪舍末端排出气体的臭味浓度；公猪舍在测试期间的水蒸发量为785 L、换水量51 L，总用水量为836 L；后备公猪舍的水蒸发量为498 L、换水量30 L，总用水量为528 L。

3 现存问题

猪场采用水喷淋系统对猪舍内抽出的气体进行处理，在一定程度上减少了气体中的氨气、硫化氢和粉尘浓度，进而降低了气体的臭味浓度，改善猪场周围的空气环境。

水喷淋处理系统近几年在猪场得到普遍应用，但在实际运行中可能也存在一些问题，具体如下。

1）排出气体的相关指标是否达标未进行检测。绝大多数养猪企业配套水喷淋处理系统后，因感官上判断排出的废气臭味浓度大量减少，而不关注排出的气体中氨气、硫化氢和其他成分是否符合畜禽养殖业污染物排放标准（GB 18596—2001）中对集约化畜禽养殖业恶臭污染物排放指标的要求[24]。

2）水资源消耗量大，运行成本高。猪舍内排出的气体通常含有一定的热量，水喷淋系统喷出的液滴与含有热量的气体接触后，会产生部分水汽进而蒸发，加大水资源的流失；集水池内的水虽进行循环使用，但收集的液滴中因含有氨和硫化合物等成分，加大了后期废水处理的难度；气体中的臭气物质成分在水中的溶解度有限，到一定浓度就会饱和，需要增加换水频率，排放的废水量较大，水消耗成本较高，增加了猪场的运行成本。

3）滤料使用后处理与回收难。很多猪场目前均安装有除臭系统，但绝大部分除臭方式以水喷淋处理为主，采用的滤料为原生塑料或PPB 共聚滤料，使用寿命一般为10～15 年。猪场应用后，滤料表面易堆积粉尘等物质，在后期会通过冲洗将部分粉尘清除继续使用，但达到使用寿命后，滤料变性严重，处理过程繁琐且处理量大，若采用焚烧和填埋进行处理，会对大气和土壤产生一定程度的污染和破坏。

4 总结与展望

养猪业一直是我国的重要产业，在注重养殖生产效益的同时，也应关注在养猪生产过程中带来的环境污染问题，这样才能保障养猪业的可持续发展。在猪场建设过程中，水喷淋处理系统前期虽投入成本较低，但后期运行成本较高，处理效果不一定能达到预期的目标。为此，在养殖气体处理方面，运行经济、效果处理优良的技术及装备仍需各大养殖设备研究单位及企业与猪场联合进行研究与挖掘，在不影响猪只生活及健康的前提下，通过科学有效的方法降低猪场排放气体中的有害成分。