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豬舍集中通風與排氣過濾技術要點

1.前言

除了糞汙以外,豬舍排出的氣體,其實也同樣是豬場的主要汙染物之一。一般情況下,我們在離豬場幾公裏遠的地方,就能夠聞到養豬場裏的氣味,即便是在封閉貯存糞汙的豬場,這一氣味仍然會對在養豬場工作的人員,以及周邊的居民造成影響。

我國在2001年頒布實施的《畜禽養殖業汙染物排放標准》(GB18596-2001》中,就曾明確規定:惡臭氣體的最高允許排放濃度爲70(無量綱)1。

鑒于目前國內的養殖企業,只有極少一部分在有意識地對氣體排放進行簡單過濾處理,而國內外政策對企業的環保要求卻日趨嚴格,所以如何減少甚至是消除豬舍排出的氣體汙染物,已經逐漸成爲了當下興建豬場前,需要認真考慮的問題。

2.豬舍氣體排放物的處理方式

豬舍內的氣體汙染物(以下簡稱廢氣),主要包括二氧化碳、氨氣、硫化氫及粉塵顆粒。這些物質混合後之所以會産生臭味,其實是經曆了非常複雜的相互作用。

國外的一些研究資料表明,糞便所産生出的臭氣,是許多單一臭氣物質複雜相互作用的産物,來源與畜禽的體味、腐爛變質的飼料、舍內糞便的厭氧分解等等都有關系2。

而國內研究人員也對這個課題進行了很多研究,如蒲施桦等人就將去除畜禽舍廢氣的方法總結爲了三大類:物理法(掩蓋法、吸附法、稀釋擴散法)、化學法(吸收、氧化)和生物法(過濾、堆肥、土壤)。同時,他們還提出了兩類臭氣控制措施:一是在源頭上控制,減少臭氣的産生;二是從傳播途徑上,控制臭氣的擴散3。

豬舍除臭設備就是利用以上方法,再把設備設置安裝在豬舍通風系統裏,從國外豬場最近幾年的實際發展情況來看,中央集中通風及過濾系統是應用最爲廣泛的解決方案。

3.“中央集中式通風及過濾系統”的方案優勢

豬舍的建造方案主要被分爲“獨棟式”和“單元式”兩種,而綜合采用兩種方案的“大棟小單元”,則是近幾年的主流建造方式。通常來說,這種單元式結構的豬舍,每個單元的通風系統都是各自獨立的。所以,最簡單粗暴的做法就是在每個單元上,都做一套廢氣過濾裝置,也就是“獨立單元式廢氣處理”(見圖1,2)。

很顯然,這樣做在成本上是非常不劃算的。不僅如此,由于在實際操作過程中,爲了降低成本,工人通常會把過濾裝置,連接在冬季最小通風和過渡通風的風機階段中,因此,這種方案也無法徹底將廢氣處理掉。從理論上說,這種方式更適合于舊舍的改造。

圖1 独立单元廢氣處理模式

圖2 独立单元廢氣處理实景

而相對的,如果能夠先把各個單元所需排出的廢氣聚集到一起,然後再集中處理,那麽很顯然,無論是從成本還是效果上考慮,這種方式都要優于前者,而這也正是“中央集中式通風過濾處理”的設計思路。

从具体实现方式上来说,首先,我们需要在猪舍的天花板空间内部,做一条通风道,来打通各个单元的排风口;之后,根据每个单元的最大通风量,计算出所需風機的数量;最后,按照实际需求,将風機安装在猪舍的一端或两端,再把空气过滤装置安放在風機的前端或者后端,“中央集中通風及過濾系統”就组装完成了。

3中央通風方式示意

4.系統技術實現要點

????? a.單元排風的控制 虽然集中通风把各个单元的排除的废气集中在一起,但每个单元的排风量并不是相同的,为了独立控制每个单元的排风量,需要排风装置具有调节功能,目前有两种这样的装置,一种是测量風機(Measuring Fan)(圖4),另外一种是根据压力调节的排风阀(圖5)。

圖4测量風機?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5压力控制风阀

測量風機是根據風輪葉片的轉速計算出實際排風量,轉速越高代表著排氣量越大,當中央控制電腦接收到轉速的信號,再根據設定的需求排風量輸出一個信號控制直流24V的閥門電機,調整閥門板開啓的角度。壓力控制風閥采集的是單元內和中央排風通道之間的壓力差信號,因爲壓力差和風閥排風速度之間有邏輯關系(v=i(2P/ρ)

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),V:風速;P;壓力差;ρ:氣體密度),因而當中央控制電腦收到壓力差信號後,同樣也是根據設定的需求排風量輸出一個信號控制直流24V的閥門電機,調整閥門板開啓的角度。

? ?b. 中央排風通道,目前实际使用的中央排風通道都是设计在整个猪舍的吊顶空间里的,简单的就把整个吊顶空间都作为中央排風通道,更多的是单独做一个密封的中央通风道,截面形状也有矩形、菱形、梯形等样式。见(圖6),建议采取单独做风道这种方式。

圖6中央排风道截面样式

圖7中央通风道实景

中央排風通道要做好缝隙的密封,如果通道内气体泄漏量过多,那么猪舍内的排气量就不可控,甚至失效。圖7中,可以看见通中央集中排风道内壁各个接口,喷涂了聚氨酯的填缝剂。另外圖片中还可以看出通道内安装了照明装置,这是因为中央排風通道在使用一段时间后必须要对通道进行清洁,这样就要求整个通道的地面有足够的强度,在人员进去后能够保证安全。在建成的实例中,还有在通道内设置了紫外线灯,是为了杀灭通道内沉积粉尘中的有害细菌,防止通道内细菌过渡繁殖增生。

?? c.排風用風機 中央集中排风方式的排风風機安装在猪舍山墙上(见圖8),不同于一般畜牧业的轴流负压風機(通常工作压力区间在-15Pa到50Pa之间),中央集中排风方式的風機要选择负压更大一些的轴流風機,基本上工作负压处于50Pa-100Pa之间,因此要选择负工作压范围在0-150Pa之间的高压轴流風機(见圖9)

圖8中央集中通风方式風機安装?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖9高压轴流風機

??d.單元送風方式 設計中央集中通風的出發點是爲了後端做排氣過濾系統,因此,排風量的控制也是這種方式切實可行的關鍵點之一,原則上是要用最優化的氣流組織方式,采用最小的換氣量,從而爲後端處理降低負荷。如果按傳統的混合通風方式通常換氣量是很大的,以一頭妊娠母豬爲例,以天花板進氣混合方式,夏季的參考進風量爲300m?/h(歐洲標准),那麽一台處理量爲10萬m?/h的廢氣淨化設備,只可以滿足330頭妊娠母豬的需要。但假如采用地下進風置換通風模式計算,每頭妊娠母豬夏季參考換氣量爲200m?/h(荷蘭廠家標准),比天花板進風混合通風的換氣量減少了30%以上,一台處理量爲10萬m?/h的廢氣淨化設備,就可以滿足500頭妊娠母豬的處理量需要。因此目前中央集中排風方式都是按地下進風置換通風模式來設計的,置換通風的主要優點就是可以減少風量負荷,並且可以讓豬只首先呼吸到未混合的新鮮空氣。

地下進風通道因爲和豬舍的糞池是並列的,不但造成糞池建造成本的增加,而且在設計時不可避免和糞池的布局面積發生矛盾,目前合理的地道進風通道的進氣口設計標准爲1m?進氣量需要1.5-3c㎡,即截面風速在1m/s和2m/s之間;另外重要一點,通風道和糞池壁、過道表面間要做隔熱保溫設計,避免和糞池之間有熱交換,造成進氣進氣溫度變化。

地下進風置換通風方式目前沒有標准化程序化的設計方法,而且這種通風方式去除熱負荷的能力相對較小,除濕的能力也偏弱,受地域氣候的影響比較大,並不是所有地方都適合這種通風方式,極端天氣下進氣需要采取經過預熱或預冷,才能達到置換通風的效果。因此還是請有經驗的專家和團隊進行設計更有把握。

???e.集中排氣淨化裝置的安裝 有关猪舍排气净化装置(airwasher system)的内容很多,在这里只是简要介绍一下,排气净化处理工艺前文已介绍,完整的处理彻底的就是把物理处理、化学处理、和生物处理三种工艺集中在一套设备里,标准低的(比如只强调氨的去除率)就可以省掉生物处理这个环节。猪舍排气净化装置目前还未统一标准,不同厂家的规格参数是不一致的,一般都是按处理量和处理后废气浓度来设定规格标准的,因此不但需要根据猪舍的总排风量选择不同厂家不同规格,而且根据对处理后排放气体的浓度的要求来选择规格型号,同等体积的设备如果排气浓度的要求标准有高有低,那么所处理的排气量也是不同的。集中排气方式的廢氣處理装置的体积都比较大,一般都要设计在猪舍的一端(圖10),要根据设备厂家的安装要求在设计猪舍建築之初就要预留出来。如下例设备圖示,设备和風機的位置要保持5米的距离(圖11)。

圖10集中排氣淨化裝置的安裝实景

圖11集中排氣淨化裝置的安裝圖示

5.結論

??? a.中央集中排气方式是与集中排气净化设备结合最有效的处理方式之一。

??? b.中央集中排气方式要确保足够的中央通道面积和良好的密封。

??? c.要设计好单元内的气流组织和进气口面积。

??? d.要根据猪舍的排风量及废气指标选择排气净化设备

??? e.中央集中排气方式及廢氣處理方式,设计复杂,而且并不适应所有的地区,要慎重选择。

參考文獻

1《畜禽养殖业污染物排放标准》 (GB18596-2001》

3畜禽舍内空气除臭工艺的研究与应用现状, 《上海畜牧兽医通讯》2013年第6期

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