改性活性炭對豬場空氣的凈化作用

程 燕，程 鵬，黃思嘉

（1.湖北工程學院，湖北 孝感 432000；2.武漢中交交通工程有限責任公司，湖北 漢陽 430056）

改性活性炭對豬場空氣的凈化作用

程 燕1，程 鵬2，黃思嘉1

（1.湖北工程學院，湖北 孝感 432000；2.武漢中交交通工程有限責任公司，湖北 漢陽 430056）

隨著養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃發(fā)展，其帶來的環(huán)境污染問題也越來越引起人們的重視。良好的環(huán)境才可以養(yǎng)出健康的畜禽，生產(chǎn)讓消費者放心的產(chǎn)品。惡臭氣體作為養(yǎng)殖場養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的一類氣體污染，它的治理已成為亟待解決的問題。其主要成分是NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等。文內(nèi)主要是運用CuCl2對活性炭進行改造，并測量其去除NH3、H2S的最佳條件。在實驗中改性后活性炭對NH3、H2S的吸附效果可達313.5 mg/g、317 mg/g，相比于普通活性炭提高了72.25%、30.18%。此實驗說明改性后的活性炭吸附NH3、H2S效果有明顯的改善，可用于實際應用。

活性炭；吸附作用；NH3；H2S

近年來，在快速發(fā)展的經(jīng)濟的推動下，集約化養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，隨之產(chǎn)生的環(huán)境問題也越來越多，直接危害了人類的身體健康，并限制了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。這些環(huán)境問題中，養(yǎng)豬場排放的臭氣更是直接對大氣造成了污染，危害了周圍的環(huán)境，進而影響了人體的生理健康。其臭氣主要成分是NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等[1]，目前，養(yǎng)豬場通常采用以下3種方法去除臭氣：1）直接掩蓋或者稀釋后處理，這是一種暫時性的緩解措施，治標不治本[2]。2）噴灑除臭劑，有物理除臭劑、化學除臭劑、微生物型除臭劑、植物型除臭劑和復合型除臭劑等。一般除臭劑是直接噴灑到豬舍或其糞便上，或者添加在飼料、飲水中[3-5]。這種使用方法簡單易行，效果也十分明顯，但是其成本相對比較高，需要安裝專門的噴灑裝置或?qū)I(yè)人員負責噴灑，且需要達到一定的噴灑頻率[6-7]，才有良好的效果，這勢必又增加了成本。故該方法不但價格高昂，且同第一種方法一樣，并未根本性解決問題，豬把除臭劑當飼料攝入，在體內(nèi)富集，對其身體狀況是否有影響，從而影響到肉質(zhì)，也需要進一步研究。3）安裝除臭設備，常見的有等離子除臭設備、高能離子除臭設備、光氫離子除臭設備[8]。離子除臭設備的主要原理是在高壓電場作用下，產(chǎn)生大量的正、負氧離子，具有很強的氧化性。能在極短的時間內(nèi)氧化、分解甲硫醇、NH3、H2S、醚類、胺類等污染臭氣因子，打開有機揮發(fā)性氣體的化學鍵，最終生成二氧化碳和水等穩(wěn)定無害的小分子，從而達到凈化空氣的目的[9-11]。該設備適合安裝于臭氣收集后外排的通風系統(tǒng)管道中，處理效率高，能有效去除H2S、 NH3、甲硫醇等特定的污染物，以及各種異(臭)味，效果可達85%～95%左右[12]。在任何季節(jié)，任何氣候條件下都能滿足最嚴格的除臭處理效果要求[13]。該方法高效，可操作性強，適用于現(xiàn)代化管理的大型養(yǎng)殖場。

惡臭是由各種混合氣味(異味)組成，其含有的異味可以通過空氣介質(zhì)傳播，作用于人的嗅覺而被感知[14]。養(yǎng)豬場的臭氣主要是由豬的糞便、尿液及混雜的飼料未及時清理發(fā)酵產(chǎn)生的NH3、H2S、硫醇和甲硫醇等物質(zhì)[15]。處于惡臭環(huán)境中較長時間的人體會明顯感覺到不適應，處于高濃度的惡臭環(huán)境對人體直接有傷害。惡臭除了侵入人的嗅覺器官，讓人感覺到不愉悅外，還會通過呼吸系統(tǒng)進入人體，進而影響人的消化系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)，甚至是神經(jīng)系統(tǒng)等，對人體造成極大的危害[16-18]。與此同時，惡臭氣體還會影響植物的光合作用，使其在生產(chǎn)中減量減產(chǎn)，甚至死亡。

文內(nèi)介紹的是CuCl2改性的活性炭吸附去除養(yǎng)殖場中NH3、H2S的實驗，確定其吸附能力最佳的操作條件，為采用吸附法去除集約化養(yǎng)殖場中的NH3、H2S提供了理論基礎。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

普通活性炭（瀧邦凈水材料廠）、99．99%H2S、99．99%NH3、99．99%N2、湖北省某豬場豬舍。

1.2 實驗方法

1.2.1 改性活性炭的制備

本實驗選用瀧邦凈水材料廠生產(chǎn)的直徑為2．5 mm的普通活性炭為載體，以高壓水熱化學法輔以浸漬法聯(lián)合改性活性炭[23]。首先將徑比相等的活性炭與蒸餾水按2∶3的比例混合，在250 ℃的高壓下保持3 h，后在80 ℃烘3 h，然后用10%的CuCl2溶液在55 ℃浸漬0．5 h，再在80 ℃烘3 h后備用。

1.2.2 運用改性后的活性炭去除NH3、H2S

先在湖北某豬場內(nèi)測量豬舍內(nèi)NH3、H2S分 別 為 17．52 mg/m3、18．68 mg/m3，然后在實驗室模擬豬場環(huán)境，運用50 cm×50 cm×50 cm的方形盒子14個，分為A、B兩組，分別標記為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7，B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7。A組方盒內(nèi)放改性后活性炭，B組作為對照放未改性活性炭，其質(zhì)量分別對應為 0 mg，1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg。然后用CD-1大氣采樣器，吸收液10 mL（0．005 mol/L硫酸），采樣30 min后立即測量。NH3采用次氯酸鈉-水楊酸分光光度法，H2S采用聚乙烯醇磷酸銨-亞甲基藍比色法測定。

在上面的基礎上，分別將 A組去除效果最好的那只箱子AX置于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃的環(huán)境下，測量在常規(guī)溫度范圍內(nèi)活性炭對NH3、H2S的去除效果變化。在最優(yōu)以上條件下，將AX箱子置于40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%的濕度空間內(nèi)，觀察活性炭對NH3、H2S去除效果的變化。最后在豬舍內(nèi)對實驗結(jié)果進行實測。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 改性后活性炭與未改性活性炭效果的比較

活性炭本身具有很強的吸附性能，為用途極廣的一種工業(yè)吸附劑。本實驗對普通工業(yè)活性炭進行了改造，以求獲得更好地去除NH3、H2S的效果。

圖1 A組對NH3、H2S 作用

圖2 B組對NH3、H2S 作用

圖3 A、B組分別對NH3的作用

圖4 A、B組分別對H2S的作用

圖5 溫度對改性后活性炭吸附NH3、H2S的影響

圖6 濕度對改性后活性炭吸附NH3、H2S的影響

表1 實測改性活性炭對豬舍中NH3、H2S濃度吸附情況（mg/m3）

從圖1、圖2中可以明顯看出A、B兩組都對NH3、H2S 有比較明顯的清除作用，且每組中對NH3的效果優(yōu)于H2S，可達到73．42%。

從圖3、圖4可以看出，曲線都是逐漸下降，后又趨于平穩(wěn)，且在初始階段下降速度較快，這是開始階段活性炭的吸附能力較強，在5-7組號的時候，曲線趨于平穩(wěn)，說明此時活性炭的量對應氣體濃度已達吸附上限。圖3、圖4中，A組的NH3、H2S濃度曲線都在B組下方，說明改性后的活性炭對NH3、H2S的吸附效果優(yōu)于普通活性炭，其最高吸附率分別可達73．42%，67．99%。此時用到的為A6，改性后活性炭質(zhì)量為0．05 mg，說明其去除NH3、H2S效果分別為313．5 mg/g、317 mg/g，而未改性的普通活性炭的效果分別為182 mg/g、243．5 mg/g，其去除效果分別提高72．25%、30．18%，說明改性后的活性炭吸附NH3、H2S效果有明顯的改善。

2.2 溫度對改性活性炭去除效果的影響

將上述A6的箱子放入1 5 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃的環(huán)境下，比較其在NH3、H2S的去除效果變化。

從圖5可知，在15～45 ℃的豬舍溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，改性活性炭對NH3、H2S的去除效果越來越明顯，說明溫度升高對改性活性炭的吸附能力有正作用，但是豬舍的環(huán)境溫度要控制在適合豬類生長的環(huán)境，以求獲得良好的經(jīng)濟效益。故可以在保證豬類健康生長的情況下，可以根據(jù)豬類不同時期的生長需要選擇較高的溫度，如種公豬的最適溫度范圍：17～21℃；妊娠母豬的最適溫度范圍：18～21℃；哺乳母豬的最適溫度：20～22℃；哺乳仔豬的最適溫度：29～33℃；保育仔豬的最適溫度：22～25℃；育肥豬的最適溫度：19～22℃。在實際應用中要盡量取這些溫度的上限。

2.3 濕度對改性活性炭去除效果的影響

豬舍需要維持一定的濕度，讓豬類感覺舒適，更利于其生長。本實驗將A6箱分別置于濕度為40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%的室內(nèi)，保持室溫25 ℃，測量濕度對改性后活性炭去除NH3、H2S效果的影響。

由圖6可知，隨著室內(nèi)濕度的增加，曲線都是逐漸升高，即濃度增高，說明改性后活性炭對NH3、H2S吸附能力逐漸減弱，高的濕度會限制活性炭對NH3、H2S的吸附。圖中曲線在相對濕度40%～60%范圍內(nèi)基本趨于平衡，此時濕度基本對改性后活性炭的吸附能力影響甚?。辉?0%～70%范圍內(nèi)，曲線急速上升，濕度的增加對改性后活性炭的吸附能力起極大負作用，在濕度70%時，清除率僅達47．72%、47．66%，這可能是濕度增加，使改性后活性炭的結(jié)構(gòu)孔隙受水汽影響堵塞，從而影響其吸收能力；在70%～80%范圍內(nèi)，NH3吸收曲線隨著濕度增加下降，而H2S吸收曲線隨著濕度增加變化不明顯，這可能是空氣中水汽增加后，NH3極易溶于水，被空氣中的水蒸氣溶解吸收了部分，從而使測得的濃度變低。

2.4 實測改性后活性炭的去除效果

在湖北某豬場的豬舍內(nèi)進行實地檢測改性后活性炭的清除NH3、H2S的效果。通過提前檢測該豬舍NH3、H2S的濃度分別為21．40 mg/m3、17．78 mg/m3，此時室溫為29 ℃，空氣濕度為60%，此舍大小為12 m×15 m×3 m。實驗開始前準備8只鐵盤，分別放置于墻角鐵鉤上懸掛在墻角處及墻中間處，并在每只鐵盤上放置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后分別檢測豬舍內(nèi)的NH3、H2S的濃度變化。

從表1可知，隨著時間的推移，各指標呈現(xiàn)減小趨勢，改性后活性炭的清除效果越加明顯，NH3、H2S分別在6 h、10 h時候達到吸附最大值，分別為68．13%、69．51%。與其在實驗室測試中的73．32%，67．99%，相差P〈5%，說明改性后活性炭的處理效果達到了預期設想，而且由于豬舍內(nèi)有風機，空氣流動會加大改性后活性炭的吸附作用，但豬舍內(nèi)豬只排尿、排糞會對增加室內(nèi)NH3、H2S的濃度，特別是NH3的濃度，對實驗結(jié)果有一定的影響。

3 總結(jié)

由以上實驗可知，改性后活性炭對豬場空氣中的NH3、H2S都有一定清除效果，去除NH3、H2S效果分別可達313．5 mg/g、317 mg/g，而未改性的普通活性炭的效果分別為182 mg/g、243．5 mg/g，其去除效果分別提高72．25%、30．18%，說明改性后的活性炭吸附NH3、H2S效果有明顯的改善。改性后活性炭對NH3、H2S的吸附能力會受環(huán)境溫度、濕度的影響，在實際應用中需要結(jié)合豬類的生長條件選擇最佳的吸附條件設置，應考慮豬舍中豬只的排尿、排糞情況。

在養(yǎng)殖業(yè)越來越發(fā)達的今天，其面對的行業(yè)問題也越來越嚴峻。養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的“三廢”逐年富集，已成為危害環(huán)境并制約自身發(fā)展的一塊頑石。特別是廢氣，很多養(yǎng)殖場都是未經(jīng)過處理直接排入大氣，對環(huán)境危害極大。如何科學有效地治理養(yǎng)殖場環(huán)境，保證其可持續(xù)地綠色發(fā)展，是急需解決的問題。通過本文研究可知，豬場空氣中的NH3、H2S可通過改性后活性炭吸附，并實測有效，可作為一種簡單、高效、經(jīng)濟的方法推廣。

[1] L U O Y， S T I C H N O T H E H，SCHUCHARDT F， et al．Life cycle assessment of manure management and nutrient recycling from a Chinese pig farm[J]． Waste Management & Research， 2014， 32(1)： 4-12．

[2] 田月英．養(yǎng)豬場環(huán)評關(guān)注的主要問題及污染防治對策和建議[J]．海峽科學，2016 (6)： 32-36．

[3] 林新仁．談養(yǎng)豬業(yè)污物處理技術(shù)的運用[J]． 豬業(yè)科學， 2015，32 (1)： 96-97．

[4] 段云霞，石巖，呂晶華，等．聚酯化纖紡織廢水廢氣處理的工藝研究及設計[J]． 水處理技術(shù)，2016，42(5)：132-135．

[5] 李季．規(guī)?；B(yǎng)殖場廢棄物處理與有機肥利用[J]．中國禽業(yè)導刊，2015(24)：46．

[6] 黃文科．旋流板塔雙循環(huán)a工藝在回收DMF 廢氣的應用[J]．低碳世界，2015 (4)： 18-19．

[7] 時永利．明年排污費將翻番養(yǎng)豬環(huán)保再迎挑戰(zhàn)[J]．農(nóng)業(yè)知識： 科學養(yǎng)殖，2014(12)： 20-21．

[8] 李霞．育雛期雞舍通風管理原則[J]．今日畜牧獸醫(yī)，2014 (11)：38-39．

[9] 湯樂，姚建，彭艷．基于物質(zhì)流的四川省生態(tài)經(jīng)濟特征分析[J]． 環(huán)境污染與防治， 2014， 36(1)： 102-108．

[10] VAN HUFFEL K， HANSEN M J，F(xiàn)EILBERG A， et al． Level and distribution of odorous compounds in pig exhaust air from combined room and pit ventilation[J]． Agriculture，Ecosystems & Environment， 2016，218： 209-219．

[11] Bjerg B， Riis A L， Zhang G．Improved performance of partly pit exhaust systems in pig housing[C]//2014 Montreal， Quebec Canada July 13 July 16， 2014．American Society of Agricultural and Biological Engineers， 2014： 1

[12] 王文林，劉波，韓睿明，等．農(nóng)業(yè)源氨排放影響因素研究進展[J]．生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2016，32(6)：870-878．

[13] 湯建穎．淺議當前園林綠化施工管理中存在的問題及對策[J]．低碳世界，2015(4)： 25-26．

[14] 耿輝，蘇蕓，耿博，等．養(yǎng)豬場惡臭氣體無組織擴散規(guī)律研究[J]．黑龍江畜牧獸醫(yī)， 2016(11)： 34．

[15] 張睿．集約化豬場惡臭排放監(jiān)測研究[J]．科技資訊，2014(34)：108-109．

[16] 崔玉雪，郭廣寨，黃皇，等．用于填埋場惡臭氣體控制的微生物除臭劑篩選及其除臭機制研究[J]．環(huán)境污染與防治，2014，36(1)：60-63．

[17] CHEN T， XIAO H． The Strategy for the Development of Low-carbon Animal Husbandry in Taiwan and the Lessons Drawn from It[J]．Asian Agricultural Research，2014， 6(9)：50．

[18] 楊福林，高菲，周春曉，等．規(guī)?；B(yǎng)豬場廢水和廢氣污染控制研究[J]．中國農(nóng)學通報，2015，31(5)：177-181．

[19] 李衛(wèi)華．活性炭吸附有機廢氣處理裝置火災的工藝安全分析及對策[J]．化工安全與環(huán)境，2015(027)：8-9．

2017-01-12）

程燕（1987-），女，碩士，教師，研究方向為食品安全與加工，E-mail：1158046007@qq.com；