台灣過濾與分離學會電子報2024年第19期

市場趨勢

◎養豬場的清新空氣有效降低豬的呼吸道疾病

        呼吸道疾病仍然是全球養豬業的一個主要經濟和健康問題。豬的呼吸道疾病很常見，由於生長速度、飼料效率下降和呼吸道損傷，可能會造成重大經濟損失。呼吸功能障礙影響動物福利並常導致抗生素使用增加。在1980年代中期，豬場養殖開始受到豬繁殖與呼吸綜合症病毒（PRRSV）的嚴重影響。這種致命的疾病最初在北美出現，並迅速傳播到全球。影響極其嚴重——在隨後的幾十年裡，PRRSV每年估計造成美國豬肉產業6.64億美元的損失，這還不包括其他空氣傳播的疾病，如豬支原體肺炎、豬流行性腹瀉和甲型流感病毒。因此，通風和過濾系統成了防止空氣傳播疾病的關鍵。

養豬場的通風系統。

        養豬場設施幾乎完全依賴戶外新鮮空氣的通風，即豬舍內的空氣不會循環，因此來自鄰近豬場的病原體氣溶膠傳播是主要的生物安全風險。通過新鮮空氣通風來仔細控制和減少病原體的傳播，對豬業的長期可持續性極為重要。因此，養豬場的生物安全基礎設施是複雜且多方面的，而新鮮空氣通風過濾只是整體生物安全計劃中減少傳染性和致命病原體傳播的重要項目之一。

        養豬場使用的過濾器類型包括初級過濾器，其效率為MERV 6 ~ 8。次級過濾器（MERV 14 ~ 16）也會被使用，有時甚至會使用到HEPA過濾器。選擇過濾器的關鍵因素包括與其他農場的距離、交通路線以及農場的通風系統能力。初級過濾器用於阻擋3 ~ 10 µm的大顆粒，並且具有高容塵量，而次級過濾器則可攔截較小的顆粒，約0.3 ~ 3.0 µm，可以阻擋像豬繁殖與呼吸綜合症病毒（PRRSV）這類病毒。儘管PRRSV本身僅有0.05 ~ 0.065 µm，但通常附著在灰塵上，形成約2.1 µm的顆粒。過濾器通常由合成材料或玻璃纖維製成。

母豬場的正壓通風系統範例，配有蒸發冷卻墊和過濾器牆。

        雖然養豬場的過濾技術相對較新，但通風系統也有相對應的發展。過往養豬場常使用負壓通風系統，風扇在動物居住的空間內創造負壓，新鮮空氣通過帶有過濾器的空氣入口進入，但不可避免的也會通過一些未過濾的汙染。如今，許多養豬場使用正壓通風系統，空氣通過過濾器進入，然後使豬舍或動物居住的空間處於正壓狀態，這樣就會有排氣，從而減少未經過濾的空氣進入，大幅減少疾病爆發的頻率。例如，美國第四大養豬公司Iowa Select Farms通過改造和建造新豬舍的組合，建設了30個過濾的正壓母豬場和10個正壓後備母豬培育單位。

        正壓通風系統的運作原理是室外未經過濾的環境空氣先通過過濾牆，去除空氣中的病原體。然後，空氣進入蒸發冷卻牆，隨後風扇將經過濾和冷卻的空氣加壓至豬舍的閣樓。隨著建築物加壓，進風口會允許精確數量的空氣進入，以維持溫度和氣流，同時逆風百葉窗在風大的情況下防止壓力下降和倒流。帶有管道驅動系統的執行器隨後調整窗簾的開口，以保持恆定的壓力並提供代謝氣體的出口。由於正壓不斷將空氣推出，這意味著即使豬舍有小裂縫，未經過濾的外部空氣也無法滲入。

        西班牙主要豬肉商Cincaporc決定投資安裝AAF International的進氣過濾系統，用於西班牙Sariñena的一個新生產母豬場的通風系統，該農場擁有4,665隻動物，且該地區豬場密度高。該通風系統由冷卻系統和空氣過濾系統組成，通過軸流風扇將空氣分配到動物區域上方的集風室中，從而產生正壓。四座建築的每一端都配有通風系統，過濾器框架則置於定製的金屬外殼中，以便於更換。值得注意的是，該系統還使用AAF Sensor360過濾監控設備，用於測量空氣品質、壓力降的變化和性能，從而最大化過濾器的使用壽命。

        此外，過濾器設計的特徵在於多孔膜和纖維結構，過濾器的效率越高，孔徑越小，這會導致壓力下降，並最終使過濾器堵塞。這意味著過濾器在某些環境中可能很快失效，並需要經常更換，這會增加成本。高效過濾選項如HEPA過濾器，還需要更多的動力來推動空氣穿過膜層。

        南達科他州立大學Saikat Basu教授與康乃爾大學Sunghwan Jung教授以及伊利諾大學香檳校區Leonardo Chamorro教授共同合作模仿豬鼻的結構來設計過濾器。豬的鼻腔比人類的鼻腔更複雜，它們由彎曲且冗長的鼻甲構成，這些結構將吸入的氣流分流並延伸，能有效地過濾來自塵土飛揚環境中的有害顆粒。這表明，模仿這種設計可能對抗空氣傳播的病原體、疾病、細菌及其他外部顆粒非常有效。豬鼻還能產生大量的熱傳遞，這對空調過濾器而言是一個關鍵因素。研究人員對豬進行CT掃描，描繪鼻腔的幾何結構，並設計模擬氣流和熱傳遞的過濾器。這些模型能捕捉到幾乎所有大於10 µm的顆粒，但對於更小的顆粒，其效率降低。咳嗽和打噴嚏產生的液滴和氣溶膠通常小於5 µm，但研究數據顯示，超過80%引起上呼吸道感染的病毒來自於吸入9 µm以上的液滴。雖然還需要進一步的研究，但「豬鼻」設計可能成為HEPA過濾器的可行替代方案。

豬鼻過濾器的設計靈感來自大自然，可高效節能地吸入空氣並分離有害顆粒。

        這篇文章的重點主要集中在現代養豬場的通風和過濾系統對於提高豬隻健康和生產力的重要性。以下是主要要點：

        總的來說，透過創新和精確的控制系統，豬場能夠有效降低病原體傳播的風險，提升生產效益，並確保其長期可持續性。

資料來源：

1.Andrew Smith, A breath of fresh air for swine farms, Filtration+Separation, July 2024, 16-19.

2.https://www.biochem.net/news/articles/a-breath-of-fresh-air-tackling-swine-respiratory-disease

3. Jisoo Yuk, Mohammad Mehedi Hasan Akash, Aneek Chakraborty, Saikat Basu, Leonardo P Chamorro, Sunghwan Jung, Morphology of pig nasal structure and modulation of airflow and basic thermal conditioning, Integrative and Comparative Biology, Volume 63, Issue 2, August 2023, Pages 304–314, https://doi.org/10.1093/icb/icad005

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