Определение основных параметров и режимов работы комбинированного облучателя-озонатора воздуха в животноводческих помещениях
Автор: Овсянникова Елена Александровна, Сторчевой Владимир Федорович, Кабдин Николай Егорович, Занфирова Л.В.
Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel
Рубрика: Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве
Статья в выпуске: 4 (33), 2021 года.
Бесплатный доступ
Анализ существующих методов и средств обеззараживания воздушной среды, а именно, ультрафиолетового излучения и озона. Принцип действия и результаты от применения облучателей-озонаторов. Анализ характеристик ультрафиолетовых бактерицидных лам их положительное воздействие на животных. Области и особенности применения облучателя-озонатора воздуха в свиноводческих помещениях. Исследование математических моделей процесса бактерицидного облучения, определение основных параметров и режимов работы облучателя. Изучение изменения состава воздуха в животноводческом помещении при включении облучателя-озонатора «ОЗУФ». В результате анализа полученных экспериментальных данные, уравнения регрессии имеет следующий вид по каждому критерию оптимизации, которые позволяют получить рациональные режимы УФ бактерицидного облучения и озонирования воздуха. 1. Z1 = 38,978 - 5,8t - 168,333O3 2. Z2 = 694,972 - 161,333t - 3,925N3. Z3 = 0,51111 - 3,33333O3
Обеззараживание воздушной среды, ультрафиолетовое излучение, озон, математические модели
Короткий адрес: https://sciup.org/147235503
IDR: 147235503
Текст научной статьи Определение основных параметров и режимов работы комбинированного облучателя-озонатора воздуха в животноводческих помещениях
Наиболее актуальной проблемой в сельскохозяйственном производстве, является увеличение производства продукции и повышение репродуктивной способности животных и птиц.
В связи с этим возникает острая потребность в применении современных технологий для обеспечения сохранности животных, высокой репродуктивной способности и получение экологически чистых пищевых продуктов. Для решения этих проблем стоит уделить, особое внимание на улучшение содержания животных и птиц. Одно из условий хорошего содержания животных и птиц это то, что в помещении не должны быть превышены предельно допустимые концентрации патогенной микрофлоры. В связи с этим в животноводческих и птицеводческих помещениях обеззараживают воздушную среду.
Обеззараживание воздушной среды общепринято классифицировать по принципу бактерицидного действия. В данный момент времени существуют: химические, механические и физические методы дезинфекции воздуха в животноводческих помещениях.
В животноводстве наиболее эффективным и экологически безопасным методом обеззараживания воздушной среды является физический метод, работающий на основе коротковолнового УФ излучения с выделением озона и искусственной ионизацией воздуха. К обеззараживающим особенностям озона относят обширный спектр его биоцидного воздействия при низкой концентрации, применение для стерилизации труднодоступных поверхностей и короткий период полураспада.
Но в тоже время озон является высокотоксичным газом, обеззараживание воздушной среды в присутствии животных возможно, только при низких концентрациях в зоне дыхания животных – не более 0,1мг/м3.
Достаточно широкое использование в животноводстве приобрело облучение воздушной среды коротковолновым УФ излучением (Л = 254 нм) [1,3]. Ультрафиолетовое излучение относится к электромагнитным колебаниям и обладает всеми характерными для них свойствами. Существует три области УФ излучений: A (лучи с длинной волны Л от 400315 нм), B (315-280 нм) и C (280-100 нм). Область «С» имеет самое сильное бактерицидное действие. Благодаря сильному бактерицидному эффекту коротковолнового УФ излучения, воздух в животноводческом помещении становится чище, что в свою очередь позволяет снизить заболеваемость и улучшить продуктивность животных.
В связи с этим особую актуальность представляют Лампы ДБК – ультрафиолетовые бактерицидные лампы производящие УФ излучение с пиком на длине волны 254 нм, предназначенные для использования в УФ – бактерицидных облучательных установках для обеззараживания воздуха в помещениях [5].
Отличительной особенностью данных ламп является отсутствие специального покрытия или увиолевого стекла, что при работе ламп вызывает образование озона. Озон вырабатывается из-за того, что в этих лампах присутствует спектральная линия с длинной волны 185 нм. Применение этих ламп требует тщательного контроля концентрации озона и соблюдении его в ПДК.
На основе ламп ДБК были созданы облучатели-озонаторы «ОЗУФ» применяющиеся в животноводческих помещениях [5].
Принцип действия данного обучателя-озонатора заключается в том, что при включении лампы низкого давления, создается озонно-воздушная смесь, которая выводится через отверстия при помощи вентилятора и дезинфицирует воздух от патогенной микрофлоры. Это дает возможность использовать данный облучатель не только в животноводческих помещениях, но также во фруктохранилищах, где необходимо поддержание определенного состава воздушной среды [6].
Главной задачей данного исследования становится, применение облучателя-озонатора воздуха для свиноводческого помещения, расчет режимов его работы и оптимальной благотворной микрофлоры.
Материалы и методы
Для теоретического исследования процесса влияния УФ бактерицидного облучения и озонирования, в данный процесс необходимо также включить разработку и исследование математических моделей исследуемого процесса, которые будут описывать связь между варьируемыми параметрами технологического процесса с критериями оценки эффективности процесса. Применение математических моделей для исследования позволяет получить информацию для формирования базы данных[7]
Чтобы обосновать основные параметры и режимы работы облучателя-озонатора, решено использовать матрицу активного планирования трехфакторного эксперимента типа 23.
Критериями, влияющими на патогенную микрофлору в воздушном пространстве свинарника, являются:
-
1. X 1 – Количество облучателей озонаторов N, шт;
-
2. Х 2 – Предельно допустимая концентрация О 3 , мг/м3;
-
3. Х 3 – Время обеззараживания t, ч.
Выбор критериев, по которым определяют эффективность процесса обеззараживания воздушной среды, обосновывается их наибольшей значимостью для данного процесса.
-
1. Y 1 – Концентрация в воздухе NH 3, мг/м3;
-
2. Y 2 – Концентрация в воздухе ОМЧ, тыс./м3;
-
3. Y 3 – Концентрация в воздухе СО 2 , %.
Результаты и обсуждение
В процессе статистической обработки экспериментальных данных был проведен регрессионный анализ, получены уравнения множественной линейной регрессии для каждого варьируемого параметра. Уравнения, полученные в результате математических моделей при помощи программы «STATISTICA V10.0» отражают достоверные описание искомой величины, при помощи факторов подверженные зависимостью от основных параметров и режимов работы. Для приведения регрессионной модели, показывающая зависимость рассматриваемых величин от поверхностей отклика в зависимости от фактора мы использовали программу «STATISTICA V10.0».
Для теоретического исследования процесса УФ облучения и озонирования воздуха от патогенной микрофлоры был выбран комбинированный облучатель-озонатор серии «ОЗУФ» с лампой ДБК-36 без специального увиолевого стекла, которое ограничивает выход озона.
Выбор количества облучателей-озонаторов основывается по допустимой концентрации озона, для расчета нами были выбраны параметры (0,06; 0,08; 0,1 мг/м3). Большее концентрацию O 3 мы взять не можем, так как 0,1 мг/м3 – это ПДК озона, которым можно дезинфицировать животноводческое помещение в присутствии животных и людей.
Время обеззараживания воздуха, выбрано исходя из рекомендованного времени дезинфекции [4,5].
Таблица 1 составлена основываясь на экспериментальные данные [3,5] влияния озона и УФ бактерицидного действия на NH 3 , ОМЧ и СО 2 .
Таблица 1 – Матрица активного планирования трехфакторного эксперимента по оптимизации режимных параметров облучателя-озонатора
№ п/п |
Варьируемые параметры |
Критерии оптимизации (отклик) |
|||||
Количество облучателей-озонаторов, шт. |
ПДК озона мг/м3 |
Время обеззаражива ния, ч |
Кон-ция в воздухе NH 3 , мг/м3 |
Кон-ция в воздухе ОМЧ, тыс./м3 |
Кон-ция в воздухе СО 2 , % |
||
Пр бк |
Z i N |
Z 2 O 3 |
Z 3 t |
^ 1 NH 3 |
^ 2 ОМЧ |
^ 3 СО 2 |
|
Фон |
- |
- |
- |
- |
25 |
700 |
0,4 |
1 |
20,5 |
10 |
0,06 |
1 |
20,8 |
455 |
0,4 |
2 |
20,5 |
30 |
0,08 |
2 |
12 |
189 |
0,2 |
3 |
20,5 |
50 |
0,1 |
3 |
4,3 |
21 |
0,1 |
4 |
20,5 |
10 |
0,06 |
2 |
18,3 |
347 |
0,3 |
5 |
20,5 |
30 |
0,08 |
3 |
5,8 |
42 |
0,1 |
6 |
20,5 |
50 |
0,1 |
1 |
18,8 |
399 |
0,3 |
7 |
20,5 |
10 |
0,06 |
3 |
14,7 |
250 |
0,3 |
8 |
20,5 |
30 |
0,08 |
1 |
20 |
427 |
0,3 |
9 |
20,5 |
50 |
0,1 |
2 |
10,5 |
161 |
0,2 |
График поверхностей для Y 1 , Х 2 и Х 3 представлен на рис.1.

Рисунок 1 – Поверхность отклика трехфакторной модели, изменения концентрации аммиака На рис. 2 представлен график поверхностей для оптимальных значений Y 1 , Х 2 и Х 3

Рисунок 2 – Поверхность отклика трехфакторной модели оптимального изменения концентрации аммиака (4-8 мг/м3)
График поверхности отклика трехфакторной модели поверхностей для Y 2 , X 1 и Х 3 представлен на рис.3 – рис.6.

Рисунок 3 - Поверхность отклика трехфакторной модели, изменения общей микробной численности
Ьвде*^

Рисунок 4 - Поверхность отклика трехфакторной модели оптимального изменения концентрации ОМЧ (20-100 тыс./м3)

Рисунок 5 – Поверхность отклика трехфакторной модели, изменения концентрации азота

■ < 0,92 ■ < 0,9
Рисунок 6 – Поверхность отклика трехфакторной модели оптимального изменения концентрации азота (0,1-0,2 %)
Проанализировав полученные экспериментальные данные, получаем уравнения регрессии по каждому критерию оптимизации, которые позволяют получить рациональные режимы УФ бактерицидного облучения и озонирования воздуха.
-
1. Z 1 = 38,978 – 5,8t – 168,333O 3
-
2. Z 2 = 694,972 – 161,333t – 3,925N
-
3. Z 3 = 0,51111 – 3,33333O 3
Выводы
Таким образом, в итоге были получены регрессионные модели и эффективные режимы УФ облучения и озонирования воздуха:
NH 3 = 38,978 – 5,8t – 168,333O 3 – изменение концентрации NH 3 от времени УФ облучения и озонирования воздуха;
ОМЧ = 694,972 – 161,333t – 3,925N – изменение концентрации общей микробной численности от времени УФ облучения и озонирования воздуха;
СО 2 = 0,51111 – 3,33333O 3 – изменение концентрации азота от озонирования воздуха.
Список литературы Определение основных параметров и режимов работы комбинированного облучателя-озонатора воздуха в животноводческих помещениях
- Storchevoy, V., Suchugov, S., Umansky, P., Storchevoy, A. Study of the operating modes of a microwave installation for heat treatment and disinfection of grain. E3S Web of Conferences 273,рр. 01022, 2021
- Компаниец А.Е., Сторчевой В.Ф. Исследование параметров и режимов работы озонатора при термической обработке молока. В сборнике: Материалы международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 160-летию В.А. Михельсона. 2020. С. 299-303.
- Курзин Н.Н., Нормов Д.А., Лебедев Д.В., Рожков Е.А. Электротехнологии в сельском хозяйстве. Учебно-методическое пособие для студентов направления 35.03.06 "Агроинженерия (Электрооборудование и электротехнологии)" / Краснодар, 2020.
- Сторчевой В.Ф., Кабдин Н.Е., Компаниец А.Е. Исследование параметров и режимов работы озонатора-ионизатора для молочных ферм. Агроинженерия. 2020. № 3 (97). С. 50-54.
- Алферова Л.К. Бородин И.Ф. Юферев Л.Ю. Нанотехнологии на основе ультрафиолетового излучения в сельском хозяйстве. // Техника и оборудование для села. 2006. №6
- Азизов Р.А., Чистова Я.С. Электрификация камеры с регулируемой газовой средой во фруктохранилище для хранения яблок. // Наука без границ. 2019. № 6 (34). С. 110-113.
- Меликов А.В. Применение теории множеств для организации данных исходной реляционной базы данных. // Прикаспийский журнал:управление и высокие технологии.2011. №4 (16).С.16-22.