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

Еще

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.
Еще
Статья научная