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.