CC BY
21УДК 631.22:[631.384.52+628.16.085]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ОБЛУЧАТЕЛЯ-ОЗОНАТОРА ВОЗДУХА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Овсянникова Е. А., Сторчевой В. Ф., Кабдин Н. Е., Занфирова Л. В.
ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
Аннотация: 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. Х1 = 38,978 - 58 - 168,333Оз 2. Х2 = 694,972 - 161,3331 - 3,925Ы3. Хз = 0,51111 - 3,33333Оз
Ключевые слова: обеззараживание воздушной среды, ультрафиолетовое излучение, озон, математические модели
Введение
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/м .
Достаточно широкое использование в животноводстве приобрело облучение воздушной среды коротковолновым УФ излучением (Я = 254 нм) [1,3]. Ультрафиолетовое излучение относится к электромагнитным колебаниям и обладает всеми характерными для них свойствами. Существует три области УФ излучений: А (лучи с длинной волны Я от 400315 нм), В (315-280 нм) и С (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. Х1 - Количество облучателей озонаторов N шт;
2. Х2 - Предельно допустимая концентрация О3, мг/м ;
3. Х3 - Время обеззараживания 1;, ч.
Выбор критериев, по которым определяют эффективность процесса обеззараживания воздушной среды, обосновывается их наибольшей значимостью для данного процесса.
1. Ух - Концентрация в воздухе МИ3, мг/м ;
з
2. У2 - Концентрация в воздухе ОМЧ, тыс./м ;
3. У3 - Концентрация в воздухе СО2, %.
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 «8ТЛТ18Т1СЛ У10.0» 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 «8ТЛТ1БТ1СЛ У10.0».
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
з
концентрации озона, для расчета нами были выбраны параметры (0,06; 0,08; 0,1 мг/м ).
з
Большее концентрацию 03 мы взять не можем, так как 0,1 мг/м - 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 МИ3, ОМЧ и СО 2.
Таблица 1 - Матрица активного планирования трехфакторного эксперимента по оптимизации режимных параметров облучателя-озонатора
№ Варьируемые параметры Критерии оптимизации
п/п (отклик)
Количество ПДК Время Кон-ция в Кон-ция в Кон-ция в
облучателей- озона обеззаражива воздухе МИ3, воздухе воздухе
озонаторов, мг/м3 ния, мг/м3 ОМЧ, СО 2,
шт. ч тыс./м3 %
Прбк Хз п
N О3 МИ3 ОМЧ 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 Ух, Х2 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 У1, Х2 и Х3
Рисунок 2 - Поверхность отклика трехфакторной модели оптимального изменения
концентрации аммиака (4-8 мг/м ) График поверхности отклика трехфакторной модели поверхностей для У2, Х1 и Х3 представлен на рис.3 - рис.6.
Рисунок 3 - Поверхность отклика трехфакторной модели, изменения общей микробной
численности
Рисунок 4 - Поверхность отклика трехфакторной модели оптимального изменения
з
концентрации ОМЧ (20-100 тыс. /м3)
Рисунок 5 - Поверхность отклика трехфакторной модели, изменения концентрации азота
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. Zi = 38,978 - 5,8t - 168,333Оз
2. Z2 = 694,972 - 161,333t - 3,925N
3. Z3 = 0,51111 - 3,33333Оэ
Выводы
Таким образом, в итоге были получены регрессионные модели и эффективные режимы УФ облучения и озонирования воздуха:
NH3 = 38,978 - 5,8t - 168,333Оз - изменение концентрации NH3 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;
СО2 = 0,51111 - 3,33333О3 - изменение концентрации азота от озонирования воздуха.
Список использованных источников:
1. 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
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Алферова Л.К. Бородин И.Ф. Юферев Л.Ю. Нанотехнологии на основе ультрафиолетового излучения в сельском хозяйстве. // Техника и оборудование для села. 2006. №6
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.
7. 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.
Овсянникова Елена Александровна, старший преподаватель кафедры автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И.Ф. Бородина ФГБОУ ВО РГА У-
МСХА имени К.А. Тимирязева, energo-ovs@mail.ru Сторчевой Владимир Федорович, заведующий кафедрой автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И.Ф. Бородина, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, у.$1вгскеуоу@rgau-msha.ru Кабдин Николай Егорович, к.т.н., доцент кафедры автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И.Ф. Бородина, ФГБОУ ВО РГА У-МСХА имени
К.А. Тимирязева, energo-nek@rgau-msha.ru Занфирова Лариса Вячеславовна, к.п.н., доцент кафедры автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И.Ф. Бородина zanfirova@rgau-msha.ru
DETERMINATION OF BASIC PARAMETERS AND OPERATING MODES OF THE COMBINED AIR IRRADIATOR-OZONATOR IN LIVESTOCK ROOMS
Ovsyannikova Elena Aleksandrovna, Storchevoy Vladimir Fedorovich, Kabdin Nikolay Egorovich,
Zanfirova Larisa Vyacheslavovna
Abstract: Analysis of existing methods and means of air disinfection, namely, ultraviolet radiation and ozone. The principle of operation and the results from the use of irradiators-ozonizers. Analysis of the characteristics of ultraviolet bactericidal llamas and their positive effects on animals. Areas and features of the use of the irradiator-ozonator of air in pig-breeding premises. Study of mathematical models of the process of bactericidal irradiation, determination of the main parameters and operating modes of the irradiator. Study of changes in the air composition in the livestock building when the OZUF irradiator-ozonator is turned on. As a result of the analysis of the obtained experimental data, the regression equations have the following form for each optimization criterion, which make it possible to obtain rational modes of UV bactericidal irradiation and air ozonation. 1. Z1 = 38.978 - 5.8t - 168.333O3 2. Z2 = 694.972 - 161.333t - 3.925N3. Z3 = 0.51111 -3.33333O3
Key words: air disinfection, ultraviolet radiation, ozone, mathematical models
Ovsyannikova Yelena Aleksandrovna, starshiy prepodavatel' kafedry avtomatizatsii i robotizatsii tekhnologicheskikh protsessov imeni akademika I.F. Borodina FGBOU VO RGAU-MSKHA imeni
K.A. Timiryazeva, energo-ovs@mail.ru Storchevoy Vladimir Fedorovich, zaveduyushchiy kafedroy avtomatizatsii i robotizatsii tekhnologicheskikh protsessov imeni akademika I.F. Borodina, d.t.n., professor FGBOU VO RGAU-MSKHA imeni K.A. Timiryazeva, v.storchevoy@rgau-msha.ru Kabdin Nikolay Yegorovich, k.t.n., dotsent kafedry avtomatizatsii i robotizatsii tekhnologicheskikh protsessov imeni akademika I.F. Borodina, FGBOU VO RGAU-MSKHA imeni K.A. Timiryazeva,
energo-nek@rgau-msha. ru Zanfirova Larisa Vyacheslavovna, k.p.n., dotsent kafedry avtomatizatsii i robotizatsii tekhnologicheskikh protsessov imeni akademika I.F. Borodina zanfirova@rgau-msha.ru
