CC BY
68
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Научная статья
УДК 636/639:631.95
Б01: 10.24412/2227-9407-2021-9-38-49
Проблемы загрязнения воздуха в животноводстве и пути их решения
Александр Григорьевич ВозмиловВениамин Борисович Файн2, Дмитрий Владимирович Астафьев3, Леонид Николаевич Андреев4
12 3Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия
3Южно-Уральский государственный аграрный университет, г. Челябинск, Россия
4Государственный аграрный университет Северного Зауралья, г. Тюмень, Россия
1vozmiag@rambler.
\етатт.Апе@уа^ех. ги
3dim-as82@yandex. ги
4а1пххх 74@уа^ех. ги
Аннотация
Введение. Результаты анализа современных технологий, используемых в животноводстве и птицеводстве, показывают наличие тенденций к укрупнению сельхозпредприятий и значительному увеличению концентрации поголовья. Одной из наиболее серьезных проблем, с точки зрения экологической безопасности животноводческих и птицеводческих комплексов, является проблема снижения количества загрязнений (пыль, микроорганизмы, аммиак, сероводород, дурнопахнущие вещества и т. п.) в воздушной среде животноводческих помещений и в удаляемом в окружающую среду вытяжном воздухе. Высокая концентрация загрязнений в воздушной среде помещений и воздушном бассейне животноводческих комплексов неблагоприятно влияет как на здоровье животных и птицы, так и на здоровье работников сельхозпредприятий и жителей близлежащих населённых пунктов. Для снижения негативного влияния животноводческих комплексов на окружающую среду применяют различные системы очистки и обеззараживания приточного, вытяжного и рециркуляционного воздуха животноводческих помещений.
Материалы и методы. Разработана структурная схема системы комплексной очистки (приточного, вытяжного, рециркуляционного) воздуха в помещении. В соответствии с ней составлено дифференциальное уравнение материального баланса загрязнений в воздушной среде помещения.
Результаты и их обсуждение. На основе уравнения материального баланса загрязнений в воздушной среде помещений получена аналитическая зависимость изменения концентрации загрязняющих веществ в воздушной среде помещения во времени с учётом основных режимных параметров систем очистки воздуха. С целью разработки практической стратегии по снижению негативного воздействия животноводства на окружающую среду проведен анализ эффективности систем очистки и обеззараживания воздушной среды животноводческих помещений на окружающую среду.
Заключение. Результаты анализа показали, что наиболее эффективное снижение комплексного влияния животноводства и птицеводства на окружающую среду, на здоровье работников сельхозпредприятий и жителей близлежащих населенных пунктов обеспечивает система очистки рециркуляционного воздуха на основе мокрого однозонного электрофильтра. Распространение аэрогенных инфекций на животноводческих комплексах эффективно предотвращает система очистки приточного воздуха двухзонным электрофильтром.
Ключевые слова: животноводство, защита окружающей среды, очистка воздуха
© Возмилов А. Г., Файн В. Б., Астафьев Д. В., Андреев Л. Н.. 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
38
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Для цитирования: Возмилов А. Г., Файн В. Б., Астафьев Д. В., Андреев Л. Н. Проблемы загрязнения воздуха в животноводстве и пути их решения // Вестник НГИЭИ. 2021. № 9 (124). С. 38-49. DOI: 10.24412/2227-94072021-9-38-49
Air pollution problems in livestock and ways to solve them
Alexander G. VozmilovVeniamin B. Fine2, Dmitry V. Astafiev3, Leonid N. Andreev4
12 3South Ural State University (NRU), Chelyabinsk, Russia
3South Ural State Agrarian University, Chelyabinsk, Russia
4State Agrarian University of the Northern Trans-Urals, Tyumen, Russia
'vozmiag@rambler.ruM
2veniamin.fine@yandex.ru
3dim-as82@yandex.ru
4alnxxx74@yandex.ru
Abstract
Introduction. The results of the analysis of modern technologies used in livestock and poultry farming show that there are tendencies towards the enlargement of agricultural enterprises and a significant increase in the concentration of livestock. One of the most serious problems, from the point of view of the ecological safety of livestock and poultry complexes, is the problem of reducing the amount of pollution (dust, microorganisms, ammonia, hydrogen sulfide, foul-smelling substances, etc.) in the air of livestock buildings and in the removed, into the environment, exhaust air. A high concentration of air pollution in the indoor environment and in the air pool of livestock complexes adversely affects both the health of animals and poultry and the health of agricultural workers and residents of nearby settlements. To reduce the negative impact of livestock complexes on the environment, various systems for cleaning and disinfecting the supply, exhaust and recirculated air of livestock buildings are used.
Materials and methods. The block diagram of the complex cleaning system (supply, exhaust, recirculated) air in the room has been developed. In accordance with it, a differential equation for the material balance of pollution in the air environment of the room has been compiled.
Results and discussion. On the basis of the equation of the material balance of pollution in the air of the premises, an analytical dependence of the change in the concentration of pollutants in the air of the premises in time is obtained, taking into account the main operating parameters of the air purification systems. In order to develop a practical strategy to reduce the negative impact of animal husbandry on the environment, an analysis of the effectiveness of the systems for cleaning and disinfecting the air of livestock buildings on the environment was carried out. Conclusion. The results of the analysis showed that the most effective reduction in the integrated impact of livestock and poultry farming on the environment, on the health of agricultural workers and residents of nearby settlements is provided by a recirculated air purification system based on a wet single-zone electrostatic precipitator. The spread of aerogenic infections in livestock farms is effectively prevented by the supply air purification system with a two-zone electrostatic precipitator.
Keywords: animal husbandry, environmental protection, air purification
For citation: Vozmilov A. G., Fine V. B., Astafiev D. V., Andreev L. N. Air pollution problems in livestock and ways to solve them // Bulletin NGIEI. 2021. № 9 (124). P. 38-49. (In Russ.). DOI: 10.24412/2227-9407-2021-9-38-49
Введение
Путь развития животноводства и птицеводства, по которому идут страны с наиболее развитым сельским хозяйством, - это путь индустриализации, концентрации и специализации. Данный процесс необратим, т. к. он развивается в направлении совершенствования технологических процессов и но-
вых типов построек для содержания животных и птицы, повышения питательности кормов, улучшения качества продукции, повышения общей культуры ведения животноводства и птицеводства.
Результаты анализа современных технологий, используемых в животноводстве и птицеводстве, показывают наличие тенденций к укрупнению сель-
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
хозпредприятий за счет увеличения концентрации животных.
Анализ отрасли свиноводства в России показал, что в результате её модернизации, начатой в 2005 году, поголовье свиней увеличилось в 1,7 раза (с 13 811 тысяч голов в 2005 году до 23 700 тысяч голов в 2018 году). При этом число сельхозпредприятий с 2005 до 2015 года уменьшилось в 0,8 раза, что говорит об интенсификации в отрасли и увеличении поголовья на одном свиноводческом комплексе (с 1 000 голов в 2006 году до 30 000 голов в 2015 году) [1; 2].
Увеличение поголовья в сельхозпредприятиях за счет повышения концентрации животных и птицы на ограниченной территории существенно по-
.л 5
е
F
H 4
ы ат ц s я 3
арта s
з о д у рт 0002
е ас 1
ы н F
ь
л е 0
д
вышает технико-экономические показатели производства: снижаются затраты на производство продукции, повышается продуктивность животных и птицы (рис. 1) [3; 4; 5; 6].
Аналогичные процессы укрупнения сельхозпредприятий за счёт увеличения концентрации поголовья на отдельных площадках происходят в США, Канаде, большинстве европейских стран и Австралии [7; 8].
Например, в США за период с 1965 по 1999 годы количество свиноводческих хозяйств уменьшилось в 16 раз, при этом среднее поголовье свиней в одном хозяйстве возросло до 5 000 голов и более, при незначительном увеличении общего производства свинины (рис. 2) [7].
320 310
300 | ^
290 £
о §
280 " я
<и
270=«
а
'о..
<о- - _ _ _
о----
-о
10
ч
(D
F о H
Й
s ^
!У
ей -о
и
Л
ч
(D £
0
до 200 200-400 400-600 600-800 Поголовье N, тыс. голов
более 1000
— О — TH=f(N) - удельные трудозатраты —О— Я=Д№) - яйценоскость а/а)
1000
800
600
400
200
12
"О
108
0
т
тсу
с е в
s
й ы н
F
о т
тус
е
н
д
е р
О
24 54
Поголовье N, тыс. голов — С^ Tc=f(N) - удельные трудозатраты —С^ n=f(N) - среднесуточный привес б/b)
Рис. 1. Зависимость основных показателей производства птицеводческих и свиноводческих комплексов от численности их поголовья; а) птицеводство; б) свиноводство Fig. 1. Dependence of the main indicators of the production of poultry and pig complexes on the number of their livestock: a) poultry farming; b) pig breeding Источник: разработано авторами на основании данных [3; 4; 5; 6]
8
6
4
2
- -О
более 1000
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Однако увеличение концентрации поголовья животных и птицы на сельхозпредприятиях имеет ряд негативных последствий и прежде всего - негативное влияние на экологию (загрязнение воздушного бассейна животноводческих и птицеводческих комплексов и бассейна близлежащих населенных пунктов, загрязнение водоёмов и почвы отходами производства) [7; 8; 9]. Одной из наиболее серьезных проблем, с точки зрения экологической безопасности животноводческих комплексов, является проблема снижения количества загрязнений (пыль, микроорганизмы, аммиак, сероводород, дурнопах-нущие вещества и т. п.) в воздушной среде животноводческих помещений и в удаляемом в окружающую среду вытяжном воздухе.
Высокая концентрация загрязнений в воздушной среде помещений и воздушном бассейне животноводческих комплексов неблагоприятно влияет как на здоровье животных и птицы, так и на здоровье работников сельхозпредприятий и жителей близлежащих населённых пунктов. Исследование влияния крупных свиноводческих и птицеводческих комплексов на здоровье обслуживающего персонала и жителей населенных пунктов, расположенных вблизи комплексов, показали, что неблагоприятное влияние на здоровье людей выражается в виде негативной физиологической реакции, а именно тошноты, рвоты, головных болей, кашля, раздражения слизистых оболочек глаз, носа и горла [7; 8; 9].
Рис. 2. Динамика изменения количества американских свиноводов-фермеров в период с 1965 по 1999 год (USDA NASS) Fig. 2. Dynamics of change in the number of American pig farmers in the period from 1965 to 1999 (USDA NASS)
Источник: разработано авторами на основании данных [7]
Большой проблемой для животноводства и птицеводства является предотвращение распространения инфекций аэрогенным путём. Из возможных путей передачи инфекций (насекомые, грызуны, дикая птица, корм, вода и воздух, инвентарь и тара, обслуживающий персонал и др.) аэрогенный путь является наиболее опасным, так как он является одним из основных путей распространений для большинства инфекционных заболеваний животных и птицы и наиболее сложным для его контроля [10].
Для снижения негативного влияния животноводческих и птицеводческих комплексов на окру-
жающую среду применяют различные системы очистки и обеззараживания приточного, рециркуляционного и удаляемого из помещений воздуха [11; 12; 13; 14; 15]. На рисунке 3 показаны основные направления применения систем очистки и обеззараживания вентиляционного воздуха на животноводческих и птицеводческих комплексах и результаты, получаемые при их использовании.
Цель настоящего исследования - изучение эффективности снижения влияния различных систем очистки и обеззараживания воздуха животноводческих и птицеводческих комплексов на экологию.
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
Материалы и методы
На первом этапе была разработана структурная схема системы комплексной очистки (приточного, вытяжного, рециркуляционного) воздуха в помещении. На втором этапе в соответствии с разработанной структурной схемой было составлено дифференциальное уравнение материального баланса загрязнений в воздушной среде помещения. На третьем этапе в результате решения дифференциального уравнения было получено и проанализи-
ровано аналитическое выражение для зависимости концентрации загрязнения в воздушной среде помещения от времени для различных систем очистки и обеззараживания воздуха и влияния данных систем на экологическую безопасность животноводческих комплексов.
Результаты и их обсуждение На рис. 4 представлена структурная схема системы комплексной очистки воздуха в помещении.
Рис. 3. Основные направления применения систем очистки и обеззараживания вентиляционного воздуха на животноводческих и птицеводческих комплексах Fig. 3. The main areas of application of ventilation air purification
and disinfection systems at livestock and poultry complexes Источник: разработано авторами на основании исследований
В рассматриваемой схеме приняты следую- ступающего в помещение в единицу времени, м3/ч;
щие обозначения: V - объем помещения, м ; Х7 -удельное выделение 7-го загрязнителя в воздушную среду помещения в единицу времени, мг/(м3 ч);
- количество приточного воздуха, по-
N = — - кратность воздухообмена приточного воздуха, 1/ч; Q2 = V ■ N2 - количество воздуха, уда-
Вестник НГИЭИ. 2021. № 9 (124). C. 38-49. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2021. № 9 (124). P. 38-49. ISSN 2227-9407 (Print)
_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
ляемое из помещения, м3/ч; N2 = — - кратность
воздухообмена удаляемого воздуха, 1/ч; (3 = V ■ N3 - количество рециркуляционного воздуха, удаляемое из помещения, м3/ч; N3 = ^ - кратность воздухообмена рециркуляционного воздуха, 1/ч; ] 1 ] 1 ]ц - эффективность очистки воздуха от /-го загрязнителя, соответственно, в приточном, вытяжном и рециркуляционном фильтрах; - концен-
трация /-го загрязнителя, соответственно, в приточном воздухе, С^ = 1 — г]- концентрация /-го загрязнителя в удаляемом из помещения воздухе, мг/м3; СI = С I(1 — ]¡з) - концентрация /-го загрязнителя в рециркуляционном воздухе, поступающем в помещение, мг/м3; текущая концентрация /-го загрязнителя в воздушной среде помещения изменяется во времени в зависимости от технологических и конструктивных параметров системы. Для получения аналитического выражения, описывающего зависимость изменения текущей концентра-
ции /-го загрязнителя в воздушной среде помещения во времени, составим, в соответствии со структурной схемой (рис. 4), дифференциальное уравнение материального баланса /-го загрязнителя для интервала времени 1,:
С р = (р 1 + (р 2 + (р 3 — (р4 — (р 5 , (1) где - текущее значение количества /-го
загрязнителя в воздушной среде помещения, мг; (р 1 = С( 1 — ] £ - количество /-го загрязнителя, поступающее в помещение с приточным воздухом, мг; - количество /-го за-
грязнителя , выделяемое в воздушную среду помещения в результате производственной деятельности, мг; (р з = С 13 N зV (1 — г] ^сС £ - количество /-го загрязнителя, поступающее в помещение с рециркуляционным воздухом, мг; и Ср 5 = С I N2V С £ - количество /-го загрязнителя, удаляемое из помещения, соответственно, с рециркуляционным и вытяжным воздухом, мг.
£i ß
Q3
3
Ci
Ci
2
Q2
Рис. 4. Структурная схема системы комплексной очистки воздуха в помещении: 1 - фильтр на притоке; 2 - фильтр на вытяжке; 3 - рециркуляционный фильтр; 4 - помещение Fig. 4. Block diagram of the integrated air purification system in the room: 1 - inlet filter, 2 - exhaust filter, 3 - recirculation filter, 4 - room Источник: разработано авторами на основании исследований
Подставив соответствующие значения йрг, , , и в (1), получим дифференциальное уравнение материального баланса для /-го загрязнителя:
V (С С1 = 1 — ] к)с( £ + ХУ С £ +
+ СiNзV( 1 — ] I з)й £ — (N3 + N2) С £. (2) При составлении и решении уравнения (2) были сделаны следующие допущения:
1) количество /-го загрязнителя, генерируемое в воздушную среду, в результате производственной деятельности мгновенно и равномерно распространяется во всём объёме помещения;
2) эффективность всех фильтров постоянна и не зависит от концентрации /-го загрязнителя.
Анализ систем очистки и обеззараживания воздушной среды животноводческих помещений.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
1. Система очистки приточного, вытяжного и рециркуляционного воздуха (СОПВРВ).
Решив уравнение (2) при начальных условиях £ = 0 , С; = С; получим аналитическую зависимость изменения концентрации 7-го загрязнителя в воздушной среде помещения во времени при работе приточного, вытяжного и рециркуляционного фильтров:
= с^С 1-д ; _ ( 1 _ е _ д ч +
' N + Ы3щз V )
+С;ое _(д2 +д ч 1з >. (3)
При получим аналитическую зависи-
мость для установившегося значения концентрации 7-го загрязнителя в воздушной среде помещения:
С; = . (4)
Использование системы очистки приточного, вытяжного и рециркуляционного воздуха позволяет:
- предотвращать распространение инфекций аэрогенным путем за счет очистки приточного воздуха;
- обеспечить снижение концентрации загрязнителей в воздушной среде животноводческих помещений до нормируемых значений за счет рециркуляционного фильтра;
- защитить воздушный бассейн животноводческих комплексов и близлежащих населенных пунктов. Количество 7-го загрязнителя, удаляемое из помещения в окружающую среду в единицу времени:
Ч>5 = С;уст( 1 _ ;2) ЩУ ■ (5)
2. Система очистки воздуха в режиме прямоточной циркуляции (СОВПЦ).
Подавляющее большинство современных животноводческих и птицеводческих помещений оснащены принудительной приточно-вытяжной вентиляцией, работающей в режиме прямой циркуляции. Структурная схема для данной системы вентиляции представлена на рис. 5.
Аналитическое выражение для данного режима С, = л [С_0_1 ),Х] _^_1Л_2,0 получим из (3) при подстановке [С] _(М )^0, N_1 ^0, ^2^0,
N_3=0, п_(1_1 )=0, Х_#0, п_(1_2 )=0, п_(1_3 ) = 0:
С,=^-( 1-е _ д 0 + С; 1е (6)
Ь ; Q„ ; Ci; ^ г.
Qi 1 S ^
Рис. 5. Структурная схема системы, работаю щей в режиме прямоточной циркуляции (СОВПЦ) Fig. 5. Block diagram of the system operating in the direct-flow circulation mode Источник: разработано авторами на основании исследований
При получаем аналитическую зависи-
мость для установившегося значения концентрации 7-го загрязнителя для режим СОВПЦ:
Q =
QjW i +Xt
N,
(7)
При Nj = N2 = N
lvr T M [1 M
;уст д ; 1 ' Л' (8)
Анализ (8) показывает, что при СОВПЦ концентрация 7-й вредности в воздушной среде помещения в основном зависит от кратности воздухооб-
мена N и удельного значения выделения 7-го загрязнителя .
Система СОВПЦ, за счет увеличения N может снижать С! до рекомендуемых зоотехнических норм, но при этом значительно возрастает количество загрязнителей, удаляемых из помещения, в окружающую среду.
3. Система фильтрации приточного воздуха (СФПВ).
Структурная схема СФПВ представлена на рис. 6.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Ci V Ci >
у Xi ' Ci0' Ci > v
пи 1 Ä Q
Рис. 6. Структурная схема системы фильтрации приточного воздуха (СФПВ) Fig. 6. Block diagram of thesupp ly ai r filtration system Источник: разработано авторами на основании исследований
c =c1£1(iIvh)+x1 1 N2 K
Аналитическое выражение для данного режима Сi = f (СХi,N1 i ,£) получим при подстаноке в (3) С{^ Ф0, ^ Ф 0 , N2;, Ф0= 0 , ]1 Ф 0, Х{Ф 0 , ]i2 = 0 , ]iз = 0:
еЧ + С^е-(9)
При получаем аналитическую зависи-
мость для установившегося значения концентрации /-го загрязнителя в помещении при работе вентиляции в режиме СФПВ:
С =CJlN1^-rIh^ (10)
Ч''ст дг2 у
Анализ (10) показывает, что при СФПВ концентрация /-го загрязнителя в воздушной среде помещения зависит от эффективности очистки воздуха в приточном фильтре , кратности воздухообмена и , и удельного выделения /-го загрязнителя .
При Ы] > Ы2
С^СТ Сi 1( 1 ] i1) + ДГ (11)
Система фильтрации приточного воздуха:
- обеспечивает эффективную защиту животноводческих и птицеводческих комплексов от распространения аэрогенных инфекций, при условии
> Ы2 и соответствующей эффективности ]i При.
> Ы2 обеспечивается положительное давление внутри помещения, что предотвращает поступление в помещение неорганизованных воздушных потоков.
Основное требование, которому должна удовлетворять система очистки приточного воздуха -предотвращение проникновения и распространения аэрогенной инфекции на комплексах. Из [16; 17] известно, что приточные фильтры, задерживающие 93...97 % частиц аэрозоля размером 1 мкм и более, при N1> N 2, эффективно предотвращают аэрогенное заражение животных и птицы.
Одной из перспективных систем очистки приточного воздуха является система электроочистки на основе двухзонного электрофильтра [18].
4. Система фильтрации рециркуляционного воздуха (СФРВ).
Структурная схема для СФРВ представлена на рис. 7.
Рис. 7. Структурная схема системы фильтрации рециркуляционного воздуха (СФРВ) Fig. 7. Block diagram of the filtration system of the recirculated air Источник: разработано авторами
При подстановке в (3) , ,
N2 Ф 0, NзФ 0 , ] к = 0, Х Ф 0 , ц 2 = 0 , ] i3 Ф 0 получим аналитическую зависимость для
при работе системы вентиляции в режиме СФРВ:
с =ChN1 + Xi 1 N2 + N3rj
-•о
, - (N2 +N3 Г] 1зу
+
+ С ое -(Д2 1 . (12)
При получаем аналитическую зависи-
мость для установившегося значения концентрации
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
7-й вредности в помещении при работе вентиляции в режиме СФРВ:
С; = о^. (13)
'уст ЛГ2 +ЛГ377£3
Анализ уравнения (10) показывает, что СФРВ позволяет за счет увеличения кратности внутренней рециркуляции и эффективности рециркуляционного фильтра эффективно снижать концентрацию загрязнителей внутри помещения, обеспечивать благоприятные условия содержания для животных и птицы, обслуживающего персонала, снижать количество удаляемых загрязнений в окружающую среду, обеспечивая экологическую безопасность для населения.
При рассмотрении вопроса очистки рециркуляционного воздуха животноводческих и птицеводче-
ских помещений в [19] рекомендуется использовать фильтры с эффективностью не менее 90 %. В отличие от приточного фильтра циркуляционный фильтр должен очищать воздух от аммиака и сероводорода, а также обладать большей пылеемкостью, т. к. концентрация аэрозолей в циркуляционном воздухе на два и более порядка выше, чем в приточном воздухе.
Учитывая то, что объемы очищаемого рециркуляционного воздуха достигают 5,55...11,11 м3/с, а концентрация пыли равна 35 мг/м3 и более для очистки рециркуляционного воздуха целесообразно применять фильтры с непрерывной регенерацией.
5. Система фильтрации вытяжного воздуха (СФВВ).
Структурная схема для СФВВ представлена на рис. 8.
Рис. 8. Структурная схема системы вентиляции, работающей в режиме фильтрации вытяжного воздуха (СФВВ) Fig. 8. Block diagram of the ventilation system operating in the extract air filtration mode
Источник: разработано авторами
При работе СФВВ концентрация 7-го загрязнителя в воздухе, удаляемого из помещения в окружающую среду, с учетом уравнения (6) изменяется во времени по закону:
С;2 = ( 1 _ 7 ь) р^Лр ■ (1 _ е_д20 + С 1е_д2'). (14)
При получаем аналитическую зависи-
мость для установившегося значения концентрации 7-го загрязнителя, удаляемого из помещения в окружающую среду при работе вентиляции в режиме СФВВ с учетом N = Ы2:
С 2УИ = ( ; 2)( С1 +д) . (15)
Анализ уравнения (15) показывает, что СФВВ позволяет за счет увеличения эффективно снижать концентрацию 7-го загрязнителя в удаляемом воздухе, тем самым обеспечить:
- защиту окружающей среды и обеспечить экологическую безопасность для жителей близлежащих населенных пунктов;
- защиту от загрязнений поверхностей теплообменников.
Исходя из требований к чистоте вытяжного воздуха, а также с учетом требований к защите от загрязнения теплообменных аппаратов [20], эффек-
тивность очистки вытяжного воздуха должна быть в пределах 78...98 %.
Для очистки вытяжного воздуха, так же как и при очистке рециркуляционного воздуха, целесообразно использовать фильтры с непрерывной регенерацией.
Для предотвращения распространения неприятных запахов в воздушном бассейне животноводческих комплексов и их окрестностях данные фильтры должны обладать достаточно высокой эффективностью очистки удаляемого воздуха от неприятных дурнопахнущих веществ.
Наиболее полно данным требованиям отвечает мокрый однозонный электрофильтр [21].
Заключение
Рост количества крупных животноводческих и птицеводческих комплексов приводит к увеличению экологической нагрузки на окружающую среду и негативно влияет на здоровье работников животноводческих комплексов и жителей близлежащих населённых пунктов.
Наиболее эффективное снижение комплексного влияния животноводства и птицеводства на окружающую среду, на здоровье работников сель-
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
хозпредприятий и жителей близлежащих населенных пунктов обеспечивает система очистки рециркуляционного воздуха на основе мокрого однозон-ного электрофильтра. Распространение аэрогенных инфекций на животноводческих комплексах эффективно предотвращает система очистки приточного воздуха двухзонным электрофильтром.
Полученные аналитические зависимости позволяют рассчитывать основные технологические параметры при проектировании систем очистки приточного (зависимость 10), рециркуляционного (зависимость 13) и вытяжного (зависимость 15) воздуха.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Мурсалимов М. М. Российское птицеводство: состояние и перспективы развития // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 1 (51). С. 212-216.
2. Шалавина Е. В., Васильев Э. В. Экологические проблемы отрасли свиноводства в России // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. СПб. : ИАЭП, 2017. Вып. 92. С. 165-172.
3. Васильев Э. В., Шалавина Е. В. Перспективы и экологические проблемы развития птицеводства в России // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. СПб. : ИАЭП, 2017. Вып. 92. С. 173-185.
4. Морозов Н. М., Цой Л. М., Рассказов А. Н. Повышение эффективности производства свинины на основе применения инновационной техники // Международный технико-экономический журнал. 2020. № 4. С.16-23.
5. Корякина К. И. Пути специализации // Птицеводство. 1987. № 11. C. 14-20.
6. Нефедова В. Н., Шаталов С. В., Семенченко С. В. Анализ производственных показателей птицеводческих предприятий Ростовской области по данным РОА «Донптицевод» // Инновационные пути импортоза-мещения продукции АПК. 2015. С. 49-54.
7. Thu K. M. Public health concerns for neighbors of large-scale swine production operations // Journal of Agricultural Safety and Health. 2002. № 8 (2). P. 175-184.
8. Kelley J. Donham, Steven Wing, David Osterberg, Jan L. Flora, Carol Hodne, Kendall M. Thu, Peter S. Thorne. Community Health and Socioeconomic Issues Surrounding Concentrated Animal Feeding Operations // Environmental Health Perspectives. V. 115. № 2. February 2007.
9. Xin H., Gates R. S., Green A. R., Mitloehner F. M., Moore P. A., Wathes C. M. Environmental impacts and sustainability of egg production systems // Poultry Science. V. 90. Issue 1. 2011. P. 263-277.
10. Вайнштейн П. С. Проблемы санитарной изоляции птицеводческих помещений // Птицеводство. 1970. № 12. С.45-47.
11. Winkel A., Mosquera J., Aarnink A. J. A., Groot Koerkamp P. W.G., Ogink N. W. M. Evaluation of a dry filter and an electrostatic precipitator for exhaust air cleaning at commercial non-cage laying hen houses // Biosystems Engineering. 2015. V. 129. P. 212-225.
12. Winkel A., Mosquera J., Aarnink A. J. A., Groot Koerkamp P. W. G., Ogink N. W. M. Evaluation of oil spraying systems and air ionization systems for abatement of particulate matter emission in commercial poultry houses // Biosystems Engineering. 2016. V. 150. P. 104-122.
13. Сизова Ю. В., Тараканов Д. А., Матвеев В. Ю., Лазуткин А. Е., Гришин Н. Е. Исследование зависимости показателей микроклимата от сезона года // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2018. № 4. С. 167-171.
14. Sharkey D. Evalution offiltered air hatchin gaubrailer pezformance // Poultry. Sc. 1977. № 564. Р. 1092-1097.
15. Kosch R., Siemers V., Van Den Weghe H. Efficiency of a bioscrubber system for the reduction of ammonia and dust emissions in a broiler house // ASAE Annual International Meeting. 2005. DOI: 10.13031/2013.19519
16. Chen J. H., Davidson J. H. Ozone production in the negative DC corona: the dependence of discharge polarity // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2003. V. 23 (3). 501e518.
17. Кулешов А. Н. Проблема очистки и обеззараживания воздуха, анализ существующих аппаратов очистки рециркуляционного воздуха в животноводстве // Мир Инноваций. 2018. № 1-2. С. 38-43.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
18. Фильтры, предохраняющие от проникновения вируса болезни Марека // Сельское хозяйство за рубежом. Сер. Животноводство. 1973. № 3. С. 39-41.
19. Волков Г. И., Гущин В. H. Возможности использования рециркуляции воздуха в свинарниках // Ветеринария. 1974. № 9. С. 29-32.
20. Левченко А. А. Воздушные фильтры в системах ВиК // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2012. № 6 (126). С. 64-65.
21. Фалилеев Н. А. Обоснование и разработка электрофильтра для вытяжной системы вентиляции и утилизации тепла птицеводческих помещений. Автореферат дисс. ... канд. техн. наук. Челябинск. 1986. 20 с.
Статья поступила в редакцию 5.07.2021; одобрена после рецензирования 4.08.2021;
принята к публикации 6.08.2021.
Информация об авторах:
A. Г. Возмилов - д.т.н., профессор, Spin-код: 2893-8730;
B. Б. Файн - к.т.н., доцент, Spin-код: 2893-8730;
Д. В. Астафьев - к.т.н., доцент, Spin-код: 8825-7649; Л. Н. Андреев - к.т.н., доцент, Spin-код: 1956-6805.
Заявленный вклад авторов: Возмилов А. Г. - общее руководство проектом, обоснование параметров, формулирование заключения. Файн В. Б. - проведение критического анализа материалов, доработка текста статьи. Астафьев Д. В. - сбор и обработка материалов, работа над текстом статьи. Андреев Л. Н. - сбор и обработка материалов, участие в обсуждении материалов статьи.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Mursalimov M. M. Rossiyskoye ptitsevodstvo: sostoyaniye i perspektivy razvitiya [Russian poultry farming: state and development prospects], Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State Agrarian University], 2015. No. 1 (51). pp. 212-216.
2. Shalavina E. V., Vasiliev E. V. Ekologicheskiye problemy otrasli svinovodstva v Rossii [Ecological problems of the pig industry in Russia], Tekhnologii i tekhnicheskiye sredstva mekhanizirovannogoproizvodstvaproduktsii rasteniyevodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products]. Saint-Petersburg: IAEP, 2017, Issue. 92, pp. 165-172.
3. Vasiliev E. V., Shalavina E. V. Perspektivy i ekologicheskiye problemy razvitiya ptitsevodstva v Rossii [Prospects and environmental problems of the development of poultry farming in Russia], Tekhnologii i tekhnicheskiye sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rasteniyevodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products], Saint-Petersburg: IAEP, 2017, Issue. 92, pp. 173-185.
4. Morozov N. M., Tsoy L. M., Rasskazov A. N. Povysheniye effektivnosti proizvodstva svininy na osnove primeneniya innovatsionnoy tekhniki [Improving the efficiency of pork production based on the use of innovative technology], Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal [International technical and economic journal], 2020, No. 4, pp. 16-23.
5. Koryakina K. I. Puti spetsializatsi [Specialization paths], Ptitsevodstvo [Poultry], 1987, No. 11, pp. 14-20.
6. Nefedova V. N., Shatalov S. V., Semenchenko S. V. Analiz proizvodstvennykh pokazateley ptitsevodcheskikh predpriyatiy Rostovskoy oblasti po dannym ROA «Donptitsevod» [Analysis of production indicators of poultry enterprises in the Rostov region according to the data of the ROA «Donpticevod»], Inno-vatsionnyye puti importozameshcheniya produktsii APK [Innovative ways of import substitution of agricultural products:], 23-24 April 2015. Persianovskiy: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Don State Agrarian University», 2015, pp. 49-54.
7. Thu K. M. Public health concerns for neighbors of large-scale swine production operations, Journal of Agricultural Safety and Health, 2002, No. 8 (2), pp. 175-184.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
8. Kelley J. Donham, Steven Wing, David Osterberg, Jan L. Flora, Carol Hodne, Kendall M. Thu, Peter S. Thorne Community Health and Socioeconomic Issues Surrounding Concentrated Animal Feeding Operations, Environmental Health Perspectives, Vol. 115, No. 2, February 2007.
9. Xin H., Gates R. S., Green A. R., Mitloehner F. M., Moore P. A., Wathes C. M. Environmental impacts and sustainability of egg production systems, Poultry Science, Vol. 90, Issue 1, 2011, pp. 263-277.
10. Weinstein P. S. Problemy sanitarnoy izolyatsii ptitsevodcheskikh pomeshcheniy [Problems of sanitary isolation of poultry buildings], Ptitsevodstvo [Poultry], 1970. No. 12. pp. 45-47.
11. Winkel A., Mosquera J., Aarnink A. J. A., Groot Koerkamp P. W. G., Ogink N. W. M. Evaluation of a dry filter and an electrostatic precipitator for exhaust air cleaning at commercial non-cage laying hen houses, Biosystems Engineering, 2015, No. 129, pp. 212-225.
12. Winkel A., Mosquera J., Aarnink A. J. A., Groot Koerkamp P. W. G., Ogink N. W. M. Evaluation of oil spraying systems and air ionization systems for abatement of particulate matter emission in commercial poultry houses, Biosystems Engineering, 2016, No. 150, pp. 104-122.
13. Sizova Yu. V., Tarakanov D. A., Matveev V. Yu., Lazutkin A. E., Grishin N. E. Issledovanie zavisimosti pokazatelej mikroklimata ot sezona goda [Study of the dependence of microclimate indicators on the season of the year], VestnikMichurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Michurinsky State Agrarian University], 2018, No. 4, pp. 167-171.
14. Sharkey D. Evalution offiltered air hatchin gaubrailer pezformance, Poultry. Sc., 1977. No. 564. pp.1092-1097.
15. Kosch R., Siemers V., Van Den Weghe H. Efficiency of a bioscrubber system for the reduction of ammonia and dust emissions in a broiler house, ASAE Annual International Meeting, 2005, DOI: 10.13031/2013.19519
16. Chen J. H., Davidson J. H. Ozone production in the negative DC corona: the dependence of discharge polarity, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2003, Vol. 23 (3), 501e518.
17. Kuleshov A. N. Problema ochistki i obezzarazhivaniya vozdukha, analiz sushchestvuyushchikh apparatov ochistki retsirkulyatsionnogo vozdukha [The problem of air purification and disinfection, analysis of existing devices for purification of recirculated air in animal husbandry],MirInnovatsiy [World of Innovations], 2018, No. 1-2, pp. 38-43.
18. Fil'try, predokhranyayushchiye ot proniknoveniya virusa bolezni Mareka [Filters protecting against the penetration of the virus Marek's disease], Sel'skoye khozyaystvo za rubezhom. Ser. Zhivotnovodstvo [Agriculture abroad. Ser. Livestock], 1973, No. 3, pp. 39-41.
19. Volkov G. I., Gushchin V. N. Vozmozhnosti ispol'zovaniya retsirkulyatsii vozdukha v svinarnikakh [Possibilities of using recirculated air in pigsties], Veterinariya [Veterinary], 1974, No. 9, pp. 29-32.
20. Levchenko A. A. Vozdushnyye fil'try v sistemakh ViK [Air filters in W&C systems], Santekhnika, Otopleniye, Konditsionirovaniye [Plumbing, Heating, Air Conditioning], 2012, No. 6 (126), pp. 64-65.
21. Falileev N. A. Obosnovaniye i razrabotka elektrofil'tra dlya vytyazhnoy sistemy ventilyatsii i utilizatsii tep-la ptitsevodcheskikh pomeshcheniy [Justification and development of an electrostatic precipitator for the exhaust ventilation system and heat recovery in poultry buildings. Ph. D. (Engineering) thesis], Chelyabinsk, 1986, 20 p.
The article was submitted 5.07.2021; approved after reviewing 4.08.2021; accepted for publication 6.08.2021.
Information about the authors: A. G. Vozmilov - Dr. Sci. (Engineering), professor, Spin-code: 2893-8730; V. B. Fine- Ph. D. (Engineering), associate professor, Spin-code: 2893-8730; D. V. Astafiev- Ph. D. (Engineering), associate professor, Spin code: 8825-7649; L. N. Andreev- Ph. D. (Engineering), associate professor, Spin-code: 1956-6805.
Contribution of the authors: Vozmilov A. G. - general project management, justification of parameters, formulation of a conclusion. Fine V. B. - critical analysis of materials, revision of the text of the article. Astafiev D. V. - collection and processing of materials, work on the text of the article.
Andreev L. N. - collection and processing of materials, participation in the discussion of the materials of the article.
The authors declare no conflicts of interests.
