Баланс озона при детоксикации фуражного зерна

БАЛАНС ОЗОНА ПРИ ДЕТОКСИКАЦИИ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА

Кормовые отравления приносят значительный ущерб животноводству[1,2,7]. Причиной, которых является не качественный кормовой материал, содержащий на своей поверхности различные вредоносные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности [3,4,6]. Одним из наиболее эффективных способов дезинфекции фуражного зерна является озонирование [1,3]. Данный способ позволяет сократить количество кормовых отравлений у животных.

Технологический процесс детоксикации фуражного зерна различных сельскохозяйственных культур и кормов, включает продувку зерна озоновоздушной смесью в бункере, подачу озоновоздушной смеси осуществляют вентилятором производительностью 70 м3/ч, при этом концентрация озона в смеси составляет 1,5 — 3 г/м3, а время обработки 1 — 8 часов, в зависимости от степени зараженности зерна.

Сущность технологического процесса поясняется чертежом, где на рис. 1 — изображена установка для реализации способа борьбы с микотоксинами фуражного зерна и кормов; на рис. 2 — представлен график зависимости количества токсинов содержащихся в фуражном зерне от времени обработки.

Рис. 1 Установка, для детоксикации микотоксинов фуражного зерна озоном

Предлагаемый способ осуществляют с помощью установки состоящей из хранилища 1, транспортёра 2 расположенного погрузочной частью под хранилищем, а выгрузочной — над бункером 3 в верхней части которого расположен погрузочный люк 4, а в нижней — выгрузочный люк 5, предназначенный для расфасовки обработанного зерна 6 в мешки 7. В бункер 3 встроены воздуховоды 8 с технологическими отверстиями 9, которые сообщены с генератором озона 10 и вентилятором 11 посредством переходника 12.

Фуражное зерно или комбикорм, из хранилища 1 загружают посредством транспортера 2, через загрузочный люк 4 в бункер 3. Затем включают вентилятор и генератор озона для получения озоновоздушной смеси, которая через воздуховоды 8. с технологическими отверстиями 9 поступает в бункер 3 для продувки зерна. При этом бункер 3, заполненный зерном закрыт верхним погрузочным 4 и нижним выгрузочным 5 люками. После продувки отключают вентилятор и генератор озона и обработанное зерно 6 выгружают в мешок 7, в котором оно хранится.

Для подтверждения эффективности предлагаемого технического решения, предварительно фуражное зерно любой злаковой сельхоз культуры количестве 100 кг исследовали в лабораторных условиях на степень зараженности микотоксинами в качестве которых были выбраны, как наиболее часто встречающиеся Т-2 и Зеараленон. В результате исследований было определено, что в среднем зараженность зерна составила Т-2 в количестве 48,8 мг на кг зерна, а Зеараленон — 140,6 мг/кг.

Фуражное зерно в бункере обрабатывали в течение 1 — 8 часа при концентрации озона в озоновоздушной смеси от 1,5 до 3 г/м3, в зависимости от зараженности зерна. В результате опыта выяснилось, что при концентрации меньше 1,5 г/м3 не обеспечивается достаточная детоксикация, а при концентрации 3 г/м3 по данным эксперимента обеспечивается полная детоксикация зерна (см. таб.1).

Таблица 1. Действие озона на токсины при обработке зараженного зерна.

Что касается времени обработки, то при загрязненности зерна, микотоксинами Т-2 в количестве 48,8 мкг/кг, а Зеараленон — 140,6 мкг/кг, при меньшем их количестве достаточно 1 часа обработки, при большем же их количестве в зависимости от загрязненности необходимо увеличивать время обработки до 8 часов.

Таблица 2. Результаты воздействия озона на токсины Т-2 и Зеараленон.

Рис. 2 Графическая зависимость количества токсинов содержащихся в фуражном зерне от времени обработки озоном.

Рассмотрев процесс дезинфекции фуражного зерна озоном можно отметить, что не весь объем поступившей озоновоздушной смеси используется для разложения микроорганизмов и токсинов[5,6]. Для создания технологии обеззараживания и детоксикации зерна озоном необходимым рассмотреть данный вопрос более подробно [5,7].

При обеззараживании фуражного зерна количество подаваемого озона можно условно разделить на 4 части: 1) насыщение зерна озоном (зависит от активной площади поверхности зерен,), 2) разложение озона в слое зерна (зависит от температуры, влажности, давления в слое зерна и т. д.,), 3) количество озона, расходуемое на разложение токсинов, находящихся в зерне (), 4) количество озона не участвующее в реакциях Q4. Следовательно, уравнение баланса будет выглядеть следующим образом:

где QО — общее количество озона, подаваемое в бункер, мг; Q1 — количество озона, поглощаемое активной поверхностью зерна, мг; Q2 — количество разлагаемого озона, мг; Q3 — количество озона, расходуемое на разложение токсинов, находящихся в зерне, мг, Q4 — количество озона не использованное в процессе дезинфекции, мг.

Для подтверждения теоретических данных нами проведена серия экспериментов, на основании которых была получена зависимость изменения концентрации озона при прохождении озоновоздушной смеси через 1 кг пшеницы (рисунок 3).

Анализ графика представленного на рисунке 1 позволяет определить динамику изменения разности концентраций озона на входе и выходе из обрабатываемого объема, что позволяет выявить количество озона поглощаемого зерном [4,6]. Данное изменение можно отразить графически (рисунок 4).

Рисунок 3 — Изменение концентрации озона: 1- на входе в емкость, 2 — при прохождении озоновоздушной смеси через 1 кг пшеницы (на выходе из емкости).

Рисунок 4 — Площадь поглощения озона зерном пшеницы Анализируя полученные графики, можно сделать вывод, что произведение площади, ограниченной кривыми 1 и 3 (рисунок 4), на расход озоновоздушной смеси, пропускаемой через зерно, есть количество озона, поглощенное зерном, т. е.

где — площадь, характеризующая поглощение озона зерном, мгс/м3; Т — расход озоновоздушной смеси, м3/c.

Из рисунка 4 видно, что площадь, определяющая дозу озона, поглощаемого активной площадью зерна пшеницы, ограничена с одной стороны кривой изменения концентрации озона на входе в емкость, а с другой — кривой изменения концентрации на выходе из емкости, смещенной по оси ординат на С1+С2, где С1 — разница изменений концентраций на входе и выходе в установившемся режиме, мг/м3;С2 — разница концентраций озона, затрачиваемого на разложение токсинов, содержащихся в зерне, мг/м3 [4,7].

Для вычисления площади была использована программа AdvancedGrapher. Для аппроксимации экспериментальные кривые разбиваются на 4 части, как показано на рисунке 5. Это делается ввиду невозможности аппроксимации зависимостей целиком из-за сложности функций описывающих эту кривизну.

Рисунок 5 — Аппроксимирование зависимостей На основании рисунка 5 можно сказать, что площадь между кривыми находится как сумма площадей участков, т. е.

где, , , — площадь соответствующего участка, мгс/м3.

С помощью функции «Регрессионный анализ» программы AdvancedGrapher были поочередно аппроксимированы участки кривых, ограничивающих площадь, и определено, что площадь ограничена линиями t=0, t=16 и полиномиальными функциями:

C (t)=3.2 110−5t6−0.0015t5+0.0201t4+0.156t3−7.597t2+128.27t-0.6846;

C (t)=-3.60 525 610−6t7+6.256 910−5t6+0.00285t5−0.0864t4+0.88099t3- -2.97 6428t2+3.1375t+79.

Площадь ограничена линиями t=16, t=50 и полиномиальными функциями:

C (t)= -2.423 972 610−4t4+0.44 5125t3−3.161 0534t2+108.543 4447t-89.357 584; C (t)=-3.214 956 310−4t4+0.54 4519t3−3.882 7922t2+150.538 6863t-1260.3 816 125.

Площадь ограничена линиями t=50, t=90 и полиномиальными функциями: детоксикация фуражный зерно озон.

C (t)=-0.71 4573t2+11.931 1585t+1066.942 101;

C (t)=0.2 4657t3−0.604 1674t2+51.581 0087t -22.941 724.

Площадь ограничена полиномиальными функциями:

C (t)=-0.8 0818t2+2.349 6649t+1413.994 498;

C (t)=-0.11 1867t2+3.677 8813t+ +1284.5 983 414.

С помощью функции «Интегрирование» определены площади, ,,. Таким образом, с учетом (3).

В эксперименте использовался компрессор с постоянной подачей 4 м3/ч, что соответствует 0,1 111 м3/с. Подставляя полученные значения в формулу (2), получим количество озона, поглощаемое 1 кг пшеницы.

Таким образом, количество озона, требуемого для насыщения 1 тонны пшеницы, составляет около 26 грамм.

Продолжая анализ графиков, можно сделать вывод, что количество озона, расходуемое на разложение токсинов в зерне, есть произведение площади, ограниченной кривыми 2 и 4 (рисунок 6), на расход озоновоздушной смеси, пропускаемой через зерно, т. е.

где — площадь, характеризующая разложение токсинов озоном, мгс/м3;

Т — расход озоновоздушной смеси, м3/c.

Из рисунка 6 видно, что площадь, определяющая дозу озона, затрачиваемого на разложение токсинов, содержащихся в зерне, ограничена с одной стороны кривой изменения концентрации озона на выходе из емкости (кривая 2), а с другой — кривой изменения концентрации на входе в емкость с учетом поглощения озона зерном (кривые 1 и 3), смещенной по оси ординат на С1, т. е. площадь, ограниченная кривыми 2 и 4.

Рисунок 6 — Площадь разложения токсинов озоном Вычисление площади осуществляется аналогично вычислению площади. Для аппроксимации экспериментальные кривые разбиваются на 4 части, как показано на рисунке 7. Из данного рисунка видно, что площадь между кривыми находится как сумма площадей участков, т. е.

где, , , — площадь соответствующего участка, мгс/м3.

С помощью функции «Регрессионный анализ» программы AdvancedGrapher поочередно аппроксимированы участки кривых, ограничивающих площадь, и определено, что площадь ограничена линиями t=0, t=16 и полиномиальными функциями:

C (t)=-7.637 611 710−5t5+0.9 4561t4−0.1473t3+1.4622t2−2.6821t+26.0373;

C (t)=-7.637 611 710−5t5+0.9 4561t4−0.14 7345t3+1.46 2219t2−2.682 1256t+0.373 453.

Площадь ограничена линиями t=16, t=50 и полиномиальными функциями:

C (t)=1.835 110−5t5−0.0035t4+0.2777t3−11.3096t2+269.668 7214t-2048.5979; C (t)=1.82 110−5t5−0.0035t4+0.2761t3−11.255 6867t2+268.816 6304t-2069.4 081 813.

Площадь ограничена линиями t=50, t=150 и полиномиальными функциями:

C (t)=-1.260 828 210−5t4+0.5 5125t3−0.886 4468t2+63.478 0584t-292.7 749 052;

C (t)=-1.137 132 310−5t4+0.5 0027t3−0.81 1946t2+58.955 3694t- -170.267 661.

Площадь ограничена прямыми:

C (t)=0.19 2593t +1502.6 911 111 и C (t)=1530.

С помощью функции «Интегрирование» определены площади, ,,. Таким образом.

В эксперименте использовался компрессор с постоянной подачей 4 м3/ч, что соответствует 0,1 111 м3/с. Подставляя полученные значения в формулу (4), получим количество озона, затрачиваемое на разложение токсинов, содержащихся в 1 кг пшеницы:

Рисунок 7 — Аппроксимирование зависимостей.

В эксперименте использовалась пшеница с содержанием токсинов Т-2 48,8 мкг/кг и Зеараленона 140,6 мкг/кг. На рисунке 6 видно, что кривые 2 и 4 сливаются через 1500 секунд. Таким образом, процесс дезинфекции завершается через 25 минут, то есть количество токсинов в зерне при этом снижается до нуля.

Аналогичным образом был проведен эксперимент по дезинфекции зерна кукурузы [1,6], по данным которого были получены следующие зависимости (рисунок 8).

Рисунок 8 — Изменение концентрации озона придезинфекции зерна кукурузы:

1- на входе в емкость, 2 — при прохождении озоновоздушной смеси через 1 кг кукурузы (на выходе из емкости).

Анализируя данные зависимости, аналогично соответствующим зависимостям, полученным для пшеницы, была построена площадь, определяющая дозу озона, поглощаемого активной поверхностью зерен кукурузы и площадь, определяющая дозу озона, затрачиваемого на разложение токсинов, содержащихся в зерне (рисунок 9).

Рисунок 9 — Площадь, определяющая дозу озона, поглощаемого активной поверхностью зерен кукурузы и площадь, определяющая дозу озона, затрачиваемого на разложение токсинов (соответственно 1 и 2).

С помощью программы AdvancedGrapher были определены соответствующие площади, и, используя формулы (2) и (4), проведены расчеты, аналогичные расчетам, используемым для нахождения количества озона поглощаемого активной поверхностью одного килограмма пшеницы и количество озона, затрачиваемого на разложение токсинов, содержащихся в зерне, были получены соответствующие значения дозировок для 1 килограмма кукурузы.

Так как площадь, характеризующая поглощение озона зерном, составляет, то, используя формулу (2), получим.

Таким образом, количество озона, требуемого для насыщения 1 тонны пшеницы, составляет около 11 грамм.

Площадь, характеризующая разложение токсинов, содержащихся в зерне, составляет, таким образом, с учетом (4) получим.

Полученные результаты позволяют предположить, что для обработки одной тонны пшеницы необходимо зарезервировать не менее 11 грамм озона, затрачиваемый на поглощения этого вещества самим зерном, озон поступающий сверх данного количества может быть использован для других целей, например разложения токсинов. Количество озона затраченное непосредственно на разложение 190 мг токсинов в данном случае составило соответственно 9 мг, однако остается неизвестным удельное количество озона пошедшее на разложение каждого из токсинов в отдельности — что является одним из предметов дальнейших исследований.

Список литературных источников

• 1. Нормов Д. А., Федоренко Е. А. Обеззараживание зерна озонированием. Научно-практический журнал «Комбикорма» — М.: Из-во «Фолиум», 2009. — № 4. С. 44
• 2. Нормов Д. А., Федоренко Е. А. Дезинфекция фуражного зерна озонированием. Научно-практический журнал «Аграрная Россия». — М.: Из-во «Фолиум», 2009. — № 2. С. 17−19
• 3. Нормов Д. А., Горбунов О. А. Экологически чистый способ обеззараживания кормов. Научно-технический и информационно-аналитический журнал «Чрезвычайные ситуации» Краснодар: КСЭИ, 2009. — С. 66−73
• 4. Шевченко А. А., Денисенко Е. А. Анализ способов дезинфекции кормов. Научный журнал «Университет: наука, идеи и решения» — Краснодар: Издат. дом — ЮГ, 2011. № 1. — С. 104−107.
• 5. Шевченко А. А., Денисенко Е. А. Технологии дезинфекции фуражного зерна и субстратов для биопроизводства. Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях // Сб. докладов III Международной науч.-практ. конф. — М.: типография МГСУ, 2011. С. 309−311
• 6. Курзин Н. Н., Нормов Д. А., Пожидаев Д. В. Баланс поглощения озона при детоксикации зерна. Информационно-управляющие системы в АПК. Мат. Международного научно-практического семинара, посвященного 90-летию профессора В. Т. Сергованцева 25 июня 2012 г. Москва: МГАУ им. В. П. Горячкина 2012. С. 39−41
• 7. Нормов Д. А., Шевченко А. А., Денисенко Е. А. Использование озона при производстве биодобавок для выращивания животных. Информационно-управляющие системы в АПК. Мат.