Экспериментальные исследования параметров и режимов электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик

Озонирование, являясь эффективным способом дезинфекции, дезинсекции и дезодорирования практически любых сред, особенно воздуха и воды, активно используется на птицефабриках. Главная цель дезинфекции инкубационных яиц — уничтожение патогенных микроорганизмов, при том, что сам озон не образует вредных веществ и не влияет негативно на продукты питания. Обработанные озоном яйца лучше сохраняются, вывод молодняка увеличивается на несколько процентов. Кроме того, яйцо можно подвергнуть прямой дезинфекции озоном несколько раз: практически сразу, после снесения, перед закладкой в инкубатор и после переноса в выводной шкаф.

Значительные научные исследования, выполненные в 60−80 гг. специалистами ВНИТИП, другими научными учреждениями, были обобщены в монографии И. П. Кривопишина «Озон в промышленном птицеводстве» (1988). В частности, было установлено, что концентрация озона в птицеводческих помещениях должна составлять 15−20 мг/м³, что достаточно для уничтожения основных видов микрофлоры в течение 15-и минутной обработки. На этой экспериментальной основе разработаны эффективные технологии озонирования птичников и инкубаториев, пищевых и инкубационных яиц, которые успешно внедрялись на птицефабриках. Однако такие технологии не получили в своё время широкого распространения из-за отсутствия высокоэффективных и экономичных озонаторов отечественного производства. В ранних исследованиях ВНИТИП было установлено, что наибольшая эффективность озонирования отмечалась при обработке инкубационных яиц, когда уничтожается до 98% микроорганизмов в воздухе помещения, а бактериальная обсемененность скорлупы уменьшается в 5−8 раз, при этом вывод суточного молодняка и его сохранность повышаются на несколько процентов. В действующих рекомендациях по инкубации яиц (2008 г.) предлагается проводить длительное хранение инкубационных яиц в среде, обогащенной озоном. Яйца, уложенные в лотки, в тележках размещают в герметичном помещении яйцесклада, в котором поддерживается определённая концентрация озоновоздушной смеси.

Проведенные поисковые эксперименты на яйцескладе ООО «Птицевод» Краснодарского края показали, что существует проблема в нестабильной работе озонаторов в помещении.

Концентрация озона, создаваемая электроозонатором, в помещении яйцесклада не одинакова. Чем больше расстояние от электроозонатора, тем меньше концентрация озона, что влияет на качество обработки яиц. В свою очередь необходимо также учитывать не только расстояние от озонатора до самой удалённой точки, но и количество яиц, закладываемое в яйцесклад, так как они и в том числе поверхности помещения яйцесклада также способствуют разложению озона. Такие исследования до сих пор не проводились, поэтому целесообразно создание и обоснование параметров и режимов электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик.

При обосновании параметров и режимов электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик были выполнены экспериментальные исследования. Для проведения эксперимента была собрана лабораторная установка, которая позволяет подавать озоновоздушную смесь заданной концентрации (рис. 1). Лабораторная установка состоит из трех основных частей: электроозонатора, щита управления и датчиков концентрации озона.

Рисунок 1. Структурная схема лабораторной установки: 1? регулятор; 2? датчик температуры DS18B20; 3? яйца; 4? второй датчик концентрации озона; 5? контейнер для хранения яиц; 6? первый датчик концентрации озона; 7? разрядное устройство; 8? вентилятор; 9? щит управления, 10? источник питания; 11? силовые ключи, 12? повышающий трансформатор.

яйцесклад птицефабрика электротехнологический озон Концентрация озона измерялась газоанализатором «Циклон — 5.41». Принцип действия газоанализатора заключается в фотометрическом определении озона по собственной полосе поглощения на л=2537А. Газоанализатор представляет собой однолучевой фотометр, в котором функцию второго канала выполняет источник опорного сигнала.

Рисунок 2. Общий вид газоанализатора «Циклон — 5.41».

Методика определения микробной обсемененности основана на седиментационном методе исследования осажденных микроорганизмов на открытых поверхностях питательных сред, физиологического раствора или стерильных стекол.

Микроорганизмы в воздухе находятся во взвешенном состоянии. Обычно они фиксированы на частичках пыли или мельчайших капельках воды. Так формируется естественный бактериальный аэрозоль, который перемещается в воздухе в горизонтальном и вертикальном направлениях. Воздух постоянно обогащается различной микрофлорой, попадающей в него с поверхности почвы и водоемов.

Микроорганизмы, находящиеся в воздухе, относятся, в основном, к сапрофитным видам, причем в большинстве они представлены споровыми палочками, пигментными бактериями, грибками и плесенями.

Попавшие в воздух микробы в состоянии бактериального аэрозоля способны сохранять жизнеспособность от нескольких часов до несколько суток, а в отдельных случаях до несколько месяцев. На сроки выживания бактерий в аэрозолях влияют температура и влажность воздуха, солнечная и ультрафиолетовая радиация и другие причины. Воздушный путь передачи заразных микроорганизмов является одним из наиболее опасных. Доказано широкое распространение аэрогенных инфекций, которые по своему удельному весу занимают первое место в инфекционной патологии. Поэтому в их профилактике важную роль играет санитарно-бактериологический контроль над состоянием воздушной среды.

Обсемененность скорлупы инкубационных яиц в яйцескладе определяли чашечным методом Коха, который заключается в следующем: стерильные чашки Петри с посевами тест-бактерий помещали в специальную камеру, куда подавалась озоновоздушная смесь из лабораторного генератора озона барьерного типа. В качестве среды культивирования использовали питательный агар производства ООО НПП «ПанЭко».

В каждую чашку вносили по 0,1 мл микробной суспензии, содержащей 1000 микробных клеток, которую распределяли по всей поверхности агара. После этого посевы подвергали озонированию. При этом были испытаны концентрации озона 25, 12 и 7 мг/м³ при экспозиции 15, 30, 60 и 120 мин. По окончании озонирования чашки с культурами помещали в термостат при температуре 37єС на 24 часа. Результаты опытов оценивали по количеству выросших колоний. Каждое исследование проводили в трех повторностях. В качестве контроля использовались посевы, обработанные общепринятым традиционным препаратом? формальдегидом.

Данные в таблице 1 свидетельствуют о том, что скорлупа инкубационных яиц сильно загрязнена болезнетворными микроорганизмами. Бактериальная обсеменённость инкубационных яиц достигает 410 тыс. бактерий.

Таблица 1. Эффективность электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик.

После дезинфекции инкубационных яиц озоном общая бактериальная обсемененность скорлупы яиц снизилась на 99,89%, что достаточно для профилактики инфекций.

Для того, чтобы стабильно получать положительный эффект от обработки инкубационных яиц озоно-воздушной смесью в яйцескладе птицефабрик необходимо создать равномерную концентрацию озона по всему объему помещения. Для достижения поставленной задачи были проведены исследования распределения озона по помещению яйцесклада в ООО Пксп «Птицевод» Краснодарского края.

Для обоснования требуемого управляющего воздействия для управления распределением концентрации озона в помещении яйцесклада при различных исходных данных была получена математическая модель электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик.

(1).

где, q — расход озона, м³/ч; L_ВЕНТ — вентиляционный расход, м³/ч; D — коэффициент диффузии озона м²/ч; S_ПР — площадь открытого проема, м²; L_ПР — характерное расстояние от электроозонатора до открытого проема, м; V — объем помещения, м³; а, b, с — полуоси эллипсоида м; k_Я — коэффициент поглощения озона яйцами (k = 0,0001); N — количество яиц, шт.; a₁, b₁, c₁ — стороны параллелепипеда (длина, ширина и высота помещения соответственно), м; k_СТ — коэффициент поглощения озона стенами (k_СТ = 0,042).? масса озона, поглощенная яйцом, мг;? масса озона, поглощенная стенами, мг; G_ОЗ — производительность разрядного устройства по озону, мг/с; t_C — температура стекла диэлектрических барьеров, єС; Р_РУ — мощность разрядного устройства, Вт; a_G1, a_G2, …, a_G6 — коэффициенты модели; U_РУГ — напряжение горения разряда для используемого РУ; I_РУ — средний ток, при котором рассчитывается мощность, мА; I_РУЗ — ток зажигания разряда, мА;

Для подтверждения разработанной математической модели в яйцескладе был установлен электроозонатор с параметрами, заявленными при математическом моделировании. Схема проведения эксперимента представлена на рисунке 3.

Эксперимент проводился следующим образом. Вдоль всего яйцесклада от газоанализатора «Циклон — 5.41» 4 был протянут шланг для забора проб воздуха 3. При закрытых дверных проёмах включали электроозонатор 1. Через час его работы путём постепенного вытягивания шланга 3 из помещения яйцесклада через каждый метр измеряли концентрацию озона. Количество яиц — 50 000 шт.

Рисунок 3. Схема эксперимента: 1 — электроозонатор, 2 — контейнеры с яйцами, 3 — шланг забора проб воздуха, 4 — газоанализатор «Циклон — 5.41».

По полученным экспериментальным данным (табл. 3), а также по результатам математического моделирования были построены графики, представленные на рисунке 4.

Таблица 3. Экспериментальные данные распределения озона по помещению яйцесклада.

Графики (рис. 3) подтверждают полученную математическую модель. Установлено, что сходимость теоретических и экспериментальных исследований составила 93%.

Рисунок 3. Графики сравнения теоретических и экспериментальных данных распределения концентрации озона по помещению яйцесклада.

В результате производственных испытаний был апробирован разработанный электротехнологический процесс озонирования яйцескладов птицефабрик. В ходе эксперимента было задействовано 35 000 яиц. Размеры яйцесклада 10Ч7Ч3 м. Расположение электроозонатора потолочное в центре яйцесклада. Продолжительность работы электроозонатора составила 118 минут (8 минут? длительность переходного процесса + 110 минут работы). Измерение концентрации озона производилось непосредственно у второго датчика концентрации озона, который располагался на полу под электроозонатором и находился на расстоянии 2,7 м от него (0,3 м? высота электроозонатора).

Результаты эксперимента по исследованию разработанного электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик представлены на рисунке 4 и в таблице 4. Динамическая ошибка и коэффициент перерегулирования не превышают допустимого значения, что является необходимым условием для равномерного распределения озона по помещению яйцесклада.

Обобщённый интегральный среднеквадратичный показатель (J = 10,6%) снижен на 22,1% по сравнению с вариантом без регулирования (J = 32,7%), что говорит о достаточно качественном регулировании распределения концентрации озона в яйцескладе и удовлетворяет предъявленному допустимому значению данного показателя (не более 15%).

Рисунок 4. Графики проверки адекватности разработанного электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик Таблица 4. Полученные показатели качества, разработанного электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик.

Определены дозы для качественной обработки яиц озоном для зон с количеством яиц равным 35 000 штук (табл. 5).

Таблица 5. Дозы обработки яиц озоном.

Проведённые производственные испытания показали снижение микробной обсеменённости при использовании разработанного электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик на 99,89%. Это объясняется созданием равномерного поля концентрации озона по помещению яйцесклада.

В результате экспериментальных исследований подтверждена полученная математическая модель распределения озона по помещению яйцесклада. Относительные погрешности экспериментальных значений от теоретических составляют 7%. В результате производственных испытаний установлены параметры качества, разработанного электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик: время регулирования? 8 минут, динамическая ошибка? 0,9, коэффициент перерегулирования? 4,5%, обобщённый интегральный среднеквадратичный показатель? 10,6%. Полученные данные свидетельствуют о качественном регулировании распределения концентрации озона в яйцескладе. Проведённые производственные испытания показали снижение микробной обсеменённости при использовании разработанного электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик.

• 1. Бородин И. Ф. Совершенствование предынкубационной обработки куриных яиц / И. Ф. Бородин, В. Ф. Сторчевой // Техника в сел. хоз-ве. -2002. — № 2. — С. 32−33.
• 2. Возмилов А. Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве. Автореферат дис. на соиск. уч. степ. д.т.н. Челябинск: ЧеГАУ, 1993. — 37 с.
• 3. Горячий И. В. Озоно-воздушная обработка посевного материала и плодовых тел гриба / И. В. Горячий, Г. П. Стародубцева, В. И. Хайновский // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 12. С. 12−14.
• 4. Донсков А. П. Современные технологии в камерах газации инкубационных яиц / А. П. Донсков, А. А. Гончаров, А. П. Волошин // Международное научное периодическое издание по итогам Международной научно-практической конференции: «Новая наука: современное состояние и пути развития»: / в 4 ч. Ч. 3 — Стерлитамак: РИЦ АМИ, 2016. — 238 с. С. 62−64.
• 5. Ксенз Н. В. Использование электроозонированного воздуха в сельскохозяйственном производстве / Н. В. Ксенз, И. Ф. Бородин // Техника в сел. хоз-ве. — 1993. — № 3. — С. 13−14.
• 6. Ксенз Н. В. Электроозонирование воздушной среды. Зерноград, 1991, 171 с.
• 7. Лытнев А. С. Результаты экспериментальных исследований модернизированной конструкции разрядного устройства пластинчатого типа / А. С. Лытнев, А. П. Волошин // Материалы VI международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК»: / Под общ. ред. Трушкина В. А. — Саратов: ООО «ЦеСАин», 2015. — 327 с. С. 30−33.
• 8. Нормов Д. А. Электроозонные технологии в сельскохозяйственном производстве / Д. А. Нормов, И. Ф. Бородин // М.: «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук» № 1, 2009.-С 57−59.
• 9. Николаенко С. А. Параметры системы стабилизированного электроозонирования ульев при лечении бактериозов пчел. Диссертация. Краснодар: КубГАУ, 2010. — 180 с.
• 10. Овсянников Д. А. Учебное пособие для практических занятий в примерах по дисциплине «Планирование и обработка результатов исследований»: учеб. пособие / Д. А. Овсянников, С. А. Николаенко, Д. С. Цокур, А. П. Волошин // - Краснодар, 2014. -76 с.: ил.
• 11. Оськин С. В. Электротехнологии в сельском хозяйстве: учебник для студентов вузов / С. В. Оськин. — Краснодар: КубГАУ, 2016. — 501 с.
• 12. Пат. РФ № 2 417 159, МПК С2 С01В13/11 (2006.01) Электроозонатор / Д. А. Овсянников, С. А. Николаенко, С. С. Зубович, А. П. Волошин, Д. С. Цокур; заявитель и патентообладатель КГАУ. — № 2 009 126 863 заявл. 13.07.2009; опубл. 27.04.2011. Бюл. № 2. — 5 с.
• 13. Пат. РФ № 2 429 192, МПК С2 С01В13/11 (2006.01) Электроозонатор / Д. А. Овсянников, С. А. Николаенко, С. С. Зубович, А. П. Волошин, Д. С. Цокур; заявитель и патентообладатель КГАУ. — № 20 091 330 067 заявл. 2.09.2009; опубл. 20.09.2011. Бюл. № 26. — 6 с.
• 14. Свид. РФ № 2 010 620 348. Зависимости технологических, электрических и энергетических параметров электроозонатора от температуры нагрева диэлектрических барьеров и напряжения питания / Д. А. Овсянников, С. А. Николаенко, С. С. Зубович, А. П. Волошин, Д. С. Цокур; заявитель и правообладатель КГАУ. — № 2 010 620 203 заявл. 11.05.2010; опубл. 28.07.2010. — 32 с.