Ионизация и озонирование воздушной среды в птицеводстве
Снижение потерь сельскохозяйственной продукции является одной из основных задач производственного обеспечения страны. Большое внимание при этом уделяется уменьшению энергозатрат при улучшении микроклимата и соблюдении зоогигиенических условий содержания животных, получение экологически чистой продукции животноводства.
Воздушная среда в животноводческих помещениях формируется различными системами вентиляции, совмещенными с отоплением и химическими способами обработки, направленными на очистку от газовой и бактериальной загрязненности. Но они не обеспечивают требуемого качества по бактериальному и газовому составу воздуха. Химические препараты попадают в продукты питания, их находят в содержании яйца, в молоке коров, в мясе. Неудовлетворительный ми1фоклимат в животноводческих помещениях приносит ежегодный ущерб: молочная продуктивность коров снижается на 15%, среднесуточные привесы на 10%, яйценоскость кур-несушек на 25%.
В связи с этим особую актуальность приобретает использование ионизации и озонирования для очистки воздушной среды в животноводческих и птицеводческих помещениях, благодаря которым повышается свежесть воздуха, снижается газовая и микробная загрязненность, повышаются продуктивные и воспроизводительные качества животных и птиц
Исходя из этого, предлагаются новые эффективные методы ионизации и озонирования: воздушной среды в клетках для кур-несушек (ос]Ш1ествляется за счет использования локальных ионизаторов-озонаторов, позволяющих получать в зоне дыхания птицы стабильную и однородную концентрацию ионов и озона); прединкубационной обработки куриных яиц (используются проточные ионизаторы-озонаторы, позволяющие наряду с дезинфекцией стимулировать эмбриональное развитие и вывод цыплят, сокращать продолжительность инкубации и увеличивать выводимость инкубируемых куриных яиц).
Цель исследований. Разработка и обоснование теоретических предпосылок технологии ионизации и озонирования воздушной среды в клетках для птицы и в прединкубационной обработки куриных яиц с помощью локальных и проточных ионизаторов-озонаторов воздуха
Задачи исследований:
– провести анализ существующих технологий ионизации и озонирования воздушной среды в за1фытых помещениях для животных и птицы, выявить особенности использования воздушной ионно-озонной смеси при клеточном содержании птицы;
– обосновать требования и разработать устройства и установки локальной ионизации и озонирования применительно к клеточному содержанию птицы;
– разработать методику расчета и выявить оптимальные режимы работы локального ионизатора-озонатора;
– выявить особенности применения проточных ионизаторов-озонаторов в прединкубационной обработки куриных яиц и влиянию воздушной ионно-озонной смеси на воспроизводительные качества птицы;
– разработать и обосновать теоретическое и экспериментальное применение проточных ионизаторов-озонаторов в прединкубационной обработки куриных яиц;
– испытать установки и устройства локальных и проточных ионизаторов-озонаторов в технологических процессах птицеводства;
– разработать рекомендации по применению локальных и проточных ионизаторов-озонаторов в птицеводстве и животноводстве;
– выполнить расчеты эффективности применения установок и средств локальных и проточных ионизаторов-озонаторов.
Объекты исследований – воздушная среда, птица, куриные яйца, системы локальной и проточной ионизации и озонирования в птичниках, в животноводческих помещениях и дезинфекционных камерах инкубатории, принципиальные схемы, параметры и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов, а также их математические модели
Методы исследовании. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методологических основ расчета, проектирования и решения комплексной проблемы, имеющей инженерно-технические, зооинженерные и санитарно-гигиенические аспекты, базировались на математическом моделировании электротехнических, динамических и кинетических процессах разрядных KaMqp, устройств и установок ионизации и озониования воздушной среды. Экспериментальные исследования, подтвержденные теоретическими результатами, выполнены с использованием теории многофактсорного эксперимента, методов регрессионной статистики и биометрии с применением компьютерной техники и прикладных пакетов компьютерных программ.
Научная новизна. Новизна научных положений, изложенных, в диссертации заключается в том, что разработаны и обоснованы:
– теоретическое и практическое обобщение и решение научной проблемы применения обработки воздушной среды и улучшения микроклимата животноводческих и птицеводческих помещении воздушной ионно-озонной смесью;
– новый эффективный метод ионизации и озонирования воздушной среды в области дыхания птицы при клеточном содержании путем использования локальных ионизаторов-озонаторов;
– методологические основы системного проектирования и обобщение электротехнологии локальной ионизации и озонирования с использованием коронно-разрядной и барьерно-разрядных электродных систем ионизатора-озонатора;
– обобщенная математическая модель и расчеты оптимальных режимов работы системы источник питания – ионизатор-озонатор локального типа;
– оптимальные параметры влияния воздушной ионно-озонной смеси на микроклимат в клетках для птицы и на ее продуктивные и воспроизводительные качества;
– новый энергосберегающий, высокотехнологичный способ санации яиц путем одно1фатной обработки яиц воздушной озонно-ионной смесью проточного ионизатора-озонатора;
– обобщенная модель и методы расчета основных параметров разрядных систем проточного ионизатора-озонатора и его режимов работы при прединкубационной обработке яиц;
– оптимальные параметры распределения и движения воздушной ионно-озонной смеси в дезинфекционной камере прединкубационной о <5работки куриных яиц.
Практическая ценность диссертации достигнута путем создания научно-методологических основ и математических моделей расчета, проектирования способов и средств ионизации и озонирования воздушной среды при клеточном содержании птицы, санации куриных яиц при прединкубационной обработке, позволяющих: определять эффективные способы и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов воздуха; рекомендовать оптимальные концентрации воздушной ионно-озонной смеси по отрицательным ионам и озону используемые при обработке воздушной среды и санации куриных яиц; улучшать параметры микроклимата: по газовой загрязненности в 6 – 10 раз, по микробной в 100 раз; повышать продуктивные качества кур: яйценоскость на 6 – 9%, сохранность на 2,5%; снизить расход корма в расчете на 10 яиц на 6 – 8%; улучшать воспроизводительные качества птицы: вывод цыплят на 4%, выводимость на 10%; улучшать стимуляцию постэмбрионального развития бройлерных цыплят.
Внедрение результатов исследований. Разработаны, изготовлены и испытаны экспериментальные и производственные установки и устройства локальных и проточных ионизаторов-озонаторов. Производственные исследования проводились: в учебно-опытном птичнике У ОХ ТСХА (куры яичного кросса «Беларусь-9», гибрид 15-9 (4, 5, 6), перепела) – установки локального ионизатора-озонатора; в телятнике и свинарнике МТФ «Никольское» учхоза Михайловское – устройства подвесного HOHH3aTqjaозонатора; в МГАВМиБ, птицефабрике «Луч» Воскресенского района, Назарьевской птицефабрике Московской области на яйцах мясной птицы – кросс «Гибро – 6» и цыплятах кросса «Бройлер-6» – проточный ионизатор-озонатор. На основе обобщения опыта эксплуатации и проведенных экспериментов разработаны рекомендации по эффективному использованию воздушной ионно-озонной смеси в технологических процессах птицеводства и животноводства.
На защиту выносятся следующие основные положения:
– теоретическое и экспериментальное обоснование электротехнологии обработки воздушной среды в клетках для птицы воздушной ионно-озонной смесью;
– математическую модель системы источник питания – ионизатор-озонатор локального типа, позволяющую определять стабильность работы системы и ее оптимальные режимы работы;
– методика обоснования стимулирующих концентраций ионов и озона на продуктивные и воспроизводительные качества птицы, полученных ионизаторами-озонаторами воздуха;
– методология исследования электротехнологии санации яиц птицы при прединкубационной обработке путем использования проточных ионизаторов-озонаторов;
– методы проектирования и обобщенные модели коронно-разрядных и барьерно-разрядных систем ионизаторов-озонаторов воздуха;
– результаты практического решения, заключающегося в использовании воздушной ионно-озонной смеси для санации, дезинфекции и дезодорации воздушной среды животноводческих и птицеводческих объектов и улучшения физиологических, продуктивных и воспроизводительных качеств животных и птицы.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских специализированных конференциях: на научно-технических конференциях ТСХА (Москва, 1993… 1994); на научно-практических конференциях ВИЭСХ – ВИМ «Научно-технический прогресс в инженерно-технической сфере АПК России» (Москва, 1992, 1994, 1998); на всероссийском научно-техническом семинаре МГАУ «Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, их переработке и хранению», “Современные энергосберегающие технологии и оборудование” (Москва, 1993, 1997, 1999); на международной научно-технической конференции “Автоматизация сельскохозяйственного производства” (Углич, 1997), на международном симпозиуме по машинному доению с/х животных (Оренбург, 1997); на всероссийской научно-производственной конференции “190-летия ветеринарного образования в России” (Санкт-Петербург, 1998); на 10 th European poultry conference (Israel, 1998); на всероссийской конференции “Совершенствование племенных и продуктивных качеств животных и птиц” МГАВМ и Б. (Москва, 1999); на межд]/народной научно-практической конференции: «Проблемы механизации и автоматизации животноводства» ВНИИМЖ (Подольск 1999); на международной научно-практической конференции; «Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности в 21-м веке» АЭП-МГУП (Москва 2001 … 2003); на научно-технических конференциях МГУП (Москва, 1992… 1994, 1998… 2003);
СОДЕРЖАНИЕ
Во введении обоснована актуальность, и перспективность дальнейших исследований по эффективному использованию воздушной ионно-озонной смеси в технологических процессах животноводства и птицеводства. Изложена сущность рассматриваемых в работе вопросов, дана краткая характеристика работы, сформулированы: научная новизна, практическая значимость, основные положения диссертационной работы.
В первой главе «Обоснование необходимости устройств и ycx^iHOвок ионизации и электроозонирования в технологических процесс£1х животноводства и птицеводства» рассматриваются вопросы, связанные с улучшением содержания животных и птицы в закрытых помещениях, в частности улучшение зоогигиенических условий и получении экологичгски чистой продукции. Приводятся сведения нормативным параметрам воздушной среды в птицеводческих помещениях и ее влиянию на физиологические и продуктивные качества животных и птицы. Отмечены достоинства и недостатки существующим средствам и методам поддержания требуемого микроклимата в закрытых помещениях.
К более эффективными методами обработки воздушной среды в закрытых помещениях для животных и птицы относятся озонирование и ионизация, благодаря которым повышается свежесть воздуха, улучшаются качественные характеристики воздушной среды, снижается микробная, газовая и пылевая загрязненность, повышается продуктивность и со?фанность животных и птицы, что подтв^зждается результатами исследований, проведенными ранее А.Л.Чижевским, В.И.Мозжериным, Н.М Комаровым, Л.Г.Прищепом, И Ф.Бородиным, Н.П.Кривопишиным, Н.В Ксензом и др
Приведены способы и технические средства получения ионов и озона, которые зависят от конкретных условий и факторов содержания животных и птицы закрытых помещений. Анализ и сравнение схем работы аэроионизаторов и озонаторов, применяемых в животноводческих и птицеводческих помещениях, позволяет выявить их общие существенные недостатки: а) при клеточном содержании животных или птицы: сложность размещения генераторов аэроионов и озона в клетках для животных или птицы из-за больших габаритных размеров; использование вентиляции для выдувания ионно-озонной смеси для равномерного распределения по помещению; получение достаточно стабильной и однородной концентрации аэроионов и озона в биологической зоне дыхания животных или птицы, так как клетки, как правило, выполнены из металлических прутьев, которые надежно заземлены и забирают на себя основную массу аэроионов и несущих заряд молекул озона из продуваемого через них воздуха; б) при дезинфекции, санации животноводческих и птицеводческих помещений и инкубации яиц кур-несушек” улучшение энергетических характеристик установок ионизации и озонирования и надежности работы системы «источник питания – ионизатор-озонатор»; получение однородной и стабильной ионно-озонной концентрации при инкубации яиц кур-несушек; применение громоздкого оборудования и длительной экспозиции обработки яиц при инкубации; использование высоких доз озона до 1000 мг/л, что небезопасно для обслуживающего персонала.
Все эти недостатки подтверждают необходимость совершенствования способов и разработки новых технических средств получения аэроионов и озона, которые можно было бы применять при клеточном содержании животных или птицы, а также для дезинфекции, санации животноводческих и птицеводческих помещений и инкубации яиц птицы. Изложенные выше недостатки, предлагается устранить путем использования: локальных устройств для аэроионизации и озонирования воздуха в биологической зоне дыхания животных или птицы – при клеточном содержании животных или птицы; проточных ионизаторов-озонаторов для прединкубационной обработки куриных яиц – при дезинфекции, санации животноводческих и птицеводческих помещений и инкубации яиц птицы.
Получение ионов и озона в локальном устройстве основано на ионизации молекул газов в составе воздуха, окружающего животных или птиц. путем коронного или барьерного разряда. Данное устройство включает высоковольтный источник питания, соединенный с блоком управления высоковольтным кабелем, протянутым через каждую клетку, на которой закреплены втулочные изоляторы и разрядные устройства, приемным электродом служит провод, также протянутый в каждой клетке и созданный с заземлением клетки Такое конструктивное выполнение корон ярующего и приемного электродов дает возможность разместить их непосредственно внутри клетки. Это позволяет обеспечить ионами и молекулами озона воздух, окружающий птицу или пушных и других животных в каждой клетке, и повысить таким образом эффект животноводческой отрасли Система ионизации и озонирования воздуха дает возможность получать достаточно стабильную и однородную концентрацию озона и аэроионов в каждой клетке непосредственно в биологической зоне дыхания животных или птицы. Данное устройство можно использовать и в животноводстве при клеточном содержании животных (кролики, пушные звери, молодняк других животных).
Предлагаемый способ санации яиц путем однократной обработки яиц воздушной озонно-ионной смесью для увеличения вывода цыплят, повышения их резистентности и привесов, достигается с помощью проточного ионизатора-озонатора, состоящего из повышающего трансформатора, разрядной камфы (для получения воздушной ионно-озонной смеси), вентилятора, блока управления (регулирующего концентрацию ионно-озонной смеси в разрядном промежутке). Проточный ионизатор-озонатор обладаем одновременным воздействием озонирования и ионизации. Принцип действия его основан на способе барьерного и коронного разрядов. Данный способ и техническое устройство позволяют санировать яйца перед инкубацией и стимулировать эмбриогенез сельскохозяйственной птицы с последующим усилением иммунобиологического статуса.
Исходя из выше изложенного, сформулированы цели и основные задачи исследований диссертационной работы.
Во второй главе «Теоретические исследования процесса электросинтеза озона и ионов в локальном ионизаторе-озонаторе воздуха и его режимов работы» проведен анализ применения коронно-разрядным и 6apьepно-разрядным электродным системам локального ионизатора-озонатора их схемам замещения и вольт-амперным характеристикам
Анализируя схемы замещения коронной и барьерной разрядных систем, можно построить эквивалентные схемы замещения, источник питания – ионизатор-озонатор (рис.2 а, б), выбор которых определяется лишь удобством математического моделирования ионизатора-озонатора и которая позволит отобразить и проанализировать основные процессы и режимы работы всей системы. Ионизатор-озонатор) локального типа, как приемник электрической энергии, обладает нелинейным активно-емкостным сопротивлением. При анализе стационарных процессов пренебрежем нелинейными свойствами ионизатора-озонатора, что позволит упростить расчеты и не снизить точность качественных закономерностей поведения системы. Схемы замещения справедливы при условии, что напряжение на равном промежутке во время разряда остается постоянным. Напряжение в разрядном промежутке можно представить схемой замещения из двух ЭДС ±U B или в виде двух диодов VD1 и VD2, которые в зависимости от полярности приложенного напряжения позволяют поддерживать на конденсатах постоянное напряжение. Процессы в системе разделяются на отдельные интервалы времени (стадии), в течение которых состояние ни одного из элементов цепи не меняется, и физические процессы описываются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Стадия 1 – в момент коммутации конденсатор до включения был не заряжен (t=0; 1к==0; Uc=0), стадия 2 – в момент отключения конденсатор заряжен (t=0; 1уст.=0; UycT=E,).
Рис. 1. Описание модели и уровни допущений при исследовании переходных процессов системы источник питания – ионизатор -озонатор 
Переходные процессы в системе возникают либо при отключении системы (если используются контактные реле времени или другие устройства), либо при отключении короткого замыкания на конце линии передачи высокого напряжения (выход из строя одного или нескольких локальных ионизаторов-озонаторов или пробоя изоляции).
В схемах замещения коронной и барьерной разрядных систем присутствуют полупроводниковые приборы, позволяющие фиксировать пульсирующий ток определенного значения и поддерживать на конденсаторе постоянное напряжение Поэтому при определении активной мощности всей системы, необходимо учитывать энергетические характеристики полупроводниковых приборов, базирующихся на гармоническом анализе несинусоидальных функций напряжения и тока.
В третьей главе «Теоретические предпосылки образования воздушной ионно-озонной смеси в проточных ионизаторах-озонаторах» представлены конструкции разрядных систем проточных ионизаторов-озонаторов и их обобщенные модели, теоретические предпосылки исследования кинетики электросинтеза озона и отрицательных ионов в проточных ионизаторах-озонаторах.
Для выяснение общих закономерностей модели разрядных систем проточного ионизатора-озонатора нами предлагаются схемы представленные на рис. 5 а, б. С помощью коронно-разрядной электродной системы происходит образование и движение аэроинов. Рисунок 5, а поясняет устройство и модель коронно-разрядной системы прибора. Эта модель удовлетворяет следующим условиям: создание аэроионов осуществляется только в ограниченном слое воздуха (между коронирующим электродом (1) и приемным электродом (2)); зона коронного разряда является граничной поверхностью координатной плоскости Х=0; все параметры являются однородными в плоскостях, поперечных к оси X; выдувание воздушной смеси из разрядной системы осуществляется при постоянной скорости вентилятора VQ.
С течением времени количество озона и ионов достигает требуемых концентраций, так как воздух активно перемешивается воздушной ионно-озонной смесью вентилятором прибора. Из рис.8 видно, что после 30 минутной работы ионизатора-озонатора концентрация озона достигает 12 мг/м3, ионов – 2500 пКл/м3. Прибор оснащен реле времени, которoe по заданной программе автоматически отключает его и включает. После отключения прибора в течение времени концентрация озона снижается быстрее, чем концентрация ионов. 
Четвертая глава «Результаты и методика исследований процесса электросинтеза озона, ионов и режимов работы, локальных и проточных ионизаторов-озонаторов» включает существующие и перспективные методы и технические средства измерения концентраций ионов и озона в воздушной ионно-озонной смеси, результаты и методологию исследований процесса электросинтеза озона, ионов и режимов работы ионизаторов-озонаторов воздуха
Для эффективного использования воздушной ионно-озонной смеси необходимо определять безопасные и целебные концентрации отрицательно заряженных ионов и озона. Определение концентраций аэроионов и озона в воздушной среде в основном осуществляется счетчиками и газоанализаторами аэроионов и озона. Существующие счетчики аэроионов обладают недостатками: массивностью, габаритными размерами, длительностью измерения и отсутствием технологической связи с биологическим объектом в производственных условиях. Эти недостатки в значительной степени решаются, если использовать конструкцию аппаратно-программного комплекса измерения концентрации аэроионов биотехнической системы терапевтического назначения фис.9 а). Сигнал с блока аналоговой обработки с помощью аналогово-цифрового адаптера преобразуется в цифровую форму и через последовательный порт поступает в ПЭВМ где вычисляются необходимые значения (скорости и концентрации аэроионов). Программная часть аппаратно-программного комплекса измерения концентрации аэроионов реализована в среде программирования DELPHI. Интерактивный интерфейс пользователя представлен в виде панели, имитирующей панель прибора и содержащей кнопки управления, фактические индикаторы и другие средства управления и индикации (рис.9 б). Ввод данных при этом осуществляется посредством мыши или/и клавиатуры. Результаты выводятся на дисплей компьютера. Также предусмотрена возможность записи массивов данных, что позволяет проводить ретроспективный анализ и статическую обработку.
Совместно с МГТУ им. Н.Э.Баумана (кафедра БМТ1) и МГУП (кафедра Электротехники) были проведены исследования по измерению концентрации при помощи двух видов счетчиков аэроионов: асп1фационного счетчика UT-8401 и разработанного счетчика, работающего по принципу открытого коллектива. В качестве ионизатора воздуха использовался импульсный ионизатор, с максимальным напряжением на игольчатом ионизирующем электроде – 50 кВ. Применяя рассматриваемый метод измерения концентрации аэроионов, удалось снизить время измерения до нескольких секунд. Процедура измерения по сравнению с другими счетчиками существенно упростилась, что позволяет работать со счетчиком без специальной подготовки.
Использование персонального компьютера в системе регистрации аэроионов дает возможность проводить ретроспективный анализ и статистическую обработку полученных данных, а также облегчает контроль концентрации аэроионов при проведении терапевтического воздействия, что позволяет ветврачу более эффективно проводить курс лечения, управляя процессом ионизации, находясь за одним пультом управления.
Насыщение ионами и озоном воздушной среды зависит от электрических, геометрических и климатических факторов, которые исследуются в основном экспериментально-статистическими методами. Проведение экспериментальных исследований осуществлялось на изготовленных лабораторных стендах, позволяющих изменять диаметр и длину; емкостной накладки, барьерной трубки, клонирующих и приемных электродов; межэлектродное расстояние; силу тока разряда и приложенное напряжен
Анализ полученных данных вольт-ионной характеристики коронного разрядного устройства, представленный на рис. 10 а, показывает, что с увеличением длины емкостной накладки (при неизменном диаметре высоковольтного провода) интенсивность аэроионизации воздуха, повышается.
Вольт-озонная характеристика барьерного разряда, характеризующая производительность локального ионизатора-озонатора, представлена на рис. 10 б. Из графика видно, как меняется производительность озонатора с увеличением напряжения на электродах от 4 кВ до 12 кВ, причем при изменении диаметра барьерной трубки от 3 до 10 мм, производительность по озону увеличивается почти в 3,5 раза.
Были проведены испытания в производственных условиях, для определения зависимости производительности локального ионизатора-озонатора по ионам и озону в зависимости от климатических характеристик птицеводческого помещения. На рис.11 а представлена зависимость силы тока от относительной влажности воздуха. Анализ полученных данных показывает, что при относительной влажности воздуха от 60 до 80 % характеристики разряда стабильны, а при влажности свыше 90% наблюдается снижение величины разрядного тока. Зависимость силы тока от температуры воздушной среды представлена на рис.11 б. Температура в птицеводческом помещении была равной 17,9 – 20,1°С. При таком интервале температуры, зависимость электрических характеристик незначительна.
Экспериментальные данные, полученные в процессе исследований, обрабатывались по общепринятой методике многофакторного планирования эксперимента, оптимизация параметров локального ионизатора-озонатора воздуха рассчитывалась на ЭВМ. Предварительными исследованиями установлены основные факторы, определяющие предельно допустимые концентрации ионов и озона для животных или птицы: длина электродов барьерной трубки, диаметр трубки, диэлектрическая проницаемость барьера, площадь разрядного промежутка – учитывались через общую емкость разряда Соб, сила тока разряда 1раз, относительная влажность W , температура Т. Остальные мало значащие факторы, отсеивались, оставались на уровнях, обеспечивающих положительный эффект. В результате была получена линейная регрессионная модель, определяющая оптимальную концентрацию озона и концентрацию отрицательных ионов в клетках для кур-несушек с учетом электрических, геометрических и климатических факторов:
На рис.12 приставлена принципиальная схема лабораторного стенда для испытания основных параметров проточных ионизаторов-озонаторов, которая состоит из: кондиционера с вентилятором 1 обеспечивающего движение воздуха с заданной температурой и влажностью; воздуховода 2 имеющего жалюзи 3 для регулирования расхода воздуха и диафрагменный расходомер 4; высоковольтного источника питания 7 соединенного через высоковольтный провод с ионизатором-озонатором 5, пробоотборников, измерителей температуры, влажности и давления воздуха 6.
Были исследованы кинетические зависимости синтеза озона и отрицательных ионов при общей емкости проточного ионизатора-озонатора. В результате концентрация озона и отрицательных ионов с увеличением скорости движения воздушной ионно-озонной смеси по длине разрядной камфы L, стабилизируется щ)и скорости от 1 м/с до 1,3 м/с, а затем плавно снижается. На основании проведенных экспериментов с учетом геометрических, электрических и кинематических факторов конструкции проточного ионизатора-озонатора были установлены граничные значения: Сов – общей емкости проточного ионизатора-озонатора, Ip, – силы тока в разрядном промежутке реакционной камфы, V – скорости движения воздушной ионно-озонной смеси, L – длины разрядной камеры. Была получена линейная регрессионная модель, определяющая оптимальные концентрации отрицательных ионов и озона на выходе устройства
Режим насыщения и разложение концентрации озона и ионов в инкубатории имел динамический характер и зависел от времени работы ионизатора-озонатора при постоянстве всех других факторов. Для определения оптимальной и благоприятной концентрации озона и ионов были подсчитаны ее средние значения в инкубатории в зависимости от времени работы ионизатора-озонатора. Обработки ряда динамики режима работы проточных ионизаторов-озонаторов осуществлялась методом наименьших квадратов. При этом динамический ряд был описан уравнением в виде ряда Фурье. В результате были получены модели динамического режима работы ионизатора-озонатора в дезинфекционной камфе для концентрации 0,04-0,12 мг/м3 по озону и 160-490 пКл/м3 по ионам.
Суммы отклонений выровненных значений от исходных данных показали, что более полно динамический режим работы ионизатора-озонатора в дезинфекционной камере воспроизводят уравнения (50) и (52), которые можно использовать в качестве модели данного динамического ряда.
Пятая глава «Производственные исследования и испытание локальных и проточных ионизаторов-озонаторов» содержит сведения производственных исследований локальных и проточных ионизаторов-озонаторов, которые проводились; в учебно-опытном птичнике УОХ ТСХА (куры яичного кросса «Беларусь-9», гибрид 15-9 (4, 5, 6), перепела) – установки локального ионизатора-озонатора; в телятнике и свинарнике МТФ «Никольское» учхоза Михайловское – устройства подвесного ионизатора-озонатора; в МГАВМиБ, птицефабрике «Луч» Воофесенского района, Назарьевской птицефабрике Московской области на яйцах мясной птицы – кросс «Гибро – 6» и цыплятах кросса «Бройлер-6» – проточный ионизатор-озонатор.
В процессе экспериментально-производственных исследований локальных ионнзаторов-озонаторов решались следующие задачи: исследование и определение степени очистки воздушной среды в зоне дыхания птицы от газовой и микробной загрязненности локальной ионизацией и озонированием воздуха; изучение влияния ионно-озонной смеси на проД5тсгивные качества птицы (яйценоскость, массу яиц, живую массу курнесушек, сохранность поголовья, расход корма); исследование влияния ионизации и озонирования воздуха на воспроизводительные качества кур-несушек (инкубационное качество яиц, оплодотворенность, выводимость, вывод цыплят); определение оптимальных режимов работы локального ионизатор-озонатора; определение экономической эффективности ионизации и озонирования воздушной среды в клетках для кур-несушек. Оптимальные режимы озонирования и ионизации в клетках для кур-несушек определялись биометрически с применением ЭВМ. Пробы воздуха на содержание газообразных концентраций (аммиак, углекислый газ, сероводород) внутри клеток и микроорганизмов отбирались в исходном воздухе, а также после 30 мин. работы ионизаторов-озонаторов в присутствии кур-несушек. Исследования, проведенные по влиянию воздушной ионно-озонной смеси на микроклимат в клетках для кур-несушек, представлены в табл. 1.
Воздушная ионно-озонная смесь оказала положительное влияние на продуктивные качества кур-несушек. Яйценоскость кур в опытных группах 2 и 3 существенно превышала яйценоскость кур контрольной группы 1, Так, по яйценоскости на начальную несушку разность составляла 14,8 и 17.5 яйца или 8,1 и 9,1%, по яйценоскости на среднюю несушку – 11,9 и 14.6 яйца или 6,4 и 7,8%. Индивидуальное содержание птицы позволило в конце эксперимента определить такой показатель продуктивности, как яйценоскость в расчете на выжившую несушку, биометрическая обработка которого свидетельствует о наличии достоверных различий между опытом и контролем (10,7 и 12,6 яйца или 5,6 и 6,7% при Р > 0,95). Соответственно, интенсивность яйценоскости кур в группах 2 и 3 также была выше, чем в группе 1 (4,3 и 5,2% при Р > 0,95). За 40 недель яйцекладки кур в группах с озонированием воздуха было сосано 593 – 700 яиц больше. Практически в течение всего опыта у кур, содержащихся в условиях ионно-озонированного воздуха, отмечалось более высокая яйценоскость, чем у кур в обычных условиях (рис. 13.). Куры опытных групп сохранили высокую яйценоскость (79,2 – 87,6 %) более длительный период (от 26 до 50- недельного возраста), чем в контрольной группе, где после 34 недель процент яйцекладки начал стабильно снижаться. Существенного влияния озонирования и ионизации воздуха на массу яиц кур-несушек не обнаружено. Вместе с тем следует отметить, что в начале яйцекладки наблюдалась тенденция снижения массы яиц от кур опытных групп, однако в последуюшем различия сгладились и были достоверны. В итоге по количеству яичной массы, полученной от каждой несушки, опытные группы имеют заметное преимущество: 656,2 и 699,1 или 6,2 и 6,6%. Очевидно эти различия нужно рассматривать как следствие наиболее высокой яйценоскости кур опытных групп. Что касается групп 2 и 3, то, по-видимому, различия в концентрации озона и ионов в воздухе были недостаточно велики, чтобы в большей степени повлиять на расхождения в показателях продуктивности птицы этих групп. Наряду с этим нужно отметить тенденции снижения продуктивности кур в группе 3, то есть с более высокой концентрацией озона и ионов. 
Анализ данных по расходу корма показал, что улучшение микроклимата в опытных группах незначительно отразилось на итоговых показателях суточного потребления корма курами. Так, средний суточный расход корма в опытной группе 2 был на 0,2% ниже, а в группе 3 на 0,2% выше, чем в контрольной группе 1. Однако если рассматривать этот показатель в динамике, то необходимо отметить, что суточное потребление корма птицей группы 2 в 32-62 – недельном возрасте на 1,7-3,4 г (0,8-2,6%) ниже, в начале же яйцекладки 22-30-неделный возраст на 0,9-5,0 г (0,7-3,9%) выше, чем в контроле. При сравнивании опытной группы 3 и контрольной группы 1 оказалось, что в большинстве случаев куры контрольной группы меньше расходовали карма. Несмотря на незначительное изменение суточной потребности кур в корме, в результате озонирования воздуха, расход корма на 10 яиц в опытных группах был заметно ниже контрольной на 8,0 и 6,1% соответственно. Таким образом, озонирование воздуха, особенно с меньшей концентрацией (группа 2), видимо оказывало благоприятное влияние на усвояемость корма и лучшее его использование. Как указывалось выше, процесс озонирования и ионизации воздуха улучшал микроклимат в клетках, что положительно сказывалось на здоровье птицы. Подтверждением этому является лучшая сохранность кур в опытных группах (рис.14): 99,5% против 97,0% в контрольной группе. 
Таким образом, падеж и вынужденная отбраковка птицы в опытных 1-руппах была одинакова и составила 0,5%, а в контрольной группе – 3 % от изначального поголовья. В нашем эксперименте падеж птицы начался раньше в контрольной группе, а именно, в 46-недельном возрасте, тогда гак в группах 2 и 3 в 54- и 58-недельном возрасте кур. В результате показатель сохранности, процент среднего поголовья, опытных групп был на 1,5 – 1,6 % выше, чем в контрольной группе. Исследования по влиянию воздушной ионно-озонной смеси на воспроизводительные качества птицы представлены в табл. 2, где приводятся суммарные результаты инкубации яиц, полученные по двум последовательным закладкам в инкубатор. Лучшей по всем показателям оказалась группа 3. Так вывод цыплят в группе 3 был на 3,2-3,5% выше, чем в остальных группах, по оплодотворенности яиц группа 3 превосходила группы 1 и 2 на 2,4 и 3,1 % соответственно. Опытная группа 2 по оплодотворенности яиц и выводу цыплят приближается к контрольной группе 1, а по выводимости яиц почти не отличалась от группы 3. Итоговым показателем, характеризующим воспроизводительные качества птицы, является количество цыплят в расчете на началь1-п/ю несушку. Число инкубационных яиц, полученных от каждой несушки, определялось, главным образом, ее яйценоскостью, т.к. процент выхода инкубационных яиц практически не различался по группам. По числу цыплят, теоретически приходящихся на начальную несушку, группы 2 и 3 превосходили группу 1 на 10 и 13% соответственно.
Исследовался проточный ионизатор-озонатор для прединкубационной обработки куриных яиц и стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят обладающий одновременным воздействием озонирования и ионизации. Куриные яйца размещали на тележке с лотками в дезинфекционной камфе. После этого камеру герметизировали и подавали воздушную ионно-озонную смесь с помощью проточного ионизатора-озонатора размещенного в дезинфекционной камфе. Контрольные лотки с яйцами обрабатывали формальдегидом по принятой в хозяйствах технологии. Пробы воздушной ионно-озонной смеси отбирали в трех точках: вверху, внизу и в центре камеры. Концентрацию озона измеряли газоанализатором 3-02-1, а концентрацию ионов измеряли прибором Т-8401.
Бройлеры, полученные из контрольной партии яиц, обработанных по традиционной технологии формальдегидом, были разделены на две группы: одна служила абсолютным контролем (группа 1), во второй (группа 2) цыплятам давали с кормом в течение первой декады выращивания крезацин. Цыплята, выведенные из опытной партии яиц, обработанных воздушной ионно-озонной смесью, так же были разделены на две группы: относительный контроль (группа 3) и группу 4, в которой бройлеры получали крезации с кормом по аналогии с группой 2 контрольной партии. Обработка яиц воздушной ионно-озонной смесью положительно повлияла на процессы развития куриных эмбрионов: в два раза уменьшилась доля яиц “кровь-кольца”, в опыте 2 в полтора раза снизилась доля “замерших” эмбрионов, увеличился вывод цыплят и выводимость в сравнении с контролем на +5% и +4,6% соответственно. Стимулирующее влияние прединкубационной обработки яиц воздушной ионно-озонной смесью подтвердилось и результатами вскрытия суточных цыплят контрольных и экспериментальной группы (табл. 3). При одинаковой живой массе вес желточного мешка с остаточным желтком у опытных цыплят был меньше, =ем у контрольных. Внутренние органы, как в абсолютном, так и в относительном выражении у опытных цыплят больше, чем у контрольных.
Полученные результаты позволяют предполагать, что однократное воздействие на инкубационные яйца перед инкубацией усиливает обменные процессы в зародыше, стимулирует эмбриогенез, повышает вывод цыплят и позволит увеличить выход мясной продукции. Динамика прироста живой массы бойлеров представлена на рис. 15.
Из графика видно, что на 10-й день выращивания бройлеры опытных групп по массе превосходили группу абсолютного контроля. Лучшими оказались цыплята, выведенные из обработанных воздушной ионно-озонной смесью яиц и получивших крезации (разница в сравнении с абсолютным контролем составила 6,65%, а с аналогичной группой контрольной партии бройлеров 3,5%). Взвешивание на 20-й и 30-й день показало, что птица опыта и группы контрольной партии получавшей крезацин были лучше по массе, чем птица абсолютного контроля. На 45-й день выращивания у бройлеров группы 1 живая средняя масса не превышала 1288 г, тогда как у цыплят группы 3 этот показатель был 1354 г, что на 5,1% больше (Р <0,001), а у бройлеров, получавших крезацин, средняя живая масса составляла 1380 г (группа 2) и 1429 г (группа 4), что на 7,1% и 10,9% соответственно больше по сравнению с группой 1 (Р <0,001) Следует отметить, что цыплята группы 4 по массе были на 3,5% больше, чем цыплята группы 2 (Р <0,001). Использованные методы оказали влияние на жизнеобеспеченность бройлеров: в группах 2, 3 и 4 падеж был в 1,5 - 2 раза меньше, чем в группе 1. Таким образом, у бройлеров, полученных из яиц, обработанных воздушной ионно-озонной смесью проточного ионизатора-озонатора и использование крезацина в малых дозах в течение первых десяти дней выращивания, можно вызвать усиление эффекта стимуляции прироста живой массы и повышение сохранности.
Расчетный экономический эффект от внедрения локальных ионизаторов-озонаторов воздуха при клеточном содержании птицы, может дать годовой экономический эффект, только за счет повышения яйценоскости, в размере 30000 рублей на 1000 кур начального поголовья (в ценах лета 2003 года); от внедрения проточных ионизаторов-озонаторов при прединкубационной обработке куриных яиц и стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят, составит годовой экономический эффект в размере 3000 рублей на 1000 яиц при каждой закладке в инкубатор (в ценах лета 2003 года).
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Изучение существующих способов и технических средств, обеспечивающих нормативные параметры микроклимата воздушной среды закрытых птицеводческих помещений, позволило установить их общие существенные недостатки: – при клеточном содержании птицы: сложность размещения генераторов ионов и озона в клетках для животных или птицы из-за больших габаритных размеров; использование вентиляции дд}. выдувания ионно-озонной смеси для равномерного распределения по г смещению; получение достаточно стабильной и однородной концентрации ионов и озона в биологической зоне дыхания животных или птицы; – при дезинфекции, санации птицеводческих помещений и инкубации яиц птицы: улучшение энергетических характеристик установок ионизации и озонирования и надежности их работы; получение однородной и стабильной ионно-озонной концентрации при инкубации яиц птицы; применение громоздкого оборудования и длительной экспозиции обработки яиц при инкубации; использование высоких доз озона до 1000 мг/л, что небезопасно для обслуживающего персонала. Совершенствование и разработка методов повышения качества и эффективности обработки воздушной среды птицеводческих помещений осуществляется: разработкой способов и технических средств снижения энергоемкости процесса путем локальной и проточной ионизации и озонирования; разработкой способов и устройств обработки воздушной среды обладающих одновременной, однородной и стабильной концентрацией воздушной ионно-озонной смеси с предельно допустимой концентрацией по ионам и озону для птицы и обслуживающего персонала; разработкой эффективных и стимулирующих режимов обработки воздушной среды локальной и проточной ионизацией и озонированием. В результате экспериментального исследования и опытно конструкторского проектирования средств и способов обработки воздушной среды в птицеводстве разработаны и защищены патентами: устройство для клеточного содержания птицы или пушных зверей, способ санации и стимуляции эмбрионального и постэмбрионального развития птицы.
2. Разработаны теоретические положения, xapaктеpизyющиe образования ионов и озона коронно и барьерно разрядными системами, их вольтамперные характеристики и схемы замещения, характеризующиеся активно-емкостной нагрузкой и позволяющих определять активную мощность и коэффициент мощности локального ионизатора-озонатора.
3. Обоснована необходимость теоретических исследований проблемы получения одновременной, однородной и стабильной концентрации локальных ионизаторов-озонаторов в биологической зоне дыхания птицы путем применения коронно и барьерно разрядных систем на основе изучения совокупности обобщенных элементов: источник питания – ионизатор-озонатор, которые образуют систему, решение которой осуществляется математическим моделированием и определением переходных и установившихся процессов системы. Полученные системы уравнений стационарных процессов системы источник питания – ионизатор-озонатор позволяют: дать оценку режимам работы системы, объяснить процессы образования ионов и озона в разрядном промежутке, определять стабильную работу системы при ее эксплуатации в производственных условиях
4. Разработаны методы теоретических исследований кинетики электросинтеза озона и ионов в проточных ионизаторах-озонаторах путем анализа и моделирования разрядных систем, позволяющих осуществить рациональный выбор параметров модели. Полученная обобщенная модель движения воздушной ионно-озонной смеси в реакционной камере проточного ионизатора-озонатора поясняет схему движения смеси на примере комплексной молекулы, состоящей из полярных молекул ионов и озона. Полученные системы уравнений могут быть использованы при разработке и изготовлении проточного ионизатора-озонатора для определения геометрических, энергетических параметров и концентраций комплексных молекул, находящихся в реакционной камере и на выходе проточного ионизатора-озонатора до соприкосновения с обрабатываемой средой.
5. Экспериментально в производственных условиях выявлены изменения средних концентраций ионов и озона по длине струи при постоянной скорости движения воздушной ионно-озонной смеси, температуре, влажности и получены их аппроксимационные графические зависимости и уравнения. Получены аппроксимационные уравнения графической зависимости насыщения и разложение отрицательных ионов и озона в зависимости от времени работы проточного ионизатора-озонатора в дезинфекционной камере инкубатории.
6. Исследована и предложена более эффективная схема биотехнической системы терапевтического назначения для регистрации аэроионов, которая дает возможность проводить ретроспективный анализ и статистическую обработку полученных данных, а также облегчает контроль концентрации аэроионов при проведении терапевтического воздействия что позволяет ветврачу более эффективно проводить курс лечения, управляя процессом ионизации, находясь за одним пультом управления.
7 Сформулированы требования к системам и устройствам локальной ионизации и озонирования и формированию одновременной, однородной и стабильной воздушной ионно-озонной смеси в области дыхания птицы. Экспериментальными исследованиями установлены основные факторы, определяющие оптимальные и эффективные концентрации ионов и с зона для птицы при локальной ионизации и озонировании: длина электродов барьерной трубки, диаметр трубки, диэлектрическая проницаемость барьера, площадь разрядного промежутка – учитывались через общую емкость разряда Соб, сила тока разряда I, относительная влажность W, температура Т. Получена линейная регрессионная модель, определяющая оптимальную концентрацию озона и концентрацию ионов в клетках для птицы с учетом электрических, геометрических и климатических факторов.
8. Сформулированы требования, предъявляемые к системам и устройствам проточного ионизатора-озонатора воздуха и технологическим режимам его работы. На основании экспериментов установлены граничые значения геометрических, электрических и кинематических факторов проточного ионизатора-озонатора: Соб – общей емкости проточного ионизатора-озонатора, Iраз – силы тока в разрядном промежутке реакционной камеры, V – скорости движения воздушной ионно-озонной смеси, L – длины разрядной камфы. Получено: линейная регрессионная модель, определяющая оптимальные концентрации ионов и озона на выходе устройства, аппроксимационное уравнение степенной функции изменения концентраций воздушной ионно-озонной смеси по длине струи Установлено, что более полно динамический режим работы проточного ионизатора-озонатора в дезинфекционной камере инкубатории для концентрации 0,04- 0,12 мг/м3 по озону и 160-490 пКл/м3 по ионам, воспроизводят уравнения описанные в виде ряда Фурье с учетом втфой гармоники, которые можно использовать в качестве модели данного динамического ряда.
9. Производственно – технологическими испытаниями локальных ионизаторов-озонаторов воздуха установлено, что воздушная ионно-озонная смесь подаваемая в область дыхания птицы позволяет: улучшить нормативные параметры микроклимата в клетках для птицы (с увеличением концентрации озона до 0,08 – 0,12 мг/м3 и ионов до 480 пКл/м3 происходит снижение по аммиаку на 20%, по углекислому газу – на 10%, по сероводороду – на 12,5%, микро6ная загрязненность уменьшается более чем в 100 раз); повысить продуктивные качества птицы (сохранность птицы на 2,5 %, яйценоскость птицы на 6 – 9%, снизить расход корма в расчете на 10 яиц на 6 – 8% ) – эффективная концентрация озона и ионов находится в пределах 0,04 -0,06 мг/м3 и 160 пКл/м3; улучшить воспроизводительные качества птицы (вывод цыплят на 4%, выводимость на 10 – 13%) – оптимальной оказалась концентрация 0,08 – 0,12 мг/м3 по озону и 480 пКл/м3 по ионам. Экономический эффект от внедрения локальных ионизаторовозонат(Ч)ов воздуха при клеточном содержании птицы, может дать годовой экономический эффект, только за счет повышения яйценоскости, в размере 30000 руб на 1000 кур начального поголовья (в ценах лета 2003 г)
10. Результатами производственных исследований проточных ионизаторов-озонаторов было установлено, что однократное воздействие воздушной ионно-озонной смесью (с концентрацией 0,04-0,12 мг/м3 по озону и 160-490 пКл/м3 по ионам) на инкубационные яйца перед инкубацией усиливает обменные процессы в зародыше, стимулирует эмфиогенез, увеличивает вывод цыплят и выводимость в сравнении с контролем на 4,6% и 5% соответственно; при стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят происходит усиление эффекта стимуляции прироста живой массы на 7,1% – 10,9%, падеж бройлерных цыплят был в 1,5-2 раза меньше, чем в контроле. Внедрение проточных ионизаторов-озонаторов при прединкубационной обработке куриных яиц и стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят, может составить годовой экономический эффект в размере 3000 рублей на 1000 яиц при каждой закладке в инкубатор (в ценах лета 2003 г).
11. Сравнение разработанной научной продукции с существующей по удельному расходу электроэнергии на выработку дополнительной продукции кВт ч на 1000 голов и 1000 яиц показало, локальный ионизатор-озонатор снижает расход электроэнергии в расчете на 1000 голов более чем в 12 раз, в расчете на 1000 яиц более чем в 30 раз; проточный ионизатор-озонатор снижает расход электроэнергии в расчете на 1000 голов в 2 раза, в расчете на 1000 яиц в 500 раз.
Воздушная среда в животноводческих помещениях формируется различными системами вентиляции, совмещенными с отоплением и химическими способами обработки, направленными на очистку от газовой и бактериальной загрязненности. Но они не обеспечивают требуемого качества по бактериальному и газовому составу воздуха. Химические препараты попадают в продукты питания, их находят в содержании яйца, в молоке коров, в мясе. Неудовлетворительный ми1фоклимат в животноводческих помещениях приносит ежегодный ущерб: молочная продуктивность коров снижается на 15%, среднесуточные привесы на 10%, яйценоскость кур-несушек на 25%.
В связи с этим особую актуальность приобретает использование ионизации и озонирования для очистки воздушной среды в животноводческих и птицеводческих помещениях, благодаря которым повышается свежесть воздуха, снижается газовая и микробная загрязненность, повышаются продуктивные и воспроизводительные качества животных и птиц
Исходя из этого, предлагаются новые эффективные методы ионизации и озонирования: воздушной среды в клетках для кур-несушек (ос]Ш1ествляется за счет использования локальных ионизаторов-озонаторов, позволяющих получать в зоне дыхания птицы стабильную и однородную концентрацию ионов и озона); прединкубационной обработки куриных яиц (используются проточные ионизаторы-озонаторы, позволяющие наряду с дезинфекцией стимулировать эмбриональное развитие и вывод цыплят, сокращать продолжительность инкубации и увеличивать выводимость инкубируемых куриных яиц).
Цель исследований. Разработка и обоснование теоретических предпосылок технологии ионизации и озонирования воздушной среды в клетках для птицы и в прединкубационной обработки куриных яиц с помощью локальных и проточных ионизаторов-озонаторов воздуха
Задачи исследований:
– провести анализ существующих технологий ионизации и озонирования воздушной среды в за1фытых помещениях для животных и птицы, выявить особенности использования воздушной ионно-озонной смеси при клеточном содержании птицы;
– обосновать требования и разработать устройства и установки локальной ионизации и озонирования применительно к клеточному содержанию птицы;
– разработать методику расчета и выявить оптимальные режимы работы локального ионизатора-озонатора;
– выявить особенности применения проточных ионизаторов-озонаторов в прединкубационной обработки куриных яиц и влиянию воздушной ионно-озонной смеси на воспроизводительные качества птицы;
– разработать и обосновать теоретическое и экспериментальное применение проточных ионизаторов-озонаторов в прединкубационной обработки куриных яиц;
– испытать установки и устройства локальных и проточных ионизаторов-озонаторов в технологических процессах птицеводства;
– разработать рекомендации по применению локальных и проточных ионизаторов-озонаторов в птицеводстве и животноводстве;
– выполнить расчеты эффективности применения установок и средств локальных и проточных ионизаторов-озонаторов.
Объекты исследований – воздушная среда, птица, куриные яйца, системы локальной и проточной ионизации и озонирования в птичниках, в животноводческих помещениях и дезинфекционных камерах инкубатории, принципиальные схемы, параметры и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов, а также их математические модели
Методы исследовании. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методологических основ расчета, проектирования и решения комплексной проблемы, имеющей инженерно-технические, зооинженерные и санитарно-гигиенические аспекты, базировались на математическом моделировании электротехнических, динамических и кинетических процессах разрядных KaMqp, устройств и установок ионизации и озониования воздушной среды. Экспериментальные исследования, подтвержденные теоретическими результатами, выполнены с использованием теории многофактсорного эксперимента, методов регрессионной статистики и биометрии с применением компьютерной техники и прикладных пакетов компьютерных программ.
Научная новизна. Новизна научных положений, изложенных, в диссертации заключается в том, что разработаны и обоснованы:
– теоретическое и практическое обобщение и решение научной проблемы применения обработки воздушной среды и улучшения микроклимата животноводческих и птицеводческих помещении воздушной ионно-озонной смесью;
– новый эффективный метод ионизации и озонирования воздушной среды в области дыхания птицы при клеточном содержании путем использования локальных ионизаторов-озонаторов;
– методологические основы системного проектирования и обобщение электротехнологии локальной ионизации и озонирования с использованием коронно-разрядной и барьерно-разрядных электродных систем ионизатора-озонатора;
– обобщенная математическая модель и расчеты оптимальных режимов работы системы источник питания – ионизатор-озонатор локального типа;
– оптимальные параметры влияния воздушной ионно-озонной смеси на микроклимат в клетках для птицы и на ее продуктивные и воспроизводительные качества;
– новый энергосберегающий, высокотехнологичный способ санации яиц путем одно1фатной обработки яиц воздушной озонно-ионной смесью проточного ионизатора-озонатора;
– обобщенная модель и методы расчета основных параметров разрядных систем проточного ионизатора-озонатора и его режимов работы при прединкубационной обработке яиц;
– оптимальные параметры распределения и движения воздушной ионно-озонной смеси в дезинфекционной камере прединкубационной о <5работки куриных яиц.
Практическая ценность диссертации достигнута путем создания научно-методологических основ и математических моделей расчета, проектирования способов и средств ионизации и озонирования воздушной среды при клеточном содержании птицы, санации куриных яиц при прединкубационной обработке, позволяющих: определять эффективные способы и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов воздуха; рекомендовать оптимальные концентрации воздушной ионно-озонной смеси по отрицательным ионам и озону используемые при обработке воздушной среды и санации куриных яиц; улучшать параметры микроклимата: по газовой загрязненности в 6 – 10 раз, по микробной в 100 раз; повышать продуктивные качества кур: яйценоскость на 6 – 9%, сохранность на 2,5%; снизить расход корма в расчете на 10 яиц на 6 – 8%; улучшать воспроизводительные качества птицы: вывод цыплят на 4%, выводимость на 10%; улучшать стимуляцию постэмбрионального развития бройлерных цыплят.
Внедрение результатов исследований. Разработаны, изготовлены и испытаны экспериментальные и производственные установки и устройства локальных и проточных ионизаторов-озонаторов. Производственные исследования проводились: в учебно-опытном птичнике У ОХ ТСХА (куры яичного кросса «Беларусь-9», гибрид 15-9 (4, 5, 6), перепела) – установки локального ионизатора-озонатора; в телятнике и свинарнике МТФ «Никольское» учхоза Михайловское – устройства подвесного HOHH3aTqjaозонатора; в МГАВМиБ, птицефабрике «Луч» Воскресенского района, Назарьевской птицефабрике Московской области на яйцах мясной птицы – кросс «Гибро – 6» и цыплятах кросса «Бройлер-6» – проточный ионизатор-озонатор. На основе обобщения опыта эксплуатации и проведенных экспериментов разработаны рекомендации по эффективному использованию воздушной ионно-озонной смеси в технологических процессах птицеводства и животноводства.
На защиту выносятся следующие основные положения:
– теоретическое и экспериментальное обоснование электротехнологии обработки воздушной среды в клетках для птицы воздушной ионно-озонной смесью;
– математическую модель системы источник питания – ионизатор-озонатор локального типа, позволяющую определять стабильность работы системы и ее оптимальные режимы работы;
– методика обоснования стимулирующих концентраций ионов и озона на продуктивные и воспроизводительные качества птицы, полученных ионизаторами-озонаторами воздуха;
– методология исследования электротехнологии санации яиц птицы при прединкубационной обработке путем использования проточных ионизаторов-озонаторов;
– методы проектирования и обобщенные модели коронно-разрядных и барьерно-разрядных систем ионизаторов-озонаторов воздуха;
– результаты практического решения, заключающегося в использовании воздушной ионно-озонной смеси для санации, дезинфекции и дезодорации воздушной среды животноводческих и птицеводческих объектов и улучшения физиологических, продуктивных и воспроизводительных качеств животных и птицы.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских специализированных конференциях: на научно-технических конференциях ТСХА (Москва, 1993… 1994); на научно-практических конференциях ВИЭСХ – ВИМ «Научно-технический прогресс в инженерно-технической сфере АПК России» (Москва, 1992, 1994, 1998); на всероссийском научно-техническом семинаре МГАУ «Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, их переработке и хранению», “Современные энергосберегающие технологии и оборудование” (Москва, 1993, 1997, 1999); на международной научно-технической конференции “Автоматизация сельскохозяйственного производства” (Углич, 1997), на международном симпозиуме по машинному доению с/х животных (Оренбург, 1997); на всероссийской научно-производственной конференции “190-летия ветеринарного образования в России” (Санкт-Петербург, 1998); на 10 th European poultry conference (Israel, 1998); на всероссийской конференции “Совершенствование племенных и продуктивных качеств животных и птиц” МГАВМ и Б. (Москва, 1999); на межд]/народной научно-практической конференции: «Проблемы механизации и автоматизации животноводства» ВНИИМЖ (Подольск 1999); на международной научно-практической конференции; «Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности в 21-м веке» АЭП-МГУП (Москва 2001 … 2003); на научно-технических конференциях МГУП (Москва, 1992… 1994, 1998… 2003);
СОДЕРЖАНИЕ
Во введении обоснована актуальность, и перспективность дальнейших исследований по эффективному использованию воздушной ионно-озонной смеси в технологических процессах животноводства и птицеводства. Изложена сущность рассматриваемых в работе вопросов, дана краткая характеристика работы, сформулированы: научная новизна, практическая значимость, основные положения диссертационной работы.
В первой главе «Обоснование необходимости устройств и ycx^iHOвок ионизации и электроозонирования в технологических процесс£1х животноводства и птицеводства» рассматриваются вопросы, связанные с улучшением содержания животных и птицы в закрытых помещениях, в частности улучшение зоогигиенических условий и получении экологичгски чистой продукции. Приводятся сведения нормативным параметрам воздушной среды в птицеводческих помещениях и ее влиянию на физиологические и продуктивные качества животных и птицы. Отмечены достоинства и недостатки существующим средствам и методам поддержания требуемого микроклимата в закрытых помещениях.
К более эффективными методами обработки воздушной среды в закрытых помещениях для животных и птицы относятся озонирование и ионизация, благодаря которым повышается свежесть воздуха, улучшаются качественные характеристики воздушной среды, снижается микробная, газовая и пылевая загрязненность, повышается продуктивность и со?фанность животных и птицы, что подтв^зждается результатами исследований, проведенными ранее А.Л.Чижевским, В.И.Мозжериным, Н.М Комаровым, Л.Г.Прищепом, И Ф.Бородиным, Н.П.Кривопишиным, Н.В Ксензом и др
Приведены способы и технические средства получения ионов и озона, которые зависят от конкретных условий и факторов содержания животных и птицы закрытых помещений. Анализ и сравнение схем работы аэроионизаторов и озонаторов, применяемых в животноводческих и птицеводческих помещениях, позволяет выявить их общие существенные недостатки: а) при клеточном содержании животных или птицы: сложность размещения генераторов аэроионов и озона в клетках для животных или птицы из-за больших габаритных размеров; использование вентиляции для выдувания ионно-озонной смеси для равномерного распределения по помещению; получение достаточно стабильной и однородной концентрации аэроионов и озона в биологической зоне дыхания животных или птицы, так как клетки, как правило, выполнены из металлических прутьев, которые надежно заземлены и забирают на себя основную массу аэроионов и несущих заряд молекул озона из продуваемого через них воздуха; б) при дезинфекции, санации животноводческих и птицеводческих помещений и инкубации яиц кур-несушек” улучшение энергетических характеристик установок ионизации и озонирования и надежности работы системы «источник питания – ионизатор-озонатор»; получение однородной и стабильной ионно-озонной концентрации при инкубации яиц кур-несушек; применение громоздкого оборудования и длительной экспозиции обработки яиц при инкубации; использование высоких доз озона до 1000 мг/л, что небезопасно для обслуживающего персонала.
Все эти недостатки подтверждают необходимость совершенствования способов и разработки новых технических средств получения аэроионов и озона, которые можно было бы применять при клеточном содержании животных или птицы, а также для дезинфекции, санации животноводческих и птицеводческих помещений и инкубации яиц птицы. Изложенные выше недостатки, предлагается устранить путем использования: локальных устройств для аэроионизации и озонирования воздуха в биологической зоне дыхания животных или птицы – при клеточном содержании животных или птицы; проточных ионизаторов-озонаторов для прединкубационной обработки куриных яиц – при дезинфекции, санации животноводческих и птицеводческих помещений и инкубации яиц птицы.
Получение ионов и озона в локальном устройстве основано на ионизации молекул газов в составе воздуха, окружающего животных или птиц. путем коронного или барьерного разряда. Данное устройство включает высоковольтный источник питания, соединенный с блоком управления высоковольтным кабелем, протянутым через каждую клетку, на которой закреплены втулочные изоляторы и разрядные устройства, приемным электродом служит провод, также протянутый в каждой клетке и созданный с заземлением клетки Такое конструктивное выполнение корон ярующего и приемного электродов дает возможность разместить их непосредственно внутри клетки. Это позволяет обеспечить ионами и молекулами озона воздух, окружающий птицу или пушных и других животных в каждой клетке, и повысить таким образом эффект животноводческой отрасли Система ионизации и озонирования воздуха дает возможность получать достаточно стабильную и однородную концентрацию озона и аэроионов в каждой клетке непосредственно в биологической зоне дыхания животных или птицы. Данное устройство можно использовать и в животноводстве при клеточном содержании животных (кролики, пушные звери, молодняк других животных).
Предлагаемый способ санации яиц путем однократной обработки яиц воздушной озонно-ионной смесью для увеличения вывода цыплят, повышения их резистентности и привесов, достигается с помощью проточного ионизатора-озонатора, состоящего из повышающего трансформатора, разрядной камфы (для получения воздушной ионно-озонной смеси), вентилятора, блока управления (регулирующего концентрацию ионно-озонной смеси в разрядном промежутке). Проточный ионизатор-озонатор обладаем одновременным воздействием озонирования и ионизации. Принцип действия его основан на способе барьерного и коронного разрядов. Данный способ и техническое устройство позволяют санировать яйца перед инкубацией и стимулировать эмбриогенез сельскохозяйственной птицы с последующим усилением иммунобиологического статуса.
Исходя из выше изложенного, сформулированы цели и основные задачи исследований диссертационной работы.
Во второй главе «Теоретические исследования процесса электросинтеза озона и ионов в локальном ионизаторе-озонаторе воздуха и его режимов работы» проведен анализ применения коронно-разрядным и 6apьepно-разрядным электродным системам локального ионизатора-озонатора их схемам замещения и вольт-амперным характеристикам
Анализируя схемы замещения коронной и барьерной разрядных систем, можно построить эквивалентные схемы замещения, источник питания – ионизатор-озонатор (рис.2 а, б), выбор которых определяется лишь удобством математического моделирования ионизатора-озонатора и которая позволит отобразить и проанализировать основные процессы и режимы работы всей системы. Ионизатор-озонатор) локального типа, как приемник электрической энергии, обладает нелинейным активно-емкостным сопротивлением. При анализе стационарных процессов пренебрежем нелинейными свойствами ионизатора-озонатора, что позволит упростить расчеты и не снизить точность качественных закономерностей поведения системы. Схемы замещения справедливы при условии, что напряжение на равном промежутке во время разряда остается постоянным. Напряжение в разрядном промежутке можно представить схемой замещения из двух ЭДС ±U B или в виде двух диодов VD1 и VD2, которые в зависимости от полярности приложенного напряжения позволяют поддерживать на конденсатах постоянное напряжение. Процессы в системе разделяются на отдельные интервалы времени (стадии), в течение которых состояние ни одного из элементов цепи не меняется, и физические процессы описываются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Стадия 1 – в момент коммутации конденсатор до включения был не заряжен (t=0; 1к==0; Uc=0), стадия 2 – в момент отключения конденсатор заряжен (t=0; 1уст.=0; UycT=E,).
Рис. 1. Описание модели и уровни допущений при исследовании переходных процессов системы источник питания – ионизатор -озонатор
Переходные процессы в системе возникают либо при отключении системы (если используются контактные реле времени или другие устройства), либо при отключении короткого замыкания на конце линии передачи высокого напряжения (выход из строя одного или нескольких локальных ионизаторов-озонаторов или пробоя изоляции).
В схемах замещения коронной и барьерной разрядных систем присутствуют полупроводниковые приборы, позволяющие фиксировать пульсирующий ток определенного значения и поддерживать на конденсаторе постоянное напряжение Поэтому при определении активной мощности всей системы, необходимо учитывать энергетические характеристики полупроводниковых приборов, базирующихся на гармоническом анализе несинусоидальных функций напряжения и тока.
В третьей главе «Теоретические предпосылки образования воздушной ионно-озонной смеси в проточных ионизаторах-озонаторах» представлены конструкции разрядных систем проточных ионизаторов-озонаторов и их обобщенные модели, теоретические предпосылки исследования кинетики электросинтеза озона и отрицательных ионов в проточных ионизаторах-озонаторах. Для выяснение общих закономерностей модели разрядных систем проточного ионизатора-озонатора нами предлагаются схемы представленные на рис. 5 а, б. С помощью коронно-разрядной электродной системы происходит образование и движение аэроинов. Рисунок 5, а поясняет устройство и модель коронно-разрядной системы прибора. Эта модель удовлетворяет следующим условиям: создание аэроионов осуществляется только в ограниченном слое воздуха (между коронирующим электродом (1) и приемным электродом (2)); зона коронного разряда является граничной поверхностью координатной плоскости Х=0; все параметры являются однородными в плоскостях, поперечных к оси X; выдувание воздушной смеси из разрядной системы осуществляется при постоянной скорости вентилятора VQ.
С течением времени количество озона и ионов достигает требуемых концентраций, так как воздух активно перемешивается воздушной ионно-озонной смесью вентилятором прибора. Из рис.8 видно, что после 30 минутной работы ионизатора-озонатора концентрация озона достигает 12 мг/м3, ионов – 2500 пКл/м3. Прибор оснащен реле времени, которoe по заданной программе автоматически отключает его и включает. После отключения прибора в течение времени концентрация озона снижается быстрее, чем концентрация ионов. Четвертая глава «Результаты и методика исследований процесса электросинтеза озона, ионов и режимов работы, локальных и проточных ионизаторов-озонаторов» включает существующие и перспективные методы и технические средства измерения концентраций ионов и озона в воздушной ионно-озонной смеси, результаты и методологию исследований процесса электросинтеза озона, ионов и режимов работы ионизаторов-озонаторов воздуха Для эффективного использования воздушной ионно-озонной смеси необходимо определять безопасные и целебные концентрации отрицательно заряженных ионов и озона. Определение концентраций аэроионов и озона в воздушной среде в основном осуществляется счетчиками и газоанализаторами аэроионов и озона. Существующие счетчики аэроионов обладают недостатками: массивностью, габаритными размерами, длительностью измерения и отсутствием технологической связи с биологическим объектом в производственных условиях. Эти недостатки в значительной степени решаются, если использовать конструкцию аппаратно-программного комплекса измерения концентрации аэроионов биотехнической системы терапевтического назначения фис.9 а). Сигнал с блока аналоговой обработки с помощью аналогово-цифрового адаптера преобразуется в цифровую форму и через последовательный порт поступает в ПЭВМ где вычисляются необходимые значения (скорости и концентрации аэроионов). Программная часть аппаратно-программного комплекса измерения концентрации аэроионов реализована в среде программирования DELPHI. Интерактивный интерфейс пользователя представлен в виде панели, имитирующей панель прибора и содержащей кнопки управления, фактические индикаторы и другие средства управления и индикации (рис.9 б). Ввод данных при этом осуществляется посредством мыши или/и клавиатуры. Результаты выводятся на дисплей компьютера. Также предусмотрена возможность записи массивов данных, что позволяет проводить ретроспективный анализ и статическую обработку.
Совместно с МГТУ им. Н.Э.Баумана (кафедра БМТ1) и МГУП (кафедра Электротехники) были проведены исследования по измерению концентрации при помощи двух видов счетчиков аэроионов: асп1фационного счетчика UT-8401 и разработанного счетчика, работающего по принципу открытого коллектива. В качестве ионизатора воздуха использовался импульсный ионизатор, с максимальным напряжением на игольчатом ионизирующем электроде – 50 кВ. Применяя рассматриваемый метод измерения концентрации аэроионов, удалось снизить время измерения до нескольких секунд. Процедура измерения по сравнению с другими счетчиками существенно упростилась, что позволяет работать со счетчиком без специальной подготовки.
Использование персонального компьютера в системе регистрации аэроионов дает возможность проводить ретроспективный анализ и статистическую обработку полученных данных, а также облегчает контроль концентрации аэроионов при проведении терапевтического воздействия, что позволяет ветврачу более эффективно проводить курс лечения, управляя процессом ионизации, находясь за одним пультом управления. Насыщение ионами и озоном воздушной среды зависит от электрических, геометрических и климатических факторов, которые исследуются в основном экспериментально-статистическими методами. Проведение экспериментальных исследований осуществлялось на изготовленных лабораторных стендах, позволяющих изменять диаметр и длину; емкостной накладки, барьерной трубки, клонирующих и приемных электродов; межэлектродное расстояние; силу тока разряда и приложенное напряжен
Анализ полученных данных вольт-ионной характеристики коронного разрядного устройства, представленный на рис. 10 а, показывает, что с увеличением длины емкостной накладки (при неизменном диаметре высоковольтного провода) интенсивность аэроионизации воздуха, повышается.
Вольт-озонная характеристика барьерного разряда, характеризующая производительность локального ионизатора-озонатора, представлена на рис. 10 б. Из графика видно, как меняется производительность озонатора с увеличением напряжения на электродах от 4 кВ до 12 кВ, причем при изменении диаметра барьерной трубки от 3 до 10 мм, производительность по озону увеличивается почти в 3,5 раза. Были проведены испытания в производственных условиях, для определения зависимости производительности локального ионизатора-озонатора по ионам и озону в зависимости от климатических характеристик птицеводческого помещения. На рис.11 а представлена зависимость силы тока от относительной влажности воздуха. Анализ полученных данных показывает, что при относительной влажности воздуха от 60 до 80 % характеристики разряда стабильны, а при влажности свыше 90% наблюдается снижение величины разрядного тока. Зависимость силы тока от температуры воздушной среды представлена на рис.11 б. Температура в птицеводческом помещении была равной 17,9 – 20,1°С. При таком интервале температуры, зависимость электрических характеристик незначительна.
Экспериментальные данные, полученные в процессе исследований, обрабатывались по общепринятой методике многофакторного планирования эксперимента, оптимизация параметров локального ионизатора-озонатора воздуха рассчитывалась на ЭВМ. Предварительными исследованиями установлены основные факторы, определяющие предельно допустимые концентрации ионов и озона для животных или птицы: длина электродов барьерной трубки, диаметр трубки, диэлектрическая проницаемость барьера, площадь разрядного промежутка – учитывались через общую емкость разряда Соб, сила тока разряда 1раз, относительная влажность W , температура Т. Остальные мало значащие факторы, отсеивались, оставались на уровнях, обеспечивающих положительный эффект. В результате была получена линейная регрессионная модель, определяющая оптимальную концентрацию озона и концентрацию отрицательных ионов в клетках для кур-несушек с учетом электрических, геометрических и климатических факторов: На рис.12 приставлена принципиальная схема лабораторного стенда для испытания основных параметров проточных ионизаторов-озонаторов, которая состоит из: кондиционера с вентилятором 1 обеспечивающего движение воздуха с заданной температурой и влажностью; воздуховода 2 имеющего жалюзи 3 для регулирования расхода воздуха и диафрагменный расходомер 4; высоковольтного источника питания 7 соединенного через высоковольтный провод с ионизатором-озонатором 5, пробоотборников, измерителей температуры, влажности и давления воздуха 6.
Были исследованы кинетические зависимости синтеза озона и отрицательных ионов при общей емкости проточного ионизатора-озонатора. В результате концентрация озона и отрицательных ионов с увеличением скорости движения воздушной ионно-озонной смеси по длине разрядной камфы L, стабилизируется щ)и скорости от 1 м/с до 1,3 м/с, а затем плавно снижается. На основании проведенных экспериментов с учетом геометрических, электрических и кинематических факторов конструкции проточного ионизатора-озонатора были установлены граничные значения: Сов – общей емкости проточного ионизатора-озонатора, Ip, – силы тока в разрядном промежутке реакционной камфы, V – скорости движения воздушной ионно-озонной смеси, L – длины разрядной камеры. Была получена линейная регрессионная модель, определяющая оптимальные концентрации отрицательных ионов и озона на выходе устройства Режим насыщения и разложение концентрации озона и ионов в инкубатории имел динамический характер и зависел от времени работы ионизатора-озонатора при постоянстве всех других факторов. Для определения оптимальной и благоприятной концентрации озона и ионов были подсчитаны ее средние значения в инкубатории в зависимости от времени работы ионизатора-озонатора. Обработки ряда динамики режима работы проточных ионизаторов-озонаторов осуществлялась методом наименьших квадратов. При этом динамический ряд был описан уравнением в виде ряда Фурье. В результате были получены модели динамического режима работы ионизатора-озонатора в дезинфекционной камфе для концентрации 0,04-0,12 мг/м3 по озону и 160-490 пКл/м3 по ионам.
Суммы отклонений выровненных значений от исходных данных показали, что более полно динамический режим работы ионизатора-озонатора в дезинфекционной камере воспроизводят уравнения (50) и (52), которые можно использовать в качестве модели данного динамического ряда.
Пятая глава «Производственные исследования и испытание локальных и проточных ионизаторов-озонаторов» содержит сведения производственных исследований локальных и проточных ионизаторов-озонаторов, которые проводились; в учебно-опытном птичнике УОХ ТСХА (куры яичного кросса «Беларусь-9», гибрид 15-9 (4, 5, 6), перепела) – установки локального ионизатора-озонатора; в телятнике и свинарнике МТФ «Никольское» учхоза Михайловское – устройства подвесного ионизатора-озонатора; в МГАВМиБ, птицефабрике «Луч» Воофесенского района, Назарьевской птицефабрике Московской области на яйцах мясной птицы – кросс «Гибро – 6» и цыплятах кросса «Бройлер-6» – проточный ионизатор-озонатор.
В процессе экспериментально-производственных исследований локальных ионнзаторов-озонаторов решались следующие задачи: исследование и определение степени очистки воздушной среды в зоне дыхания птицы от газовой и микробной загрязненности локальной ионизацией и озонированием воздуха; изучение влияния ионно-озонной смеси на проД5тсгивные качества птицы (яйценоскость, массу яиц, живую массу курнесушек, сохранность поголовья, расход корма); исследование влияния ионизации и озонирования воздуха на воспроизводительные качества кур-несушек (инкубационное качество яиц, оплодотворенность, выводимость, вывод цыплят); определение оптимальных режимов работы локального ионизатор-озонатора; определение экономической эффективности ионизации и озонирования воздушной среды в клетках для кур-несушек. Оптимальные режимы озонирования и ионизации в клетках для кур-несушек определялись биометрически с применением ЭВМ. Пробы воздуха на содержание газообразных концентраций (аммиак, углекислый газ, сероводород) внутри клеток и микроорганизмов отбирались в исходном воздухе, а также после 30 мин. работы ионизаторов-озонаторов в присутствии кур-несушек. Исследования, проведенные по влиянию воздушной ионно-озонной смеси на микроклимат в клетках для кур-несушек, представлены в табл. 1.
Воздушная ионно-озонная смесь оказала положительное влияние на продуктивные качества кур-несушек. Яйценоскость кур в опытных группах 2 и 3 существенно превышала яйценоскость кур контрольной группы 1, Так, по яйценоскости на начальную несушку разность составляла 14,8 и 17.5 яйца или 8,1 и 9,1%, по яйценоскости на среднюю несушку – 11,9 и 14.6 яйца или 6,4 и 7,8%. Индивидуальное содержание птицы позволило в конце эксперимента определить такой показатель продуктивности, как яйценоскость в расчете на выжившую несушку, биометрическая обработка которого свидетельствует о наличии достоверных различий между опытом и контролем (10,7 и 12,6 яйца или 5,6 и 6,7% при Р > 0,95). Соответственно, интенсивность яйценоскости кур в группах 2 и 3 также была выше, чем в группе 1 (4,3 и 5,2% при Р > 0,95). За 40 недель яйцекладки кур в группах с озонированием воздуха было сосано 593 – 700 яиц больше. Практически в течение всего опыта у кур, содержащихся в условиях ионно-озонированного воздуха, отмечалось более высокая яйценоскость, чем у кур в обычных условиях (рис. 13.). Куры опытных групп сохранили высокую яйценоскость (79,2 – 87,6 %) более длительный период (от 26 до 50- недельного возраста), чем в контрольной группе, где после 34 недель процент яйцекладки начал стабильно снижаться. Существенного влияния озонирования и ионизации воздуха на массу яиц кур-несушек не обнаружено. Вместе с тем следует отметить, что в начале яйцекладки наблюдалась тенденция снижения массы яиц от кур опытных групп, однако в последуюшем различия сгладились и были достоверны. В итоге по количеству яичной массы, полученной от каждой несушки, опытные группы имеют заметное преимущество: 656,2 и 699,1 или 6,2 и 6,6%. Очевидно эти различия нужно рассматривать как следствие наиболее высокой яйценоскости кур опытных групп. Что касается групп 2 и 3, то, по-видимому, различия в концентрации озона и ионов в воздухе были недостаточно велики, чтобы в большей степени повлиять на расхождения в показателях продуктивности птицы этих групп. Наряду с этим нужно отметить тенденции снижения продуктивности кур в группе 3, то есть с более высокой концентрацией озона и ионов. Анализ данных по расходу корма показал, что улучшение микроклимата в опытных группах незначительно отразилось на итоговых показателях суточного потребления корма курами. Так, средний суточный расход корма в опытной группе 2 был на 0,2% ниже, а в группе 3 на 0,2% выше, чем в контрольной группе 1. Однако если рассматривать этот показатель в динамике, то необходимо отметить, что суточное потребление корма птицей группы 2 в 32-62 – недельном возрасте на 1,7-3,4 г (0,8-2,6%) ниже, в начале же яйцекладки 22-30-неделный возраст на 0,9-5,0 г (0,7-3,9%) выше, чем в контроле. При сравнивании опытной группы 3 и контрольной группы 1 оказалось, что в большинстве случаев куры контрольной группы меньше расходовали карма. Несмотря на незначительное изменение суточной потребности кур в корме, в результате озонирования воздуха, расход корма на 10 яиц в опытных группах был заметно ниже контрольной на 8,0 и 6,1% соответственно. Таким образом, озонирование воздуха, особенно с меньшей концентрацией (группа 2), видимо оказывало благоприятное влияние на усвояемость корма и лучшее его использование. Как указывалось выше, процесс озонирования и ионизации воздуха улучшал микроклимат в клетках, что положительно сказывалось на здоровье птицы. Подтверждением этому является лучшая сохранность кур в опытных группах (рис.14): 99,5% против 97,0% в контрольной группе. Таким образом, падеж и вынужденная отбраковка птицы в опытных 1-руппах была одинакова и составила 0,5%, а в контрольной группе – 3 % от изначального поголовья. В нашем эксперименте падеж птицы начался раньше в контрольной группе, а именно, в 46-недельном возрасте, тогда гак в группах 2 и 3 в 54- и 58-недельном возрасте кур. В результате показатель сохранности, процент среднего поголовья, опытных групп был на 1,5 – 1,6 % выше, чем в контрольной группе. Исследования по влиянию воздушной ионно-озонной смеси на воспроизводительные качества птицы представлены в табл. 2, где приводятся суммарные результаты инкубации яиц, полученные по двум последовательным закладкам в инкубатор. Лучшей по всем показателям оказалась группа 3. Так вывод цыплят в группе 3 был на 3,2-3,5% выше, чем в остальных группах, по оплодотворенности яиц группа 3 превосходила группы 1 и 2 на 2,4 и 3,1 % соответственно. Опытная группа 2 по оплодотворенности яиц и выводу цыплят приближается к контрольной группе 1, а по выводимости яиц почти не отличалась от группы 3. Итоговым показателем, характеризующим воспроизводительные качества птицы, является количество цыплят в расчете на началь1-п/ю несушку. Число инкубационных яиц, полученных от каждой несушки, определялось, главным образом, ее яйценоскостью, т.к. процент выхода инкубационных яиц практически не различался по группам. По числу цыплят, теоретически приходящихся на начальную несушку, группы 2 и 3 превосходили группу 1 на 10 и 13% соответственно. Исследовался проточный ионизатор-озонатор для прединкубационной обработки куриных яиц и стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят обладающий одновременным воздействием озонирования и ионизации. Куриные яйца размещали на тележке с лотками в дезинфекционной камфе. После этого камеру герметизировали и подавали воздушную ионно-озонную смесь с помощью проточного ионизатора-озонатора размещенного в дезинфекционной камфе. Контрольные лотки с яйцами обрабатывали формальдегидом по принятой в хозяйствах технологии. Пробы воздушной ионно-озонной смеси отбирали в трех точках: вверху, внизу и в центре камеры. Концентрацию озона измеряли газоанализатором 3-02-1, а концентрацию ионов измеряли прибором Т-8401.
Бройлеры, полученные из контрольной партии яиц, обработанных по традиционной технологии формальдегидом, были разделены на две группы: одна служила абсолютным контролем (группа 1), во второй (группа 2) цыплятам давали с кормом в течение первой декады выращивания крезацин. Цыплята, выведенные из опытной партии яиц, обработанных воздушной ионно-озонной смесью, так же были разделены на две группы: относительный контроль (группа 3) и группу 4, в которой бройлеры получали крезации с кормом по аналогии с группой 2 контрольной партии. Обработка яиц воздушной ионно-озонной смесью положительно повлияла на процессы развития куриных эмбрионов: в два раза уменьшилась доля яиц “кровь-кольца”, в опыте 2 в полтора раза снизилась доля “замерших” эмбрионов, увеличился вывод цыплят и выводимость в сравнении с контролем на +5% и +4,6% соответственно. Стимулирующее влияние прединкубационной обработки яиц воздушной ионно-озонной смесью подтвердилось и результатами вскрытия суточных цыплят контрольных и экспериментальной группы (табл. 3). При одинаковой живой массе вес желточного мешка с остаточным желтком у опытных цыплят был меньше, =ем у контрольных. Внутренние органы, как в абсолютном, так и в относительном выражении у опытных цыплят больше, чем у контрольных. Полученные результаты позволяют предполагать, что однократное воздействие на инкубационные яйца перед инкубацией усиливает обменные процессы в зародыше, стимулирует эмбриогенез, повышает вывод цыплят и позволит увеличить выход мясной продукции. Динамика прироста живой массы бойлеров представлена на рис. 15.
Из графика видно, что на 10-й день выращивания бройлеры опытных групп по массе превосходили группу абсолютного контроля. Лучшими оказались цыплята, выведенные из обработанных воздушной ионно-озонной смесью яиц и получивших крезации (разница в сравнении с абсолютным контролем составила 6,65%, а с аналогичной группой контрольной партии бройлеров 3,5%). Взвешивание на 20-й и 30-й день показало, что птица опыта и группы контрольной партии получавшей крезацин были лучше по массе, чем птица абсолютного контроля. На 45-й день выращивания у бройлеров группы 1 живая средняя масса не превышала 1288 г, тогда как у цыплят группы 3 этот показатель был 1354 г, что на 5,1% больше (Р <0,001), а у бройлеров, получавших крезацин, средняя живая масса составляла 1380 г (группа 2) и 1429 г (группа 4), что на 7,1% и 10,9% соответственно больше по сравнению с группой 1 (Р <0,001) Следует отметить, что цыплята группы 4 по массе были на 3,5% больше, чем цыплята группы 2 (Р <0,001). Использованные методы оказали влияние на жизнеобеспеченность бройлеров: в группах 2, 3 и 4 падеж был в 1,5 - 2 раза меньше, чем в группе 1. Таким образом, у бройлеров, полученных из яиц, обработанных воздушной ионно-озонной смесью проточного ионизатора-озонатора и использование крезацина в малых дозах в течение первых десяти дней выращивания, можно вызвать усиление эффекта стимуляции прироста живой массы и повышение сохранности. Расчетный экономический эффект от внедрения локальных ионизаторов-озонаторов воздуха при клеточном содержании птицы, может дать годовой экономический эффект, только за счет повышения яйценоскости, в размере 30000 рублей на 1000 кур начального поголовья (в ценах лета 2003 года); от внедрения проточных ионизаторов-озонаторов при прединкубационной обработке куриных яиц и стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят, составит годовой экономический эффект в размере 3000 рублей на 1000 яиц при каждой закладке в инкубатор (в ценах лета 2003 года).
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Изучение существующих способов и технических средств, обеспечивающих нормативные параметры микроклимата воздушной среды закрытых птицеводческих помещений, позволило установить их общие существенные недостатки: – при клеточном содержании птицы: сложность размещения генераторов ионов и озона в клетках для животных или птицы из-за больших габаритных размеров; использование вентиляции дд}. выдувания ионно-озонной смеси для равномерного распределения по г смещению; получение достаточно стабильной и однородной концентрации ионов и озона в биологической зоне дыхания животных или птицы; – при дезинфекции, санации птицеводческих помещений и инкубации яиц птицы: улучшение энергетических характеристик установок ионизации и озонирования и надежности их работы; получение однородной и стабильной ионно-озонной концентрации при инкубации яиц птицы; применение громоздкого оборудования и длительной экспозиции обработки яиц при инкубации; использование высоких доз озона до 1000 мг/л, что небезопасно для обслуживающего персонала. Совершенствование и разработка методов повышения качества и эффективности обработки воздушной среды птицеводческих помещений осуществляется: разработкой способов и технических средств снижения энергоемкости процесса путем локальной и проточной ионизации и озонирования; разработкой способов и устройств обработки воздушной среды обладающих одновременной, однородной и стабильной концентрацией воздушной ионно-озонной смеси с предельно допустимой концентрацией по ионам и озону для птицы и обслуживающего персонала; разработкой эффективных и стимулирующих режимов обработки воздушной среды локальной и проточной ионизацией и озонированием. В результате экспериментального исследования и опытно конструкторского проектирования средств и способов обработки воздушной среды в птицеводстве разработаны и защищены патентами: устройство для клеточного содержания птицы или пушных зверей, способ санации и стимуляции эмбрионального и постэмбрионального развития птицы.
2. Разработаны теоретические положения, xapaктеpизyющиe образования ионов и озона коронно и барьерно разрядными системами, их вольтамперные характеристики и схемы замещения, характеризующиеся активно-емкостной нагрузкой и позволяющих определять активную мощность и коэффициент мощности локального ионизатора-озонатора.
3. Обоснована необходимость теоретических исследований проблемы получения одновременной, однородной и стабильной концентрации локальных ионизаторов-озонаторов в биологической зоне дыхания птицы путем применения коронно и барьерно разрядных систем на основе изучения совокупности обобщенных элементов: источник питания – ионизатор-озонатор, которые образуют систему, решение которой осуществляется математическим моделированием и определением переходных и установившихся процессов системы. Полученные системы уравнений стационарных процессов системы источник питания – ионизатор-озонатор позволяют: дать оценку режимам работы системы, объяснить процессы образования ионов и озона в разрядном промежутке, определять стабильную работу системы при ее эксплуатации в производственных условиях
4. Разработаны методы теоретических исследований кинетики электросинтеза озона и ионов в проточных ионизаторах-озонаторах путем анализа и моделирования разрядных систем, позволяющих осуществить рациональный выбор параметров модели. Полученная обобщенная модель движения воздушной ионно-озонной смеси в реакционной камере проточного ионизатора-озонатора поясняет схему движения смеси на примере комплексной молекулы, состоящей из полярных молекул ионов и озона. Полученные системы уравнений могут быть использованы при разработке и изготовлении проточного ионизатора-озонатора для определения геометрических, энергетических параметров и концентраций комплексных молекул, находящихся в реакционной камере и на выходе проточного ионизатора-озонатора до соприкосновения с обрабатываемой средой.
5. Экспериментально в производственных условиях выявлены изменения средних концентраций ионов и озона по длине струи при постоянной скорости движения воздушной ионно-озонной смеси, температуре, влажности и получены их аппроксимационные графические зависимости и уравнения. Получены аппроксимационные уравнения графической зависимости насыщения и разложение отрицательных ионов и озона в зависимости от времени работы проточного ионизатора-озонатора в дезинфекционной камере инкубатории.
6. Исследована и предложена более эффективная схема биотехнической системы терапевтического назначения для регистрации аэроионов, которая дает возможность проводить ретроспективный анализ и статистическую обработку полученных данных, а также облегчает контроль концентрации аэроионов при проведении терапевтического воздействия что позволяет ветврачу более эффективно проводить курс лечения, управляя процессом ионизации, находясь за одним пультом управления.
7 Сформулированы требования к системам и устройствам локальной ионизации и озонирования и формированию одновременной, однородной и стабильной воздушной ионно-озонной смеси в области дыхания птицы. Экспериментальными исследованиями установлены основные факторы, определяющие оптимальные и эффективные концентрации ионов и с зона для птицы при локальной ионизации и озонировании: длина электродов барьерной трубки, диаметр трубки, диэлектрическая проницаемость барьера, площадь разрядного промежутка – учитывались через общую емкость разряда Соб, сила тока разряда I, относительная влажность W, температура Т. Получена линейная регрессионная модель, определяющая оптимальную концентрацию озона и концентрацию ионов в клетках для птицы с учетом электрических, геометрических и климатических факторов.
8. Сформулированы требования, предъявляемые к системам и устройствам проточного ионизатора-озонатора воздуха и технологическим режимам его работы. На основании экспериментов установлены граничые значения геометрических, электрических и кинематических факторов проточного ионизатора-озонатора: Соб – общей емкости проточного ионизатора-озонатора, Iраз – силы тока в разрядном промежутке реакционной камеры, V – скорости движения воздушной ионно-озонной смеси, L – длины разрядной камфы. Получено: линейная регрессионная модель, определяющая оптимальные концентрации ионов и озона на выходе устройства, аппроксимационное уравнение степенной функции изменения концентраций воздушной ионно-озонной смеси по длине струи Установлено, что более полно динамический режим работы проточного ионизатора-озонатора в дезинфекционной камере инкубатории для концентрации 0,04- 0,12 мг/м3 по озону и 160-490 пКл/м3 по ионам, воспроизводят уравнения описанные в виде ряда Фурье с учетом втфой гармоники, которые можно использовать в качестве модели данного динамического ряда.
9. Производственно – технологическими испытаниями локальных ионизаторов-озонаторов воздуха установлено, что воздушная ионно-озонная смесь подаваемая в область дыхания птицы позволяет: улучшить нормативные параметры микроклимата в клетках для птицы (с увеличением концентрации озона до 0,08 – 0,12 мг/м3 и ионов до 480 пКл/м3 происходит снижение по аммиаку на 20%, по углекислому газу – на 10%, по сероводороду – на 12,5%, микро6ная загрязненность уменьшается более чем в 100 раз); повысить продуктивные качества птицы (сохранность птицы на 2,5 %, яйценоскость птицы на 6 – 9%, снизить расход корма в расчете на 10 яиц на 6 – 8% ) – эффективная концентрация озона и ионов находится в пределах 0,04 -0,06 мг/м3 и 160 пКл/м3; улучшить воспроизводительные качества птицы (вывод цыплят на 4%, выводимость на 10 – 13%) – оптимальной оказалась концентрация 0,08 – 0,12 мг/м3 по озону и 480 пКл/м3 по ионам. Экономический эффект от внедрения локальных ионизаторовозонат(Ч)ов воздуха при клеточном содержании птицы, может дать годовой экономический эффект, только за счет повышения яйценоскости, в размере 30000 руб на 1000 кур начального поголовья (в ценах лета 2003 г)
10. Результатами производственных исследований проточных ионизаторов-озонаторов было установлено, что однократное воздействие воздушной ионно-озонной смесью (с концентрацией 0,04-0,12 мг/м3 по озону и 160-490 пКл/м3 по ионам) на инкубационные яйца перед инкубацией усиливает обменные процессы в зародыше, стимулирует эмфиогенез, увеличивает вывод цыплят и выводимость в сравнении с контролем на 4,6% и 5% соответственно; при стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят происходит усиление эффекта стимуляции прироста живой массы на 7,1% – 10,9%, падеж бройлерных цыплят был в 1,5-2 раза меньше, чем в контроле. Внедрение проточных ионизаторов-озонаторов при прединкубационной обработке куриных яиц и стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят, может составить годовой экономический эффект в размере 3000 рублей на 1000 яиц при каждой закладке в инкубатор (в ценах лета 2003 г).
11. Сравнение разработанной научной продукции с существующей по удельному расходу электроэнергии на выработку дополнительной продукции кВт ч на 1000 голов и 1000 яиц показало, локальный ионизатор-озонатор снижает расход электроэнергии в расчете на 1000 голов более чем в 12 раз, в расчете на 1000 яиц более чем в 30 раз; проточный ионизатор-озонатор снижает расход электроэнергии в расчете на 1000 голов в 2 раза, в расчете на 1000 яиц в 500 раз.
Представлено 22 товара
-
Озонатор МОМЕНТ ВРЕМЕНИ 100 000МГ МАГНИТ МЕХАНИЧЕСКИЙ ТАЙМЕР
Применение:
125 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ИЖ ПЛАНЕТА 80 000мг WI-FI Bluetooth ПУЛЬТ
Применение:
95 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ИЖ ПЛАНЕТА 80 000мг WI-FI Bluetooth
Применение:
95 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ИЖ ПЛАНЕТА 80 000мг механический таймер
Применение:
95 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР УМНАЯ ЭКОЛОГИЯ 60 000МГ МЕХАНИЧЕСКИЙ ТАЙМЕР
Применение:
78 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР УМНАЯ ЭКОЛОГИЯ 60 000МГ WI-FI Bluetooth
Применение:
78 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР УМНАЯ ЭКОЛОГИЯ 60 000МГ WI-FI Bluetooth ПУЛЬТ
Применение: Воздух, ХОЛОДИЛЬНАЯ КАМЕРА
78 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР БРИЛЛИАНТ 50 000МГ WI-FI Bluetooth ПУЛЬТ
Применение:
66 250 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР БРИЛЛИАНТ 50 000МГ механический таймер
Применение:
66 250 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР БРИЛЛИАНТ 50 000МГ WI-FI Bluetooth
Применение:
66 250 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ВЕТЕР ПЕРЕМЕН 40 000МГ WI-FI Bluetooth ПУЛЬТ
Применение:
53 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ВЕТЕР ПЕРЕМЕН 40 000МГ механический таймер
Применение:
53 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ВЕТЕР ПЕРЕМЕН 40 000МГ WI-FI Bluetooth
Применение:
53 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ЭКОЛОГИЧНАЯ ЖИЗНЬ 30 000МГ WI-FI Bluetooth ПУЛЬТ
Применение:
41 250 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ЭКОЛОГИЧНАЯ ЖИЗНЬ 30 000МГ механический таймер
Применение:
41 250 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ЭКОЛОГИЧНАЯ ЖИЗНЬ 30 000МГ WI-FI Bluetooth
Применение:
41 250 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ЧУДО 25 000мг механический таймер
Применение:
35 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ЧУДО 25 000мг WI-FI Bluetooth ПУЛЬТ
Применение:
35 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ЧУДО 25 000мг WI-FI Bluetooth
Применение: Воздух
35 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ОАЗИС 20 000мг WI-F Bluetooth ПУЛЬТ
Применение:
28 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ОАЗИС 20 000мг WI-FI Bluetooth
Применение:
28 750 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину -
ОЗОНАТОР ОАЗИС 20 000мг механический таймер
Применение:
28 000 руб. АРЕНДА ПО ЗАПРОСУ В корзину
