автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электротехнологическая озонаторная установка для обеззараживания кормовых смесей

На правах рукописи

СМИРНОВ Александр Анатольевич

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЗОНАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ

05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005551391 31 ИЮЛ 2014

Москва - 2014

005551391

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно — исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ).

Научный руководитель: Першни Александр Федорович,

кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Сторчевой Владимир Фёдорович,

доктор технический наук, профессор, проректор по учебной работе Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Боков Геннадий Степанович,

кандидат технических наук, доцент, заместитель начальника Центра нормативно-технического обеспечения ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Защита состоится « с&^гдсьм 2014 года в-Э^О часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01, созданного на базе Государственного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства.

Автореферат разослан « /* » ишл 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Некрасов Алексей Иосифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Известно, что от качества кормов и их биологической ценности зависит жизнеспособность и продуктивность сельскохозяйственных животных. Изыскание средств и способов улучшения основных показателей кормов имеет большое значение, т.к. является способом интенсификации внутренних ресурсов организма животных, заложенных природой.

В настоящее время во всем мире проявляется интерес к озону. Обработка озоном позволяет увеличить сроки безопасного хранения зерна и кормосмесей, не ухудшая их питательных качеств. Наиболее распространенным способом озонирования является обработка насыпи зернового материала. Однако при применении данной технологий имеется ряд проблем связанных со значительным перерасходом озона, неравномерностью обеззараживания и сравнительно высокой трудоемкостью процесса. Предлагается проводить обработку озонированным воздухом кормовых смесей в подвижном слое при ссыпании материала с использованием озонаторов коронного разряда. В отличие от существующих способов, это позволит повысить эффективность и равномерность обработки при сохранности питательных свойств и снижение трудо- и энергозатрат.

Цель работы - разработка электротехнологической озонаторной установки с обоснованием режимных параметров обработки озоном кормосмесей в подвижном слое с использованием озонаторов коронного разряда.

Объект исследования: процесс обработки озоном кормовых смесей и их составляющих на установке с озонатором коронного разряда.

Предмет исследования: выявление закономерностей влияния режимов обработки озоном кормовых смесей на степень их обеззараживания и питательные свойства.

Основные научные задачи:

- провести анализ существующих способов обработки озоном зерна и зернопродуктов;

- исследовать процесс взаимодействия озона с обрабатываемым материалом при обеззараживании кормовых смесей и сравнить адекватность теоретических предпосылок с результатами экспериментальных исследований;

- разработать способ обработки озоном кормовых смесей, обеспечивающий высокую эффективность обеззараживания при сохранении питательных качеств материала;

- исследовать обеззараживающее действие озона на микрофлору кормовых смесей при обработке их в свободно падающем потоке, влияние озонирования на качество получаемого продукта, а также определить режимные параметры и технические требования к разрабатываемой электротехнологической озонаторной установке;

- разработать установку для обработки озоном кормовых смесей и провести ее испытания в производственных условиях, а также оценить экономическую эффективность использования озона в процессе обеззараживания;

- разработать методику расчета озонаторной установки и рекомендации по обеззараживанию озоном кормовых смесей и зерновых материалов.

Методика исследований. Поставленные задачи решены на основе системного анализа ранее разработанных способов озонирования. Использовано математическое и физическое моделирование процесса озонирования. Оценка микробиологических показателей получаемого продукта проведена согласно ГОСТ 10444.15-94, аминокислотный состав определялся согласно ГОСТ 13496.4-93.

Научную новизну результатов исследования представляют:

- математическая модель взаимодействия озона с зерновым слоем, связывающая основные значимые факторы, влияющие на степень обеззараживания;

- технологическая схема озонаторной установки, позволяющая проводить обработку озоном кормовых смесей непосредственно в потоке, в процессе их ссыпания и позволяющая встраивать ее в существующие технологические процессы;

- режимы и конструктивно-технологические параметры озонаторной установки, позволяющие эффективно проводить процесс обеззараживания, не оказывая отрицательного влияния на биохимические свойства и качество получаемого продукта;

- методика расчета озонаторной установки для обеззараживания кормовых смесей и зерновых материалов.

Практическая значимость. Разработанный и проверенный в производственных условиях способ обеззараживания кормовых смесей озонированным воздухом в свободно падающем потоке позволяет:

- снизить зараженность кормовых смесей до требуемых норм с сохранением питательных свойств;

- обеспечить экологическую чистоту процесса обработки кормовых смесей и снизить загрязненность окружающей среды и обработанного продукта за счет отказа от использования ядохимикатов;

- существенно снизить (на порядок) энергозатраты на обеззараживание кормовых смесей.

Получен патент на изобретение «Устройство для обработки озоном сыпучих материалов».

Основные положения, выносимые на защиту:

- установлено, что озон при обработке стационарного слоя расходуется в основном на химическое взаимодействие и разложение на поверхности, что ведет к перерасходу озона и увеличению энергозатрат;

- разработанный способ обеззараживания кормовых смесей встречным потоком озона в их свободно падающем потоке, обеспечивает высокую равномерность обработки и повышает экологичность процесса;

- разработанные режимы обеззараживания кормовых смесей озоном с использованием разработанной озонаторной установки, обеспечивают снижение микробной обсемененности на порядок и сохранность питательных свойств;

- процесс обеззараживания кормовых смесей с использованием озона позволяет существенно повысить экономическую эффективность процесса по сравнению с применением традиционных химических препаратов.

Реализация результатов исследований. Определены основные технологические параметры процесса обеззараживания, разработана и изготовлена экспериментальная установка для обработки кормовых смесей озоновоздушными смесями. Изучено влияние режимов обработки на обеззараживание и каче-

ственные показатели кормовых смесей нескольких марок при различных экспозициях обработки. Проведены испытания в производственных условиях в комбикормовом цехе ОАО «Хлебная база №9» г. Александров.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждены и одобрены на Международной научно-практической конференции «Инновационные и энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве» (ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2012г.); на тридцать втором Всероссийском семинаре «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» (Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова 2012г.); на 8-й Международной научно-технической конференция «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2012г.); на 2-й Конференции молодых ученых и специалистов Отделения механизации, электрификации и автоматизации «Научное обеспечение инновационных процессов в агропромышленной сфере» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2013г.); на 9-й Международной научно-технической конференция «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2014г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 9 опубликованных работах, в том числе 3 - из перечня ведущих периодических изданий, определенных ВАК при Министерстве образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 112 страницах, включает 31 рисунок, 13 таблиц, список литературы из 103 наименований, в том числе 12 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обозначена проблема, решаемая в данной работе; обоснована актуальность выбранной темы исследований; сформулирована цель и задачи работы; приведены положения, выносимые на защиту.

Работа выполнялась в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ на 1996...2009 г.г.

шифр 1Х.01. «Разработать систему конкурентоспособных экологически безопасных технологий и комплексы энергосберегающих машин нового поколения для производства приоритетных видов сельскохозяйственной продукции 1999...2014 гг.; - в ВИЭСХ по теме «Провести НИР, разработать методы инженерного расчета и обосновать экологически безопасные технологии и комплекс технических средств получения, первичной обработки и хранения высококачественной сельскохозяйственной продукции».

В первой главе диссертации «Состояние вопроса и задачи исследования» приведен обзор ситуации в области обеззараживания зерна и кормовых смесей; указаны основные причины ухудшения качества зерна и зернопродуктов и перечислены существующие методы их обработки. Приведены преимущества и недостатки последних, обоснован выбор озонирования как перспективного метода обеззараживания зерна и кормосмесей. Дан анализ существующих способов озонирования зерновых продуктов, определены задачи исследований.

Изучены научные труды в области озонирования сельскохозяйственной продукции таких авторов как: Бородин И.Ф., Бутко М.П., Возмилов А.Г.. Кри-вопишин И.П., Кзенз Н.В., Сторчевой В.Ф., Ткаченко С.Н., Троцкая Т.П., и др.

Анализ известных способов озонирования зерна и зернопродуктов показал, что наиболее применяемые способы обработки стационарного слоя зернового материала не обеспечивают равномерного обеззараживания, трудоемки, но экономически более целесообразны по сравнению с применением ядохимикатов. На основе этого сделан вывод о необходимости обработки озоном кормовых смесей и их компонентов в свободно падающем потоке, с помощью которого предполагается обеспечить равномерность процесса, снизить энергозатраты и повысить эффективность обеззараживания.

Учитывая, что озон — газ токсичный и применяется сравнительно недавно, важно было разработать режимы обработки с использованием невысоких концентраций его в процессах обработки, во избежание отрицательного воздействия его на персонал при эксплуатации и объект обработки.

Следует отметить, что режимы обработки кормовых смесей и в частности комбикорма озоном должны отличаться от режимов обработки цельного зерна,

т.к. комбикорм не имеет защитной оболочки в отличие от цельного зерна, что увеличивает влияние озона на питательные вещества, содержащиеся в комбикорме.

В соответствии с вышеизложенным состоянием вопроса определена цель и поставлены задачи теоретических и экспериментальных исследований.

Во второй главе «Теоретическое и экспериментальное обоснование процесса обработки озоном зернопродуктов» исследованы факторы, влияющие на процесс взаимодействия озона с кормовыми смесями, и экспериментальными исследованиями определена их значимость. На основании этого разработана математическая модель взаимодействия озона с зерновым материалом, позволяющая исследовать процесс озонирования кормовых смесей.

Для определения потребности в озоне для обеззараживания кормовых смесей важно определить значения составляющих расхода озона в процессе озонирования. Известно, что время жизни молекулы озона на поверхности зернового материала зависит от внешних факторов и свойств самой поверхности. К тому же озон реагирует с веществами, находящимися в самом зерновом материале и при этом происходит снижение концентрации озона.

Для изучения процесса взаимодействия озона с кормовыми смесями были проведены исследования прохождения озоновоздушной смеси через слой зернового материала.

Распределение озона в процессе озонирования можно представить в виде диаграммы, рис. 1.

Рисунок 1 - Диаграмма распределения озона в процессе озонирования: С0 — начальная концентрация озона; Свых -концентрация озона на выходе; ga¿c -количество адсорбированного озона; gpaзл — количество разложившегося озона на поверхности; - количество озона, вступившего в химические реакции; Иобм,- количество разложившегося озона в обрабатываемом объеме

Со

дадс.

С дых

Для наглядности представляем насыпь зернового материала в виде слоев равной толщины (рис. 2). Тогда изменение концентрации озона по слоям будет происходить в соответствии с выражением:

аде § разл § о 6м § хим. р. ) ^

С; =СО"

ж

(1)

/

где Ж- расход озоновоздушной смеси через слой зернового материала; г- время контакта с зерновым слоем. /, При прохождении озона через насыпь, каждый слой этой

насыпи поглощает определенную величину поступающего озона. С увеличением высоты слоя будет происходить уменьшение количества озона на величину с1р, равное количеству поглощенного и разложившегося озона в этом слое за время Следовательно, для описания уменьшения количества озона, при некоторых допущениях, можно использовать уравнение органического роста.

\

Рисунок 2 - Распределение озона по слоям зернового материала

Примем, что изменение количества озона пропорционально начальному количеству озона, в первом приближении, и равно:

ей

(2)

где К - коэффициент пропорциональности расходования озона по высоте слоя; х - количество озона в момент Л

1 г с!х

г = — —,

К1 X

Ч)

где Ро - количество озона, на входе в первый слой. Следовательно,

, = —!-1п — и х = Р0е~к' К Я 0

(3)

В то же время количество озона, при постоянном расходе озоновоздуш-ной смеси через слой г, можно выразить через его концентрацию:

Ж'

(5)

тогда выражение (4) примет вид:

(6)

где V— объем зернового слоя,

или, для стационарного режима его можно записать как:

С = кС0е~К\ (7)

где к- коэффициент пересчета, к=Р(/У.

То есть изменение концентрации озона при прохождении через слой зернистого материала имеет вид экспоненциальной функции.

При каком-то значении / суммарная убыль озона станет равна Со и на выходе из слоя он не будет обнаружен. Время, за которое это произойдет, следует обозначить как критическое - и его можно определить из выражения:

, _ (ё аде ёразя. ёобм. ёхим.р^)^

•о- С-Ж-г ' (8)

где С - масса зернового слоя; г - скважность зернистого материала, г = С/У. В то же время объем зернового слоя:

К= С/г , (9)

и время, за которое будет осуществлен контакт озона с зерновым слоем, определяется как:

V

г-и

(10)

где Р - площадь поперечного сечения слоя зернового материала м2; и - скорость озоновоздушной смеси в зерновом слое, м/с.

В результате получены уравнения, связывающие основные показатели и параметры процесса, составляющие основу математической модели:

. _ (ёаде ёразя '" ёобм ёхим.р^^** _ ^ "

или, переходя к высоте слоя, который поглощает озон полностью:

Я,

кр

Cn-W ■ г-U

о

Отсюда следует вывод, что эффективная обработка может быть проведена только в тонком слое, при практически постоянной концентрации озона, т.е. можно ссыпать зернистый материал через озоновоздушную смесь.

Минимально необходимая производительность озонатора может быть определена как:

Далее необходимо было определить наиболее значимые составляющие расхода.

Известно, что озон является нестабильным реагентом, чувствительным к воздействию параметров атмосферы, в которой происходит озонирование и свойствам самого обрабатываемого материала. По уравнению баланса для общей массы озона в объеме были произведены расчеты зависимости концентрации озона от времени работы озонатора. Период полураспада озона, при / = 7723 "С и относительной влажности 55-75% составил Т ~ 8 мин, из чего следует вывод, что при обработке озоном кормовых смесей в процессе их ссыпания, разложением озона g0<;„ в объеме можно пренебречь.

В результате экспериментов было установлено, что сорбционпая емкость пропорциональна концентрации озона и зависит от вида зернового материала и времени контакта. Величину адсорбированного озона зерновым материалом определяли по изменению веса последнего в результате обработки. Изменение веса зерновых материалов в результате адсорбции озона имеет незначительную величину, менее 1% и привес происходит только в течение первых минут. Далее вес материала снижается, так как озон интенсифицирует выход влаги и вступает в химические реакции с компонентами кормосмеси, что сопровождается выделением газообразных веществ, которые уносятся с отработанной озо-новоздушной смесью. Это подтверждает предположение, что процесс адсорбции озона носит непродолжительный характер — рис. 3.

Q = C0-x-W.

(13)

Рисунок 3 - Сравнение привеса для сухой комбикормовой смеси Пк-1 в течение 1 часа (концентрация озона - 350 мг/м3)

При длительной обработке озон расходуется на процессы химического взаимодействия и разложения на поверхности зернового материала - §разп и Зхгт.р, которые в настоящее время существующими методами исследования невозможно разделить.

Для подтверждения предложенной модели было проведено исследование по определению распределения изменения содержания озона в зернистом материале. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 4.

6 2

Рисунок 4 - Схема экспериментальной установки для исследования распределения озона по высоте слоя зернистого материала: 1 - колонка из 7 модулей; 2 - озонометр; 3 - озонатор; 4 - центробежный вентилятор; 5— регулятор напряжения; 6 — деструктор остаточного озона

Проведенные исследования обработки различных по свойствам зернистых материалов озоном в неподвижном слое показали, что концентрация озона по высоте слоя снижается, рис. 5. Тенденция к выравниванию концентрации с течением времени имелась, однако выравнивания ее не происходило. Это приводит к неравномерности обработки слоя по высоте и значительному перерасходу озона.

Разность значений концентрации между входом и выходом озона из модуля - это суммарное количество озона, адсорбированного слоем и разложившимся на нем. Озон, адсорбированный в слое и содержащийся в межзерновом пространстве, воздействует на сам материал слоя и микрофлору, находящуюся на поверхности зерен в течение длительного времени, по предварительной оценке, до месяца.

Высота слоя, мм

Рисунок 5 - Изменение концентрации озона по высоте слоя для шлифованной

гальки и гороха

Для оценки воздействия озона на основные составляющие сухих кормовых смесей было проведено исследование изменения концентрации озона на выходе из слоя при многократном пропускании озоновоздушной смеси через слой зернистого материала. Полученные данные показали, что повышение концентрации на выходе до установившегося значения происходит в течение первой минуты. Следовательно, нет необходимости обрабатывать стационарный слой в течение нескольких часов.

Анализируя результаты исследований можно сделать вывод, что обработка материала при ссыпании в течение нескольких секунд может способствовать эффективному снижению микробной обсемененности, к тому же будет обеспечено снижение энергоемкости процесса за счет снижения затрат энергии на перемещение материала. В качестве источника озона для этих целей целесообразно использовать озонаторы коронного разряда, т.к. в данном случае нет необходимости в высоких концентрациях, к тому же данный тип озонаторов не требователен к качеству используемого для выработки озона воздуха, что важно при эксплуатации на сельскохозяйственных предприятиях.

В третьей главе «Разработка установки для обеззараживания кормовых смесей» представлены материалы экспериментальных исследований по отработке режимов процесса озонирования. Разработана методика проведения эксперимента для изучения обеззараживающего действия озона на патогенную микрофлору кормовых смесей и влияние на качество получаемого продукта; дан расчет и описание разработанной и изготовленной экспериментальной установки, получены и приведены результаты исследований процесса обработки озоном комбикорма при ссыпании в свободно падающем потоке.

Для обеспечения равномерности обработки, была разработана экспериментальная установка по обеззараживанию озоном кормосмесей в их свободно падающем потоке. За основу смесительной камеры была взята конструкция из двух труб разного диаметра, расположенных коаксиально. Смесительная камера установки состоит из вертикальной колонки, внутри которой расположена труба, на внешней поверхности которой по винтовой линии расположены лопатки под углом 45°, по которым ссыпаются кормовые смеси (рис. 6).

В качестве источника озона использовался озонатор ОС-10 коронного разряда с производительностью по озону до 10 г/ч с возможностью ее плавного регулирования (рис. 7).

Для определения оптимальных режимов работы установки были проведены исследования эффективности обеззараживания материала при подаче озо-новоздушной смеси как в противотоке, так и при подаче прямотоком. Установлено, что использование противотока имеет предпочтение.

Рисунок 6 - Общий вид смесительной камеры озонаторной установки

1 Выход озона

УН - умножитель напряжения

Рисунок 7 - Электрическая схема озонатора коронного разряда ОС-10

Определено влияние скорости подачи озоновоздушной смеси на распределение озона по высоте установки. С увеличением скорости подачи распределение становится более равномерным. При больших скоростях унос мелкой

фракции комбикормовой смеси, вместе с отработанной озоновоздушной смесью, становился ощутимым и превышал 10%.

Озонированию подлежал комбикорм для кур-несушек марки Пк-1. Исходя из физических свойств данного комбикорма, выполнен расчет геометрических размеров смесительной камеры и определены основные параметры установки:

- Высота смесительной камеры - 2000мм,

- Диаметр внешней трубы - 200мм,

- Диаметр внутренней трубы — 150мм,

- Производительность дозатора - 0,4т/ч,

- Скорость истечения, — 0,63м/с,

- Скорость озоноводушной смеси внутри колонки - 0,5м/с.

Важным параметром озонаторной установки является доза озона, численно равная произведению концентрации озона в озоновоздушной смеси на время контакта с обрабатываемым материалом:

Доъ = С-t,\c--мг/^

где С - концентрация озона в воздухе, мг/м3; t— экспозиция обработки, с.

Регулирование дозы озона можно осуществить следующими способами: изменяя концентрацию озона (электрическим путем) и/или экспозицию (путем изменения высоты смесительной камеры). Для изменения экспозиции, на внешней трубе смесительной камеры расположили три штуцера — пробоотборника. Четвертой точкой отбора проб служило выходное отверстие. Концентрацию озона изменяли путем регулировки частоты задающего генератора озонатора.

Для осуществления управления установкой и контроля основных параметров была разработана схема управления и мониторинга, рис. 8. Основным элементом данной схемы является устройство мониторинга УМ-ЗОНЕО, являющимся свободно программируемым контроллером. Управление установкой происходит с пульта оператора через локальную сеть Ethernet. Схема позволяет регулировать скорость вращения крыльчатки вентилятора, изменять производительность озонатора, контролировать температуру воздуха и концентрацию озона в помещении.

АРМ\

Условные обозначения: А1 - устройство мониторинга КМ1, КМ 2 - силовой пускатель "jj-j N SK1 - термостат ¿? l^^n

ЕК1 - нагреватель ко^

RK1 - датчик озона RK2 - датчик температуры QS1 - выключатель нагрузки QF1-QF3 - автоматический выключатель ЗГ-задающий генератор частоты БР-5лок регулирования скорости вентилятора

АРМ - автоматизированное рабочее место оператора

Рисунок 8 - Схема автоматизированного управления и мониторинга озонаторной установки

Так как на процесс озонирования влияют множество факторов, поэтому определение оптимального значения дозы озона возможно только экспериментальным путем, на основе микробиологического анализа обработанных образцов. Для этого были проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях по обеззараживанию комбикорма при ссыпании в бункер. Степень обеззараживания оценивалась по показателям изменения общей микробной обсемененности (таблица 1).

Таблица 1. Микробиологические показатели комбикорма до и после озонирования при различных концентрациях озоновоздушной смеси

Точки отбора проб Время контакта, сек Общая микробная обсемененность

До озонирования, КОЕ/г После озонирования 50 мг/м3, КОЕ/г До озонирования, КОЕ/г После озонирования 80 мг/м3, КОЕ/г До озонирования, КОЕ/г После озонирования 130 мг/м3, КОЕ/г

1 1,5 1,8'103 2.8 • 10J 1,1-Ю4 1,1-Ю4 5,2-105 1,1-Ю5

2 2,5 1,8-Ю3 4.8-103 1,1104 3,6-Ю4 5,2-105 2,5-Ю5

3 3,5 1,8 • 103 1.4- 10J 1,1-Ю4 1,1-Ю4 5,2-Ю5 7,6-104

4 5 1,8 -103 1.5- 10J 1,1-Ю4 1,3-103 5,2-Ю5 5,8-104

Математический анализ полученных результатов позволил получить зависимость общей микробной обсемененности (зараженности) от дозы озона (рис. 9).

Доза озона, с'мг/м

Рисунок 9 - Фактические (а) и расчетные (б) кривые зараженности комбикорма

Общее выражение для процесса обеззараживания имеет вид:

3(Д)о6щ=3,000е°'22Д, (15)

где 3 — зараженность комбикорма, o.e. Д- доза озона, смг/м3.

При значении дозы озона 175 смг/м3 происходит переход от стимуляции роста микрофлоры к её угнетению.

Следует отметить, что в процессе ссыпания происходит снижение концентрации озона на выходе и, следовательно, последующие партии комбикорма получат меньшую дозу озона, чем в начале обработки. Для оценки степени обеззараживания комбикорма при работе установки в установившемся режиме был произведен микробиологический анализ проб комбикорма на начальном этапе ссыпания и в установившимся режиме. Концентрация озона на входе была повышена до 210 мг/м3. Первые пробы отбирались сразу после начала ссыпания, последующие спустя 2 минуты. Контролем служили необработанные образцы. Результаты представлены в таблице 2.

Для исследования влияния режимов озонирования кормовых смесей на качество получаемого продукта, проведен анализ обработанных партий на состав общих аминокислот (рис. 10).

Таблица 2. Микробиологические показатели комбикорма до и после озонирова-_ния при концентрации озоновоздушной смеси 210 мг/м3_

Партии комбикорма Общая микробная обсемененность

До озонирования, КОЕ/г После озонирования, КОЕ/г

1 -я партия 1,2-105 7,6-103

2-я партия 1,2'105 1,1-104

№п/п

Рисунок 10 - Сравнение содержания основных аминокислот в сухой комбикормовой смеси, обработанной ОВС с концентрацией озона 110 мг/м3, 210 мг/м3 и контроль (без обработки): 1 - аспарагиновая кислота; 2 - треонин; 3 - серин; 4 - глутаминовая кислота; 5 - глицин; 6 — аланин; 7 - валин + цистин; 8 - мети-онин; 9 - изолейцин; 10 — лейцин; 11 - тирозин; 12 — фенилаланин; 13 — гисти-дин; 14 - лизин; 15 - аргинин; 16 - пролин

Важным было установить предельно допустимые режимы обработки озоном, в пределах которых качество получаемого продукта не меняется, т.к. опыт предыдущих исследователей свидетельствует, что при высоких концентрациях озона наблюдается снижение содержания витаминов и ряда других составляющих. Как видно из полученных данных (рис. 10), концентрации озона до 0.21 г/м3 при времени контакта до 5 секунд, что соответствует дозе озона 1000 смг/м3, обеспечивают высокую степень обеззараживания и не влияют на аминокислотный состав комбикормовых смесей.

Обобщив результаты исследований, был сделан вывод о проведении дальнейших экспериментальных исследований при дозах озона в пределах от 300 до 1000 с-мг/м3.

В четвертой главе «Исследование процесса обеззараживания озоном кормовых смесей в производственных условиях и оценка технико-экономических показателей процесса» приведены результаты испытаний опытной установки в комбикормовом цехе одного из предприятий Владимирской области. На основании полученных данных определена экономическая эффективность использования озона в процессе обеззараживания кормосмесей.

Для проведения комплексных испытаний в условиях реального производства, нами разработана и изготовлена опытная установка для обработки озоном сухих кормовых смесей в свободно падающем потоке. Установка размещалась в отделении упаковки готовой продукции комбикормового цеха ОАО «Хлебная база №9» г. Александров (рис. 11) . Целью испытаний являлась: определение эффективной концентрации озона в озонированном воздухе при минимальном времени (экспозиции) обеспечивающей требуемое снижение микробной обсе-мененности и сохранность питательных веществ.

Исследования проведены в следующей последовательности:

- Кормовая смесь загружается в бункер и включается дозатор, установленный в верней части - далее смесь попадает в вертикальную колонку (смесительную камеру) и ссыпается вниз;

- Озоновоздушная смесь из озонатора подается в нижнюю часть установки и направляется вверх, обеспечивая обработку смеси в противотоке;

- Скорость озоновоздушного потока в камере регулируется воздушной заслонкой;

- Отработанная озоновоздушная смесь отводится из выходного патрубка в систему вентиляции через деструктор озона.

Все элементы установки, контактирующие с озоном, выполнены из материалов стойких к окислению.

Концентрация озона измерялась озонометром на входе и выходе из смесительной камеры. В качестве источника озона использовали озонатор ОС-Ю коронного разряда с производительностью по озону до 10 г/ч. Озонированию подлежали кормовые смеси торговой марки «Мустанг» различной формы выпуска: порошок, россыпь, гранулы. В ходе опытов контролировалась температура окружающей среды и относительная влажность воздуха.

Рисунок 11 - Установка для обработки озоном сухих кормовых смесей

Шланг остаточного озона

Шланг подачи озона

________ Выхода

готовой продукции

управления дозатором

К системе вентиляции

/Место загрузки обрабатываемого материала

Испытания проведены при следующих условиях:

- температура воздуха в отделении цеха, где располагалась установка + 4°С, наружная температура -18 °С днем и -30 °С ночью;

- концентрация озона в озоновоздушной смеси (ОВС) изменялась в пределах 20-40 мг/м3;

- время контакта ОВС составляло 8 секунд;

- скорость воздушного потока в смесительной камере 0,3-0,8 м/с.

Таблица 3. Результаты испытаний процесса обеззараживания кормовых добавок при нормативном значении КОЕ 5 х 105 1/г при температуре наружного __ воздуха-18 "С __

Марка смеси Вид Конц. озона мг/м3 Время контакта, с До обработки КОЕ 1/г После обработки КОЕ 1/г

Актифид Откорм 20 Порошок 40 8 2.7 х 106 3,1 х 105

Кальвофит 20 Россыпь 30 8 1,6 х 105 3,4 х 105

Кальвофит Люкс Гранулы 30 8 8,6 х 103 1,8 х 106

Увеличение значения микробной обсемененности при концентрации озона 30 мг/м3, обусловлено свойством озона при малых дозах стимулировать рост микрофлоры. Этот эффект усиливается при низких температурах.

Таблица 4. Содержание сырого протеина и сырой клетчатки до и после обра_ботки озоном дозами от 240-320 смг/м3

Наименование продукции Сырой протеин, % Сырая клетчатка, % Влажность, %

До обработки После обработки До обработки После обработки До обработки После обработки

Актифид Откорм 20 28,87 27,96 9,2 9,1 11,2 11,0

Кальвофит 20 28,64 29,28 20,1 19,5 10,0 9,8

Кальвофит Люкс 19,58 20,65 5,2 6,4 13,4 13,2

Всего через установку было пропущено около 500 кг кормовых смесей различного состава.

Проведя анализ результатов испытаний, определена минимальная доза озона, гарантированно улучшающая микробиологические показатели в широком диапазоне температур — 400 смг/м3.

Для определения экономической эффективности проведено сравнение разработанного метода и установки по обеззараживанию с использованием озона и базового метода обеззараживания с использованием жидкого химического препарата Лупро-Микс на основе пропионовой кислоты. Для внесения данного препарата используется насосно-дозирующий комплекс НДК-12, мощностью 150Вт, производительностью 0,5-6 л/мин.

Расчет произведеный по методу приведенных затрат для линии приготовления кормовых добавок производительностью 2,6 т/сут. показал низкие эксплуатационные затраты метода обработки озоном.

На основании проведенных исследований разработана методика расчета озонаторной установки и даны рекомендации по обеззараживанию озонированным воздухом кормовых смесей для определения эффективного режима обработки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ существующих способов обработки озоном зерна и зерно-продуктов выявил ряд недостатков (перерасход озона, значительную трудо- и энергоемкость), что отрицательно влияет на эффективность. Установлено, что при обработке озоном неподвижного слоя (насыпи) зерновых материалов имеет место значительная неравномерность распределения его по высоте, а значительное время обработки приводит к снижению качественных показателей зерна и зернопродуктов.

2. Установлена аналитическая связь основных параметров процесса озонирования (времени и высоты слоя) с основными влияющими факторами.

3. Разработан и опробован способ обработки озоном кормовых смесей в свободно падающем потоке, обеспечивающий равномерность и высокую эффективность обеззараживания при минимальном времени контакта и защиту персонала от воздействия остаточного озона.

4. Оценено обеззараживающее действие озоновоздушной смеси на кормовые смеси при их обработке в свободно падающем потоке с использованием разработанной озонаторной установки. Установлено, что дозы озона от

400 до 1000 смг/м3 и концентрации озона не менее 40 мг/м3 способствуют значительному снижению микробной обсемененности и обеспечивают сохранение их питательных свойств.

5. Разработана электротехнологическая озонаторная установка для обеззараживания кормовых смесей с использованием озонатора коронного разряда с возможностью автоматизированного управления и контроля ее основных параметров. В производственных условиях проведено испытание разработанной установки. Полученные данные подтвердили правильность выбора режимов обработки (доза озона не менее 400 с-мг/м3) даже при очень низких температурах окружающей среды. Оценена экономическая эффективность использования озона в процессе обеззараживания комбикормов. Расчет показал низкие эксплуатационные затраты метода обработки озоном. Затраты на единицу продукции составили 32 руб./т, что более чем на порядок ниже затрат при применении традиционного химического способа.

6. Разработана методика расчета озонаторной установки и даны рекомендации по обеззараживанию озонированным воздухом кормовых смесей для определения эффективного режима обработки. Норма расхода озона на единицу кормовой смеси составляет 5-6 г/т.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК

1. Смирнов A.A. Исследование процесса обеззараживания озоном сухих комбикормовых смесей / Першин А.Ф., Смирнов A.A. // Техника в сельском хозяйстве. 2013.№1.-С. 10-11.

2. Смирнов A.A. Обработка озоном сухих комбикормовых смесей / Першин А.Ф., Смирнов A.A. // Птицеводство. 2014. №2. - С. 23-25.

3. Смирнов A.A. Влияние температуры на качество обработки сухих комбикормовых смесей озоном / Першин А.Ф., Смирнов A.A. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. №2. - С. 23-25.

Другие издания

4. Смирнов A.A. К вопросу безопасной эксплуатации дезинфекционных камер с применением озона / Першин А.Ф., Смирнов A.A., Богданов К.В. // Инновации в сельском хозяйстве: Электронный журнал ГНУ ВИЭСХ. 2012. №1. — С. 50-54.

5. Смирнов A.A. Обработка озоновоздушными смесями зернистых материалов / Першин А.Ф., Смирнов A.A., Богданов К.В. // Инновации в сельском хозяйстве: Электронный журнал ГНУ ВИЭСХ. 2012. №1. - С. 55-60.

6. Смирнов A.A. Обработка зерновых материалов озоном в стационарном слое / Першин А.Ф., Смирнов A.A., Богданов К.В. // Материалы 32 Всероссийского семинара «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии». М.: Химфак МГУ, 2012. - С. 127-134.

7. Смирнов A.A. Обработка озоновоздушными смесями зернистых материалов / Першин А.Ф., Смирнов A.A., Богданов К.В. // Материалы 8-ой Международной научно-технической конференции «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве». М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012. Часть 3. - С. 312-317.

8. Смирнов A.A. Повышение мер безопасности при эксплуатации дезинфекционных камер с применением озона / Першин А.Ф., Смирнов A.A., Богданов К.В. // Материалы 8-ой Международной научно-технической конференции «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012. Часть 3. - С. 317-321.

9. Смирнов A.A. Экспериментальные исследования по обеззараживанию комбикорма озоновоздушными смесями / Першин А.Ф., Смирнов A.A. // Инновации в сельском хозяйстве: Электронный журнал ГНУ ВИЭСХ. 2013. №3. -С. 47-51.

Формат 60x90/16. Объем 1,0 печ. л. Печать цифровая.

Тираж 100 экз. Заказ № 30.

Отпечатано в Типографии ООО «Софи Принт»

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, дом 14А, стр. 20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ГНУ ВИЭСХ)

На правах рукописи

04201460514

СМИРНОВ Александр Анатольевич

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЗОНАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ

05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - к.т.н. Першин А.Ф.

Москва - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление....................................................................................................2

Введение........................................................................................................4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ... 10

1.1. Применение озонированного воздуха в сельском хозяйстве............10

1.2. Обоснование необходимости обеззараживания кормовых смесей... 14

1.3. Существующие методы обработки зерна и кормосмесей.................17

1.4. Получение озонированного воздуха...................................................19

1.5. Использование озонированного воздуха в процессе обработки и обеззараживания зерна и кормосмесей.............................................................21

1.6. Выводы по главе..................................................................................26

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ОЗОНОМ ЗЕРНОПРОДУКТОВ.........................................................................................27

2.1. Математическая модель взаимодействия озона с зерновым материалом.........................................................................................................27

2.2. Исследование изменения концентрации озона в обрабатываемом объёме во времени..............................................................................................31

2.3. Исследование сорбционных свойств озона........................................34

2.4. Исследование процесса обработки озоном стационарного слоя зернистого материала.........................................................................................38

2.5.Исследование процесса воздействия озона на основные составляющие сухих кормовых смесей............................................................43

2.6. Выводы по главе..................................................................................47

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ

КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЕЕ РАБОТЫ.....49

3.1 Методика исследований.......................................................................49

3.2 Схема экспериментальной установки..................................................49

3.3. Расчет основных параметров экспериментальной установки...........56

3.4. Разработка схемы управления озонаторной установкой...................60

3.5. Исследование процесса обработки озоном комбикорма при ссыпании.............................................................................................................65

3.6. Математический анализ результатов исследований

3.7. Техника безопасности при работе с озоном.............

3.8. Выводы по главе........................................................

78

74

80

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ОЗОНОМ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ И ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА .............................................................................................................................81

4.1. Испытание опытной установки для обработки озоном кормовых смесей в комбикормовом цехе действующего предприятия...........................81

4.2. Расчет экономической эффективности от внедрения установки для обеззараживания сухих кормовых смесей озоном...........................................89

4.3. Методика расчета параметров установки для обеззараживания озоном кормовых смесей и рекомендации по использованию озонированного воздуха................................................................................................................95

4.4. Выводы по главе..................................................................................97

Заключение.................................................................................................99

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

101

ВВЕДЕНИЕ

Сохранение продуктов растениеводства до времени их использования -важнейшее общенародное дело. Можно повысить урожайность всех культур и резко увеличить их валовые сборы, но не получить должного эффекта, если на различных этапах продвижения продуктов к потребителю произойдут большие потери в массе и качестве. При неумелом обращении с продуктами в послеуборочный период, потери их могут быть очень велики. Более того, возможна полная порча продукта или даже получение им токсических свойств [78].

В мировом хозяйстве в настоящее время отмечается потеря значительной части урожая. Так, по данным международной организации по продовольствию и сельскому хозяйству, потери зерна при хранении ежегодно составляют 6-10% и более, потери овощей и плодов 20-30% и более [26]. Кроме этого ухудшаются пищевые, фуражные и посевные качества зерна.

Из года в год происходит накопление инфекции в почве, воздухе и семенах. Появилась тенденция нарастанию большого перечня заболеваний, и возникла реальная угроза получения зерна, не отвечающего требованиям стандарта [60].

Трудность борьбы с инфекционными агентами зерна и зернопродуктов состоит в том, что они представлены, в том числе споровыми формами возбудителей, имеющими высокую устойчивость к температуре [91].

Известно, что от качества кормов, тем более их биологической ценности, зависит жизнеспособность и продуктивность сельскохозяйственных животных. Изыскание средств и способов улучшения основных показателей кормов имеет большое значение, т.к. является путем интенсификации внутренних ресурсов организма животных, заложенных природой.

Химические методы, несмотря на их высокую токсичность, универсальность и избирательность против патогенного комплекса не могут

быть использованы в силу того, что остаточные количества пестицидов, при возможном стечении благоприятных факторов, способны накапливаться в зерне и продуктах его переработки, снижая качество и безопасность продукции [91].

Методы обеззараживания должны обеспечить наряду с уничтожением патогенной микрофлоры, сохранность белкового состава, а также улучшить физико-химические показатели, определяющие качества кормов.

Для улучшения качества кормов может использоваться озон, который подавляет микроорганизмы, разрушающие корма и ухудшающие их состав [40]. Озон воздействует и на фунгициды, присутствующие в кормах. Он отщепляет от органической молекулы фунгицида ион металла и переводит его в окисел. В результате образуются нетоксичные соединения. Пестициды более устойчивы к озону, но и они разлагаются при более жестких режимах обработки [51]. Однако при применении этих технологий в традиционном исполнении имеются некоторые проблемы и, прежде всего, это неравномерность обработки озоном и сравнительно высокая трудо-энергоемкость процесса.

Основываясь на дезинфекционных и дезинсекционных свойствах озона, предлагается проводить обработку озонированным воздухом кормовых смесей в подвижном слое при ссыпании. В отличие от существующих способов, это обеспечит равномерность обработки при сохранности питательных свойств и снижение энергозатрат.

Целью диссертационной работы явилась разработка электротехнологической озонаторной установки с обоснованием режимных параметров обработки озоном кормосмесей в подвижном слое с использованием озонаторов коронного разряда, обеспечивающей эффективность обработки и сохранение питательных свойств материала.

Для достижения цели в работе были решены следующие научные задачи:

- провести анализ существующих способов обработки озоном зерна и зернопродуктов;

- исследовать процесс взаимодействия озона с обрабатываемым материалом при обеззараживании кормовых смесей и сравнить адекватность теоретических предпосылок с результатами экспериментальных исследований;

разработать способ обработки озоном кормовых смесей, обеспечивающий высокую эффективность обеззараживания при сохранении питательных качеств материала;

- исследовать обеззараживающее действие озона на микрофлору кормовых смесей при обработке их в свободно падающем потоке, влияние озонирования на качество получаемого продукта, а также определить режимные параметры и технические требования к разрабатываемой электротехнологической озонаторной установке;

- разработать установку для обработки озоном кормовых смесей и провести ее испытания в производственных условиях, а также оценить экономическую эффективность использования озона в процессе обеззараживания;

- разработать методику расчета озонаторной установки и рекомендации по обеззараживанию озоном кормовых смесей и зерновых материалов.

Объектом исследования является процесс обработки озоном кормовых смесей и их составляющих на электротехнологической установке с озонатором коронного разряда.

Предмет исследования: выявление закономерностей влияния режимов обработки озоном кормовых смесей на степень их обеззараживания и питательные свойства.

Работа выполнялась в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного

комплекса РФ на 1996^-2009 г.г. шифр 1Х.01. «Разработать систему конкурентоспособных экологически безопасных технологий и комплексы энергосберегающих машин нового поколения для производства приоритетных видов сельскохозяйственной продукции 1999...2014 гг.; - в ВИЭСХ по теме «Провести НИР, разработать методы инженерного расчета и обосновать экологически безопасные технологии и комплекс технических средств получения, первичной обработки и хранения высококачественной сельскохозяйственной продукции».

Научную новизну результатов исследования представляют:

- математическая модель взаимодействия озона с зерновым слоем, связывающая основные значимые факторы, влияющие на степень обеззараживания;

- технологическая схема озонаторной установки, позволяющая проводить обработку озоном кормовых смесей непосредственно в потоке, в процессе их ссыпания и позволяющая встраивать ее в существующие технологические процессы;

- режимы и конструктивно-технологические параметры озонаторной установки, позволяющие эффективно проводить процесс обеззараживания, не оказывая отрицательного влияния на биохимические свойства и качество получаемого продукта;

- методика расчета озонаторной установки для обеззараживания кормовых смесей и зерновых материалов.

Практическая ценность.

Разработанный и проверенный в производственных условиях способ обеззараживания кормовых смесей озонированным воздухом в свободно падающем потоке позволяет:

- снизить зараженность кормовых смесей до требуемых норм с сохранением питательных свойств;

-обеспечить экологическую чистоту процесса обработки кормовых

смесей и снизить загрязненность окружающей среды и обработанного продукта за счет отказа от использования ядохимикатов;

- существенно снизить (на порядок) энергозатраты на обеззараживание кормосмесей.

Получен патент на изобретение «Устройство для обработки озоном сыпучих материалов».

Основные положения, выносимые на защиту:

- установлено, что озон при обработке стационарного слоя расходуется в основном на химическое взаимодействие и разложение на поверхности, что ведет к перерасходу озона и увеличению энергозатрат;

- разработанный способ обеззараживания кормовых смесей встречным потоком озона в их свободно падающем потоке, обеспечивает высокую равномерность обработки и повышает экологичность процесса;

- разработанные режимы обеззараживания кормовых смесей озоном с использованием разработанной озонаторной установки, обеспечивают снижение микробной обсемененности на порядок и сохранность питательных свойств;

- процесс обеззараживания кормовых смесей с использованием озона позволяет существенно повысить экономическую эффективность процесса по сравнению с применением традиционных химических препаратов.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждены и одобрены на Международной научно-практической конференции «Инновационные и энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве» (ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2012г.); на тридцать втором Всероссийском семинаре «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» (Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова 2012г.); на восьмой Международной научно-технической конференция «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2012г.); на 2-й Конференции молодых ученых и

специалистов Отделения механизации, электрификации и автоматизации «Научное обеспечение инновационных процессов в агропромышленной сфере» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2013г.); на 9-й Международной научно-технической конференция «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2014г.).

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1Л. Применение озонированного воздуха в сельском хозяйстве В последнее время проблеме разработки методов и устройств, использующих озон в сельском хозяйстве, уделяется большое внимание во всем мире, особенно в США, Франции, Японии и других странах.

Озонирование в пищевой промышленности получило широкое распространение в Японии, Австралии, Франции [9]. В США в 1997 г. решением правительственной комиссии озон был принят в качестве безопасного средства для использования в существующих и потенциальных технологиях, связанных с хранением и переработкой продуктов питания.

Озон становится всё более популярным, в связи с растущим спросом на продукты, выращенные без применения пестицидов, стимуляторов, антибиотиков, и прочих токсичных для человека веществ и озабоченностью общественности экологической опасностью технологий производства продуктов.

В настоящее время к озоновым технологиям во всем мире проявляется интерес в следующих областях: очистка и обеззараживание питьевой воды, а также хозяйственно-фекальных и промышленных стоков; дезодорация и очистка воздуха различных производственных помещений и газовых выбросов различных производств; нейтрализация ядовитых веществ; увеличение сроков хранения и повышение биологической ценности кормов для животных и продуктов питания для человека; стерилизация упаковочных и перевязочных материалов в фармацевтической промышленности; стимуляция эмбрионального развития и повышение выводимости молодняка в птицеводстве; повышение качества икры и ее оплодотворяемости в рыбном хозяйстве; профилактика и лечение различных заболеваний в медицине и ветеринарии [6, 7, 16, 27, 35, 36, 44, 68, 72, 92, 96].

Результаты исследований последних лет в области медицины и ветеринарии однозначно свидетельствуют о положительном влиянии

озонированных материалов на естественную резистентность живых организмов как при пероральном, так и при парентеральном способах введения озона [70]. При этом указывается на обязательность строгого контроля над содержанием озона во вводимых растворах. Установлено, например, что оптимальная доза озона для телят при внутривенном введении составляет - 0,015 мг/кг, при мышечном -0,04-0,06 мг/кг, при пероральном -0,09 мг/кг [50]. При этом озон выступает в качестве биостимулятора.

В таблице 1.1 показано воздействие различных концентраций озона на некоторые биообъекты [44].

Озон, как активнейший окислитель с ярко выраженным бактерицидным действием, был предложен для обеззараживания воздуха и воды профессором Доброславиным А.П. в 1874г., [29]. В 1909 году он был применен при длительном хранении мяса на холодильнике в г. Кельн, [93]. Почти одновременно, в 1911 году в Петербурге была введена в эксплуатацию первая в Европе озоноводопроводная станции. Для этой цели построены станции озонирования с производительностью тысячи кубометров воды в сутки. Озон уничтожает микрофлору, дезодорирует и осветляет обрабатываемую воду, придает ей свойства природной чистой воды по вкусу и цвету. Он превращается обратно в кислород (40 - 60 минут), а вода, насыщенная кислородом, является благоприятной средой для развития микроорганизмов. По этой причине озонированная вода не нашла применения для дезинфекции, [52].

Первая мировая война затормозила применение озона в практических целях, так как на первое место в качестве дезинфекционного средства выступил хлор и его соединения. В настоящее время область применения хлора все более сужаются ввиду его отрицательного воздействия на окружающую среду.

Таблица 1.1. Влияние озона на различные биообъекты

Концентрация озона, мг/м^1 Оказываемое воздействие на биообъекты

4,0-6,0 Угнетает развитие плесени

6,0 За 3,5 часа погибает 80% микрофлоры

6,0-10,0 У крыс быстро развивается бронхит, очаговая катаральная пневмония, дегенеративные изменения в печени.

200-400 Для дезинфекции помещений и картонной тары при обработки в течении 15-30 минут погибают взрослые особи паразитов (клещи, тараканы, клопы, перопухоеды, блохи)

400 Для инактивации вируса полиомиелита требуется обработка в течение 4 минут. Кишечная палочка погибает уже в течение 3-х часовой обработки.

1600 За 10 минут погибают практически все виды кишечной палочки, находящейся в воде.

2000 Обеззараживание суспензий прак�