Кожної години сотні тисяч кубічних метрів забрудненного та зараженого мікроорганізмами повітря викидаються назовні пташника. Кожен рік птахофабрика викидає у повітря по кілька тон шкідливих речовин і безліч мікроорганізмів, які забруднюють навколишнє середовище і негативно впливають на стан здоров’я населення і тварин. Специфічний запах та наявність у повітрі токсичних речовин не тільки визивають дискомфорт у населення, але і сприяють захворюванням легенів та серцево-судинної системи; сприяють розвитку онкологічних захворювань.
Сучасні тваринницькі та птахівничі комплекси стають джерелами забруднення навколишнього середовища біоаерозолями, пилом та шкідливими газами, які щодня викидаються вентиляційною системою в атмосферу. Ці речовини розносяться вітром на відстань понад 3 км. Середня концентрація пилу на птахофабриках може досягати 10 мг/м³, причому медіанні концентрації ендотоксинів у ньому становлять до 257,6 нг/м³. В осадженому пилу заселеність бактеріями та грибами становить відповідно 3,2×10⁹ та 1,2×10⁶ КУО/м³. Концентрація мезофільних бактерій у повітрі тваринницьких приміщень досягає 8,8×10⁴ КУО/м³, пташників — 1,89×10⁸ КУО/м³. Під час дослідження видового складу мікрофлори в корпусах для молодняка великої рогатої худоби було виділено патогенні штами Staphylococcus aureus, Streptococcus faecalis, Escherichia coli, Candida spp., Aspergillus spp. Біоаерозоль у повітрі пташників може містити представників родів Bacillus, Pseudomonas, Pasteurella, Corynebacterium, Salmonella, Enterobacter, Leptospira, Brucella, Haemophilus, Vibrio, Yersinia, Mycoplasma, Streptococcus, Staphylococcus, Pantoea, Micrococcus, Sarcina. У повітрі птахофабрик виявлено понад 30 видів мікроорганізмів, у тому числі 13 видів грибів із переважанням родів Aspergillus та Penicillium. Вміст аеробних грибів коливався від 4,4×10³ до 6,2×10⁵ КУО/м³. Вдихання такого біоаерозолю призводить до виникнення запальних процесів у дихальній системі, астми, алергічних реакцій. Пилові кліщі — один з основних алергенів у птахівництві. До 20 % фермерів і сільськогосподарських робітників повідомляють про симптоми респіраторних захворювань, пов’язаних із професійною діяльністю.
Актуальною проблемою у птахівництві залишаються гострі кишкові інфекції, найпоширенішими з яких є колібактеріоз і сальмонельоз. Високе завантаження сільськогосподарських комплексів, технологічні порушення призводять до підтримання та поширення різних захворювань, що знижують виживаність і продуктивність тварин. Існує ймовірність масових спалахів інфекційних захворювань та ураження всього поголів’я. Висока загроза поширення зоонозних хвороб, періодично реєструються спалахи небезпечних для людей захворювань — туберкульозу великої рогатої худоби, сказу, лептоспірозу, бруцельозу, сибірської виразки.
Згідно проведених досліджень під час осінніх та зимових досліджень кількість мікробних тіл у кубічному метрі повітря в приміщеннях для утримання курчат коливається від 3,0×103 до 551×103 КУО/м³. У весняний період загальне бактеріальне забруднення повітря в курнику становило в середньому 54,4 ×103 КУО/м³ при коливаннях від 2,6 ×103 до 253,5 ×103 КУО/м³. При безперебійному примусовому надходженні свіжого повітря та додатковому його надходженні в приміщення через відкриті вікна у повітрі виявляли 15,4×103 –18,9×103 КУО/м³. Під час роздачі кормів та годування птиці запиленість і бактеріальне забруднення збільшувалися удвічі порівняно з періодом відносного спокою птиці. Незважаючи на постійну роботу припливно-витяжної вентиляції, у повітрі пташника завжди вдавалося виявити гемолітичні стафілококи та стрептококи.
Таким чином, сучасне інтенсивне тваринництво та птахівництво становлять потенційний ризик для здоров’я як тварин і птиці, так і людей, які працюють на фермах (птахофабриках), а забруднення атмосферного повітря знижує якість життя населення прилеглих районів. В якості обов’язкового елементу виробничих технологій слід використовувати методи знезараження та очищення, зокрема аерозольну та УФ-дезінфекцію, фільтрацію подаваного та витяжного повітря.
Традиційні методи боротьби з цим явищем зводяться до зниження у повітрі концентрації шкідливих речовин та мікроорганізмів за рахунок їх розбавлення великою кількістю повітря. Але зниження концентрації шкідлих речовин не зменшує забруднення навколишнього середовища.
Особливості вентиляційної системи пташника
Оптимальними умовами для вирощування птиці можна вважати баланс між необхідним рівнем вологості, температури та кратністю оновлення повітря у пташнику. Крім того при вирощуванні птиці необхідно звести до мінімуму кількість пилу, хімічних (аміаку) та біологічних домішок, які знаходяться у повітрі пташника. На птахофермах оптимальні умови утримання птиці забезпечуються за допомогою потужних вентиляційних систем, продуктивність яких у літню пору сягає 730 000 – 750 000 м3/годину. У холодну пору року потужність вентиляції пташника, як правило, знижують приблизно у 3 рази до 250 000 м3/годину. Таке зниження продуктивності системи вентиляції з одного боку дозволяє знизити витрати енергії на підігрів повітря, але з іншого боку веде до підвищення у повітрі пташника і навколишньому середовищі концентрації шкідливих речовин (сірки, сірководеню, метилмеркаптанів, демітиламінів, фенолів та ін.). Крім того у повітрі різко підвищується концентрація патогенних і непатогенних мікроорганізмів, які становлять небезпеку для людей і тварин, що мешкають поруч з птахофабрикою. Також супутнім фактором сучасних птахофабрик є неприємні запахи, які обумовлені високими концентраціями у повітрі сірководню та меркаптанів.
Летючий пил з розміром часток 2,5 – 10 мкм може визивати важкі захворювання легенів, особливо коли у цій пилі присутні стафілококки, ентерококки, салмонелла та інші небезпечні мікроорганізми. Завдяки високій летючій здатності пилу небезпечні мікроорганізми розповсюджуються на відстань кількох кілометрів створюючи загрозу навколишньому населенню, птахам та тваринам.
Чому саме ультрафіолет?
Жорстке ультрафіолетове випромінювання не тільки ефективно інактивує віруси та бактерії, але і активно розкладає високомолекулярні токсичні ароматичні з’єднання на більш прості малотоксичні. Взагалі УФ випромінювання здатне розкласти більшість ароматичних аерозольних речовин до абсолютно безпечних води та вуглецевого газу. Ефективність фотохімічних реакції залежить від того, як довго ультрафіолетове світло контактує з повітрям.
Технологія фотохімічного очищення повітря птахофабрики
Очищення повітря починається з врахування поставленої задачі та вихідних данних.
Задача, яку необхідно вирішити: Необхідно забезпечити очищення повітря птахофабрики, яке викидається назовні.
Розмір пташника:
- довжина – 126 м;
- ширина – 18,8 м;
- середня висота – 3,5 м.
Загальний об’єм приміщення: V = 126 x 18,8 x 3.5 м = 8290,8 м3.
Очищення повітря птахофабрики, тобто вентиляція пташників здійснюється за допомогою вентиляторів низького тиску. А саме очищення повітря пташника здійснюється за допомогою:
- торцевих вентиляторів продуктивністю по 54 000 м3/годину кожний. Загальна продуктивність 14 вентиляторів становить v = 756000 м3/годину. Торцові вентилятори працюють у теплу пору року ;
- дахових вентиляторів продуктивність кожного з яких становить 25 000 м3/годину. Загальна продуктивність 10 дахових вентиляторів становить v = 250000 м3/годину. Дахові вентилятори працюють на протязі цілого року.
Концентрація шкідливих речовин у повітрі пташника:
Розрахунок концентрації проводився з врахуванням тривалості вирощування птиці Т = 42 доби, або Т = 42 доби х 24 години = 1000 годин. За рік у пташнику здійснюється 7 циклів вирощування птиці. Час емісії викидів – 6636 годин/рік.
Кількість речовини, яка виділяється у повітря за годину
| № | Речовина | Об’єм речовини, Q, т/рік | Кількість речовини, яка виділяється у повітря на протязі однієї години, q, г/годину | Питома концентрація речовини у повітрі пташника у розрахунку на 1 вентилятор, [C] = мг/м3 | Макс. разова ГДК [1], мг/м3 | |||
| всього | 14 шт. торцевий вентилятор | 10 шт. даховий вентилятор | Торцевий вентилятор | Даховий вентилятор | ||||
| 1 | Аміак, NH3 | 0,1277482 | 19,25 | 1,375 | 1,925 | 0,0255 | 0,077 | 0,2 |
| 2 | Сірководень, H2S | 0,03513 | 5,3 | 0,379 | 0,193 | 0,007 | 0,0077 | 0,008 |
| 3 | Фенол, C₆H₆O | 0,0031937 | 4,8127 | 0,344 | 0,481 | 0,00637 | 0,0192 | 0,01 |
| 4 | Альдегід пропіоновий, C3H6O | 0,0175654 | 2,65 | 0,19 | 0,265 | 0,00352 | 0,0106 | 0,01 |
| 5 | Кислота капронова, C6H12O2 | 0,0199607 | 3,0 | 0,215 | 0,3 | 0,004 | 0,012 | 0,01 |
| 6 | Метилмеркаптан, CH4S | 0,0031937 | 0,48 | 0,034 | 0,048 | 0,00063 | 0,0019 | 0,0001 |
| 7 | Диметилсульфід, C2H6S | 0,0303402 | 4,57 | 0,326 | 0,457 | 0,006 | 0,018 | 0,08 |
| 8 | Диметиламін, NH(CH3)2 | 0,0702616 | 10,68 | 0,763 | 1,068 | 0,014 | 0,043 | 0,005 |
| 9 | Пил хутряний | 0,3592918 | 54,14 | 3,867 | 5,414 | 0,0716 | 0,2166 | 0,03 |
| 10 | Метан, NH4 | 16,944701 | 2553,45 | 182,4 | 255,35 | 3,38 | 10,214 | 50 |
| 11 | Мікроорганізми | 1,4∙1012 КУО | 2,1∙108 КУО/ годину | 1,5∙106 КУО/ годину | 2,1∙107 КУО/ годину | 27,85 КУО/м3 | 842,4 КУО/м3 | 5∙102 КУО/м3 |
[1] Наказ Міністерства охорони здоров’я України 10.05.2024 року № 831.
Обґрунтування технології очищення повітря птахофабрики
Для дисоціації молекул сірководню найбільш ефективною технологією є технологія фотохімічного окислення, яка здатна забезпечити достатньо високу ефективність процесу дисоціації, має високу швидкість хімічних реакцій і не впливає на збільшення аеродинамічного опору вентиляторів низького тиску. Ефективність дисоціації молекул сірководню, аміаку та інших речовин, які знаходяться у повітрі пташника, методом фотохімічного очищення обумовлено тим, що енергія квантів УФ випромінювання перевищують енергію дисоціації цих молекул. Так енергія УФ випромінювання на хвилі 184,9 нм становить 6,7 еВ, а на хвилі 253,7 нм – 4,88 еВ, що більше енергії дисоціації сірководню, яка становить 3,78 еВ.
Крім того сірководень Н2S та метилмеркаптан CH4S достатньо легко окислюється оксигеном О*:
Н2S + О* → НО• + НS•.
До складу оксигену О*, який утворюється під дією УФ опромінення, входять атомарний кисень, озон та ОН-радикали. Окиснювальний потенціал оксигену становить Е = 2,7 еВ, що в 1,29 рази перевищує окислювальний потенціал озону, та в 1,23 раз – хлору. Це означає, що окислювальна здатність оксигену О* набагато вища, ніж у озону або хлору, а це дозволяє швидко і ефективно окислювати метали і органічні речовини.
Фотохімічне окислення ароматичних речовин
Фотохімічне окислення сірководню, аміаку, метану та вуглеводнів протікають за участю атомарного оксигену O* та НО• радикалів:
| Н2S + НО• → Н2О + НS• | 4NH(CH3)2 + hν + 10∙O3 → 8CO2 + 14H2O + 2N2 |
| НS• + О2 → НО• + SО• | СН3ОO• + NO → CH3O• + NO2 |
| SО• + НО• → SО2 + НО• | CH3O• + hν + O2 → HCOH + HO2• |
| 4NH3 + hν + 3O2 → 2N2 + 6H2O | НСОН + hν → CO + H2 |
| СН4 + hν + O2→ СН3• + НО2• | 2CO + hν + O2 → CO2 |
| 2СН4S + hν + 4O2→ СO2 + 4Н2O + 2SO2 | HO2• + NO → HO• + NO2 |
| СН3• + hν + О2 → СН3ОO• | С6Н6О + hν + 2O3 → CO2 + 3H2O |
В результаті цих реакцій метилмеркаптани СН4S та сірководень Н2S перетворюється на діоксид сірки SО2 та воду H2O. Аміак CH3 та метан CH4 – на безпечні вуглецевий газ CO2 та воду H2O. Оксид азоту NO окислюється до NO2, а алкани до альдегідів з утворенням значної кількості вільних радикалів HO• та НО2•, які забезпечують ефективне окислення сірководню, метилмеркаптанів, сульфідів, диметиламінів NH(CH3)2 та інших небезпечних речовин.
Технологічне рішення
Технологічне рішення, яке пропонується Вашій увазі, у наступному:
Перед вентилятором встановлюється модуль фотохімічного очищення, всередині якого розміщуються спеціальні ультрафіолетові лампи, що здатні виробляти активний оксиген. Тип і кількість встановлених УФ ламп обумовлюється швидкістю потоку повітря, яке проходить через цей модуль, та початковою концентрацією небезпечних речовин, що знаходяться у повітрі пташника.
У таблиці наведені надлишкові концентрації шкідливих речовин, які перевищують значення ГДК, і яке необхідно очистити з необхідною ефективністю. Розрахунки проведені для модуля продуктивністю 25000 м3/годину.
| № | Речовина | Концентрація речовини у повітрі, мг/м3 | ГДК, мг/м3 | Різниця між концентрацією речовини і ГДК, мг/м3 | Кількість речовини у повітрі, що викидається назовні, г/годину | Необхідна ефективність очищення, % |
| 1 | Фенол, C₆H₆O | 0,077 | 0,008 | 0,069 | 1,725 | 89,6 |
| 2 | Альдегід пропіоновий, C3H6O | 0,0106 | 0,01 | 0,0006 | 0,015 | 5,7 |
| 3 | Кислота капронова, C6H12O2 | 0,012 | 0,01 | 0,002 | 0,05 | 16,7 |
| 4 | Метилмеркаптан, CH4S | 0,0019 | 0,0001 | 0,0018 | 0,045 | 94,7 |
| 5 | Диметиламін, NH(CH3)2 | 0,043 | 0,005 | 0,038 | 0,95 | 88,4 |
| 6 | Пил хутряний | 0,2166 | 0,03 | 0,1866 | 4,67 | 86,2 |
| 7 | Мікроорганізми | 842,4 КУО/м3 | 5∙102 КУО/ м3 | 342,4 КУО/ м3 | 8,56∙106 КУО/ м3 | 40,7 |
З таблиці видно, що найбільший вклад у забруднення повітря вносять фенол, метилмеркаптан та диметиламін. Кількість забруднюючих речовин, які виділяються на протязі 1 години, становить 7,455 г/годину.
Проведені розрахунки показують, що для очищення такої кількості забруднюючих речовин з ефективністю 95% достатньо застосувати один модуль фотохімічного очищення потужністю 1,6 кВт.
Знезараження повітря доцільно здійснювати за допомогою цього ж модуля. Так як для забезпечення санітарно-гігієнічних вимог ефективність знезараження повинна перевищувати 40,7%, то для знезараження 25000 м3/годину повітря потужність модуля фотохімічного очищення повинена становити 3,0 кВт.
Таким чином для забезпечення очищення і знезараження повітря у пташнику необхідно встановити 10 однакових модулів фотохімічного очищення продуктивністю по 25000 м3/годину. Потужність одного такого модуля становитиме 4,6 кВт. Загальні витрати електрики, яка необхідна для очищення і знезараження повітря одного пташника становитиме 50 кВт.
Модуль фотохімічного очищення доцільно виконати у вигляді прямокутної камери розміром 750 х 750 х 2000 мм, який стикується з повітряпроводом дахового вентилятора.
Основні технічні параметри модуля фотохімічної очистки повітря ФОТОЛІЗ Ф-25000.01
| № | Параметр | для дахового вентилятора | Од. виміру |
| 1 | Продуктивність | 25000 | м3/годину |
| 2 | Потужність | 50 | кВт |
| 3 | Напруга живлення | АС 230 | В |
| 4 | Частота електричної мережі | 50 | Гц |
| 5 | Розміри фотохімічного реактора | ||
| довжина | 2000 | мм | |
| ширина | 750 | мм | |
| висота | 750 | мм | |
| 6 | Розрахункова ефективність очищення повітря за: | ||
| фенолом | > 90 | % | |
| метилмеркаптаном | 95 | % | |
| демітиламіном | > 90 | % | |
| альдегідом пропіоновим | > 25 | % | |
| 7 | Ефективність знезараження за Staphylococcus aureus | > 50 | % |
Для очищення повітря від пилу здійснюється за допомогою змінного фільтру з фільтрувальної тканини. Ефективність очищення від пилу визначається під час роботи системи очищення повітря.
Технологічний комплекс очищення повітря пташника складається з десяти однакових модулів фотохімічного очищення ФОТОЛІЗ Ф-25000.01. Комплекс оснащується системою автоматичного управління на базі програмуємого контролера, який забезпечує управління всіма фотохімічними реакторами. Сумарні витрати електрики, яка необхідна для очищення 250.000 м3/годину повітря, не перевищують 50 кВт.
