Очищення повітря птахофабрики є однією з найскладніших екологічних задач. Кожна птахофабрика викидає у повітря кожен рік по кілька тон шкідливих речовин і безліч мікроорганізмів, які забруднюють навколишнє середовище і негативно впливають на стан здоров’я населення і тварин, які обітають поблизу. Вирішення цієї задачі залежить від багатьох первинних умов, таких як концентрація шкідливих речовин у повітрі пташника, типу і продуктивності вентиляторів та інших чинників. Враховуючи те, що регулювання клімату всередині пташника вирішується шляхом активного вентилювання, задача ускладнюється тим, що очищенню підлягає велика кількість повітря (сотні тисяч кубічних метрів/годину). При цьому система очищення повітря не повинна збільшувати аеродінамічний опір вентиляційної системи. Одним з таких рішень очищення повітря птахофабрики є технологія фотохімічного очищення повітря і установки очищення повітря ФОТОЛІЗ.
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.
Технологія фотохімічного очищення повітря птахофабрики
Вибір технології 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 одного пташника здійснюється за допомогою:
- чотирнадцяти торцевих вентиляторів продуктивністю по 54 000 м3/годину кожний. Загальна продуктивність чотирнадцять вентиляторів становить v = 756000 м3/годину. Торцові вентилятори працюють у теплу пору року ;
- десяти дахових вентиляторів продуктивність кожного з яких становить 25000 м3/годину. Загальна продуктивність дахових вентиляторів становить v = 250000 м3/годину. Дахові вентилятори працюють у холодну пору 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 доцільною 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 кванти 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 3,78 еВ.
Крім того сірководень Н2S та метилмеркаптан CH4S достатньо легко окислюється атомарним оксигеном О*:
Н2S + О* → НО• + НS•.
До складу атомарного оксигену О*, який утворюється під дією УФ опромінення, входять атомарний кисень, озон та ОН-радикали. Окиснювальний потенціал атомарного 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 атомарного оксигену О* набагато вища, ніж у озону або хлору, що 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 атомарний оксиген. Тип і кількість встановлених УФ ламп обумовлюється швидкістю потоку повітря, яке проходить через цей модуль, а також початковою концентрацією небезпечних речовин, що знаходяться у повітрі пташника. Подальші розрахунки проводимо для одного модуля продуктивністю 25000 м3/годину.
У таблиці наведені надлишкові концентрації шкідливих речовин, які перевищують значення ГДК, і яке необхідно очистити з необхідною ефективністю.
| № | 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.
Ефективність очищення повітря
Проведені розрахунки показують, що для очищення такої кількості забруднюючих речовин з ефективністю 95% достатньо застосувати модуль фотохімічного очищення потужністю 1,6 кВт.
Знезараження повітря доцільно здійснювати за допомогою цього ж модуля. Беручі до уваги, що для забезпечення санітарно-гігієнічних вимог ефективність знезараження повинна перевищувати 40,7%, розрахуємо потужність модуля, яка необхідна для забезпечення знезараження такої кількості повітря.
Проведені розрахунки показують, що для досягнення знезараження повітря з ефективністю 50% 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 3 кВт. Загальні витрати електрики, яка необхідна для очищення і знезараження повітря одного пташника становитиме 30 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 | 3,0 | 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 для очищення повітря для десяти дахових вентиляторів становлять 3 кВт ∙ 10 шт. = 30 кВт.