Электроактивированная вода и её влияние на ростовые процессы Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 541.136.001.2:546.212

ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННАЯ ВОДА И ЕЁ ВЛИЯНИЕ НА РОСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

© 2009 г. д-р техн. наук Н.В. Ксёнз, канд. техн. наук Н.М. Симонов, канд. техн. наук Б.П. Чёба, канд. биол. наук Е.К. Кувшинова

Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering

агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd

В статье анализируются свойства электроактивированной воды и её влияние при предпосевной обработке семян, при силосовании и при поении птицы. Установлено, что электроактивированная вода может оказывать существенное положительное влияние на ростовые и технологические процессы.

Ключевые слова: электрохимическая активация воды, водородный показатель, редокс-потенциал.

In the given article physical properties of electro activated water are analyzed . Its influence on seed bed preparation, siloing, and birds watering are considered. It is proved that electro activated water can influence on growing and technological processes very positive.

Key words: electro chemical activation of water, hydrogen indicator, redox potential.

Вода является жизненно важным фактором жизнедеятельности

биологических объектов.

В настоящее время вода используется в биотехнологиях в основном в равновесном состоянии, что вынуждает для повышения урожайности и

продуктивности биообъектов применять дополнительно ядохимикаты, минеральные и органические удобрения и т. д.

Для уменьшения негативного влияния этих дополнительных факторов в прошлом веке начались работы по активации веществ (вода, воздушная среда и т.д.). При активации вещества приобретают избыток потенциальной энергии, т.е. происходит сдвиг величины внутренней потенциальной энергии от её равновесного значения.

Многочисленными исследованиями установлено, что активированные среды оказывают существенное влияние на физико-химические процессы,

протекающие в биологических объектах.

В нашей академии ведутся работы по использованию активированной воды в бионанотехнологиях.

Одним из способов активации воды является электродиализ, при котором молекула воды разлагается следующим образом:

Я2 ССЯ+ + ОН-, (1)

где Н+ - ион водорода; ОН- -

гидроксильные ионы.

Свойства полученной воды характеризуются значениями водородного показателя pH и редокс-потенциала E [1]. Мы рассмотрели значения этих

показателей для равновесной воды, которой заправляются протравители семян для получения рабочей смеси, и обработанной в электродиализаторе этой же воды в электроактивированном состоянии (табл. 1).

Как видим, с увеличением

водородного показателя (pH) увеличивается окислительно-восстановительный потенциал, процент поглощения листьями воды по сравнению с равновесной. Содержание растворённого кислорода в воде с увеличением водородного показателя уменьшается.

Таблица 1

Свойства равновесной и электроактивированной воды

Содержание Водородны Окислительно- Поглощённа

Наименование воды растворённог й восстановительны я листьями

о кислорода, показатель

мг/л pH й потенциал, мВ вода, %

Равновесная вода 8,71 6,56 -255 3,60

5 04 8 6 -367 3 89

Электроактивированна 3,73 10,54 -485 5,51

я вода 1,27 11,22 -515 4,93

В таблице 2 приведены данные сравнительного анализа химического состава воды водопроводной и обработанной в электроактиваторе.

Анализ данных таблицы 2 показывает, что в отличие от равновесной воды (водопроводной) в активированной воде изменяется содержание солей как в щелочной, так и в кислотной, т.е. структура воды нарушается, что приводит к её активации.

На рисунках 1-3 приведены графические зависимости изменения

содержания растворённого кислорода в воде, окислительно-восстановительного потенциала и скорости поглощения воды листьями от pH.

Анализ этих графических

зависимостей показывает, что

электроактивированная вода имеет

пониженное содержание кислорода по сравнению с равновесной.

С увеличением водородного показателя (pH) содержание кислорода в воде уменьшается, т.е. нарушается её структура.

Таблица 2

Результаты химанализа водопроводной и активированной воды

Наименование воды Содержание солей мг/л Жёсткость, мг-экв./л

Са++ Мд++ К+ Na+ so4 Cl' нсо3 Общ ая Карбо натная

Водопроводна я 31,0 78,0 2,34 250,7 749,1 63,8 390,4 10,6 6,4

Электроактив ированная (щелочная) 0 0 3,9 326,6 266,7 10,6 707,6 0 0

Электроактив ированная (кислотная) 38,0 64,8 1,37 184,0 1053,0 109,9 - 7,3 0

U, мВ О2 , мг/л

■ Опыт 1

■ Опыт 2

■ Опыт 3

Опыт

5

6

рн

рН

Рис. 1. Зависимость содержания растворённого кислорода в воде от pH

600

500 400 300 200 100 0

6 7 8 9 10 11 12

рН

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4

Рис. 2. Зависимость окислительно-восстановительного потенциала от pH

8

s'?

О

СМ

ffi

7

6

5

4

3

■Опыт 1 ■Опыт 2 ■Опыт 3 Опыт 4

6 7 8 9 10 11 12

рн

Рис. 3. Зависимость поглощения активированной воды листьями растения от pH

Окислительно-восстановительный потенциал при этом увеличивается, а также увеличивается скорость поглощения листьями растений активированной воды.

Таким образом,

электроактивированная вода, в сравнении с равновесной, содержит меньше

растворённых в ней газов (например, кислорода), имеет более щелочную реакцию и значительно лучше поглощается растительной тканью.

Применение электроактивированной воды было проверено на предпосевной обработке семян, приготовлении силоса и поении птицы.

1. Предпосевная обработка семян

Предпосевная обработка семян проводилась на различных культурах. Прежде всего было проверено влияние на всхожесть семян щелочной и кислотной воды. Так, семена озимой пшеницы «Донская Юбилейная» замачивались в щелочной (pH=12) и кислотной (pH=2)

воде при нескольких временных периодах замачивания.

Из рисунка 4 видно, что щелочная вода способствует увеличению всхожести семян, а кислотная вода снижает всхожесть семян в сравнении с контролем.

В первом случае при контрольной всхожести 93% всхожесть увеличилась при 3-минутном замачивании на 4,2%, а при pH=2 снизилась на 3,0%.

Во втором случае (контроль 84%) всхожесть увеличилась (pH=12) на 8,3%, а при pH=2 снизилась на 2,4%.

Также были проведены опыты на семенах озимой пшеницы «Зерноградка 9» и семенах кукурузы.

Результаты опытов приведены в таблицах 3 и 4.

Средняя длина стебля у пшеницы, семена которой были обработаны электроактивированной водой (pH=10,5), в 2,5 раза больше, а всхожесть выше на 6% в сравнении с контролем.

100

а?

i

ti

О

Ф

X

О

X

о

CQ

95

90

85

—рН=12

—А—рН=12 —X—рН=2

80 4

0

1

2

3

Время воздействия, мин

Рис. 4. Зависимость всхожести озимой пшеницы «Донская Юбилейная» от воздействия электроактивированной воды

Таблица 3

Результаты обработки семян пшеницы «Зерноградка 9» (pH=10,5)

Наименование опыта Средняя длина стебля, см Энергия прорастания, шт. Всхожесть, шт.

Проросш ие, шт. Наклюнув шиеся, шт. Остато к, шт. Проро сшие, шт. Наклюн увшиес я, шт. Остат ок, шт.

Контроль 1,6 4,0 70 26 86 11 3

2,0 6,0 80 14 94 3 3

2,2 5,0 78 17 92 4 4

Опыт 4,5 20 74 6 96 - 4

5,0 10 86 4 97 2 1

4,8 27 66 7 95 4 1

Из таблицы 4 видно, что энергия прорастания семян, обработанных активированной водой, в сравнении с контролем, увеличилась в 4-7 раз, всхожесть - на

6-7%, средняя длина корня - от 2,6 до 3,4 раза. Кроме того, активированная вода сохраняет свои свойства в течение 30-ти дней.

Таблица 4

Сравнительные результаты обработки семян кукурузы

Наименование

показателя

х

о,

о

н

со

о

£

1. Энергия прорастания, %

2. Всхожесть, %

3. Средняя длина стебля, см

4. Средняя длина корня, см

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

4

10

8

82

84

80

0,9

0,3

07

2,6

2,9

3,0

о

0-й

день

30 32

31 84 94 90

3-й

день

40

42

38

86

96

84

3,4

2,8

3.3

9.3 10,0

9.4

2,2

1,6

18

7,1

5,8

7,5

Опыт

7-й

10-й

день

день

52

46

50

88

84

94

44

46

48

92

90

92

2,0

2,9

17

6,5

7.0

5.0

2,0

1,4

16

6.3

6.3 7,1

20-й

день

40

46

34

84

94

88

2,2

2.0

2,6

6.7

5,9

7,3

30-й

день

48

58

61

82

88

90

2,1

2,2

1.5 6,9

6.6 8,1

2. Приготовление силоса с использованием

электроактивированного консерванта [2]

В процессе заготовки и хранения силоса общие потери питательных веществ могут достигать более 30%. С целью определения сохранности питательных веществ в период закладки, при последующем хранении и использовании готового корма в академии были проведены исследования способов

заготовки силоса с использованием электроактивированного консерванта

(1%-ный раствор поваренной соли).

Процесс внесения консерванта непосредственно в траншеях

осуществлялся по трём технологиям:

1. Обработка слоя зелёной массы толщиной 0,2...0,3 м;

2. Обработка утрамбованного слоя дневной нормы закладки зелёной массы (в пределах 0,9.. .1,3 м);

3. Обработка монолита силоса полностью заполненной траншеи (сроки закладки - не более 5 дней).

Влияние указанных технологий обработки непосредственно в траншеях и в полевых условиях в силосопроводах кормоуборочных комплексов на протекание биохимических процессов в установленном силосном монолите представлено на рисунке 5 в соответствии с таблицей 5.

Анализ результатов исследований показывает, что в необработанной измельчённой массе разогрев массы происходит довольно интенсивно и в первые 4 дня достигает 43,5 оС, тогда как эта же масса в той же траншее, но обработанная консервантом, за 4 дня разогрелась только до 35,5 оС. Прекращение биохимических процессов в обработанной массе также произошло быстрее; так, уже на 10-й день процесс стабилизировался, в необработанной консервантом массе биохимические процессы в монолите прекратились через 16 дней.

Это и является одной из основных причин ухудшения качества силоса и снижения его питательной ценности, что подтвердилось химическими анализами

массы.

(табл. 5, 6, 7) готовой к скармливанию

Результаты исследований,

представленные на рисунке 5, позволяют выявить более рациональную технологию обработки консервантом зелёной массы в конце дневной нормы закладки.

Во-первых, этот способ не позволяет интенсивно разогреваться силосной массе и способствует быстрому погашению окислительных процессов.

Во-вторых, данный способ позволяет повысить равномерность внесения

консерванта. При послойном внесении

консерванта очень трудно выдержать

требуемую равномерность, поэтому

результаты значительно хуже.

Химический состав

силосной

3. Применение

электроативированной воды в поении птицы [3]

В 1991 г. сотрудники АЧГАА провели сравнительный эксперимент по поению цыплят активированной водой в корпусе

№ 1 на птицефабрике «Степная» Сальского района Ростовской области,

оборудованном одноярусными батареями БГО-140

с лотковым поением, установленными в 6 рядов.

Таблица 5

юса, обработанного ЭАК

Корм и технология обработки Влаг а, % Сухое вещест во, % Жир, % Проте ин, % Клетчат ка, % Зола , % Перевар имый протеин , г/кг Корм. ед., кг Кароти н в исходн ом корме, мг/кг

1. Силос кукурузный, обработка полной траншеи. Хранение 15 мес. 69,3 30,7 1,0 2,97 8,10 2,18 16,7 0,24 10,48

2. Силос кукурузный, обработка дневной нормы 68,8 31,2 1,3 3,22 9,25 2,35 18,1 0,25 12,83

3. Силос кукурузный, обработан послойно (0,2.. ,0,3м) 68,4 31,6 1,3 3,93 8,67 2,24 18,9 0,26 13,13

4. Силос кукурузный, обработан в комбайне 69,4 30,9 1,3 3,81 8,63 1,97 18,3 0,25 12,72

5. Силос кукурузный (контроль) 70,1 29,9 1,0 2,45 7,8 1,7 14,4 0,21 8,2

45

о

40

35

30

25

20

8

Т, дн

10

12

14

16

Рис. 5. Влияние технологии внесения консерванта на протекание биохимических процессов в силосуемом монолите (нумерация согласно таблице 5)

0

2

4

6

Таблица 6

Содержание органических кислот в силосе [31]

Наименование корма, вид консерванта Влага, % Сухое в-во, % Каротин, мг/кг Переварива емый протеин, г/кг Кормовы е единицы, кг

1. Злако-бобовая смесь, обработанная экологически чистым консервантом 38,9 61,1 25,33 54,1 0,40

2. Злако-бобовая смесь, обработанная химическим консервантом АИВ 40,4 59,6 26,2 47,74 0,38

Таблица 7

Сравнительный химический анализ сенажа, обработанного экологически чистым консервантом и химическим консервантом АИВ

Наименование корма и технология обработки по табл. 5 Кислота, % pH

уксусная масляная молочная

1 37,2 - 62,8 4,9

2 36,0 - 64,0 4,2

3 35,0 - 65,0 4,1

4 36.0 - 64,0 4,2

5 52,0 0,08 48,0 3,9

Для эксперимента были выбраны по две линии батарей от осевой линии птичника. В каждой из батарей было высажено по 4500 однодневных цыплят гибрида Кросс «Заславский 1», «Род Айланд».

В двух опытных батареях поение цыплят осуществлялось электроактивированной водой с водородным показателем

pH=9...9,5 и значением редокс-потенциала 350-450 мВ. В двух контрольных батареях поение осуществлялось обычной водопроводной водой. В опытной и контрольной партиях вёлся ежедневный учёт отхода молодняка. Эксперимент длился 86 дней, результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8

Отход молодняка в период выращивания

Дни роста 10 20 30 40 50 60 70 80 86

Отход цыплят в опытной партии, шт. 79 157 204 245 278 311 341 382 434

Отход цыплят в контрольной партии, шт. 177 289 371 438 534 645 702 811 890

Разница в отходе составляла 456 голов, к концу эксперимента ветеринарной службой птицефабрики отмечено, что перо птиц из опытной партии более эластичное, чем у птиц контрольной группы, в опытной партии цыплята были более равномерные по размерам. Кроме того, в опытной партии практически был исключён расклёв, что способствовало повышению сохранности молодняка.

В 1991-1992 гг. на птицефабрике «Маяк» Сальского района Ростовской области также сотрудниками АЧГАА был проведён производственный эксперимент по определению влияния поения

активированной водой на яйценоскость. Половина корпуса с курами-несушками поилась

активированной водой с показателями pH=9-9,5 и значением редокс-потенциала 450.500 мВ, а во второй половине корпуса использовалась обычная водопроводная вода. Сбор яиц осуществлялся поочерёдно с каждой половины корпуса и ежедневно в течение 53 суток вёлся учёт. Яйценоскость кур, поение которых осуществлялось активированной водой, на 6,8% оказалась выше, чем в контрольной группе. Кроме того, количество разбитых яиц в процессе

сбора и их расфасовки в контрольной группе оказалось на 52,3% выше, что свидетельствует о повышении прочности скорлупы яиц у кур, потреблявших активированную воду.

На этой же птицефабрике в 2001-2002 гг. сотрудниками АЧГАА был проведён производственный эксперимент по поению цыплят, начиная с суточного возраста, активированной водой с показателями рН=9...9,5 и значениями редокс-потенциа-

ла 450.550 мВ при ниппельном поении. В эксперименте были задействованы две батареи - опытная и контрольная по 1500 голов в каждой. За время выращивания отход цыплят в опытной партии составил 144 гол., а в контрольной - 295 гол. Расклёв в опытной партии отсутствовал, а в контрольной одной из причин большого отхода цыплят явилось как раз наличие расклёва.

ЛИТЕРАТУРА

1. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. - Л.: Химия, 1969.

2. Симонов Н.М., Трембич В.П. Технологии силосования зелёной массы кукурузы с применением экологически чистого электроактивированного консерванта. - Зерноград. -ВНИПТИМЭСХ, 1994.

3. Чёба Б.П., Болтрик О.П. Активированная вода в поении кур // Механизация и электрификация с.х. - 1996. - № 5.