CC BY
9
УДК 631.223.2:628.8/.9
МОНИТОРИНГ ЭМИССИИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ ИЗ НАВОЗА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
Евгения Олеговна Ланцова, науч. сотр. Сергей Валерьевич Вторый, к. техн. н.
ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Россия, г. Санкт-Петербург
Основным фактором, влияющим на физиологическое состояние и продуктивность коров, является микроклимат в животноводческом помещении. Повышенная влажность в коровнике на сегодняшний день - наиболее распространенная проблема, особенно в зимний период. Известно, что 10-15% водяных паров по отношению к общему объему количества паров, выделяемых животными, выделяются из навоза крупного рогатого скота. Микроклимат с высокой относительной влажностью, как при низкой, так и при высокой температуре воздуха, очень вреден для животных. При длительном содержании животных в помещениях с высокой относительной влажностью воздуха зачастую может наблюдаться ухудшение аппетита, плохое усвоение питательных веществ, а также увеличение заболеваемости и снижение сохранности молодняка. Данные исследования направлены на выявление зависимости количества выделяемой влаги при хранении навоза в помещении от его влажности, времени хранения, температуры. Опыт проводился с использованием статических методов планирования эксперимента. При планировании трехфакторного эксперимента выделяются три наиболее значимых и линейно независимых фактора: температура воздуха, скорость движения воздуха, влажность навоза. Они являются управляемыми факторами. Их предельные значения установлены в результате анализа литературных источников. В процессе исследований установлено, что при естественной влажности бесподстилочного навоза 85-86%, температуре воздуха 26-28 °С наиболее интенсивно выделение водяных паров из навоза происходит равномерно в первые 5-6 часов, затем процесс эмиссии стабилизируется. Абсолютная влажность воздуха в лабораторной установке возрастает с 16,5 до 32,8 г/м . Дальнейшие исследования позволят уточнить процесс эмиссии водяных паров из навоза крупного рогатого скота, что позволит улучшить условия содержания животных, повысить их продуктивность, увеличить срок использования производственных зданий и оборудования.
Ключевые слова: микроклимат коровника, навоз крупного рогатого скота, водяные
пары.
Введение
Оптимальный микроклимат в животноводческих помещениях способствует более полной реализации генетического потенциала животных, профилактике заболеваний, повышению естественной резистентности, а также увеличению сроков службы построек и установленного в
них оборудования [1]. Обеспечение оптимального микроклимата в помещениях достигается за счет соблюдения научно-обоснованных значений формирующих его факторов среды (температура, влажность, скорость движения воздуха и др.), которые обобщены и приведены для каждого вида животных в соответ-
ствующих нормах технологического проектирования животноводческих предприятий.
Микроклимат формируется путем смешивания наружного (чистого) воздуха с выделениями (вредностями) животных и отходами их жизнедеятельности. Исследование динамики параметров микроклимата на молочной ферме остается проблемной и актуальной задачей, однако она стала особенно насущной при значительном росте продуктивности животных, требующих особого подхода к условиям содержания. Основная трудность исследований динамики микроклиматических условий состоит в несовершенстве методов и технических средств измерения параметров среды обитания животных.
В воздухе помещений для животных водяных паров, как правило, бывает больше, чем в атмосфере. Помимо влаги из атмосферного воздуха (около 10-15%) водяные пары поступают в воздух помещений с пола, кормушек, поилок и т.д. В больших количествах (до 75%) они выделяются с поверхности кожи животного, со слизистых оболочек дыхательных путей и ротовой полости, а также с выдыхаемым животным воздухом [2]. Дойная корова массой 600 кг при уровне лактации 25 л выделяет 429 г/ч водяных паров при температуре воздуха, равной 10 °С [5]. Таким образом, в сутки одна корова выделяет примерно 10,3 кг водяных паров. Приблизительно 10-15% водяных паров выделяется из навоза крупного рогатого скота по отношению к общему
количеству паров, выделяемых животными.
Микроклимат с высокой относительной влажностью, как при низкой, так и при высокой температуре воздуха, очень вреден для животных. При длительном содержании животных в помещениях с высокой относительной влажностью воздуха зачастую могут наблюдаться ухудшение аппетита, плохое усвоение питательных веществ, а также увеличение заболеваемости и снижение сохранности молодняка. Оптимальной влажностью воздуха для крупного рогатого скота считается 75-85%. При таких условиях обеспечивается хорошее состояние животных и высокая продуктивность.
Материал и методы исследований
Целью данного исследования является мониторинг динамики выделения водяных паров из навоза животных в процессе хранения и удаления из коровника. Опыт проводится с использованием статических методов планирования эксперимента. При планировании трехфактор-ного эксперимента выделяются три наиболее значимых и линейно независимых фактора: температура воздуха, скорость движения воздуха, влажность навоза. Они являются управляемыми факторами. Их предельные значения установлены в результате анализа литературных источников. С целью построения план-матрицы эксперимента проводится кодирование факторов для перевода натуральных факторов в безразмерные величины. В качестве критерия оптимизации принята концентрация
в воздухе водяных паров и вредных газов. Каждый опыт проводится в трехкратной повторности [3, 4, 6].
Для исследования эмиссии вредных газов и водяных паров, которые выделяются из навоза крупного рогатого скота, в ИАЭП разработана лабораторная установка [4]. Она представляет собой герметичную камеру, внутри которой располагается металлический каркас. На каркас крепятся датчики температуры, влажности и скорости движения воздуха, данные с которых при помощи электронного регистратора записываются на компьютер. Под камерой расположен поддон для нагревательного и охладительного элемента. В качестве нагревательного элемента используется термоэлектрический гибкий кабель мощностью 0,08 кВт, охладительный элемент выполнен на базе термоэлектрического модуля. Исследуемый материал (навоз) загружается в кювету и устанавливается в камеру. Скорость движения воздуха регулируется с помощью вентилятора.
Динамика интенсивности выделения влаги и газов из навоза при различных условиях определяется на лабораторной установке в режиме реального времени. Исходные параметры опыта задаются в соответствии с план-матрицей. Для получения достоверных математических моделей в опытах используется рандомизированная матрица, которая сгенерирована с помощью программы STATGRAPHICS Centurion XV.
Обработка результатов мониторинга производится известными методами математической статистики с определением средних значений, среднеквадратичного отклонения исследуемых величин за установленные временные периоды. Датчики, которые использовались для исследования: датчик температуры и влажности «ДТВ-02» с чувствительностью ±1,0 °С; датчик скорости движения воздуха «Е-75» с чувствительностью ±0,05 м/с. Средняя продолжительность опытов составляла Т=15...20 часов, навоз естественной относительной влажностью W=84...86%, масса одной пробы навоза - 1 кг.
Результаты и обсуждение
В ходе проведения мониторинга было поставлено 30 опытов. В результате был выявлен характер эмиссии водяных паров из навоза крупного рогатого скота. На графике видно, что процесс выделения водяных паров происходит в первые 5-6 часов, затем держится на одном уровне (рис. 1 ). При этом концентрация водяных паров достигает своего пикового значения около 7 часов, затем немного снижается. Абсолютная влажность в течение опыта повышалась постепенно и максимального значения достигла
"5
через 9 часов 32,8 г/м (рис. 2). При этом температура воздуха в лабораторной установке колебалась в пределах 26-28 °С. Количество влаги, выделившейся во время опыта, не превышает 1,3 г (рис. 3).
Wо , %
105,0 -|
у = 0,0163х3 - 0,5491х2 + 5,7353х + 81,726_
К2 = 0,9762 ___
100,0--|| II II II || II II II II II " ГТ"
95,0--ГТ'Т " ............
90,0---Г...............
85,0-1 I-...............
80,0-................
75,0 т-т-т-г-г-т-т-г-г-т-т-т-г-т-т-т-т-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Т' ч
Рисунок 1 - График интенсивности выделения водяных паров
wа , г/м3
35,0 -
30,0---1-| I-..........
25,0................
20,0.................
15,0-................
10,0-................
5,0-................
0,0 -т-т-г-т-т-г-г-г-г-т-г-т-т-г-т-т-г-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Т' 4
Рисунок 2 - Зависимость абсолютной влажности воздуха от времени испарения
влаги из навоза крупного рогатого скота
у = 0,0163х3 - 0,5491х2 + 5,7353х + 81,726
К2 = 0,9762
т-т-г-г-т-т-г-г-т-т-т-г-т-т-т-т
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Рисунок 1 - График интенсивности выделения водяных паров
Wа , г/м3
-т-г-т-т-г-г-г-г-т-г-т-т-г-т-т-г-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Выводы
Экспериментальные исследования показывают, что относительная влажность воздуха в камере лабораторной установки достигает максимального значения (100%) за 6 часов при температуре воздуха 26 °С. При этом абсолютная влаж-
ность воздуха в течение опыта повышалась постепенно и максимального значения (32,8 г/м ) достигла через 9 часов при росте температуры воздуха до 28 °С. Количество влаги, к оторое выделилось из 1 кг навоза за время опыта, составило около 1300 мг.
Am, г
1,400 -
1,200 -
1,000
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000 - I
T, ч
Рисунок 3 - Зависимость испарения влаги из навоза крупного рогатого скота
от времени
Библиографический список
1. Вторый В.Ф. Система мониторинга параметров микроклимата на молочно-товарной ферме крупного рогатого скота / В.Ф. Вторый, С.В. Вторый // Материалы Международного агроэкологического форума. - Т.1. - СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2013. -С.113-118.
2. Зоогигиена / И.И. Кочиш, Н.С. Калюжный, Л.А. Волчкова и др.; под. ред. И.И. Кочиша. - СПб.: Лань, 2008. - 464 с.
3. Ланцова Е.О. Влияние температуры воздуха и влажности навоза на интенсивность эмиссии газов из навоза крупного рогатого скота / Е.О. Ланцова, С.В. Вторый // Региональная экология. - 2015. - №5 (40). -С.43-45.
4. Ланцова Е.О. Исследование эмиссии углекислого газа из навоза КРС / Е.О. Ланцова, С.В. Вторый // Инновации в сельском хозяйстве: материалы 5-й Межд. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов. - М.: ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии, 2014. - С.116-119.
5. РД-АПК 1.10.01.02-10. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов КРС. - М., 2011 - С.72-74.
6. Vtoryi Valerii, Vtoryi Sergei, Lantsova Evgenia. Research Results of Ammonia Emission from Cattle Manure. Proceeedinds of International Scientific XXXVI CIO-STA&CIGR Section V Conference, 26-28 May, 2015, Saint Petersburg, Russia: SPbGAU, 614 p.
E-mail: [email protected]
196625 Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское ш. 3 ФГБНУ «Институт агро-инженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» Тел.: +7 (812) 476-86-02
