Инновации
        Технологии
        Опыт

Нанотехнологии в технологических процессах животноводства

Применение нанотехнологий и наноматериалов в животноводстве в настоящее время позволяет решить ряд острых проблем и обеспечивает значительный эффект.

В животноводстве нанотехнологии целесообразно использовать в технологических процессах, где они дают дополнительные преимущества. При формировании микроклимата в помещениях содержания животных и птицы позволяет заменить энергоемкую приточновытяжную систему вентиляции энергосберегающей системой кондиционирования (электрохимическая очистка) воздуха с обеспечением нормативных параметров микроклимата: температура, влажность, газовый состав, микробиообсемененность, запыленность, скорость движения воздуха, устранение запахов с сохранением тепловыделений животных В результате поиска решения проблемы была разработана система рециркуляционной очистки в наносекундном коронном разряде (ИНКР).

Технологический процесс заключается в том, что грязный и теплый воздух при вентиляции не выносится в окружающую среду, а проходит через импульсный коронный электрофильтр, где происходит конверсия газов, осаждение пыли и нейтрализация бактерий и вирусов. Для удаления продуктов реакции и остаточного озона воздух проходит через мокрую очистку в виде микродисперсного водного аэрозоля. Осаждается аэрозоль коронным фильтром с постоянным напряжением. Чистый воздух подается в помещение.

Процесс очистки выбросных газов от различных органических и неорганических примесей, в том числе разных запахов, имеющих органическую и неорганическую природу, идет в электрофильтре при питании его короткими высоковольтными импульсами напряжения, наложенными на высокое постоянное напряжение. Длительность импульсов — от десятков наносекунд до нескольких тысяч.

В результате частицы вступают в радиационнохимические реакции с молекуламизагрязнителями. В процессе реакции происходит конверсия газообразных примесей в экологически безвредные газообразные продукты — аэрозоли или твердые продукты при одновременной зарядке конверсированных продуктов. Газообразные оксиды азота или серы претерпевают конверсию в аэрозоли соответствующих кислот. Органические соединения разлагаются до простейших соединений (СО2, Н2О) либо образуют простейшие органические кислоты. Удаление аэрозолей и твердых частиц из потока воздуха осуществляется в паузах между импульсами, благодаря приложенному постоянному напряжению.  Для санирования помещения в водный аэрозоль можно добавлять ароматические масла. Тогда наличие озона в выбросах вообще не наблюдается, так как он вступает в связь с углеводородами, а в воздухе ощущается приятный аромат.  Очищенный и ароматизированный воздух снова подается в животноводческие или птицеводческие помещения. При необходимости производится забор свежего воздуха с улицы, который предварительно проходит очистку.

Такая системарециркуляции воздуха с полной очисткой потребляет меньше энергии, чем типовые вентиляционные и тем более подобные очистные системы. Это достигается применением коронных фильтров, новых аэрозольных генераторов и отсутствием приточной вентиляции. Исследования показывают, что расход энергии на одну голову сокращается в год в 56 раз (с 2,4 до 0,4 тыс. кВт·ч).

С расширением строительства свинокомплексов на 110 500 тыс. голов особенно опасным для молодняка является наличие в воздухе аммиака и углекислого газа, достигающее в летний период предельно допустимой концентрации ПДК (0,02 мг/л).  Электрохимическая очистка загрязненного воздуха без выброса в окружающую среду проводилась путем его пропускания через нанодисперсный раствор воды с гашеной известью.  Наноэлектротехнология в технологических процессах птицеводства с использованием электромагнитных излучений высокой и СВЧ позволяет осуществлять:

- ультрафиолетовое облучение инкубационных яиц и молодняка птицы с целью их обеззараживания от болезнетворных микроорганизмов и стимуляции перинатального (в период инкубации) развития молодняка. Исследования показали, что выводимость цыплят возрастает до 94, а их сохранность — до 99%;

- обеззараживание и пастеризацию яиц и яйцепродуктов;

- разделение молодняка птицы по полу.

Ученые Кубанского государственного агроуниверситета разработали:

- наноэлектротехнологии стимуляции и лечения пчелосемей с помощью весенней обработки их озоновоздушной смесью.  Чистый дисконтированный доход составляет от 0,6 до 4 тыс. руб.  в год на одну пчелосемью;

- методы и устройство обработки спермы быков электромагнитным полем, что позволяет повысить при искусственном осеменении активность спермы до 1,3 балла, увеличить ее сохранность, снизить яловость коров на 911%;

- электрофизические методы повышения воспроизводства КРС при ветеринарном родовспоможении;

- способ и устройства электрофизического воздействия на биологически активные точки коров с целью стимуляции их “к охоте”, а также послеродового лечения патологии отела.  Иллюстрацией перспективности внедрения наноэлектротехнологии в практику сельскохозяйственного производства могут служить испытания установки ОЗУФ (озоноультрафиолетовых облучателей), которые проводились в птичнике для выращивания ремонтного молодняка возрастом 1140 дней в Московской области.

В ходе производственной апробации облучателей были подтверждены эффективность режима и технологии обеззараживания воздуха облучателями ОЗУФ, а также положительное влияние бактерицидного УФИ на микроклимат и бактериальный состав воздуха, что доказывает целесообразность использования таких облучателей в малых помещениях для выращивания цыплят и фермерских хозяйствах.

Учитывая многоплановость применения УФИ в различных отраслях АПК, можно ставить вопрос о разработке наноэлектротехнологии на основе эволюционных методов моделирования, базирующихся на разработке генетических алгоритмов и искусственных нейронных сетей.

Ученые АзовоЧерноморской государственной агроинженерной академии (АЧГАА) разработали экологически чистую нанотехнологию электроконсервирования силосной массы зеленых кормов электроактивированным консервантом (ЭАК) взамен дорогостоящих органических кислот, требующих соблюдения строгих мер техники безопасности. ЭАК на основе электролиза 1%го раствора поваренной соли повышает сохранность кормов до 95%.  Учитывая существующие в животноводстве проблемы загрязнения окружающей среды, эмиссий с неприятным запахом и газов, влияющих на глобальное потепление, наиболее эффектным в настоящее время является применение пленкообразующих растворов каталитического действия. Встроенные в структуру этих растворов наночастицы титана, серебра и кремния (ТiО2, Ag и SiO2) проявляют неизвестные до сих пор свойства.  Каталитические пленки стимулируют реакции окисления и восстановления на их поверхности и в близком окружении. В животноводческих фермах окисление можно использовать для дезодоризации, а реакции восстановления для ограничения эмиссии аммиака и окисей азота [46].

Применение препаратов, вызывающих катализ среды, например, фотокатализаторов на базе ТiO2 позволяет в сельском хозяйстве использовать следующие их функции:гидрофильный эффект, самоочищающую, бактерицидную, фунгицидную и дезоризационную, нейтрализующую летучие органические соединения.  Применение каталитических окисей с участием наночастиц серебра позволяет получить каталитический эффект без доступа света и усилить бактерицидную, фунгицидную и стерилизующую функции.

 Все перечисленные функции могут найти применение в строительстве хозяйственных построек. Их эффективное внедрение в сельскохозяйственную практику улучшит хорошее состояние животных и зоогигиенические условия, ограничит обременительность для окружения и уменьшит опасность для окружающей среды, вызванную эмиссиями газов от кишечной ферментации и отходов.

По материалам из научного аналитического обзора В. Ф. Федоренко

Кехаев Василий Константинович
начальник отдела сельскохозяйственного консультирования
(861) 268-59-17