НКР 18.03.21 (2). Федеральный научный агроинженерный центр вим
 Скачать 3.16 Mb.
|
|
1.3 Устройства и ЭГ технологии использующиеся для активации воды Известен способ по выращиванию растений в закрытом грунте [38], применяющийся для различных сельскохозяйственных культур. Водой прошедшую магнитную обработку поливают растения, затем записывают разность биопотенциалов от основания и верхней частью. Минус установки состоит в следующем: находится специальный блок, который нужен для электромагнитного излучения, необходимо постоянно осуществлять процесс активации воды. Также есть патент [33], который относится к пищевой, сельской промышленности. Жидкость находится в сосуде, и с помощью ультрафиолетового излучения воздействуют. Высота жидкости составляет 1 см, плотность потока равняется 0,5 Вт/см2, время обработки составляет 2 мин. Данное устройство имеет недостаток состоящей в низкой производительности. Данное устройство [16] для активации воды состоит из радиоуправляемого прибора, источника электромагнитного излучения. Платформа выполнена из материала, масса которого менее 1 г/см3. Устройство имеет недостатки предназначено для увеличения жизнедеятельности организмов, находящихся в воде. Применение для орошения растений является малоэффективным. Есть патент [48], жидкость обрабатывают за счет электромагнитного поля при вращении электродвигателя. Устройство обладает низкой производительностью и эффективность процесса малоэффективна. Перечисленные установки обладают такими недостатками как: долгое время обработки и высокое электропотребление. Имеется патент электрогидравлического устройства по активации воды [27] результатом которого является повышение урожайности растений в сельском хозяйстве (рисунок 1.7). Для непрерывной системы обработки воды использовать данное устройство сложно, но в меньших объёмах использование целесообразно.  1 – камера, 2 – углубление, 3 – днище поршня, 4 – стенки цилиндра, 5 – крышка, 6 – проба, 7 – положительный электрод, 8 – рефлектор, 9 – пружина-демпфер, 10 – отверстие Рисунок 1.7 – Схема устройства по активации воды [27] Также есть электрогидравлический активатор [63], с использованием электрогидравлических ударов. В данной конструкции присутствуют установки-активаторы, они недостаточно эффективны. Ранее было разработано устройство [95] предназначенное для измельчения и перемешивания материалов. Выполненной в виде сосуда с размещенными электродами в жидкости. Устройство обладает таким недостатком: длина образующегося искрового разряда от 5 до 20мм, при напряжениях 15-50 кВ, соответственно возникает незначительный электрогидравлический эффект, данное устройство взято за аналог. Схожим по техническим характеристикам имеется электрогидравлическое устройство [96], состоящее из электродов, погруженных в воду. К положительному электроду закреплена металлическая пластина. Данная установка принята за прототип, взято во внимание расположение электродов в рабочем органе, регулирование длины искрового разряда. Проведенные исследования потвердели, что в почве после электрогидравлических ударов, соединения азота могут возрасти в 100 раз при подаче воздуха с низким давлением [83]. Недостатки состоят в том, что не указаны параметры и режимы установки, время обработки, при которых необходимо осуществлять электрогидравлический процесс. Из проведенного патентного анализа, установлено, что электрогидравлические устройства обладают такими недостатками как: для непрерывной обработки использовать нельзя, нерегулируемость искрового разряда, не указаны параметры и режимы обработки. Все эти элементы влияют на получаемый конечный продукт, который необходимо контролировать. Данные недостатки будут устранены в разрабатываемой электрогидравлической установке. Предлагается разработать электрогидравлическую установку и обработанную воду применять для полива растений (сократить или в полной мере отказаться от внесения минеральных удобрений). Ссылаясь на положительные результаты обработки почвы и экологичности процесса [83,85,13]. Установка будет обладать такими достоинствами как дешевизна и простота. Для приготовления питательного раствора нужно учитывать качество воды. Поэтому, нами выявлена актуальность разрабатываемой электрогидравлической установки, применяемой в сельском хозяйстве. Рабочая гипотеза: при высоковольтном искровом разряде в жидких средах появляется ударная волна, сопровождающаяся высоким давлением, ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, которая изменяет физико-химический состав вещества. Теоретические и экспериментальные исследования, по обеззараживающим и активирующим свойствам, связанные с электрогидравлическим эффектом в жидких средах, были проведены Юткиным Л.А., Гольцовой Л.И., Рутбергом Ф.Г., Коликовым В.А., Снетовым В.Н., Стюговым А.Ю и многими другими учёными. Анализ работ по электрогидравлическому эффекту показал, что при электрогидравлическом ударе в воде гибнут бактерии E.coli, обеззараживающий эффект прямо пропорционален электрической энергии. Не исследованы остальные бактерии, которые могут присутствовать в воде. Также не изучены свойства воды (питательного раствора) на растениях. Существующие электрогидравлические установки имеют не регулируемую искровую дугу между электродами, тем самым не могут применяться для различных источников воды. Данный процесс будет учтён в разработанной установке. Выводы по главе и постановка задач по исследованию Выполненный аналитический обзор органической и минеральной продукции показал, что в приоритете в выращивании находится органическая продукция. С каждым годом увеличивается количество законов и постановлений РФ, направленных на внедрение органического производства в сельском хозяйстве. Также, население стремится получать «здоровую» пищу, поддерживать сельское хозяйство, не приводящее к истощению земель питательными веществами, так как истощенные земли не пригодны для выращивания и получения хорошего урожая. К основным требованиям по выращиванию растений в закрытом грунте является: обеззараживание воды, контролирование температуры питательного раствора, освещение, влажность воздуха и грунта, температура воздуха, субстрат. Все выше перечисленные факторы оказывают существенное влияние при выращивании растений в закрытом грунте, поэтому главной задачей является поддержание факторов в оптимальном значении. Из аналитического патентного обзора выявлено, что электрогидравлической установки с обеззараживанием и активации воды не имеется. Данные установки подразделяются отдельно на обеззараживающие и активирующие свойства. Актуальным является разработка установки, сочетающая данные явления. Преимущество разрабатываемой установки в простате и дешевизне конструкции. Все вышеперечисленные недостатки помогают сделать вывод, что в целях выращивания органической продукции в закрытом грунте необходимо выполнить следующие задачи: 1.Провести анализ существующих устройств и технологий применения ЭГ – удара для обработки водных растворов и использования их для полива растений защищённого грунта. 2.Разработать математическую модель распространения электромагнитного поля в водных растворах при электрогидравлическом ударе в заданном объёме. 3.Спланировать и провести экспериментальные исследования по влиянию параметров установки ЭГ удара на свойства питательных растворов защищённого грунта и по определению режимов работы установки. 4.Провести производственные испытания и оценить экологическую и экономическую эффективность применения установки ЭГ – удара для приготовления питательных растворов защищённого грунта
  
      2. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ 2.1 Обоснование способа обеззараживания воды высоковольтным электрическим разрядом При нахождении основных параметров установки по обеззараживанию воды необходимо брать во внимание, то, что, бактерии полноценные живые организмы, а каждая клетка является живой электростанцией, образующий электрический потенциал [127, 128]. При действии электрического тока на клетку она начинает стимулироваться и повышать свой потенциал, данное явление используется для увеличения всхожести семян [129,130]. Особенности клети является то, что при воздействии электрического тока она может поляризоваться и растягиваться в стороны под действием электрического потенциала (рисунок 2.1).  Рисунок 2.1 – Вид поляризованной клетки под воздействием электрического потенциала Клетка микроорганизма имеет плазму, которая проводит электрический ток и является мостком проводимости. При поляризации и растяжении клети плотность тока, проходящего через неё будет увеличиваться. Электрический ток, проходящий через воду, начинает воздействовать на поляризованную клетку (рисунок 2.1). Проходя сквозь поляризованную полусферу с площадью 2  , через протоплазму с  ток выходит сквозь вторую полусферу с площадью равно 2 . Воздействие электрического тока, превышающего допустимое значение, приводит к гибели клетки [131].Экспериментальная проверка данной гипотезы затруднительна и может, является косвенным аргументом, доказывающим возможность увеличения эффективности обеззараживания воды электрическим током постоянной направленности. Можно предположить, что при повышении поляризации обеззараживающий эффект будет расти. Повысить поляризацию клетки можно путем действия на неё электрического потенциала, с постоянной полярностью на электродах. Таким образом, применение импульсного тока с постоянной полярностью в установке для обеззараживания воды вполне оправдано. |