CC BY
16
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение в агропромышленном комплексе XXXXXXX
Научная статья УДК 628.336.6
Б01: 10.24412/2227-9407-2022-12-66-77
Применение однокристальных микроконтроллеров в управлении процессами анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке
Марианна Викторовна СваловаНикита Анатольевич Аймашев2, Елена Владимировна Нагорнова3
12Ижевский государственный технический университет им. М. Т. Калашникова, Ижевск, Россия 3АНПОО «Международный Восточно-Европейский колледж», Ижевск, Россия
2 тЫш. aimashev@yandex. ги
3 lovely.helen@yandex. ги
Введение. Статья посвящена исследованию автоматизации технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке.
Материалы и методы. Рассматриваются экспериментальные исследования автоматизации технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков, в том числе сформулированные российскими учеными, анализируются общие требования, предъявляемые к методике и составу оборудования по автоматизации биогазовой установки. Приведена методика проведения экспериментальных исследований автоматизации процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке. Приведен состав оборудования, средства измерения и автоматизации. Разработан алгоритм работы биогазовой установки при проведении эксперимента и модернизация системы управления. Результаты. В лаборатории «Биотехнологии» проведены исследования автоматизации технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков и их влияние на выработку биогаза. Разработана функциональная схема автоматизированного технологического комплекса биогазовой установки. При разработке автоматической системы управления был выбран однокристальный микроконтроллер семейства Mega, обладающий наилучшими характеристиками с точки зрения применения в управляющих системах. Представлены основные характеристики, а также описаны структура и архитектура микроконтроллера. Выбрана аппаратно-программная платформа Arduino Mega, которая обеспечивает удобство при программировании и подключения периферийных устройств к микроконтроллеру для управления биогазовой установкой в автоматическом режиме. Получены экспериментальные зависимости выработки метана в зависимости от времени выдержки в мезофильном и термофильном режиме анаэробного сбраживания биомассы. Обсуждение. Недостаточная теоретическая и практическая изученность автоматизации технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков не может решить проблему энергосбережения и охраны окружающей среды. Предложена структурная схема автоматизации технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков. Заключение. Разработана методика модернизации системы управления и автоматизации процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке. Обоснована методика выбора аппаратно-программной платформы Arduino Mega 2560.
Ключевые слова: автоматизация, алгоритм, анаэробное сбраживание, биомасса, биореактор, датчики, животноводческие стоки, команда, микроконтроллеры, осадки сточных вод, технологические процессы
© Свалова М. В., Аймашев Н. А., Нагорнова Е. В., 2022
Аннотация
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение в агропромышленном комплексе XXXXXXX
Для цитирования: Свалова М. В., Аймашев Н. А., Нагорнова Е. В. Применение однокристальных микроконтроллеров в управлении процессами анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке // Вестник НГИЭИ. 2022. № 12 (139). С. 66-77. DOI: 10.24412/2227-9407-202212-66-77
Automation of technological processes of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents in a biogas plant
Marianna V. SvalovaNikita A. Aimashev2, Elena V. Nagornova3
12 Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Izhevsk, Russia 3 International East European College, Izhevsk, Russia
2 nikita.aimashev@yandex. ru
Abstract
Introduction. The article is devoted to the study of the automation of the technological process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents in a biogas plant.
Materials and methods. Experimental studies of the automation of the technological process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents, including those formulated by Russian scientists, are considered, the general requirements for the methodology and composition of equipment for automation of a biogas plant are analyzed. The method of conducting experimental studies of automation of the process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents in a biogas plant is given. The composition of equipment, measuring instruments and automation is given. The algorithm of operation of the biogas plant during the experiment was developed, and the modernization of the control system.
Results. In the laboratory of Biotechnologies, studies have been conducted on the automation of the technological process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents and their impact on biogas production. A block diagram of an automated technological complex of a biogas plant has been developed. To implement an automatic control system for a biogas plant, a microcontroller of the Mega family has been selected, manufactured using low-consumption CMOS technology, which, in combination with an improved RISC architecture, allows achieving the best ratio of performance and energy consumption. The main characteristics of the microcontroller processor are presented. The Arduino Mega 2560 hardware and software platform has been selected, which provides convenience when programming and connecting peripheral devices to a microcontroller for controlling a biogas plant in automatic mode. Experimental dependences of methane production depending on the exposure time in mesophilic and thermophilic modes of anaerobic fermentation of biomass are obtained.
Discussion. Insufficient theoretical and practical knowledge of the automation of the technological process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents cannot solve the problem of energy conservation and environmental protection. The structural scheme of automation of the technological process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents is proposed.
Conclusion. A method of modernization of the control system and automation of the process of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents in a biogas plant has been developed. The method of choosing the Arduino Mega 2560 hardware and software platform is substantiated.
Keywords: automation, algorithm, anaerobic digestion, biomass, bioreactor, sensors, livestock effluents, team, microcontrollers, sewage sludge, technological processes
For citation: Svalova M. V., Aimashev N. A., Nagornova E. V. Automation of technological processes of anaerobic digestion of sewage sludge and livestock effluents in a biogas plant // Bulletin NGIEI. 2022. № 12 (139). P. 66-77. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-12-66-77
i electrical technologies, electrical equipment and power supply in the agro-industrial complex
Введение
Предприятия АПК в Российской Федерации реализуют проекты по повышению энергоэффективности сельскохозяйственного производства при уменьшении негативного воздействия на окружающую среду. Применение возобновляемых источников энергии, биогазовых технологий позволяет достичь рационального использования природных энергоресурсов и биоэнергоресурсов [1]. Применение биогазовой установки для предприятий АПК позволяет повысить надежность, энергоэффективность и экономичность работы электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. Конструкция биогазовой установки благодаря применяемым техническим решениям позволяет создать экономичный, полуавтономный технологический и энергоэффективный объект. Энергоэффективность использования тепловой энергии достигнута благодаря размещению теплообменника внутри биореактора. Применение автоматизации позволяет улучшить эксплуатацию, повысить производительность за счет отсутствия простоев для загрузки, выгрузки и времени выхода на рабочий режим.
Рабочий объем биогазовой установки представляет собой биореактор, разделенный вертикальной перегородкой на две секции, которые сообщаются между собой. Для перемешивания сбраживаемой биомассы установлено перемешивающее устройство лопастного типа. Для приема и отвода осадков сточных вод и животноводческих стоков используется трубопровод приема и отвода с люком выгрузки. В биореактор биомасса поступает из загрузочного бункера по трубопроводу. Биогазовая установка экологически абсолютно безвредна, проста в устройстве, обслуживании и энергоэффективна.
Актуальность проблемы автоматизации технологического процесса
В Удмуртской Республике на предприятиях АПК и очистных сооружениях канализации образуется большое количество навозной биомассы, животноводческих стоков и осадков сточных вод. В результате концентрации отходов на предприятиях АПК на территории Удмуртской Республики возникает проблема их утилизации и охраны окружающей среды, в связи с загрязнением почв, поверхностных и подземных источников водоснабжения [2]. В результате утилизации отходов сельскохозяйственных предприятий применяется гидросмыв, при разбавлении навоза водой увеличивается период жизнедеятельности патогенной микрофлоры, виру-
сы, бактерии, токсикоинфекции, вызванные патогенными сальмонеллами, микроорганизмы, кишечная палочка устойчивы к внешней среде и выживают в воде, почве в течение нескольких месяцев. Применяя новые технологии и средства автоматизации процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке, можно решить проблему распространения возбудителей патогенных микроорганизмов и их токсинов в объектах окружающей среды, а также снизить трудозатраты и человеческий ресурс [3]. Актуальность проблемы автоматизации технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке с её недостаточной теоретической изученностью предопределила выбор темы исследования статьи. После проведенного теоретического анализа систем автоматизации для модернизации системы управления биогазовой установкой были выбраны средства автоматизации.
Материалы и методы
В лаборатории «Биотехнологий» ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М. Т. Калашникова» проведены экспериментальные исследования на установке, имеющей полуавтоматический режим управления процессом анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков. Полуавтоматический режим управления технологическим процессом анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке позволяет контролировать параметры процесса выработки биогаза. Биогазовая установка оснащена средствами измерения и автоматизации [4]. При проведении экспериментальных исследований для увеличения скорости процесса анаэробного сбраживания осадка сточных вод и животноводческих стоков в биореактор добавлялся активатор. Экспериментальные исследования проводились в два этапа, 1 этап проводился в мезофильном режиме, в биореактор загружались биомасса, животноводческие стоки, активатор в количестве 1 литра. Исследования проводились 19 дней при периодическом мезофильном и термофильном режиме работы.
При мезофильном режиме анаэробного сбраживания и температуре от до 35 °С, загрузке биомассы, животноводческих стоков 100 литров и перемешивании 14 раз в сутки процесс сбраживания длился 7 суток [5]. В процессе эксперимента проводился химический анализ состава биомассы, животноводческих стоков до и после сбраживания.
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение в агропромышленном комплексе x
Второй этап эксперимента проводился при термофильном режиме работы биогазовой установки, в биореактор загружались активатор в количестве 1 литра, биомасса, смесь сырого осадка сточных вод 80 литров и активного ила 20 литров в соотношении 1:5.
При термофильном режиме сбраживания и температуре от 50 до 53 °С, загрузке биомассы 100 литров и перемешивании 14 раз в сутки процесс сбраживания длился 12 суток [6]. Периодически в процессе проведения исследований на 3, 5, 8, 11 день опыта при термофильном режиме сбраживания сливалось 20 л сброженного осадка сточных вод и заливалось 10 л сырого осадка из резервуара-смесителя и 10 л уплотнённого активного ила, таким образом поддерживалось развитие устойчивой колонии метаногенных микроорганизмов и не происходило истощение биомассы [7]. При проведении экспериментов был исследован химический состав осадка сточных вод до и после сбраживания и предложена модернизация системы управления биогазовой установки [8]. Все анализы были выполнены в лаборатории «Биотехнологий» ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М. Т. Калашникова».
Внешний вид электрического щита, обеспечивающего полуавтоматический режим работы биогазовой установки (рис. 1).
Средства автоматизации и измерения в биогазовой установке представлены:
1. Контроль параметров давления в мезо-фильной и термофильной камерах осуществляется с применением деформационных манометров типа ТМ-5, с пределом измерения 2,5 кгс/см2 [9].
2. Контроль температуры в мезофильной и термофильной камере осуществляется с применением манометрических термометров, снабженных регулирующими устройствами, типа ДР-Т-5 с пределом измерения 30-110 °С. По отклонению температуры включаются электронагреватели камер, причем в мезофильной камере этих датчиков два, которые отслеживают температуру в наружной и внутренней секции реактора [10].
3. Управление двумя насосами заливки чистой водой ТЭНов, которые включаются во время пуска установки в эксплуатацию в полуавтоматическом режиме. Элементом включения выступают однополюсные автоматические выключатели, рас-
положенные на боковой поверхности щита управления [11].
Рис. 1. Электрический щит (панель управления биогазовой установки):
1 - регулятор нагрева термофильной камеры;
2 - регулятор нагрева мезофильной камеры;
3 - регулятор перемешивания в термофильной
камере; 4 - регулятор перемешивания в мезофильной камере; 5 -ключ включения электроустановки в сеть Fig. 1. Electrical panel (biogas plant control panel):
1 - thermophilic chamber heating regulator;
2 - mesophilic chamber heating regulator;
3 - mixing regulator in the thermophilic chamber;
4 - mixing regulator in the mesophilic chamber;
5 - the key for connecting the electrical installation to the network Источник: составлено авторами на основании исследований
4. Управление приводами перемешивания осуществляется от командных реле времени типа РВ-30 с фиксированной установкой момента включения и периода включения [12].
Существующая функциональная схема системы управления показана на рисунке 2. В существующей системе контроль выхода газа не осуществляется.
i electrical technologies, electrical equipment and power supply in the agro-industrial complex
Рис. 2. Функциональная схема существующей системы автоматизации Fig. 2. Functional diagram of the existing automation system Источник: составлено авторами на основании исследований
Рис. 3. Схема пуска однофазного АД Fig. 3. Scheme of starting a single-phase AD Источник: составлено авторами на основании исследований
Электроприводы перемешивания реализуются на основе однофазных асинхронных двигателей, схема управления которыми изображена на рисунке 3.
Двигатели обладают небольшой мощностью. Они имеют характеристики хуже, чем трехфазные АД, и обладают низкой перегрузочной способностью, однако таких двигателей для лабораторной установки вполне достаточно и к тому же имеют низкую стоимость [13].
Управление, т. е. включение-выключение основных узлов и агрегатов в данной установке, осуществляется оператором вручную.
Модернизация системы управления С целью уменьшения времени отслеживая хода рабочего режима биогазовой установки требуется провести модернизацию существующей системы управления. Используя современные технологии в области строения микросхем, возможно реализовать систему управления с применением микроконтроллера [14].
Таким образом работа установки будет управляться микроконтроллером с заранее составленной программой. Будет осуществляться автоматический контроль хода технологического процесса.
Для выполнения этих функций необходимо выбрать управляющий микроконтроллер, который обеспечит скоординированное функционирование приводов и механизмов биореактора [15].
Обобщенная структурная схема автоматизированного технологического комплекса представлена на рисунке 4.
В состав системы входят: управляющий программируемый микроконтроллер, датчики и исполнительные механизмы, система визуализации. Основой микроконтроллера является плата, содержащая центральный процессор, устройство ввода/вывода и микросхема памяти. Учитывая всё это, можно составить функциональную схему модернизированной системы автоматизации [16].
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение в агропромышленном комплексе x
Рис. 4. Структурная схема управления агрегатом Fig. 4. Structural diagram of the unit control Источник: составлено авторами на основании исследований
В этой системе сигналы от датчиков температуры поступают на цифровые входы микроконтроллера. При выходе значений температуры за заданные значения программно-управляющий контроллер вырабатывает сигналы включения нагревательных элементов камер, которые подключаются к выходным контактам микроконтроллера через выходные реле повторители. Для включения приводов перемешивания программным способом задаются интервалы включения и отключения приводов. Датчики давления внутри камер (манометры) устанавливаются как местные приборы без подключения к микроконтроллеру [17]. Для повышения эффекта теплообмена ТЭНы заливаются чистой водой, для этого включаются насосы подкачки воды в течение двадцати секунд, микроконтроллер вырабатывает сигналы включения приводов подкачки воды в камеры ТЭНов. Для отображения рабочего режима необходимо установить дисплей, на котором отображается информация о значениях температур и состояний приводов перемешивания [18]. Рабочее состояние всех приводных механизмов дублируется элементами сигнализации, расположенными на передней панели шкафа управления.
Выбор управляющего контроллера
Применение микроконтроллера в системе автоматизации обусловлено рядом преимуществ:
- существенно уменьшится количество элементов, расположенных в щите управления;
- установленные элементы будут иметь меньшие размеры и расширенный функционал.
Автоматизация хода технологического процесса позволит уменьшить време наблюдения обслуживающего персонала за ходом процесса [19]. Для реализации проекта был выбран микроконтроллер ATmega2560. Внешний вид микросхемы показан на рисунке 5.
Рис. 5. Внешний вид микросхемы ATmega Fig. 5. Appearance of the ATmega chip Источник: составлено авторами на основании исследований
Выбор средств автоматизации
Для создания работоспособной автоматической системы управления процессом получения биогаза были выбраны следующей комплектующие:
- модуль реального времени;
- твердотельное реле-повторитель;
- датчики температуры;
- дисплей;
- карта памяти;
- SD-картридер;
- счетчик газа.
Блок автоматизированной системы управления представлен на рисунке 6.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if ТРГНМП!nfiiFS FI РГТШГЛ! РПШРМРМТ^^^^^^Ч^Ч^^
electrical technologies, electrical equipment
XXXXXXXX and power supply in the agro-industrial complex XXXXXXXX
Рис. 6. Блок автоматизированной системы управления Fig. 6. Block of the automated control system Источник: составлено авторами на основании исследований
В существующую схему автоматизации установки, обеспечивающей полуавтоматический режим, блок полной автоматизации был интегрирован с использованием твердотельных реле, выполнен как отдельное устройство и подключается к щиту управления при помощи разъёмов, расположенных на правой боковой стенке.
Таким образом установка имеет возможность работы как в полуавтоматическом режиме, так и в полностью автоматическом.
Для обеспечения работоспособности биогазовой установки в соответствии с её принципом функционирования была написана программа для управляющего микроконтроллера. Программа составлена на основе обобщенных требований к созданию программных кодов.
Для программирования микроконтроллера использовалась интегрированная среда Arduino IDE.
Результаты Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М. Т. Калашникова». Максимальный выход метана на первом этапе исследования в мезофильном режиме сбраживания на второй день опыта составил 67,2 % НКПР = 19,48 мг/дм3 [20]. В экспериментах на первом этапе работы биогазовой установки получена зависимость выработки метана НКПР % от времени выдержки в мезофильном режиме анаэробного сбраживания биомассы, осадков сточных вод (рис. 7).
В экспериментах на втором этапе работы биогазовой установки получена зависимость выработки метана НКПР % от времени выдержки в термофильном режиме анаэробного сбраживания биомассы, животноводческих стоков (рис. 8). Максимальный выход метана на втором этапе исследования в термофильном режиме сбраживания на второй день опыта составил 98,3 % НКПР = 28,5 мг/дм3.
Эксперимент показал, что управляющий микроконтроллер в полной мере заменяет релейно-контактную схему управления при его небольших размерах. Программный способ управления позволяет адаптировать его к работе в новых условиях при минимальных усилиях и затратах. Построенная система управления обеспечивает высокую надежность, снижение затрат на обслуживание системы, уменьшает время на монтаж и наладку оборудования, обеспечивает процесс обновления алгоритмов управления и расширения функциональности самой системы [21].
В полуавтоматическом режиме, для круглосуточного мониторинга, требовалось минимум 2 сотрудника. В автоматизированном режиме достаточно 1 сотрудника, выполняющего операции периодического контроля за работой установки. Таким образом при полной автоматизации установки минимизируются трудозатраты и возможность заражения обслуживающего персонала патогенной микрофлорой, содержащейся в животноводческих стоках.
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение в агропромышленном комплексе ]
Рис. 7. Динамика выработки метана НКПР % в зависимости от времени выдержки в мезофильном режиме сбраживания биомассы Fig. 7. Dynamics of methane production LEL % depending on the exposure time in the mesophilic mode of biomass digestion Источник: составлено авторами на основании исследований
Рис. 8. Динамика выработки метана НКПР % в зависимости от времени выдержки в термофильном режиме сбраживания биомассы Fig. 8. Dynamics of methane production LEL % depending on the exposure time in the thermophilic mode of biomass digestion Источник: составлено авторами на основании исследований
Обсуждение
Микроконтроллер ATmega 2560 позволяет загружать код без внешнего программатора, так как завод-изготовитель прошивает в память загрузчик. Для работы микроконтроллера ATmega 2560 может быть выбран программно-аппаратный комплекс Arduino Mega, который осуществляет связь с компьютером или другими микроконтроллерами через четыре аппаратных приёмопередатчика UART для реализации последовательных интерфейсов. Передача данных осуществляется через микросхему ATmega16U2 которая обеспечивает связь одного из приемопередатчиков с USB-портом компьютера и
при подключении к ПК позволяет Arduino определяться как виртуальный COM порт [22].
Для работы с Arduino Mega необходимо программное обеспечение Arduino IDE. В состав этого программного обеспечения входит программа Serial Monitor, которая позволяет считывать и отправлять простые текстовые данные. В программное обеспечение Arduino входит библиотека Wire, которая упрощает работу с шиной последовательных интерфейсов [23]. Наличие этих интерфейсов позволяет программировать микроконтроллер через выводы блока ISCP, используя Arduino ISP.
i electrical technologies, electrical equipment and power supply in the agro-industrial complex
Заключение
1. В лаборатории «Биотехнологий» Ижевского государственного технического университета имени М. Т. Калашникова проведены экспериментальные исследования технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в мезофильном и термофильном режиме с использованием биореактора, работающего в полуавтоматическом режиме.
2. С целью уменьшения времени отслеживая хода рабочего режима биогазовой установки, была исследована возможность модернизации существующей системы управления.
3. Обосновано преимущество применения микроконтроллеров в системах автоматизации.
4. Для обеспечения работоспособности автоматической системы управления процессом получения биогаза были выбраны комплектующие. Собран и интегрирован блок управления. Составлена и «прошита» программа для контроллера.
5. В результате проведения экспериментальных исследований технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков с использованием биореактора, работающего в автоматическом режиме, максималь-
ный выход метана на первом этапе исследования в мезофильном режиме сбраживания на второй день опыта составил 67,2 % НКПР = 19,48 мг/дм3. В результате проведения второго этапа опытов анаэробного сбраживания животноводческих стоков максимальный выход метана на втором этапе исследования в термофильном режиме сбраживания на второй день опыта составил 98,3 % НКПР = 28,5 мг/дм3.
6. В результате исследований разработаны практические рекомендации по автоматизации процессов анаэробного сбраживания осадков сточных вод и животноводческих стоков в биогазовой установке для Удмуртской Республики. Оптимальный эффект при применении автоматизации достигается при использовании недорогих и общедоступных комплектующих, а также контроллера свободного программирования, работающего в программной среде, распространяемой бесплатно и достаточно лёгкой в освоении.
7. В результате модернизации существующей системы управления обеспечивается высокая надежность, экономичность работы электрооборудования, снижение затрат на обслуживание, уменьшение времени на монтаж и наладку приборов и средств автоматизации для предприятий АПК.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Абрамова А. А., Исаков В. Г., Непогодин А. М. Зеленые технологии в очистке поверхностных и сточных вод объектов ЖКХ // Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования: в 2 т. Т. 1. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. С. 460-465.
2. Попов В. Н., Корнеева О. С., Искусных О. Ю., Искусных А. Ю. Инновационные способы переработки биоотходов птицеводства // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 1. С. 194-200. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-194-200
3. Благоразумова А. М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод : учеб. пособие. М. : Лань, 2014. 208 с.
4. Вендин С. В., Мамонтов А. Ю. Автоматизация механических и тепловых процессов в многокамерном биогазовом реакторе непрерывной загрузки сырья // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. 2016. № 4 (74). С. 55-60.
5. Григорьев В. С., Ковалев А. А. Система предварительной подготовки субстратов метантенков в аппарате вихревого слоя с рекуперацией теплоты // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2020. № 2 (39). С. 8-13.
6. Диденко В. Н., Исаев А. В., Узаков Н. Д. Метод сравнительной оценки тепловых потерь биорекакторов на этапе аванпроекта биогазовой установки // Энергосбережение и водоподготовка. 2019. № 5 (121). С. 61-65.
7. Караева Ю. В., Варлавова И. А. Эффективность гидравлического перемешивания в метантенке с перегородками // Энергосбережение и водоподготовка. 2017. № 1 (105). С. 27-32.
8. Колосова Н. В., Монах С. И. Математическая модель тепломассообмена при получении биогаза в метантенке // Современное промышленное и гражданское строительство. 2019. № 2. С. 67-74.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение в агропромышленном комплексе XXXXXXX
9. Микрюкова Е. М., Васюткина М. Н., Таскаев М. В. Обзор основных методов очистки сточных вод от нефтепродуктов // Сборник докладов XVI Международной научно-технической конференции, посвященной памяти академика РАН С. В. Яковлева. Москва. 2021. С. 42-47.
10. Мишустин Е. Н., Емцев В. Т. Микробиология. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Агропромиздат, 1987. 368 с.
11. Оковитая К. О. Повышение эффективности работы метантенков // Эффективные технологии в области водоподготовки и очистки в системах водоснабжения и водоотведения. 2021. № 1. С. 54-56.
12. Провоторова А. А. Сравнительный анализ использования аэротенков и метантенков при очистке сточных вод // Современная наука и ее ресурсное обеспечение: Инновационная парадигма. 2021. С. 97-102.
13. Рульнов А. А., Горюнов И. И., Евстафьев К. Ю. Автоматическое регулирование : учебник. 2-е изд., стер. М. : НИЦ ИНФРА-М, 2013. 219 с.
14. Смирнова А. Р. Пути повышении эффективности работы метантенков // Научный форум: технические и физико-математические науки. Москва, издательство «МЦНО». 2020. С. 23-30.
15. Суворова Е. В., Микрюкова Е. М. Преодоление проблем с очисткой сточных вод от плотных эмульсий в нефтеперерабатывающей промышленности // Строительство и застройка: Жизненный цикл - 2020. Чебоксары. 2020. С. 415-422.
16. Свалова М. В., Белоусов Р. С., Галимьянов Р. Г. Применение принципа самоокупаемости по энергосбережению на предприятиях Удмуртии // Проблемы региональной экологии и географии. 2019г. № 1. С. 66-68.
17. Свалова М. В., Касаткин В. В., Касаткина Н. Ю., Закиров А. Ю. Исследование солнечной энергии как одного из возобновляемых источников энергии, возможных к применению в сельском хозяйстве // АПК России. 2019. № 4. Том 26. С. 563-571.
18. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника : учеб. пособие для вузов. СПб. : БХВ-Петербург, 2010. 816 с.
19. Ханова Е. Л., Сахарова А. А, Геращенко А. А. Способ интенсификации работы метантенков с разделением фаз брожения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2019. № 1 (74). С. 72-79.
20. Хворенков Д. А., Алексеева Л. В., Варфоломеева О. И., Попов Д. Н. К расчету параметров распространения угарного газа от котла индивидуальной системы отопления частного жилого дома // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика. 2018. С.65-69.
21. Хворенков Д. А., Варфоломеева О. И., Пушкарев А. Э., Попов Д. Н. Аналитическое и численное моделирование диффузионных процессов в дымовых трубах теплогенерирующих установок // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. № 3. Т. 22. С. 82-89.
22. Чекалкин А. Н., Мокрушин С. А. Автоматизация процесса анаэробного сбраживания органических отходов // Автоматизация и производство. № 1 (12). С. 36-37.
23. Юхин Д. П. К вопросу повышения эффективности функционирования метантенка биогазовой установки // Наука молодых - инновационному развитию АПК. Уфа, издательство «Башкирский государственный аграрный университет». 2019. С. 168-172.
Статья поступила в редакцию 14.09.2022; одобрена после рецензирования 17.10. 2022;
принята к публикации 19.10.2022.
Информация об авторе:
М. В. Свалова - к.т.н., доцент кафедры «Водоснабжение и водоподготовка», Spin-код: 9159-1802; Н. А. Аймашев - магистр; Е. В. Нагорнова - аспирант.
Заявленный вклад авторов:
Свалова М. В. - общее руководство проектом, формулирование основной концепции исследования, проведение критического анализа материалов и формирование выводов. Аймашев Н. А. - сбор и обработка материалов, проведение экспериментов.
Нагорнова Е. В. - разработка функциональной схемы и выбор средств автоматизации системы управления. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
electrical technologies, electrical equipment
XXXXXXXX and power supply in the agro-industrial complex XXXXXXXX_
REFERENCES
1. Abramova A. A., Isakov V. G., Nepogodin A. M. Zelenye tekhnologii v ochistke poverhnostnyh i stochnyh vod ob'ektov ZHKKH [Green technologies in surface and wastewater treatment of housing and communal services facilities], Tekhnicheskie universitety: integraciya s evropejskimi i mirovymi sistemami obrazovaniya [Technical Universities: integration with European and world education systems], 2019, pp. 460-465.
2. Popov V. N., Korneeva O. S., Iskusnykh O. Y., Iskusnykh A. Y. Innovacionnye sposoby pererabotki bioothodov pticevodstva [Innovative ways to process poultry waste], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo uni-versiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2020, Vol. 82, No. 1, pp. 194-200. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-194-200
3. Razdorazumova A. M. Obrabotka i obezvozhivanie osadkov gorodskih stochnyh vod [Treatment and de-watering of urban sewage sludge], textbook, Moscow: Lan', 2014. 208 p.
4. Vendin S. V., Mamontov A. Yu. Avtomatizaciya mekhanicheskih i teplovyh processov v mnogokamernom biogazovom reaktore nepreryvnoj zagruzki syr'ya [Automation of mechanical and thermal processes in a multicham-ber biogas reactor for continuous feed], Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet im. V. P. Goryach-kina [Bulletin of the Federal State Educational Institution of Higher Professional Education Moscow State Agroengineering University named after V. P. Goryachkin], 2016, No. 4 (74), pp. 55-60.
5. Grigoriev V. S., Kovalev A. A. Sistema predvaritel'noj podgotovki substratov metantenkov v apparate vihrevogo sloya s rekuperaciej teploty [System of preliminary preparation of metantenkov substrates in a vortex layer apparatus with heat recovery], Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK [Electrotechnologies and electrical equipment in the agroindustrial complex], 2020, No. 2 (39), pp. 8-13.
6. Didenko V. N., Isaev A. V., Uzakov N. D. Metod sravnitel'noj ocenki teplovyh poter' biorekaktorov na etape avanproekta biogazovoj ustanovki [Method of comparative assessment of heat losses bioreactors at the stage of the advance project of a biogas plant], Energosberezhenie i vodopodgotovka [Energy saving and water treatment], 2019, No. 5 (121), pp. 61-65.
7. Karaeva Yu. V., Varlavova I. A. Effektivnost' gidravlicheskogo peremeshivaniya v metantenke s perego-rodkami [Efficiency of hydraulic mixing in a methane tank with partitions], Energosberezhenie i vodopodgotovka [Energy saving and water treatment], 2017, No. 1 (105). pp. 27-32.
8. Kolosova N. V., Monk S. I. Matematicheskaya model' teplomassoobmena pri poluchenii biogaza v metantenke [Mathematical model of heat and mass transfer during biogas production in a methane tank], Sovremennoe promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Modern industrial and civil construction], 2019, No. 2, pp. 67-74.
9. Mikryukova E. M., Vasyutkina M. N., Taskaev M. V. Obzor osnovnyh metodov ochistki stochnyh vod ot nefteproduktov [Overview of the main methods of wastewater treatment from petroleum products], Sbornik dokladov XVI Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii, posvyashchennoj pamyati akademika RAN S. V. Ya-kovleva. [Collection of reports of the XVI International Scientific and Technical Conference dedicated to the memory Academician of the RAS S. V. Yakovlev], Moscow, 2021, pp. 42-47.
10. Mishustin E. N., Emtsev V. T. Mikrobiologiya [Microbiology], 3rd ed., Moscow: Agropromizdat, 1987, 368 p.
11. Okovitaya K. O. Povyshenie effektivnosti raboty metantenkov [Improving the efficiency of the work of metantenkov], Effektivnye tekhnologii v oblasti vodopodgotovki i ochistki v sistemah vodosnabzheniya i vodootvedeni-ya [Effective technologies in the field of water treatment and purification in water supply and sanitation systems], 2021, No. 1, pp. 54-56.
12. Provotorova A. A. Sravnitel'nyj analiz ispol'zovaniya aerotenkov i metantenkov pri ochistke stochnyh vod [Comparative analysis of the use of aerotanks and methane tanks in wastewater treatment], Sovremennaya nauka i ee resursnoe obespechenie: Innovacionnaya paradigma [Modern science and its resource support: An innovative paradigm], 2021, pp. 97-102.
13. Rul'nov A. A. Avtomaticheskoe regulirovanie [Automatic regulation], 2-nd ed., Moscow: NIC INFRA-M, 2013, 219 p.
14. Smirnova A. R. Puti povyshenii effektivnosti raboty metantenkov [Ways to improve the efficiency of metantenkov], Nauchnyj forum: tekhnicheskie i fiziko-matematicheskie nauki [Scientific Forum: technical, physical, and mathematical sciences], 2020, pp. 23-30.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение в агропромышленном комплексе XXXXXXX
15. Suvorova E. V., Mikryukova E. M. Preodolenie problem s ochistkoj stochnyh vod ot plotnyh emul'sij v neftepererabatyvayushchej promyshlennosti [Overcoming problems with wastewater treatment from dense emulsions in the oil refining industry], Stroitel'stvo i zastrojka: ZHiznennyj cikl - 2020 [Construction and development: Life cycle - 2020], 2019, No. 1, pp. 415-422.
16. Svalova M. V., Belousov R. S., Galim'yanov R. G. Primenenie principa samookupaemosti po energosbere-zheniyu na predpriyatiyah Udmurtii [Application of the principle of self-sufficiency in energy saving at the enterprises of Udmurtia], Problemy regional'noj ekologii i geografii [ Problems of regional ecology and geography], 2019, No. 1, 2019, pp.66-68.
17. Svalova M. V., Kasatkin V. V., Kasatkina N. Yu., Zakirov A. Yu. Issledovanie solnechnoj energii kak od-nogo iz vozobnovlyaemyh istochnikov energii, vozmozhnyh k primeneniyu v sel'skom hozyajstve [Research solaris industria, ut unus de renewable industria fontes, potest uti in agricultura], APK Rossii [Agroindustrial Complexus Russia], 2019, No. 4. Vol. 26, pp. 563-571.
18. Ugryumov E. P. Cifrovaya skhemotekhnika [Digital circuitry], a textbook for universities, St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2010. 816 p..
19. Khanova E. L., Sakharova A. A., Gerashchenko A. A. Sposob intensifikacii raboty metantenkov s razdele-niem faz brozheniya [Method of intensification of the work of methane tanks with separation of fermentation phases], Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arhitektura [Bulletin of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture], 2019, No. 1 (74), pp. 72-79.
20. Hvorenkov D. A., Alekseeva L. V., Varfolomeeva O. I., Popov D. N. K raschetu parametrov rasprostraneni-ya ugarnogo gaza ot kotla individual'noj sistemy otopleniya chastnogo zhilogo doma [To calculate the parameters of carbon monoxide propagation from the boiler of an individual heating system of a private residential building], Ener-go- i resurso sberezhenie. Energoobespechenie.Netradicionnyei vozobnovlyaemye istochniki energii. Atomnaya ener-getika [Energy and resource conservation. Energy supply. Unconventional and renewable energy sources. Nuclear power engineering], 2018, pp. 65-69.
21. Hvorenkov D. A., Varfolomeeva O. I., Pushkarev A. E., Popov D. N. Analiticheskoe i chislennoe modeliro-vanie diffuzionnyh processov v dymovyh trubah teplogeneriruyushchih ustanovok [Analytical and numerical modeling of diffusion processes in chimneys of heat generating plants], Vestnik IzhGTU imeni M. T. Kalashnikova [Bulletin of ISTUnamed after M. T. Kalashnikov], 2019. No. 3, Vol. 22, pp. 82-89.
22. Chekalkin A. N., Mokrushin S. A. Avtomatizaciya processa anaerobnogo sbrazhivaniya organicheskih othodov [Automation of the process of anaerobic digestion of organic waste], Avtomatizaciya iproizvodstvo [Automation and production], No. 1 (12), pp. 36-37.
23. Yukhin D. P. K voprosu povysheniya effektivnosti funkcionirovaniya metantenka biogazovoj ustanovki [On the issue of increasing the efficiency of the functioning of the biogas plant's methane tank], Nauka molodyh - innovacionnomu razvitiyu APK [Nauka molodykh - innovative development of the agroindustrial complex], 2019, pp. 168-172.
The article was submitted 14.09.2022; approved after reviewing 17.10.2022; accepted for publication 19.10.2022.
Information about the author: M. V. Svalova - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department «Water Supply and water Treatment», Spin-code: 9159-1802; N. A. Aimashev - master; E. V. Nagornova - graduate student.
Contribution of the authors:
Svalova M. V. - managed the research project, developed the theoretical framework, critical analysis of materials, formulated conclusions.
Aimashev N. A. - collection and processing of materials, implementation of experiments. Nagornova E. V. - development of a functional scheme and selection of control system automation tools.
The authors declare no conflicts of interests.
