CC BY
101
05.20.02 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ _В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ_
05.20.02 УДК 621.311
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЮ ВОДЫ ОБРАБОТКОЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ РАЗРЯДАМИ
© 2019
Александр Анатольевич Белов, доктор технических наук, старший научный сотрудник
Андрей Анатольевич Мусенко, аспирант Алексей Николаевич Васильев, доктор технических наук, заведующий отделом Виктор Николаевич Топорков, кандидат технических наук, старший специалист
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва (Россия)
Аннотация
Введение: статья посвящена проведению трехфакторного эксперимента по обеззараживанию воды обработкой высоковольтными разрядами, сформированными для достижения электрогидравлического эффекта, с целью обнаружения оптимальных условий и правил протекания исследуемых процессов.
Материалы и методы: при исследовании в качестве материалов и оборудования применяются высоковольтная установка с электрогидравлическим разрядником, люминометр EnSURE (Hygiena) для измерения уровня гигиены воды и ее растворов, пробирки-тестеры для определения общего числа АТФ в воде марки AquaSnap Total (AQ100X); при исследовании в качестве методов используются метод многофакторного планирования, приложение к свидетельству № 54301 об утверждении типа средств измерений, методика измерений люмино-метром EnSURE (Hygiena).
Результаты: определяются факторы, адекватно описывающие процесс, рабочее напряжение, емкость конденсаторов и количество разрядов; производится выбор уравнения регрессии; составляется план многофакторного эксперимента, выбираются условный нулевой уровень и единицы варьирования каждого из факторов; обосновывается источник пробы воды для исследования.
Обсуждение: разрабатывается матрица планирования выхода уровня микробиологической загрязненности пробы воды; аргументируется требуемое опытное число вариантов эксперимента; обосновывается выход как удельный относительно объема загрузки электрогидравлического устройства; проводится поиск оптимума факторов влияния на процесс.
Заключение: проводится полный трехфакторный эксперимент; исследуется влияние конструктивных параметров и режимов воздействия электрогидравлической установки на свойства воды в результате генерации высоковольтных разрядов; выявляются экспериментальные данные измерений уровня микробиологической загрязненности пробы воды, который, согласно анализу полученных данных, снижается, что может служить основой для возможности потенциального применения воздействия высоковольтных разрядов в качестве способа подготовки воды в условиях полива в тепличных хозяйствах; выявляются оптимальные соотношения факторов для обеззараживания пробы прудовой воды из источника искусственного происхождения: рабочее напряжение 19,9 кВ, емкость конденсаторов 0,1445 мкФ и количество разрядов 2 861 штук.
Ключевые слова: высоковольтная установка, емкость конденсаторов, люминометр, матрица планирования, микробиологическая загрязненность, обеззараживание воды, питательный раствор, проба воды, рабочее напряжение, трехфакторный эксперимент, формирующий промежуток, электрические разряды, электрогидравлический эффект.
Для цитирования: Белов А. А., Мусенко А. А., Васильев А Н., Топорков В. Н. Проведение эксперимента по обеззараживанию воды обработкой высоковольтными разрядами // Вестник НГИЭИ. 2019. № 8 (99). С.34-43
CONDUCTING THE EXPERIMENT ON WATER DISINFECTION BY TREATING WITH HIGH-VOLTAGE DISCHARGES
© 2019
Alexander Anatolievich Belov, Dr. Sci. (Engineering), senior researcher Andrey Anatolievich Musenko, the postgraduate student Alexey Nikolayevich Vasilyev, Dr. Sci. (Engineering), the head of the department Viktor Nikolayevich Toporkov, Ph. D. (Engineering), the senior specialist, engineer Federal Scientific Agroengineering Center VIM, Moscow (Russia)
Abstract
Introduction: the article is devoted to the conducting of a three-factor experiment on water disinfection by treatment with high-voltage discharges, formed to achieve the electrohydraulic effect, in order to find the optimal conditions and rules for the processes under study.
Materials and Methods: in the study, high-voltage equipment with an electrohydraulic discharger, EnSURE lumi-nometer (Hygiena) for measuring the level of water hygiene and its solutions, test tubes for determining the total number of ATP in AquaSnap Total water (AQ100X) are used as materials and equipment; in the study, the methods of multifactor planning are used as methods, the annex to certificate No. 54301 on the approval of the type of measuring instruments, the measurement technique with the EnSURE luminometer (Hygiena).
Results: factors that adequately describe the process, operating voltage, capacitor capacitance and number of discharges are determined; selects the regression equation; a plan of a multifactor experiment is drawn up, a conditional zero level and units of variation of each of the factors are selected; substantiates the source of water samples for research.
Discussion: а matrix for planning the exit of the level of microbiological contamination of a water sample is being developed; the required experimental number of experimental variants is argued; the output is substantiated as specific relative to the loading volume of the electrohydraulic device; the search for optimum factors of influence on the process. Conclusion: a full three-factor experiment is carried out; the influence of design parameters and modes of influence of an electrohydraulic installation on the properties of water as a result of the generation of high-voltage discharges is investigated; experimental data on microbiological contamination of a water sample is detected, which, according to the analysis of the data obtained, is reduced, which can serve as a basis for the potential use of high-voltage discharges as a method of preparing water under irrigation conditions in greenhouses; the optimum ratios of factors for disinfecting a pond water sample from an artificial source are identified: an operating voltage of 19.9 kV, a capacitor capacity of 0.1445 microfarad and the number of discharges 2 861 pieces.
Keywords: high-voltage installation, capacitor capacity, luminometer, planning matrix, microbiological contamination, water disinfection, nutrient solution, water sample, operating voltage, three-factor experiment, forming a gap, electrical discharges, electrohydraulic effect.
For citation: Belov A. A., Musenko A. A., Vasilyev A. N., Toporkov V. N. Conducting the experiment on water disinfection by treating with high-voltage discharges // Bulletin NGIEI. 2019. № 8 (99). P.
Введение
Болезни растений могут быть бактериальными, которые чаще всего проявляются гнилостными заболеваниями, и вирусными, свидетельствованием которых служит мозаичный контур, в зависимости от источника заражения. Помимо вышеназванного, следует отметить болезни непаразитарного характера. Через питательный раствор при поливе могут передаваться кила, черная ножка, белая гниль, галловая нематода, стрик, фитофтороз и другие болезни [11; 17]. Безотносительно причины заражения болезнь ухудшает рост и развитие тепличной культуры, следствием чего будет снижение плодоношения. Результатом может стать гибель растения.
Современные тепличные комбинаты в условиях приготовления питательных растворов используют различные методы для обеззараживания воды.
Может использоваться химический способ борьбы с бактериальной и вирусной заболеваемостью. Однако внесение биоцидных и антисептических веществ в питательный раствор может привести к уменьшению экологического качества производимого продукта [5; 14].
Альтернативным и более экологичным является применение технологии озонирования воды. Озон способен инактивировать микроорганизмы в воде, но при высоких температурах и кислотности
озону требуется больше времени для воздействия из-за его быстрого распада [15]. Высокая концентрация озона в воде способна оказывать негативное влияние на корневую систему растений.
Наиболее эффективно уничтожает бактериальную микрофлору обработка воды ультрафиолетовым излучением [6; 9]. Однако при наличии механических примесей в воде качество обеззараживания снижается; технология требует установки дополнительных фильтров для очистки питательных растворов. Стоимость ультрафиолетовой очистки воды, включая затраты на энергию, установку и обслуживание, относительно велика. Имеются разработки по очищению воды воздействием лазерного излучения [20].
В этой связи является актуальной разработка экологичного метода обеззараживания воды для уничтожения бактериальной микрофлоры в воде в условиях водоподготовки питательных растворов для полива.
Предлагается использовать электрогидравлическую (ЭГ) обработку воды высоковольтными разрядами в качестве обеззараживания в условиях подготовки питательных растворов [2; 12]. Согласно источникам зарубежной литературы электрогидравлический эффект является мощным источником ультразвука, а также ультрафиолетового и рентгеновского излучения, способен образовывать атомарный кислород. Всё это способно уничтожать патогенную микрофлору в воде [10; 21]. Российскими и советскими учеными также был исследован очищающий бактерицидный эффект обработки воды высоковольтными электрическими разрядами, опубликован ряд работ по этой теме [13]. Однако применяемые при этом методики и средства измерений являются не актуальными, не современными и не позволяющими проводить наблюдения в динамике, что немаловажно при изучении реальных процессов изменения физических, химических и микробиологических свойств объекта.
Свойства явления обеззараживания воды необходимо исследовать в условиях поиска рациональной последовательности получения данных, чтобы при минимизированных временных и финансовых расходах производить максимальную достоверную информацию об интересующем объекте.
Для обнаружения оптимальных условий и правил протекания изучаемых процессов, протекающих при электрогидравлическом обеззараживании воды и ее растворов, необходимо применение полного факторного эксперимента в качестве метода планирования эксперимента. Поэтому целью настоящей статьи является проведение эксперимента по
обеззараживанию воды обработкой высоковольтными разрядами.
Материалы и методы
При проведении исследований применялись следующие материалы и методы:
1. Применяемые оборудование и материалы:
- высоковольтная установка с ЭГ-разрядни-
ком;
- люминометр EnSURE (Hygiena) для измерения уровня гигиены воды и ее растворов;
- пробирки-тестеры для определения общего числа АТФ в воде марки AquaSnap Total (AQ100X).
2. Применяемые методики измерений:
- метод многофакторного планирования;
- приложение к свидетельству № 54301 об утверждении типа средств измерений; методика измерений люминометром EnSURE (Hygiena).
Конструктивные параметры и технологический режим работы высоковольтной установки с ЭГ-разрядником [16] следующие:
- рабочее напряжение, подводимое к электродам 14-40 кВ (измерено мультиметром косвенным методом на делителе повышающего трансформатора);
- конденсаторная батарея 0,075-0,2 мкФ (параллельное соединение четырех конденсаторов, емкость которых 0,025 мкФ);
- формирующий промежуток 2-8 мм (расстояние между разрядными алюминиевыми шарами);
- рабочий промежуток 2,5-8 мм (расстояние между электродами);
- система электродов - острие-диск (диаметр диска 66 мм);
- частота искровых электрических разрядов
3 Гц;
- количество разрядов 1 000-4 000 шт.
Для измерения уровня гигиены воды и ее растворов использовался люминометр EnSURE (Hygiena). Прибор работает в комплексе с пробирками-тестерами для определения общего числа АТФ (аденозинтрифосфат) в воде марки AquaSnap Total (AQ100X).
В настоящее время существует современный быстрый и в то же время точный метод оценки степени микробиологической безопасности воды и ее растворов. Метод, основанный на люминометриче-ском определении количества внутриклеточного АТФ (аденозинтрифосфата). Принцип работы вышеупомянутого люминометра заключается в определении уровня аденозинтрифосфата (АТФ) - универсальной энергетической молекулы, находящейся во всех растительных, животных и бактериальных клетках, в том числе дрожжах и плесени. Величина
АТФ напрямую зависит от степени микробной об-семенённости и органического загрязнения. Таким образом, концентрация АТФ отражает величину общего микробного числа, а значит - свидетельствует об уровне гигиены.
Уровень АТФ измеряется в относительных световых единицах - ЯЪи. Одной единице ЯЪи соответствует 1 фемтомолекул (фемтомол.) (10-15 мол.) АТФ. Такое количество внутриклеточного АТФ содержится в нескольких микробных клетках, что эквивалентно единичным КОЕ на питательной среде. Работа люминометра основана на принципе биолю-минисценции и относится к скрининговым методам, позволяющим быстро и безопасно выявлять потенциально опасные биологические риски.
Основания выбора технического средства измерения, точнее - люминометра:
1. Входит в Госреестр (№ 54301).
2. Рабочий диапазон измерений 0-9999 RLU удовлетворяет предполагаемым условиям проведения эксперимента по ЭГ-воздействию в части интервала изменения микробиологической загрязненности воды 0-15 RLU.
3. Быстродействие (получение результатов измерений в течение нескольких секунд), удобство в эксплуатации (портативность), простота в обслуживании (автокалибровка), высокая чувствительность (10-15 молекул АТФ = 1 КЬЦ).
4. Преимущество данного прибора в сравнении с микробиологическими анализами в том, что он позволяет определять наличие загрязнений как неорганического, так и органического, то есть животного и растительного происхождения, которые способствуют росту и размножению бактерий.
Постановка полного факторного эксперимента выполняется реализацией следующих операций: выбор уравнения регрессии, составление плана полного факторного эксперимента, расчет коэффициентов регрессии, оценка значимости этих коэффициентов, анализ уравнения регрессии и поиск оптимума [1; 19].
Результаты
Выбор уравнения регрессии.
Согласно отсеивающим экспериментам, проведенным по методу Плакетта-Бермана и методу случайного баланса, существенными факторами влияния на процесс электрогидравлической обработки воды и ее растворов значатся величина приложенного (рабочего) напряжения к электродам ЭГ-установки, емкость батареи накопительных конденсаторов и количество генерируемых импульсов или электрических разрядов [3; 4]. В этой связи число факторов, адекватно определяющих процесс, равно
трем. В общем виде уравнение регрессии без членов высших порядков записывается следующим образом: у = Ь0 + Ь1-х1 + Ь2-х2 + Ь3-х3 + Ь1Л ■х1-х2 + + Ь13 ■
, (1)
где x1, x2, x3 - значения факторов; Ь0 - свободный член, равный выходу при XI = 0; Ь1, Ь2, Ь3 - коэффициенты регрессии соответствующих факторов, определяющие влияние того или иного фактора на изучаемый процесс; Ь12, Ь13, Ь2,3 - коэффициенты регрессии при произведениях факторов, которые свидетельствуют о наличии двойного взаимодействия между факторами; Ь12,3 - коэффициент регрессии, указывающий на тройное взаимодействие факторов.
Составление плана многофакторного эксперимента.
На основе предварительных экспериментов с учетом теоретических соображений для всех исследуемых факторов выбирается условный нулевой уровень 0х, то есть такие значения переменных, в граничных рамках которых дебютирует изучение процесса для того, чтобы выявить направление изменения выбранного условного нулевого уровня к оптимальным значениям факторов [7; 8].
Для фактора рабочего напряжения за условный нулевой уровень принимается 18,5 кВ. Для фактора емкости батареи конденсаторов за условный нулевой уровень принимается 0,1375 мкФ. Для фактора количества разрядов за условный нулевой уровень принимается 2 500 шт.
Для вышеперечисленных факторов выбираются единицы варьирования , исходя из предварительных опытных данных и полагаясь на интуицию. Имеются в виду величины, на которые в конкретном поочередном опыте меняются условия по каждому фактору по возрастанию и убыванию его от условного нулевого уровня.
Единицы варьирования трех выбранных ранее факторов задаются следующими:
1) нижний и верхний уровни рабочего напряжения - 14 и 23 кВ соответственно;
2) нижний и верхний уровни емкости конденсаторов - 0,075 и 0,2 мкФ соответственно;
3) нижний и верхний уровни количества разрядов - 1 000 и 4 000 шт. соответственно.
Конструктивные параметры ЭГ-установки, а именно рабочий и формирующий промежутки, подбирались опытным путем в зависимости от соотношений уровней рабочего напряжения и емкости конденсаторов.
Точность уровней рабочего напряжения до десятых долей, которая обеспечивается задающим контрольно-измерительным мультиметром, обуславливается стремлением обеспечить одинаковую энергию
в каждом опыте. Минимальное рабочее напряжение, соответствующее нижнему уровню, задается с позиции достижения результата электрогидравлического эффекта. Так при более малом напряжении с учетом подключения максимальных конденсаторных емкостей ЭГ-эффект не наблюдается.
Уровни емкости конденсаторной батареи подбираются в зависимости от наблюдений предварительных опытов и результатов исследований высоковольтного разряда в воде других авторов [18].
Уровни 0х, - А, и 0х, + А, обозначим символами -1 и +1. Возможно представление в более простом обозначении «-» и «+» соответственно. Это обозначение считается кодированным. Получается, что при выборе 0х, и А, фактически для каждого значения всех выбранных факторов предоставляется возможность выразить их в кодированном виде.
Таким образом условный нулевой уровень и единицы варьирования плана полного трехфактор-ного эксперимента в условных единицах выглядят следующим образом согласно таблице 1.
Единицы варьирования выбраны с целью обеспечения постоянной лимитирующей величины энергии, накапливающей в конденсаторах высоковольтной установки и генерируемой в разрядном промежутке электрогидравлического устройства. Таким образом, на рабочий искровой промежуток подается импульсно 20 Дж усредненной величины энергии при каждом проведенном опыте.
Обсуждение Вслед за выбором 0х, и А, разрабатывается матрица планирования выхода уровня микробиологической загрязненности пробы воды в соответствии с таблицей 2. Необходимо учитывать при их разработке, что в эксперименте должны быть исчерпывающе проработаны все возможные сочетания и соединения значений факторов. Эти значения факторов варьируются на верхнем и нижнем уровнях (0х, - А,, 0х, + А,). Требуемое опытное число вариантов считается равным 2 = N где , - количество проверяемых и изучаемых, то есть исследуемых факторов.
Таблица 1. Условный нулевой уровень и единицы варьирования плана полного трехфакторного эксперимента
Table 1. Conditional zero level and units of variation plan full three-factor experiment
№
Исследуемый фактор / 'Investigated factor
0r,
A,
-1
+1
1
2 3
xi (рабочее напряжение / operating voltage) x2 (емкость конденсаторов / capacitor capacitance) x5 (количество разрядов / number of discharge)
18,5 0,1375 2500
4,5 0,0625 1500
14 0,075 1000
23 0,2 4000
Таблица 2. Матрица планирования уровня микробиологической загрязненности пробы воды Table 2. Matrix of planning the level of microbiological contamination of water samples
№ Планирование / Planning Расчет / Calculation Выход / Output
варианта Ум1 2 Ум s Ум
/ Number x0 Xl X2 Xs Xi'X2 Xi 'Xs X2'Xs XfX2'Xs Ум
of option
1 + - - - + + + - 693 698 682 691
2 + + - - - - + + 283 293 291 289
3 + - + - - - - + 564 560 577 567
4 + + + - + + - - 88 87 80 85
5 + - - + + + - + 307 305 294 302
6 + + - + - - - - 89 92 86 89
7 + - + + - - + - 207 200 208 205
8 + + + + + + + + 69 74 76 73
Уровень микробиологической загрязненности пробы воды измерялся люминометром EnSURE (Hygiena). Контрольной величиной уровня микробиологической загрязненности пробы воды являлось
1229 КЬи, как усредненная из трех вариантов по-вторностей по всему объему воды в источнике в соответствии с рис. 1. Выход, то есть уровень обеззараживания, необходимо считать удельным относи-
тельно объема пробы воды. В данном эксперименте единовременная загрузка осуществлялась на объем воды 2,5 литра. Источником воды принят образец или проба прудовой воды из источника искусственного происхождения, который служит в агротехно-логических целях для полива и орошения в растениеводстве либо для выпаивания сельскохозяйственных животных. Согласно столбцам 10-13 экспериментальным путем выявлено снижение уровня микробиологической загрязненности пробы воды.
Во второй по счету столбец матрицы планирования включено значение фиктивной переменной x0 = +1, введение которой обуславливается для соблюдения формальности в условиях расчета Ь0. Планирование эксперимента образуют третий, четвертый и пятый столбцы, в которые внесены значения переменных x1, x2, x3. Расчетными являются шестой, седьмой, восьмой и девятый столбцы, содержащие значения произведений x1 ■x2, x1 ■x3, x2 ■x3, x1 х2х3 которые вводятся в матрицу планирования с целью дальнейшего определения коэффициентов регрессии Ь12, Ь1з3, Ь23, Ь123. В десятом, одиннадцатом и двенадцатом содержатся значения выхода, то есть результатов измерений и наблюдений в каждом из 8-ми опытов. В первой строке матрицы планирования, соответствующей первому варианту эксперимента, все три переменные располагаются на нижнем уровне. Во второй строке матрицы планирования, соответствующей второму варианту эксперимента, первая переменная размещается на верхнем уровне, вторая и третья переменные размещаются на нижнем уровне и так далее.
Расчет коэффициентов регрессии.
Матрица планирования уровня микробиологической загрязненности пробы воды решается за счет определения коэффициентов регрессии по известным формулам [1]. Таким образом, получается: у = 287,6 - 153,6 ■ х1 - 55,1 ■ х2 - 120,4 ■ х3 + +0,1 ■ х1 ■ х2 + 67,4 ■ х1 ■ х3 + 26,9 ■ х2 ■ х3 — 20,1 ■
' Х1 ' х2 ' х35 (2)
Оценка значимости коэффициентов регрессии.
Таким образом, по известным формулам [1] определяются:
- построчная дисперсия 52[у^] = 67; 28; 79; 19; 49; 9; 19; 13;
- дисперсия воспроизводимости 5<2[у] = 35,375;
- дисперсия среднего значения 52[у] = 11 , 7 9 ;
- дисперсия коэффициентов регрессии Б2[Ь ¡] = 1 , 4 7.
Из дисперсии коэффициентов регрессии находится по известной формуле [1] ошибка коэффициентов регрессии 5[Ь ¿] = 1, 2 1 .
Число степеней свободы 16. Коэффициент Стьюдента при 99 % достоверности 2,92.
При реализации известного неравенства [1] утверждается, что для уровня достоверности 0, 99 значимы коэффициенты Ь1, Ь2, Ь3, Ь1<2.
Анализ уравнения регрессии.
В этой связи утверждается, что на уровень обеззараживания пробы воды оказывают влияние все выбранные факторы, такие как рабочее напряжение, емкость конденсаторов и количество разрядов. Кроме того, отмечается, что на процесс влияет парное взаимодействие первого и второго факторов.
Проверка возможности описания процесса обеззараживания пробы воды линейной моделью проводится по критерию Фишера. Определяются значения выхода по уравнению регрессии с отброшенными членами парных взаимодействий для значений каждого фактора в соответствии с вариантом. Вычисляется дисперсия неадекватности модели без парных взаимодействий при сравнении ее с дисперсией воспроизводимости. Получается расчетное значение оценки дисперсий меньше, чем табличное. Поэтому выход в данной задаче достаточно описывается линейным уравнением регрессии без парных взаимодействий.
Поиск оптимума.
Оптимизация факторов и выхода проводится по программе крутого восхождения [1].
Согласно ранее проведенным расчетам Ь1 ■Х1 = 691,2; Ь2Х2 = 3,44; Ь3 Х3 = 180600.
В соответствии с таблицей 3 план крутого восхождения в кодированном обозначении выглядит следующим образом.
Таблица 3. Условия в кодированном обозначении Table 3. Conditions in coded notation
№ варианта
/ Number of 1 2 3 4 5 6
option
Xi X2 X3
0x1 0x2 0x3
0+0,001 ■ bi -Xi 0+0,001 ■ b2 ■ X2 0+0,001 ■ Ьз ■ Хз
0+0,002 ■ bi Xi 0+0,002 ■ b2 ■ X2 0+0,002 ■ Ьз ■ Хз
0+0,003 bi Xi 0+0,003 b2 ¿2 0+0,003 Ьз Хз
0+0,004 ■ bi Xi 0+0,004 ■ b2 X2 0+0,004 Ьз X3
0+0,005 ■ bi Xi 0+0,005 ■ b2 X2 0+0,005 Ьз X3
Таблица 4. Условия в реальных величинах Table 4. Conditions in real terms
№ варианта / 1 2 3 4 5 б
Number of option
Xl 1S,5 19,2 19,9 20,б 21,3 21,9
X2 0,1375 0,1409 0,1445 0,147S 0,1513 0,1547
X3 2500 26S1 2S61 3042 3222 3403
Выход 149 102 73 74 74 73
Далее заменяются условия в кодированном обозначении на условия в реальных величинах в соответствии с таблицей 4.
Как следует из данных таблицы, начиная с третьего варианта, последующее повышение факторов не приводит к каким-либо изменениям выхода, то есть к увеличению или уменьшению микробиологической загрязненности пробы воды. Анализ выхода каждого из вариантов позволяет сделать выводы об оптимальных соотношениях факторов для обеззараживания пробы воды: рабочее напряжение 19,9 кВ, емкость конденсаторов 0,1445 мкФ и количество разрядов 2861 штук.
Заключение Проведен полный факторный эксперимент. Таким образом, исследовано влияние конструктивных параметров и режимов воздействия ЭГ-установки на свойства воды при генерации высоко-
вольтных искровых разрядов. Конструктивными параметрами являлись формирующий и рабочий промежутки. За варьируемые факторы, а вместе с тем, режимы воздействия, принимались рабочее напряжение, емкость конденсаторов и количество электрических импульсных разрядов. Получены экспериментальные данные измерений уровня микробиологической загрязненности пробы воды, который, согласно анализу полученных данных, снижается, что может служить основой для возможности потенциального применения воздействия высоковольтных разрядов в качестве способа подготовки воды и ее растворов в условиях полива в тепличных хозяйствах. Выявлены оптимальные соотношения факторов для обеззараживания пробы прудовой воды из источника искусственного происхождения: рабочее напряжение 19,9 кВ, емкость конденсаторов 0,1445 мкФ и количество разрядов 2 861 штук.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ашмарин И. П., Васильев Н. Н., Амбросов В. А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Издательство Ленинградского университета. 1971. S0 с.
2. Белов А. А., Мусенко А. А., Васильев А. Н., Топорков В. Н. Обоснование устройства для электрогидравлической обработки водных растворов // Вестник аграрной науки Дона. 2019. № 2 (46). С. 23-29.
3. Белов А. А., Топорков В. Н. Обоснование электрогидравлической технологии для обработки водных растворов // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 1 (30). С. 51-57.
4. Белов А. А., Топорков В. Н., Васильев А. Н. Планирование и проведение отсеивающего эксперимента по исследованию получения удобрений при электрогидравлической обработке растворов // Международный технико-экономический журнал. 2018. № 5. С. 22-2S.
5. Бутко М. П., Фролов В. С. Обеззараживание сточных вод // Дезинфекция. Антисептика. 2013. Т. 4. № 2 (14). С. 32-45.
6. Грудинкин А. П., Волков С. В., Комаров А. Г., Левченко Д. А., Смирнов А. Д. Обеззараживание сточных вод ультрафиолетовым излучением // Водоочистка. 2013. № 6. С. 22-31.
7. Ершова И. Г., Поручиков Д. В. Сверхвысокочастотная установка для выделения жира при переработке мясосодержащего сырья и определение ее добротности // Вестник ВИЭСХ. 2018. № 4 (33). С. 40-45.
S. Жданкин Г. В., Сторчевой В. Ф., Михайлова О. В. Операционно-технологическая схема переработки мягких непищевых отходов животного происхождения // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. № 4 (29). С. 229-23б.
9. Жолдакова З. И., Тульская Е. А., Костюченко С. В., Ткачев А. А. Ультрафиолетовое обеззараживание как элемент многобарьерной схемы очистки воды для защиты от патогенов, устойчивых к хлорированию // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 6. С. 531-535.
10. Lee S. J., Ma SH., Hong Y. C., Choi M. C. Effects of pulsed and continuous wave discharges of underwater plasma on Escherichia coli // Separation and Purification Technology. Mar 201S. Vol. 193. P. 351-357.
11. Лычагина С. В., Шестеперов А. А., Колесова Е. А. Вредоносность мелойдогиноза в теплицах // Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями. 2015. № 16. С. 228-231.
12. Мусенко А. А. Применение электрогидравлических технологий в сельском и народном хозяйстве // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 1 (30). С. 46-50.
13. Оботурова Н. П., Нагдалян А. А., Зайцев А. С. Перспективы использования энергии электрогидравлического эффекта в технологии очистки сточных вод пищевых предприятий // Сборник научных трудов Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. 2013. Т. 3. № 6. С. 204-206.
14. Первов А. Г. Решение проблем сброса сточных вод автономных промышленных объектов // Водоснабжение и санитарная техника. 2011. № 11. С. 15-23.
15. Русских Г. А., Токмаков Н. М. Применение озона в технологии выращивания огурца в теплице // Гав-риш. 2009. № 3. С. 29-31.
16. Топорков В. Н., Белов А. А., Мусенко А. А. Разработка лабораторной установки для ЭГ-обработки водных растворов // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 1 (30). С. 23-33.
17. Ходыкина М. В., Пехтерева Э. Ш., Кырова Е. И., Виноградова С. В., Ахатов А. К., Юваров В. Н., Борисова И. П., Игнатов А. Н. Новая бактериальная болезнь тепличного огурца // Гавриш. 2014. № 3. С. 24-29.
18. Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности // Л.: Машиностроение. 1986. С. 253
19. Vasiliev A. N., Ershova I. G., Belov A. A., Timofeev V. N., Uhanova V. Y., Sokolov A. V., Smirnov A. A. Energy-saving system development based on heat pump // Amazonia Investiga. Nov-Dec 2018. Vol. 7. Issue 17. P. 219-227.
20. Яковлева О. В., Никулина С. Н. Воздействие лазерного излучения на процесс обеззараживания воды и очистку сточных вод после гальваники // Наукоемкие технологии. 2012. Т. 13. № 2. С. 079-084.
21. Zheng JS. Inactivation of Staphylococcus aureus in water by pulsed spark discharge // Scientific Reports. Sep 2017. Vol. 7. Art. numb. 10311.
Дата поступления статьи в редакцию 14.05.2019, принята к публикации 13.06.2019.
Информация об авторах: Белов Александр Анатольевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник Адрес: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», 109428, РФ, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 7360-5859
Мусенко Андрей Анатольевич, аспирант
Адрес: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», 109428, РФ, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 5367-9970
Васильев Алексей Николаевич, доктор технических наук, заведующий отделом Адрес: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», 109428, РФ, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 2226-8657
Топорков Виктор Николаевич, кандидат технических наук, старший специалист Адрес: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», 109428, РФ, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 4492-8748
Заявленный вклад авторов: Белов Александр Анатольевич: общее руководство проектом.
Мусенко Андрей Анатольевич: участие в выполнении экспериментальных исследований. Васильев Алексей Николаевич: анализ и дополнение материала статьи. Топорков Виктор Николаевич: подготовка первоначального варианта текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Ashmarin I. P., Vasil'ev N. N., Ambrosov V. A. Bystrye metody statisticheskoj obrabotki i planirovanie ek-sperimentov [Fast statistical processing and experiment planning], Publ. Leningradskij universitet, 1971. 80 p.
2. Belov A. A., Musenko A. A., Vasil'ev A. N., Toporkov V. N. Obosnovanie ustrojstva dlja elektrogidravlich-eskoj obrabotki vodnyh rastvorov [Substantiation of the device for the electrohydraulic treatment of aqueous solutions], Vestnik agrarnoj nauki Dona [Bulletin of Agrarian Science of the Don], 2019, No. 2 (46), pp. 23-29.
3. Belov A. A., Toporkov V. N. Obosnovanie elektrogidravlicheskoj tehnologii dlja obrabotki vodnyh rastvorov [Justification of electrohydraulic technology for the treatment of aqueous solutions], Innovatsii v sel'skom hozja-jstve [Innovation in agriculture], 2019, No. 1 (30), pp. 51-57.
4. Belov A. A., Toporkov V. N., Vasil'ev A. N. Planirovanie i provedenie otseivajushchego eksperimenta po is-sledovaniju poluchenija udobrenij pri elektrogidravlicheskoj obrabotke rastvorov [Planning and conducting screening experiment to study the production of fertilizers in the electrohydraulic treatment of solutions], Mezhdunarodnyj tehniko-ekonomicheskij zhurnal [International Technical and Economic Journal], 2018, No. 5, pp. 22-28.
5. Butko M. P., Frolov V. S. Obezzarazhivanie stochnyh vod [Disinfection of wastewater], Dezinfektsija. Anti-septika [Disinfection. Antiseptic], 2013, Vol. 4, No. 2 (14), pp. 32-45.
6. Grudinkin A. P., Volkov S. V., Komarov A. G., Levchenko D. A., Smirnov A. D. Obezzarazhivanie stochnyh vod ul'trafioletovym izlucheniem [Ultraviolet radiation disinfection], Vodoochistka [Water treatment], 2013, No. 6, pp. 22-31.
7. Ershova I. G., Poruchikov D. V. Sverhvysokochastotnaja ustanovka dlya vydelenija zhira pri pererabotke myasosoderzhashchego syr'ya i opredelenie ee dobrotnosti [Ultra-high-frequency installation for the separation of fat in the processing of meat-containing raw materials and the determination of its quality factor], Vestnik VIJeSH [Bulletin of VIESH], 2018, No. 4 (33), pp. 40-45.
8. Zhdankin G. V., Storchevoj V. F., Mihajlova O. V. Operatsionno-tehnologicheskaja shema pererabotki my-agkih nepishhevyh othodov zhivotnogo proishozhdeniya [Operational-technological scheme of processing soft non-food waste of animal origin], Innovatsii v sel'skom hozjajstve [Innovation in agriculture], 2018, No. 4 (29), pp. 229-236.
9. Zholdakova Z. I., Tul'skaja E. A., Kostjuchenko S. V., Tkachev A. A. Ul'trafioletovoe obezzarazhivanie kak element mnogobar'ernoj shemy ochistki vody dlya zashhity ot patogenov, ustojchivyh k hlorirovaniju [Ultraviolet disinfection as an element of a multi-barrier water purification scheme to protect against chlorination resistant pathogens], Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation], 2017, Vol. 96, No. 6, pp. 531-535.
10. Lee S. J., Ma Sh., Hong Y. C., Choi M. C. Effects of pulsed and continuous wave discharges of underwater plasma on Escherichia coli. Separation and Purification Technology, Mar 2018. Vol. 193, pp. 351-357.
11. Lychagina S. V., Shesteperov A. A., Kolesova E. A. Vredonosnost' melojdoginoza v teplitsah [Harmful-ness of melodoginose in greenhouses], Teorija i praktika bor'by s parazitarnymi boleznyjami [Theory and practice of combating parasitic diseases], 2015, No. 16, pp. 228-231.
12. Musenko A. A. Primenenie elektrogidravlicheskih tehnologij v sel'skom i narodnom hozyajstve [The use of electrohydraulic technologies in agriculture and national economy], Innovatsii v sel'skom hozjajstve [Innovation in agriculture], 2019, No. 1 (30), pp. 46-50.
13. Oboturova N. P., Nagdaljan A. A., Zajtsev A. S. Perspektivy ispol'zovanija energii elektrogidravlicheskogo effekta v tehnologii ochistki stochnyh vod pishhevyh predpriyatij [Prospects for the use of electrohydraulic effect energy in wastewater treatment technology of food enterprises], Sbornik nauchnyh trudov Stavropol'skogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zhivotnovodstva i kormoproizvodstva [Collection of scientific works of the Stavropol Scientific and Research Institute of Livestock and Feed Production], 2013, Vol. 3, No. 6, pp. 204-206.
14. Pervov A. G. Reshenie problem sbrosa stochnyh vod avtonomnyh promyshlennyh ob ektov [Solving the problems of wastewater disposal of autonomous industrial facilities], Vodosnabzhenie i sanitarnaya tehnika [Water supply and sanitary equipment], 2011, No. 11, pp. 15-23.
15. Russkih G. A., Tokmakov N. M. Primenenie ozona v tehnologii vyrashhivanija ogurtsa v teplitse [The use of ozone in the technology of growing cucumber in the greenhouse], Gavrish [Gavrish], 2009, No. 3, pp. 29-31.
16. Toporkov V. N., Belov A. A., Musenko A. A. Razrabotka laboratornoj ustanovki dlya EG-obrabotki vodnyh rastvorov [Development of a laboratory unit for EH-treatment of aqueous solutions], Innovatsii v sel'skom hozyajstve [Innovation in agriculture], 2019, No. 1 (30), pp. 23-33.
17. Hodykina M. V., Pehtereva Je. Sh., Kyrova E. I., Vinogradova S. V., Ahatov A. K., Juvarov V. N., Borisova I. P., Ignatov A. N. Novaya bakterial'naja bolezn' teplichnogo ogurtsa [New bacterial greenhouse cucumber disease], Gavrish [Gavrish], 2014, No. 3, pp. 24-29.
18. Jutkin L. A. Elektrogidravlicheskij effekt i ego primenenie v promyshlennosti [Electrohydraulic effect and its application in industry], Leningrad: Publ. Mashinostroenie, 1986, 253 p.
19. Vasiliev A. N., Ershova I. G., Belov A. A., Timofeev V. N., Uhanova V. Y., Sokolov A. V., Smirnov A. A. Energy-saving system development based on heat pump. Amazonia Investiga, Nov-Dec 2018. Vol. 7. Issue 17, pp.219-227.
20. Yakovleva O. V., Nikulina S. N. Vozdejstvie lazernogo izluchenija na process obezzarazhivanija vody i ochistku stochnyh vod posle gal'vaniki [The impact of laser radiation on the process of water disinfection and wastewater treatment after electroplating], Naukoemkie tehnologii [High technology], 2012, Vol. 13, No. 2, pp. 079-084.
21. Zheng JS. Inactivation of Staphylococcus aureus in water by pulsed spark discharge. Scientific Reports, Sep 2017. Vol. 7. Art. numb. 10311.
Submitted 14.05.2019; revised 13.06.2019.
About the authors: Alexander A. Belov, Dr. Sci. (Engineering), Senior Researcher
Address: Federal State Budgetary Institution «Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM», 109428, Russian Federation, Moscow, 1st Institute Passage, 5 E-mail: [email protected] Spin-Kog: 7360-5859
Andrey A. Musenko, the postgraduate student
Address: Federal State Budgetary Institution «Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM», 109428, Russian Federation, Moscow, 1st Institute Passage, 5 E-mail: [email protected] Spin-Kog: 5367-9970
Alexey N. Vasilyev, Dr. Sci. (Engineering), the head of the department
Address: Federal State Budgetary Institution «Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM», 109428, Russian Federation, Moscow, 1st Institute Passage, 5 E-mail: [email protected] Spin-Kog: 2226-8657
Viktor N. Toporkov, Ph. D. (Engineering), the senior specialist engineer
Address: Federal State Budgetary Institution «Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM», 109428, Russian Federation, Moscow, 1st Institute Passage, 5 E-mail: [email protected] Spin-Kog: 4492-8748
Contribution of the authors: Alexander A. Belov: general project management.
Andrey A. Musenko: participation in the performance of experimental studies. Alexey N. Vasilyev: analysis and addition of the article material. Viktor N. Toporkov: preparation of the original text.
All authors have read and approved the final manuscript.
