CC BY
25
5. Dzhabborov N.I. Veroyatnostno-statisticheskij metod opredeleniya energoemkosti tekhnologicheskih processov v rastenievodstve: metodicheskoe posobie/ TadzhikNIINTI. -Dushanbe, 1992. - S. 42.
6. Metodika energeticheskogo analiza tekhnologicheskih processov v sel'skohozyajstvennom proizvodstve. - M., 1995. - S.95.
УДК 628.356.1 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12198
Аспирант М.И. ФАЙЗУЛЛИН
(ИжГСХА, [email protected]) Канд. техн. наук, доцент А.Г. ИВАНОВ (ИжГСХА, [email protected]) Ст. преподаватель Ю.Г. КОРЕПАНОВ (ИжГСХА, [email protected])
РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЗАКРЫТОГО КОМПОСТИРОВАНИЯ ПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА МЕТОДОМ ИСКУССТВЕННОЙ АЭРАЦИИ
Для повышения урожайности и плодородия почвы в качестве удобрения (перегноя) используются подстилочный и безподстилочный навоз/помет, который также является важнейшим звеном минерального и органического питания почвы [1]. В Российской Федерации объем отходов животноводства составляет примерно 770 млн м3 в год, эта площадь приблизительно равна половине Московской области. Всего из них используют 30% отходов животноводства для внесения в почву в качестве органического удобрения, а остальное загрязняет окружающую среду. Проблема переработки и утилизации отходов животноводства исключительно актуальна во многих странах мира [2]. Оптимизация метода ускоренной ферментации при компостировании помета, навоза и отходов ТБО с помощью применения установки продувки воздухом является актуальной задачей, так как позволяет снизить энергозатраты, а также ускорить ферментацию, повысив температуру материала и равномерно распределить воздух по всему объему вороха [3]. При этом не требуется ворошить весь объем бурта, а также нет необходимости в закупке дорогостоящей специализированной техники.
Цель исследования - изучить регрессионный анализ на процесс нагрева навозного бурта в результате его искусственной аэрации.
Задачи исследования.
1. Получить расчет коэффициентов регрессии при помощи программы «STATGRAPHIC Plus».
2. Провести исследования для данной зависимости на экстремум и найти оптимальные значения факторов.
3. Научно обосновать предлагаемые технические решения, методы и режимы утилизации и/или переработки отходов.
4. Провести экспериментальные исследования с полнофакторным регрессионным анализом.
Материалы, методы и объекты исследования. Планирование полнофакторного эксперимента согласно общим и частным методикам, статистическая обработка результатов, регрессионный анализ.
Результаты исследования. В сельском хозяйстве всегда остро стояла проблема утилизации отходов животноводческих ферм, так как навоз является веществом повышенной опасности (II-III класс опасности), оказывающим негативное и патогенное воздействие на
окружающую среду [4]. Благодаря «необязательности» исполнения норм экологического законодательствадо недавнего времени эта проблемаоставалась нерешенной, закрывали глаза, не проводились дорогостоящие мероприятия, позволяющие нивелировать вредное воздействие на окружающую среду (компостирование, ферментация, сушка и т.д.) [5]. Однако ужесточение экологического законодательства, повышенное внимание руководства страны к снижению загрязнений вынуждают сельхозтоваропроизводителей заниматься поиском эффективных и экономически выгодных технологий утилизации и переработки навоза.
Известен перспективный метод компостирования с ускоренной аэробной ферментацией [4, 6].
Обеспечение внутренних объёмов навозного бурта кислородом обеспечивает ускоренное развитие аэробных бактерий, в процессе жизнедеятельности которых происходит интенсивное нагревание продукта, вплоть до температур 60-70 °С. За счёт этого уничтожается болезнетворная микрофлора и самообеззараживание навоза в течение 1...2 месяцев. За счёт этого не требуется ворошить весь объем бурта, а также нет необходимости в закупке дорогостоящей специализированной техники.
Для этого нами предлагается установка ускоренного компостирования (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид установки для искусственной аэрации навоза
Лабораторная установка представляет собой компрессор, при помощи которого сквозь толщу навоза нагнетается воздух. Это приводит к развитию аэробных и термофильных бактерий, нагреванию навоза внутри бурта и ускоренной ферментации.
Использовался свежий подстилочный навоз крупного рогатого скота (соломонавозная смесь). После закладки навоза в ящики, снимаются показатели температуры. Предложена схема расположения контрольных точек для съёма показателей температуры на каждом уровне, а также разработана матрица планирования эксперимента, интервалы и уровни варьирования факторов [7].
В качестве управляемых факторов, влияющих на процесс ферментации навоза, были выбраны влажность исходного навоза (соломонавозной смеси) Ж (%), число обработок в сутки N1 и число обработок в неделю N2.
Затем произвели обработку экспериментальных данных при помощи регрессионного анализа.
Расчет коэффициентов регрессии осуществляется при помощи программы «STATGRAPHIC Plus». В результате расчета коэффициентов получена математическая модель в закодированном виде, связывающая влияние трех факторов на точность обработки навоза воздухом. Уравнение математической модели имеет следующий вид:
Т = 61,5268 + 5,66725Х1 + 3,14237Х2 + 4,73534Хз - 2,36668Х12 -- 1,70949ХХ - 0,888705ХiХз - 3,8031Х22 - 10,3457Х2Хз - 4,79858Хз2 С помощью программы «STATGRAPHIC Plus» получены графики функциональной зависимости коэффициента точности обработки навоза воздухом от факторов (рис. 2) и графические изображения поверхности откликов, изображающие зависимость между критерием оптимизации и двумя независимыми переменными
Т = f (Х„ Х 2 ), Т = f (Х 2, Х 3 ), Т = f (Х„ Х 3 ).
оз
CL I—
оз
о_
ф
Ф
-1,0 1,0 -1,0 1,0 -1,0 1,0 Влажность соломонавозной смеси Число обработок е день Число обработок в неделю Рис.2. График функциональной зависимости температуры навоза от факторов
Графические изображения поверхности откликов, переставленные на рис. 3, изображают зависимость между критерием оптимизации и двумя независимыми
Т = / (X19 X 2), Т = / (Х 2, Х 3), Т = / (Х „ Х 3). переменными \ ^ ^ J \ ^ ^ J \ 1 ^
Для определения численных значений закодированных факторов, обеспечивающих наиболее высокую точность обработки навоза воздухом, составлена система дифференциального уравнений:
дТ
~дх!
дТ 'дХ~2 дТ
= 5,66725 - 4,73336X1 - 1,70949Х2 - 0,888705Х3;
= 3,14237 -1,70949Х1 - 7,6062Х2 - 10,3457Х3;
= 4,73534 - 0,888705Х 1 -10,3457X2 - 9,59716Х3.
Найдены стационарные точки функции. Для этого частные производные приравняли к нулю и, решив систему уравнений относительно неизвестных, были определены следующие значения точки Мо:
д 2Т д 2Т
~eXf
= -4,73336;
д2Т
= -7,6062;-
' дХ1дХ 2
д 2Т дХ 2 дХ 3
= -1,70949;
д 2Т ' дХхдХ3
= -0,888705;
= -10,3457;
д 2Т
~eXf
= -9,59716.
о
о
63
64 60 56 52
43
44
-0,6 -0,2 02
Влзчлтость солчмонаео-зчон см геи
Число обработок б день
а.
л
Н
74 64 54 44 34
"06 0,2 02 о.б
Число обработок г лень
Число обработок ь нел елго
—
и 1=:
Н
67 63 59 55 51 47 43
0.2 0,6 1
Бла:п10стъ солом онавознон смеси Число обработок е нелелю
Рис. 3. Графическое отображение поверхностей отклика
Для проверки достаточного условия экстремума была построена матрица Гессе, состоящая из производных второго порядка уравнения регрессии:
г (м о) т:л (м о) т:л м
Н = Т"Х2: (Мо ) Т"Х2:2 (Мо ) Т"Х2^ (Мо ) Т' :1 (М о ) Т' :2 (М о ) т; :з (М, ).
Угловые миноры:
= т :л (М о)
=
кл (Мо) т;л (Мо)
Т;:! (Мо ) Т;:2 (Мо )
¿3 =
Т:л (Мо ) Т^ (Мо ) ТХ':з (Мо )
Т;:! (М о ) т;:2 (Мо ) ГХ2:з (Мо )
т:и (мо) т:ъХ2 (мо) т: 3:3 (м0)
имеют следующие знаки: 51<0, 52>0, 53>0. Таким образом рациональное сочетание факторов Мо в седловой точке.
Из анализа полученных данных следует, что значения Xi = 1,0; Х2 = -1,0; Х3 = 1,0.
Выводы.
Анализ проблемы утилизации навоза / помета сельскохозяйственных животных показал, что перспективными являются исследования совместного использования технологии ускоренного буртового компостирования соломонавозных смесей совместно с искусственной аэрацией толщи навозного бурта. С этой целью в ходе экспериментов согласно представленной методики было получено уравнение регрессии, описывающее зависимость температуры навоза (соломонавозной смеси) при искусственной аэрации от трех факторов: относительной влажности, числа обработки в день и числа обработки в неделю. Для данной зависимости проведены исследования на экстремум и найдены рациональные значения факторов.
Таким образом, в процессе компостирования необходимо обеспечить наиболее высокую влажность соломонавозной смеси W = 85 - 90 %, так как для жизнедеятельности микроорганизмов необходимо больше влаги. Для оптимизации применения этой технологии следует предусмотреть возможность орошения навозного бурта, например, жидкой фракцией навоза. Также следует придерживаться минимума обработок навоза воздухом в сутки (однократное воздействие) и большего количества обработок навоза воздухом в неделю.
Литература
1. Rob van Haaren Large scale aérobic composting of source separated organic wastes: A
comparative study ofenvironmental impacts, costs, and contextual effects. / Rob van Haaren. -Columbia: Department of Earth and Environmental Engineering Fu Foundation of Engineering and Applied Science Columbia University, 2009. - 71 с.
2. Шигапов И.И., Полякова Ю.В. Современные технологий уборки и переработки жидкого навоза // Достижения техники и технологий в АПК: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной памяти Почетного работника высшего профессионального образования, Академика РАЕ, доктора техн. наук, проф. В.Г. Артемьева; ответ. редактор Ю.М. Исаев. / ИжГСХА. - Ижевск. - 2018. - С. 248-254.
3. Мохов А.А. Обоснование параметров быстроходного конвейера машины для перемешивания и подачи компоста с дистанционным управлением // АгроЭкоИнфо. -2018. - №1(31). - С. 33.
4. Файзуллин М.И. Особенности распределения поля температур в толще навоза при обработке его воздухом // Инновационный потенциал сельскохозяйственной науки XXI века: вклад молодых учёных-исследователей: материалы Всероссийской научно-практической конференции (24-27 октября 2017 года): [Электронный ресурс] / ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА. - Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2017. - С. 258-263.
5. Мохов А.А., Шакиров Р.Р. Планирование и анализ результатов экспериментального исследования работы машины для приготовления компоста: материалы Международной научно-практической конференции; В 3 томах / ФГБОУ ВО Ижевская государственная сельскохозяйственная академия. - 2018. - С. 65-70.
6. Иванов А.Г. Перспективная технология утилизации навоза методом ускоренной ферментации // Научно обоснованные технологии интенсификации сельскохозяйственного производства: материалы Международной научно-практической конференции; В 3-х томах / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия». - 2017. - С. 77-82.
7. Файзуллин М.И. Планирование и анализ результатов полнофакторного эксперимента по обработке навоза воздухом // Инновационные технологии для реализации программы научно-технического развития сельского хозяйства: материалы Международной науч.-прак. конф. / В 3-х томах. (13-16 февраля 2018 года). - Ижевск, 2018. - С. 185-191.
Literatura
1. Rob van Haaren Large scale aerobic composting of source separated organic wastes: A
comparative study ofenvironmental impacts, costs, and contextual effects. / Rob van Haaren. -Columbia: Department of Earth and Environmental Engineering Fu Foundation of Engineering and Applied Science Columbia University, 2009. - 71 s.
2. SHigapov I.I., Polyakova YU.V. Sovremennye tekhnologij uborki i pererabotki zhidkogo navoza // Dostizheniya tekhniki i tekhnologij v APK: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchennoj pamyati Pochetnogo rabotnika vysshego professional'nogo obrazovaniya, Akademika RAE, doktora tekhn. nauk, prof. V.G. Artem'eva; otvet. redaktor YU.M. Isaev. / IzhGSKHA. - Izhevsk. - 2018. - S. 248-254.
3. Mohov A.A. Obosnovanie parametrov bystrohodnogo konvejera mashiny dlya peremeshivaniya i podachi komposta s distancionnym upravleniem // AgroEkolnfo. - 2018. - №1(31). - S. 33.
4. Fajzullin M.I. Osobennosti raspredeleniya polya temperatur v tolshche navoza pri obrabotke ego vozduhom // Innovacionnyj potencial sel'skohozyajstvennoj nauki XXI veka: vklad molodyh uchyonyh-issledovatelej: materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii (24-27 oktyabrya 2017 goda): [Elektronnyj resurs] / FGBOU VO Izhevskaya GSKHA. - Izhevsk: FGBOU VO Izhevskaya GSKHA, 2017. - S. 258-263.
5. Mohov A.A., SHakirov R.R. Planirovanie i analiz rezul'tatov eksperimental'nogo issledovaniya raboty mashiny dlya prigotovleniya komposta: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii; V 3 tomah / FGBOU VO Izhevskaya gosudarstvennaya sel'skohozyaj stvennaya akademiya. - 2018. - S. 65-70.
6. Ivanov A.G. Perspektivnaya tekhnologiya utilizacii navoza metodom uskorennoj fermentacii // Nauchno obosnovannye tekhnologii intensifikacii sel'skohozyaj stvennogo proizvodstva: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii; V 3-h tomah / Ministerstvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii; Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya «Izhevskaya gosudarstvennaya sel'skohozyajstvennaya akademiya». - 2017. - S. 77-82.
7. Fajzullin M.I. Planirovanie i analiz rezul'tatov polnofaktornogo eksperimenta po obrabotke navoza vozduhom // Innovacionnye tekhnologii dlya realizacii programmy nauchno-tekhnicheskogo razvitiya sel'skogo hozyajstva: materialy Mezhdunarodnoj nauch.-prak. konf. / V 3-h tomah. (13-16 fevralya 2018 goda). - Izhevsk, 2018. - S. 185-191.
УДК 621.3.095.3 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12203
Канд. техн. наук Е.А. ЛОГАЧЕВА (ФГБОУ ВО СГАУ, [email protected]) Канд. техн. наук В.Г. ЖДАНОВ (ФГБОУ ВО СГАУ, [email protected]) Канд. техн. наук В.И. ЗОБНИН (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СВЧ- ТЕХНОЛОГИЙ
Стремительный рост населения планеты постоянно требует увеличения производства продовольствия. По прогнозам Организации Объединенных Наций население планеты к 2050 году достигнет 9 миллиардов человек. Постоянно растущий спрос на продукты питания заставляет трансформироваться существующее сельское хозяйство. В настоящий момент для успешно конкурирующего сельскохозяйственного производства уже недостаточно привычных ресурсов, то есть земли и воды. Эффективное производство предполагает
