03. Сторчевой В. Ф., Белов М. И., Сторчевой А. В., Уманский П. М. Обоснование параметров активирования воды в электроактиваторе для полива растений

Печать

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202501.030-048

УДК 631.344.8

Обоснование параметров активирования воды в электроактиваторе для полива растений

Сторчевой Владимир Федорович
доктор технических наук, профессор кафедры теоретической электротехники Московского авиационного института (125993, Российская Федерация, г. Москва, Волоколамское ш., д. 4), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6929-3919, Researcher ID: ABB-9545-2021, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Белов Михаил Иванович
доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И. Ф. Бородина Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева (127434, Российская Федерация, г. Москва, Тимирязевская ул., д. 49), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9907-8825, Researcher ID: T-5622-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Сторчевой Александр Владимирович
старший преподаватель кафедры социально-гуманитарных дисциплин Российского биотехнологического университета (125080, Российская Федерация, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3404-0361, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Уманский Петр Михайлович
старший преподаватель кафедры автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И. Ф. Бородина Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева (127434, Российская Федерация, г. Москва, Тимирязевская ул., д. 49), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8109-4026, Researcher ID: AAE-6933-2022, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Многочисленные исследования показали, что обработка и полив растений активированной водой благоприятно влияют на их рост и урожайность, поэтому способы и методы подготовки такой воды весьма актуальны. В данной работе исследуется способ подготовки католита и анолита в так называемом проточном электроактиваторе, который устанавливается в автоматизированной системе полива растений в условиях теплиц и открытого грунта. Вода для полива растений должна иметь рекомендуемый в данных условиях водородный показатель, поэтому необходимо установить адекватную связь между режимом работы и рабочими параметрами электроактиватора с одной стороны и показателем уровня водорода в воде с другой. В настоящее время вопрос разработки адекватной математической модели активации воды в проточном электроактиваторе требует изучения. В статье предложена математическая модель, в которой установлена связь между показателем уровня водорода в воде, режимом активации и параметрами проточного электроактиватора.
Цель исследования. Повышение эффективности полива за счет рациональных параметров и режима работы проточного электроактиватора, обеспечивающего заданный показатель водорода католита или анолита на основе математической модели его работы.
Материалы и методы Расчет параметров активирования воды в электроактиваторе осуществлялся с помощью математической модели электроактивации воды в проточном электроактиваторе на основе применения методов физической и электрической химии с использованием дифференциальных уравнений и расчетов в среде программирования Lazarus. Эксперименты для оценки адекватности модели проводились на разработанной экспериментальной установке.
Результаты исследования. Разработаны математическая модель активирования воды и экспериментальная установка, предназначенная для проверки адекватности математической модели. Обоснованы формулы, устанавливающие связи между водородным показателем активированной воды, параметрами проточного электрактиватора и параметрами его режима работы, необходимыми для разработки автоматизированной системыполива растений. Установлено, что математическая модель активирования воды в электроактиваторе позволяет оценить водородный показатель с погрешностью менее 5 % при разности потенциалов между электродами не выше 125 В. При этом работа тока на нагревание и производство единицы вещества католита при заданном повышении водородного показателя тем ниже, чем меньше производительность катодной камеры. Теоретические исследования показали, что при заданном изменении водородного показателя мощность тока, расходуемая на нагрев католита, возрастает прямо пропорционально квадрату производительности катодной камеры, а энергоемкость производства единицы католита возрастает прямо пропорционально производительности катодной камеры. Экспериментально подтверждено, что значение pH изменяется параллельно с изменением температуры анолита и католита, прямо пропорционально разности потенциалов между электродами, обратно пропорционально производительности камер. При этом производительность катодной камеры с заданными параметрами целесообразно устанавливать не выше 15 л/ч, а температуру полива католитом − не выше 25 °С.
Обсуждение и заключение. Разработанная математическая модель подготовки воды в проточном электроактиваторе может служить основой автоматизированной системы полива растений, в которой требуется обеспечить подходящий режим работы в зависимости от заданного уровня водородного показателя воды.

Ключевые слова: электроактиватор, активированная вода, показатель водорода, уровень pH воды, анолит, католит

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Сторчевой В.Ф., Белов М.И., Сторчевой А.В., Уманский П.М. Обоснование параметров активирования воды в электроактиваторе для полива растений. Инженерные технологии и системы. 2025;35(1):30–48. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202501.030-048

Заявленный вклад авторов:
В. Ф. Сторчевой – контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования; сравнительный анализ конструкций; определение эффективной конструкции установки генерации воды с заданным водородным показателем и заданным уровнем насыщения озоном; создание математической модели; формулировка выводов.
М. И. Белов – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов, сбор данных; создание математической модели и расчет камеры проточного электроактиватора воды.
А. В. Сторчевой – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов, сбор данных; анализ существующих установок для генерации воды с заданным водородным показателем и заданным уровнем насыщения озоном.
П. М. Уманский – проверка воспроизводимости результатов экспериментов и исследования в рамках основных или дополнительных задач работы; создание и подготовка рукописи: написание черновика рукописи, включая его перевод на иностранный язык.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 13.09.2024;
поступила после рецензирования 26.09.2024;
принята к публикации 07.10.2024

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Оськин С.В., Волошин С.П. Особенности электроактиваторов для сельского хозяйства. Сель- ский механизатор. 2019;(1):26–27. EDN: VWLSHU Oskin S.V., Voloshin S.P. Features of Electroactivators for Agriculture. Selskiy Mechanizator. 2019;(1):26–27. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: VWLSHU

2. Ayebah B., Hung Y.-C., Frank J.F. Enhancing the Bactericidal Effect of Electrolyzed Water on Listeria Monocytogenes Biofilms Formed on Stainless Steel. Journal of Food Protection. 2005;68(7):1375–1380. https://doi.org/10.4315/0362-028X-68.7.1375

3. Oskin S., Tsokur D., Voloshin S. Modeling Process of Water Bubbling with Ozone to Obtain Disinfectant Solutions in Beekeeping. Engineering for Rural Development. 2019:1210–1214. https:// doi.org/10.22616/ERDev2019.18.N412

4. Цокур Д.С. Математическая модель электроактиватора воды для системы стабилизации кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта. Научный жур- нал КубГАУ. 2013;92(08):1–19. URL: http://ej.kubagro.ru/2013/08/pdf/43.pdf (дата обращения: 17.08.2024). Tsokur D.S. Mathematical Model of Electroactivator of Water for System Stabilization of Soil Acidity in Growing Tomatoes in Greenhouse. KubGAU Scientific Journal. 2013;92(08):1–19. (In Russ., abstract in Eng.) Available at: http://ej.kubagro.ru/2013/08/pdf/43.pdf (accessed 17.08.2024).

5. Storchevoy V., Gurov D. Investigation of the Modes of Operation of an Electroactivator for Disinfection of Vegetable Plants. Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East (AFE-2022). 2024:1325–1331. https://doi.org/10.1007/978-3-031- 37978-9_129

6. Гриднева Т.С., Иралиева Ю.С., Нугманов С.С. Влияние электроактивированной воды при по- ливе на состав и продуктивность листового салата. Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2016;(4):32–35. https://doi.org/10.12737/21801 Gridneva T.S., Iralieva Yu.S., Nugmanov S.S. The Influence of Electroactivated Water by Watering for Composision and Productivity of Lettuce. Bulletin Samara State Agricultural Academy. 2016;(4):32–35. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.12737/21801

7. Белицкая М.Н., Нефедьева Е.Э., Шайхиев И.Г. Электроактивированная вода: возможности использования в растениеводстве. Вестник Казанского технологического университета. 2014;24:124–128. URL: https://clck.ru/3Ftbat (дата обращения: 15.08.2024). Belitskaya M.N., Nefedyeva E.E., Shaikhiev I.G. [Electroactivated Water: Possibilities of use in Crop Production]. Bulletin of Kazan Technological University. 2014;24:124–128. (In Russ.) Available at: https://clck.ru/3Ftbat (accessed 15.08.2024).

8. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Прохоров И.С., Сторчевой В.Ф. Активированные за- щитно-стимулирующие комплексы для обработки семян льна-долгунца. Научная жизнь. 2016;(2):75–83. EDN: VXMJSV Belopukhov S.L., Dmitrevskaya I.I., Prokhorov I.S., Storchevoy V.F. Activated Protective- Stimulating Complexes for the Treatment of Flax Seeds. Scientific Life. 2016;(2):75–83. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: VXMJSV

9. Шилов Г.Ю. Современные методы дезинфекции салатных культур, овощей и фруктов. Пище- вая промышленность. 2013;(8):13–17. URL: https://clck.ru/3Ftbnn (дата обращения: 15.08.2024). Shilov G.Y. Modern Methods of Disinfection of Salad Crops, Vegetables and Fruits. Food Industry. 2013;(8):13–17. (In Russ., abstract in Eng.) Available at: https://clck.ru/3Ftbnn (accessed 15.08.2024).

10. Барабаш В.И. Применение озонированной воды для полива растений. Colloquium-Journal. 2021;4(91):33–34 https://doi.org/10.24412/2520-6990-2021-491-33-34 Barabash V.I. Application of Ozonized Water for Irrigation of Plants. Colloquium-Journal. 2021;4(91):33–34. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.24412/2520-6990-2021-491-33-34

11. Судаченко В.Н., Мишанов А.П. Эффективность использования активированной воды для по- лива и минеральной подкормки растений в теплице. Технологии и технические средства меха- низированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2003;73:106– 110. URL: https://clck.ru/3Ftdga (дата обращения: 16.08.2024). Sudachenko V.N., Mishanov A.P. [Efficiency of Using Activated Water for Irrigation and Mineral Fertilization of Plants in a Greenhouse]. Technologies and Technical Means of Mechanized Production of Crop and Livestock Products. 2003;73:106–110. (In Russ.) Available at: https://clck.ru/3Ftdga (accessed 16.08.2024).

12. Ксенз Н.В., Кияшко Е.А., Сидорцов И.Г. Расчет водородного показателя (pH) при электроди- ализе воды. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2012;(5):56–57. URL: https://clck.ru/3FtduU (дата обращения: 16.08.2024). Ksenz N.V., Kiyashko E.A., Sidortsov I.G. [Calculation of the Hydrogen Index (pH) During Electrodialysis of Water]. Izvestiya Vuzov. Severo-Kavkazskij Region. Estestvennye Nauki. 2012;(5):56–57. (In Russ.) Available at: https://clck.ru/3FtduU (accessed 16.08.2024).

13. Оськин С.В., Курченко Н.Ю. Разработка математической модели электроактиватора с уче- том данных о качестве воды и требований к рабочему раствору гербицида. Научный журнал КубГАУ. 2015;107. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-matematicheskoy-modeli- elektroaktivatora-s-uchetom-dannyh-o-kachestve-vody-i-trebovaniy-k-rabochemu-rastvoru- gerbitsida (дата обращения: 16.08.2024). Oskin S.V., Kurchenko N.Yu. [Development of a Mathematical Model of an Electroactivator Based on Water Quality Data and Requirements for a Working Herbicide Solution]. KubGAU Scientific Journal. 2015;107. (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka- matematicheskoy-modeli-elektroaktivatora-s-uchetom-dannyh-o-kachestve-vody-i-trebovaniy-k- rabochemu-rastvoru-gerbitsida (accessed 16.08.2024).

14. Сторчевой В.Ф., Гуров Д.А. Параметры режима работы электроактиватора для дезинфекции и роста овощных растений. Агроинженерия. 2023;25(2):63–68. https://doi.org/10.26897/2687- 1149-2023-2-63-68 Storchevoy V.F., Gurov D.A. Parameters of the Operation Mode of the Electric Activator for Disinfection and Growth Support of Vegetable Plants. Agroengineering. 2023;25(2):63–68. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-2-63-68

15. Сторчевой В.Ф., Кабдин Н.Е., Андреев С.А., Гуров Д.А. Моделирование рациональных ре- жимов электроактиватора для обработки грубых кормов. Агроинженерия. 2022;24(3):80–86. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-3-80-86 Storchevoy V.F., Kabdin N.E., Andreev S.A., Gurov D.A. Simulating Rational Modes of Electric Activator for Rough Forage Processing. Agroengineering. 2022;24(3):80–86. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-3-80-86

16. Мееркоп Г.Е., Джейранишвили Н.В., Бутин С.К. Установка для электрохимической обра- ботки жидкой среды (варианты). Патент 2119802 Российская Федерация. 18 октября 1998. EDN: VFDSSR Meerkop G.E., Dzhejranishvili N.V., Butin S.K. Device for Performing Electrochemical Treatment of Liquid Media. Patent 2,119,802 Russian Federation. 1998 October 18. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: VFDSSR

17. Прохоров В.А., Поплавский В.М., Абрамов В.Г., Землеруб Ю.В. Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов. Патент 2238909 Российская Федерация. 27 октя- бря 2004. EDN: MKYOQS Prokhorov V.A., Poplavskiy V.M., Abramov V.G., Zemlerub Yu.V. Apparatus for Producing of Washing and Disinfecting Solutions. Patent 2,238,909 Russian Federation. 2004 October 27. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: MKYOQS

18. Овсянников Д.А., Волошин А.П., Цокур Д.С., Дуданец Д.Н., Потапенко Л.В. Устройство для получения дезинфицирующего раствора. Патент 2494975 Российская Федерация. 10 октя- бря 2013. EDN: IRMTLN Ovsjannikov D.A., Voloshin A.P., Tsokur D.S., Dudanets D.N., Potapenko L.V. Device for Obtaining Disinfectant Solution. Patent 2,494,975 Russian Federation. 2013 October 10. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: IRMTLN

19. Сторчевой В.Ф., Гуров Д.А., Судник Ю.А., Белов М.И., Кабдин Н.Е., Андреев С.А. Устройство для получения раствора для дезинфекции, стимуляции роста и полива выращиваемых расте- ний. Патент 2814191 Российская Федерация. 26 февраля 2024. EDN: WOXGVG Storchevoj V.F., Gurov D.A., Sudnik Yu.A., Belov M.I., Kabdin N.E., Andreev S.A. Device for Obtaining Solution for Disinfection, Growth Stimulation and Watering of Cultivated Plants. Patent 2,814,191 Russian Federation. 2024 February 26. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: WOXGVG

20. Семененко С.Я., Чушкин А.Н., Лытов М.Н. Закономерности релаксации воды с элек- трохимически измененным окислительно-восстановительным потенциалом. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное обра- зование. 2017;2(46):263–271. EDN: ZRTDLT Semenenko S.Ya., Chushkin A.N., Lytov M.N. The Law of Relaxation of Water with Electrochemically Modified Redox Potential. Izvestiya Nizhnevolzhskogo Agrouniversitetskogo Kompleksa: Nauka i Vysshee Professional’noe Obrazovanie. 2017;2(46):263–271. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: ZRTDLT

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.