Скачать статью в pdf.

УДК 631.862.002.8

DOI: 10.15507/2658-4123.033.202304.466-489

 

Контрфактуальный анализ эффективности обеззараживания органических отходов животноводства

 

Лобачевский Яков Петрович
доктор технических наук, профессор, академик-секретарь отделения сельскохозяйственных наук РАН, первый заместитель директора по развитию и инновациям Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7863-2962, Researcher ID: H-5863-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Шемякин Александр Владимирович
доктор технических наук, профессор, ректор Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева (390044, Российская Федерация, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5019-258X, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Лимаренко Николай Владимирович
доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации транспорта Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева (390044, Российская Федерация, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), профессор кафедры приборостроения и биомедицинской инженерии Донского государственного технического университета (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3075-2572, Researcher ID: O-5342-2017, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Успенский Иван Алексеевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической эксплуатации транспорта Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева (390044, Российская Федерация, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4343-0444, Researcher ID: B-7990-2019, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Юхин Иван Александрович
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автотракторной техники и теплоэнергетики Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева (390044, Российская Федерация, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3822-0928, Researcher ID: Q-8188-2017, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Реализация указа президента Российской Федерации, направленного на обеспечение продовольственной безопасности страны, требует индустриализации агропромышленного комплекса. Животноводство является сектором агропромышленного комплекса, образующим наибольшее количество отходов органического происхождения, являющихся потенциальными энергоносителями: подстилочный и бесподстилочный навоз, технологические стоки и т. п. Согласно данным Росстата и результатам исследований годовой объем навоза, образуемый от хозяйств, составляет порядка 43,3–45,1 млн тонн, при этом присутствует тренд роста. Используемый энергетический потенциал от всего объема не превышает 40 %. Повысить эффективность использования энергетического потенциала органических отходов животноводства возможно путем внедрения цифровизированных решений. Стратегическим инструментом, обеспечивающим эффективную индустриализацию отрасли, является внедрение прикладных программных продуктов, обеспечивающих рост экологического и энергетического эффектов.
Цель статьи. Контрфактуальная оценка эффективности модели обеззараживания свиного бесподстилочного навоза в активаторе обеззараживания.
Материалы и методы. Контрфактуальный анализ – инструмент формализации сложных, многофакторных процессов, обеспечивающий их последующую цифровизацию. Его суть заключается в «опросе» анализируемой модели, посредством которого определяются значения варьируемых переменных, обеспечивающие изменения и приводящие к отклонению отклика за пределы граничных условий при интерпретации. Преимуществом контрфактуального анализа является устойчивость и прозрачность модели к внешним воздействиям в ходе машинного обучения. Объектом исследования являлся свиной бесподстилочный навоз влажностью 88–98 %, предметом – контрфактуальный анализ зависимости числа колониеобразующих едениц общих колиформных бактерий (далее ‒ КОЕ ОКБ) от времени экспозиции в активаторе, концентрации активного хлора, массы рабочих тел, магнитной индукции, влажности бесподстилочного навоза.
Результаты исследования. Результаты контрфактуальной оценки и анализа с использованием языка программирования Python и среды PyCharm 2022.2 представлены в таблицах. Контрфактуальная оценка позволила выделить диапазоны варьирования факторов, использование которых способно представлять потенциал граничных условий при решении оптимизационной задачи. Ячейки данных значений выделены серо-голубым цветом. Наиболее предпочтительные диапазоны, основанные на контрфактуальной оценке, находятся в ячейках, выделенных зелёным цветом.
Обсуждение и заключение. Обоснована перспективность использования активного хлора в сочетании с воздействием шаровых ферромагнитных рабочих тел как активатора обеззараживания. На основании контрфактуальной оценки установлено, что наиболее значимыми факторами, определяющими эффективность обеззараживания свиного бесподстилочного навоза по числу КОЕ ОКБ, являются: магнитная индукция в рабочей зоне индуктора активатора, концентрация активного хлора, время экспозиции.

Ключевые слова: цифровизация агропромышленного комплекса, прикладные цифровые продукты, контрфактуальный анализ, свиной бесподстилочный навоз, эффективность обеззараживания, активатор обеззараживания, число колониеобразующих единиц

Финансирование: исследование выполнено в рамках Госзадания Министерства сельского хозяйства Российской Федерации на тему: «Совершенствование методов обеззараживания стоков сельскохозяйственных предприятий», номер государственного учёта в ЕГИСУ НИОКТР АААА-А16-116060910025-5.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Контрфактуальный анализ эффективности обеззараживания органических отходов животноводства / Я. П. Лобачевский [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2023. Т. 33, № 4. С. 466–489. https://doi.org/10.15507/2658-4123.033.202304.466-489

Заявленный вклад соавторов:
Я. П. Лобачевский – научное руководство, формулирование основной концепции исследования, постановка цели и задач исследования, формирование частных и общих выводов.
А. В. Шемякин – предоставление исходных данных для создания математической модели, анализ информационных источников.
Н. В. Лимаренко – проведение исследования, подготовка первоначального варианта текста, обработка экспериментальных данных и их контрфактуальный анализ.
И. А. Успенский – научное руководство, формулирование основной концепции исследования, постановка цели и задач исследования, формирование частных и общих выводов.
И. А. Юхин – проведение анализа информационных источников, обработка изображений, корректировка общих и частных выводов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 24.04.2023;
поступила после рецензирования 02.08.2023;
принята к публикации 20.08.2023

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Pig Manure Management: a Methodology for Environmentally Friendly Decision-making / A. Y. Izmailov [et al.] // Animals. 2022. Vol. 12, Issue 6. 747 с. https://doi.org/10.3390/ani12060747

2. Personal Problems in Russian Digital Agriculture / A. G. Ibragimov [et al.]  // Unlocking Digital Transformation of Agricultural Enterprises: Technology Advances, Digital Ecosystems, and Innovative Firm Governance. Springer International Publishing. 2023. P. 283–290. https://doi.org/10.1007/978-3-031-13913-0_29

3. Zhong Y., Tang L., Li Y. Role of Digital Empowerment in Developing Farmers’ Green Production by Agro-Tourism Integration in Xichong, Sichua // Agriculture. 2022. Issue 12. P. 1761. https://doi.org/10.3390/agriculture12111761

4. Digital System for Monitoring and Management of Livestock Organic Waste / A. Y. Izmailov [et al.] // Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies. 2022. Issue 121. P. 22–33. https://doi.org/10.1007/978-3-030-97057-4_3

5. Экологоэнергетический показатель внедрения наилучших доступных технологий утилизации куриного помета / А. Ю. Брюханов [и др.] // Экология и промышленность России. 2019. № 12. С. 29–33. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-12-29-33

6. Kirilenko V., Dobrokvashina K. Agro-Industrial Complex of Russia: Problems and Prospects // XV International Scientific Conference “INTERAGROMASH 2022” Global Precision Ag Innovation 2022. 2023. Vol. 2. P. 1071–1078. https://doi.org/10.1007/978-3-031-21219-2_121

7. Trukhachev V. I. Further Research Directions for Fostering Digital Transformation of Agriculture in Russia and Beyond // Unlocking Digital Transformation of Agricultural Enterprises: Technology Advances, Digital Ecosystems, and Innovative Firm Governance. 2023. P. 299–303. https://doi.org/10.1007/978-3-031-13913-0_31

8. He Z., Jia Y., Ji Y. Analysis of Influencing Factors and Mechanism of Farmers’ Green Production Behaviors in China // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2023. Vol. 20, Issue 2. P. 961. https://doi.org/10.3390/ijerph20020961

9. Advances in Recycling and Utilization of Agricultural Wastes in China: Based on Environmental Risk, Crucial Pathways, Influencing Factors, Policy Mechanism / B. Wang [et al.] // Procedia Environ. 2016. Vol. 31. P. 12–17. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.02.002

10. Nicholas H. L., Mabbett I. Drying Dairy Manure Using a Passive Solar Still: A Case Study // Energy Nexus. 2023. Vol. 10. Р. 100–183. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2023.100183

11. Insights into the Phenol Disinfectant on the Methane Performance from Wastewater by Mesophilic Anaerobic Digestion: Single and two Stages Analysis / H. Xu [et al.] // Process Safety and Environmental Protection. 2023. Vol. 170. P. 19–27. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.11.089

12. Сайпуллаев У. М. Средства для обеззараживания ооцист кокцидий птиц // Ветеринария и кормление. 2022. № 5. С. 24–26. https://doi.org/10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-5-7

13. Effects of Different Composting Methods on Antibiotic-Resistant Bacteria, Antibiotic Resistance Genes, and Microbial Diversity in Dairy Cattle Manures / M. Tang [et al.] // Journal of Dairy Science. 2023. Vol. 106, Issue 1. P. 257–273. https://doi.org/10.3168/jds.2022-22193

14. Современные способы обеззараживания органических отходов животноводства / В. Г. Тюрин [и др.] // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2021. № 2 (38). С. 175–182. https://doi.org/10.36871/vet.san.hyg.ecol.202102012

15. Интенсификация процесса переработки отходов животноводства / К. О. Фирус [и др.] // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. № 2 (66). С. 65–70. https://doi.org/10.48012/1817-5457_2021_2_65

16. Application of the Thermophilic Fermentation Method to Obtain Environmentally Friendly Organic Fertilizer / Z. E. Bayazitova [et al.] // Journal of Ecological Engineering. 2023. Vol. 24. Issue 4. P. 202–216. https://doi.org/10.12911/22998993/159647

17. Технология очистки и использования смешанного хозяйственно-бытового и производственного стока в системе производственного водоснабжения / Ю. А. Галкин [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. 2023. № 1. С. 37–41. https://doi.org/10.35776/VST.2023.01.05

18. Журавлёв П. В., Алешня В. В., Марченко Б. И. Определение дезинфицирующего действия негашёной извести на микрофлору иловых осадков сточных вод очистных сооружений канализации и животноводческих комплексов // Гигиена и санитария. 2019. Т. 98, № 5. С. 483–488. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-dezinfitsiruyuschego-deystviya-negashyonoy-izvesti-na-mikrofloru-ilovyh-osadkov-stochnyh-vod-ochistnyh-sooruzheniy (дата обращения: 11.08.2023).

19. Примин О. Г. Эффективность и экологическая безопасность обеззараживания воды гипохлоритом // Экология и промышленность России. 2023. Т. 27, № 4. С. 28–33. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2023-4-28-33

20. Воздействие импульсным СВЧ излучением на образцы пищевой продукции с целью увеличения показателей ее микробиологической безопасности и сроков хранения / Ю. В. Гуляев [и др.] // Проблемы особо опасных инфекций. 2022. № 3. С. 70–74. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2022-3-70-74

21. Санитарно-бактериологическое состояние органоминеральных компостов на основе отходов животноводства / В. Г. Тюрин [и др.] // Ветеринария. 2022. № 2. С. 41–44. https://doi.org/10.36871/vet.san.hyg.ecol.202104013

22. Пазова Т. Х., Габаев А. Х. Переработка и утилизация бесподстилочного навоза // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета им. В. М. Кокова. 2022. № 1 (35). С. 116–120. https://doi.org/10.55196/2411-3492-2022-1-35-116-120

23. Бондаренко А. М., Качанов Л. С. Эффективность технологизации процессов переработки органических отходов животноводства // АПК: Экономика, управление. 2019. № 7. С. 54–61. https://doi.org/10.33305/197-54

24. Концептуальная модель энергетической эффективности получения экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза / Н. В. Бышов [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2020. Т. 30, № 3. С. 394–412. https://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202003.394-412

25. Ecological and Technological Criteria for the Efficient Utilization of Liquid Manure / N. V. Byshov [et al.] // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. https://doi.org/10.1088/1755-1

26. Структурно-информационная модель повышения биотрансформационной интенсивности жидкой фракции свиного бесподстилочного навоза / С. Н. Борычев [и др.] // Техника и оборудование для села. 2021. № 4. С. 28–32. https://doi.org/10.33267/2072-9642-2021-4-28-32

27. Разработка рецептуры антисептиков и дезинфицирующих средств на основе наночастиц серебра / Н. С. Дымникова [и др.] // Российский химический журнал. 2023. Т. 67, № 1. С. 35–42. URL: http://rcj-isuct.ru/article/view/5045 (дата обращения: 11.08.2023).

28. Нефедова Е. В., Шкиль Н. Н. Влияние наночастиц серебра и дезинфектантов на бактерицидную активность относительно S. Enteritidis // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2022. № 11 (217). С. 90–94. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-nanochastits-serebra-i-dezinfektantov-na-bakteritsidnuyu-aktivnost-otnositelno-s-enteritidis (дата обращения: 11.08.2023).

29. Моделирование эпидемиологических свойств бесподстилочного навоза при подготовке физико-химическим обеззараживанием / А. А. Цымбал [и др.] // Вестник Рязанского агротехнологического университета им. П. А. Костычева. 2020. № 3. С. 89–98. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-epidemiologicheskih-svoystv-bespodstilochnogo-navoza-pri-podgotovke-fiziko-himicheskim-obezzarazhivaniem (дата обращения: 11.08.2023).

30. Гриднев П. И., Гриднева Т. Т. Результаты исследований процесса обработки навоза крупного рогатого скота в аппаратах вихревого слоя // Техника и оборудование для села. 2021. № 6 (288). С. 29–31. https://doi.org/10.33267/2072-9642-2021-6-29-31

31. Ковалев Д. А., Ковалев А. А. Исследование процесса очистки биогаза от сернистых соединений с использованием аппарата вихревого слоя // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2020. Т. 67, № 4 (41). С. 63–67. https://doi.org/10.22314/2658-4859-2020-67-4-63-67

32. Селиверстов Г. В., Мотевич С. А., Вобликова Ю. О. Аппарат вихревого слоя в технологии измельчения торфяных грунтов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 7. С. 391–395. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2022-7-391-396

33. Эффективность двухфазного анаэробного сбраживания и физико-химические свойства органической фракции твердых коммунальных отходов, предобработанных в аппарате вихревого слоя / Э. Р. Михеева [др.] // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. Т. 56, № 6. С. 619–626. https://doi.org/10.31857/S0555109920060112

34. Григорьев В. С., Романов И. В. Применение аппарата вихревого слоя для механического измельчения веществ в водном потоке // Технический сервис машин. 2021. № 2 (143). С. 62–70. https://doi.org/10.22314/2618-8287-2021-59-2-62-70

35. Лаврентьев А. А., Лимаренко Н. В., Хохлова К. В. Моделирование электромагнитных характеристик индуктора электрического вихревого аппарата в среде ComsolMultiphysics // Известия вузов. Электромеханика. 2021. Т. 64, № 3. С. 12–17. https://doi.org/10.17213/0136-3360-2021-3-12-17

36. Экспериментальное исследование влияния массы рабочих тел на параметры, характеризующие качество функционирования индуктора / Н. В. Лимаренко [и др.] // Вестник Донского государственного технического университета. 2016. № 2. С. 90–96. https://doi.org/10.12737/19701

37. Моделирование влияние влажности бесподстилочного навоза на уровень его санитарно-эпидемиологической нагрузки / С. Н. Борычев [и др.] // Вестник Рязанского агротехнологического университета им. П. А. Костычева. 2021. Т. 13, №. 2. С. 79–87. https://doi.org/10.36508/RSATU.2021.50.2.011

38. Pesaran M. H., Smith R. P. Counterfactual Analysis in Macroeconometrics: An Empirical Investigation into the Effects of Quantitative Easing // Research in Economics. 2016. Vol. 70, Issue 2. Р. 262–280. https://doi.org/10.1016/j.rie.2016.01.004

39. Dettmann E., Giebler A., Weyh A. Flexpaneldid: A Stata Toolbox for Causal Analysis with Varying Treatment Time and Duration // SSRN. 2020. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.17624.24325

40. Runhardt R. W. Concrete Counterfactual Tests for Process Tracing: Defending an Interventionist Potential Outcomes Framework // Sociological Methods & Research. 2022. https://doi.org/10.1177/00491241221134523

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.