авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ ЕВРО-АЗИАТСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ...»

-- [ Страница 9 ] --

Структура исходных данных, определяющих характеристики системы обеспече ния микроклимата, в том числе мгновенные и годовые энергозатраты на микроклимат, мгновенные и годовые выбросы вредностей, представлена на рис. 3. В схему включены блоки, связанные с эммиссией вредных газов. Анализ этой схемы показывает необхо димость комплексного подхода к обоснованию мер по снижению выбросов. Почти все элементы этой системы так или иначе связаны с выбросами вредностей. Основные по казатели, по которым в результате всего принимается решение – это воздухообмен и следовательно мощность двигателей вентиляторов, система управления и система воздухораспределения - определяют объем эмиссии.

В первом приближении порядок действий при обосновании мер по снижению выбросов в конкретном помещении выглядит так:

- расчет минимально - необходимых расходов воздуха в течение года в зависимости от температуры наружного воздуха;

- расчет минимально-неизбежных выбросов вредных газов для каждого сочетания исходных данных;

- расчет годовых выбросов вредностей при минимально-необходимом воздухообмене;

- если расчетные годовые выбросы вредности превышают нормируемые значения, выбираются меры снижения выбросов за счет системы навозоудаления, системы кормления, планировки;

- если эти меры недостаточны, проверяется возможность сокращение воздухообменов за счет применения осушки и очистки внутреннего воздуха;

- в последнюю очередь рассматривается вариант очистки уходящего воздуха, необходимость установки фильтров.

Для реализации такой методики необходимо в качестве исходных данных иметь:

- нормируемый допустимый объем выбросов вредных газов для конкретного помещения;

- удельные выделения вредностей при минимальном воздухообмене для разных видов животных и для разных способов снижения выбросов.

Для получения таких данных необходимы исследования модельных, базовых ферм с современной технологией содержания и набором существующих средств снижения выбросов для каждого вида животных, в каждой климатической зоне. Для получения объективных данных во время экспериментальных исследований необходима фиксация всех параметров, характеризующих объект, в том числе и все характеристики системы обеспечения микроклимата.

На первом этапе необходимо обобщение и сопоставление имеющихся экспериментальных материалов по исследованию вредных выбросов при содержании животных и отработка методики экспериментальных исследований.

Рис. 3. Структура исходных данных при оптимизации проектных решений системы обеспечения микроклимата ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

ВЫВОДЫ 1. Для внедрения мер по сокращению выбросов вредных газов необходима раз работка и принятия нормативов, позволяющих определить допустимый объем выбро сов каждым конкретным помещением, конкретным технологическим процессом.

2. Обоснование мер по снижению выбросов аммиака от животноводческих по мещений на проектной стадии целесообразно проводить на основе анализа годовых выбросов вредных газов при разработке систем обеспечения микроклимата.

ЛИТЕРАТУРА 1. EMER/ CORINAIR Atmospheric Emission Inventory Guidebook, Chapter 10 Manure management regarding nitrogen compounds. 2002.

2. Guidance document on control techniques for preventing and abating emissions of ammonia. http:: www.unece.org.

3. Козлова Н.П., Максимов Н.В., Скуратов В.Б. Провести НИР и выдать исход ные требования – заявку на разработку и освоение базового комплекта автоматизиро ванных технических средств обеспечения микроклимата с утилизацией теплоты на жи вотноводческих фермах и комплексах. Отчет о НИР, № госрегистр. 01920014003, СПб.:

СЗНИИМЭСХ, 1993, 117с.

4. N.V.Maximov 2000. Character of ammonia formation and emission in piggeries.

“Ecology and Agricultural Machinery”. V 2. Ecological aspects of plant and livestock produc tion technologies. p.243-247 [in Russian] 5. Максимов Н.В., Козлова Н.П. Энергосбережение в системах обеспечения микроклимата животноводческих помещений. // Шестой съезд Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционирования воздуха, теплоснабжению и строи тельной теплофизике (АВОК). Сборник докладов. Часть II.СПб., 1998, С. 199-204.

Получено 09.02.2005.

N.P. Kozlova, Cand. Sc. (Eng);

N.V. Maximov, Cand. Sc. (Eng) North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification, St-Petersburg, Russia SOME ISSUES CONCERNING DEVELOPMENT OF CLIMATE CONTROL SYSTEMS WITH DUE ACCOUNT FOR EMISSIONS ABATEMENT Summary Investigation results show that to lower ammonia emission rates it seems practical to reduce total air exchange, and particularly the airflow over manure surface. One of the ways is to dry and clean the indoor air with special heat exchangers installed in the rooms with forced or natural ventilation. Such equipment entraps up to 30% of ammonia and 15% of carbon di oxide and reduces air moisture content by 25 to 30%. At the same time air drying and clean ing allows reducing the estimated air renewal within the same limits. Total ammonia emis sions into the atmosphere decrease by 50% in cold weather.

To abate adverse emissions from livestock houses, environmentally sound decisions should be taken on farm designing and construction stages.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

The methodology of decision-making when designing environmental control systems for livestock houses has been revised with relation to the existing documents on adverse emis sions abatement elaborated within the frame of Gothenburg Protocol of LTRAP convention.

The regulations in force do not encourage special measures to be applied to abate ad verse emissions, ammonia included, from livestock houses into the ambient atmosphere.

These measures might be introduced only provided legislative regulation of emission values calculated per one animal head is in place in farming practice. These values, however, should be set for the whole chain of adverse emissions formation in animal production, in which case the calculation technique should be worked out for each element in this chain. At present in Russia reliable initial data of the kind is nor available.

In NWRIAEE, when designing new and reconstructing old environmental control sys tems for livestock houses, decisions are taken on the basis of optimization of operation modes of heating and ventilation systems and technical and economic comparison of variants for each particular animal facility. A numerical model is applied in analyzing environment con trol systems;

indoor air parameters are set as a domain limited by the maximum and minimum permissible temperature and relative air humidity values;

minimum required heat and air in puts are determined for the whole variation range of outdoor weather and heat and humidity loads. The operation modes with minimum required heat and air inputs are considered basic (ideal). These modes may be also regarded environmentally preferable since they provide the least power and fodder consumption, and, correspondingly, general emissions reduction. Fol lowing this algorithm we assume that for each particular livestock house there exists a certain ideal system with minimum unavoidable adverse emissions. Based on this ideal system, the decisions might be taken concerning the measures to abate environment pollution, or operat ing systems might be competently assessed.

The procedure to substantiate the emissions abatement measures for a particular live stock house has been elaborated.

С.В. Холодкевич, канд. физ-мат. наук;

В.А. Любимцев, канд. физ-мат. наук;

А.В. Иванов, канд. физ-мат. наук;

А.С. Куракин;

Е.Л. Корниенко Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, Санкт-Петербург А.Н. Халатов, канд. техн. наук Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ), Санкт-Петербург В.Н. Судаченко, канд. техн. наук ГНУ Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СЗНИИМЭСХ), Санкт-Петербург АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО И БИОАНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ Мониторинг качества воды на основе автоматических станций непрерывного действия является самым надежным способом как для получения объективных данных для информационной подготовки принятия обоснованных управленческих решений при нарушении технологических регламентов и аварийных сбросах предприятий, так и ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

для их профилактики. В работе сообщается об опыте авторов по разработке и эксплуа тации автоматических станций контроля природных и сточных вод, которые позволяют в реальном времени получать не только данные о физико-химических характеристиках, но и данные о качестве воды, как среды обитания гидробионтов, получаемые in situ на основе мониторинга вариабельности сердечного ритма аборигенных бентосных беспо звоночных.

ВВЕДЕНИЕ Учитывая сложившиеся неблагоприятные «традиции» функционирования многих отечественных предприятий (и в частности предприятий агро-промышленного комплек са - АПК) в отношении практики сброса сточных вод, одним из необходимых условий успеха практической реализации системы управления водными ресурсами (УВР) по кри териям экологической безопасности является создание сети базовых автоматических станций непрерывного аналитического и биоаналитического контроля природных и сточных вод в реальном времени. Это позволит обеспечивать информационную под держку принятия управленческих решений в системе УВР, направленных на минимиза цию экологических рисков, в том числе в случае природных и техногенных ЧС [1-5].

В частности, в подавляющем большинстве случаев раннего, своевременного вы явления аварийных загрязнений воды оказывается не только необходимым, но и доста точным для полной ликвидации или сведения к минимуму его влияния на жизнь, здо ровье людей путем временного переключения жизнеобеспечения населения на внешние ресурсы. При этом во всех этих нештатных случаях обычно существует принципиаль ная необходимость максимально быстрого принятия организационно-управленческих решений в условиях неопределенности ситуации, сложности прогнозирования даль нейшего хода событий [4].

Именно поэтому в интересах решения практических задач управления риском водоснабжения и водоотведения в акваториях, прилегающих к расположению предпри ятий АПК важное место занимают разработка и внедрение методов, технических средств и организационных мероприятий по предупреждению, раннему выявлению, оценке уровня и ликвидации аварийных загрязнений поверхностных вод. Практика по казывает, что экологический мониторинг на основе автоматических станций непрерыв ного действия является самым надежным способом получения объективной и доста точной информации для подготовки и принятия обоснованных управленческих реше ний [2-4]. Особенно это относится системам управления технологиями очистки воды на строящихся и действующих предприятиях, ориентированных на использование наи лучшей природоохранной практики (ВЕР) и наилучших имеющихся технологий (ВАТ).

С учетом вышеизложенного представляется экологически и экономически целе сообразным использование предприятиями, переходящими на систему технологическо го нормирования, автоматических станций контроля и управления технологическими процессами и станций контроля качества СВ (как это практически уже реализовано во многих странах Западной Европы). Последние, в дальнейшем, в качестве составных элементов войдут в единую сеть автоматических станций непрерывного контроля за грязнения поверхностных вод бассейна.

МЕТОДЫ Число и перечень измеряемых характеристик обычно определяются целевым на значением, спецификой качества контролируемой воды, а также экономическими воз можностями. Причем в большинстве случаев оказывается наиболее эффективным: ин формационно достаточным при экономической доступности, ограничивать системы ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

контроля непрерывными измерениями очень небольшого числа неселективных, инте гральных показателей качества воды. Особенно это относится системам управления технологиями очистки воды на предприятиях. Например, к основным гидрохимиче ским характеристикам качества воды, на основании изменения которых принимаются оперативные решения о внесении соответствующих изменений в технологические рег ламенты водоподготовки на водопроводных станциях, относятся цветность, мутность (содержание взвешенных веществ), химическое потребление кислорода ХПК, рН и ще лочность [4]. Более того, как показывает отечественный и зарубежный опыт, знание динамики изменения этих интегральных характеристик воды, в совокупности с показа телями концентрации кислорода, удельной электропроводности, окислительно восстановительного потенциала Eh, температуры, как правило, в достаточно широком и разнообразном числе практически важных случаев оказывается достаточным для под готовки и обоснования принятия управленческих решений по обеспечению экологиче ской безопасности не только населения, но и водных экосистем [2, 7].

К настоящему времени разработано уже достаточно много альтернативных, при годных для автоматизации методов, вполне достаточных для полного обеспечения предприятий относительно недорогими средствами автоматического мониторинга и самоконтроля [2, 3]. Их внедрение не только экономически выгодно (резко снижает трудозатраты), но и резко повышает экологическую безопасность работы предприятия, например, за счет повышения объективности контроля стабильности работы производ ства и непрерывной, в реальном времени, подготовки необходимой, для принятия управленческих решений в нештатных ситуациях, информации о динамике производ ственного процесса.

Следует отметить, что в настоящее время отечественными производителями уже налажено серийное производство соответствующих приборов и датчиков для непре рывного мониторинга и технологического самоконтроля практически всех вышепере численных характеристик воды [2, 4, 8, 9, 16-21]. Более того, большинство из них уже сейчас имеет даже метрологические сертификаты средств измерения Госстандарта РФ.

Однако результаты измерений только физико-химических характеристик при родных вод, как правило, недостаточны для оценки степени влияния этих воздействий на функциональное состояние биоты и, таким образом, оценки состояния экосистем водоемов- и водотоков-приемников сточных вод. Объективная оценка состояния вод ных экосистем невозможна без использования тех или иных биологических методов экологического мониторинга характеристик жизнедеятельности аборигенных гидро бионтов. Только биологические методы способны в интегрированном виде, с учетом синергизма действующих факторов, выявлять и прогнозировать любые негативные из менения качества воды, как среды обитания гидробионтов. Причем для каждой кон кретной акватории принципиально важно использовать в этих целях аборигенных представителей фауны, учитывая необходимость обеспечения "экологического соот ветствия” состояния экосистемы состоянию ее биоты, которая является частью этой экосистемы [8-10, 13, 15]. Это кардинально отличает методы биоиндикации от методов биотестирования, где используются подготовленные в лаборатории тест-организмы, которые, как правило, приспособлены к обитанию в поддерживаемой в лаборатории специфической водной среде с небольшим диапазоном изменения ее физико химических характеристик. Аборигенные организмы, выбранные в качестве биоинди каторов, могут выполнять функцию экологической «мишени» для интегральной оценки опасности загрязнения поверхностных вод. Однако по отношению к конкретизации вредных воздействий (ВВ) сами по себе они выполняют только роль оперативных сиг ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

нализаторов (релизеров) для последующих решений о виде (типе) ВВ с помощью ана литических возможностей физико-химического методов анализа воды.

Существенный интерес для развития биологических методов контроля состоя ния водных экосистем в реальном времени представляет направление, основанное на использовании для измерения реакций биоты физиологических и поведенческих био маркеров [22]. Наиболее развитыми из них к настоящему времени являются методы, основанные на отведении кардиоактивности моллюсков и высших раков [8-15].

Несмотря на ряд очевидных преимуществ методов, сочетающих как аналитиче ские, так и биоаналитические способы экспресс-обнаружения аварийного или неле гального загрязнения компонентов окружающей среды, в настоящее время ощущается острый дефицит соответствующих технических средств.

РЕЗУЛЬТАТЫ Как известно, методы биоиндикации с использованием зообентоса проявили се бя, как наиболее эффективные при решении задач оценки состояния водных экосистем [22], поскольку им принадлежит важная роль в минерализации органических веществ осадков, в состав которых входят в том числе и вредные вещества. Они вносят значи тельный «биологический» вклад в процесс самоочищения воды рек и сохранения ус тойчивости их экосистем. При поступлении загрязняющих веществ в водную экосисте му бентосные организмы чаще оказываются в худших условиях по сравнению с пела гическими, в связи с чем их состояние обычно рассматривается как более объективный показатель качества среды, чем состояние других гидробионтов. Кроме того, жизнедея тельность бентосных животных в значительной мере влияет на процессы рециркуляции веществ, сосредоточенных в донных отложениях, а поэтому во многом определяет ас симиляционные возможности водоема. И, наконец, малоподвижный образ жизни бен тосных организмов делает их удобным объектом для биоиндикации. Следует подчерк нуть, что в каждом конкретном водоеме, а во многих случаях даже в его различных ак ваториях, в качестве вида-“мишени” могут выступать различные представители бентосных сообществ.

С учетом вышеизложенного в лаборатории экспериментальной экологии водных систем НИЦЭБ РАН был разработан метод исследования кардиоактивности панцирных бентосных беспозвоночных (ББ) – высших ракообразных и моллюсков, который позво ляет непрерывно проводить дистанционный (до сотен метров) неинвазивный контроль функционального состояния ББ [8-12]. Диагностика функционального состояния жи вотных-"мишеней" проводится методом вариационной пульсометрии, который позво ляет исследовать общую вариабельность сердечного ритма. Этот метод был разработан и довольно успешно применяется в космической медицине для оценок «степени здоро вья» космонавтов и динамики изменения состояния их кардиосистемы в периоды отбо ра, предполетной подготовки и работы на орбите.

Информация о состоянии организма выводится к расположенному на поверхно сти воды или на берегу регистрирующему устройству с помощью тонкого оптического волокна, которое практически не мешает жизнедеятельности наблюдаемого животного.

Поэтому данный физиологический метод является перспективным для практической реализации непрерывного биомониторинга качества поверхностных вод в реальном времени путем включения живого организма в качестве биосенсора в составе станций типа АСНЭМ-1 [2-4], которая была разработана авторами и введена в опытную экс плуатацию в истоке реки Невы в 2002 году в рамках российско-американской програм мы ROLL. Базовый вариант АСНЭМ-1 позволяет осуществлять в реальном времени и передавать по мобильной связи в ситуационный центр следующие интегральные физи ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

ко-химические характеристики качества воды: мутность, цветность (показатель РОВ), температура, рН, удельная электропроводность, уровень, с возможностью расширения измеряемых показателей до 32 [4].

Двухлетний опыт эксплуатации АСНЭМ-1 в помещении гидрологического поста СЗУГМС в пос. им. Морозова (Ленинградская область) показал, что бесперебойная ра бота таких станций возможна только в том случае, если при разработке учтены воз можности ее работы: в температурном диапазоне 2-35 оС;

при относительной влажно сти до 95%;

при плавных изменениях напряжения сети 170-250 В с возможными крат ковременными скачками до 380 В, а также частыми прерываниями подачи напряжения от нескольких минут до нескольких часов;

возможности обслуживания и внесения кор ректив в калибровку датчиков не чаще 1 раза в 7-10 дней.

В рамках отдельной, самостоятельной работы нами осуществлялась проверка принципиальной возможности проведения в производственных условиях вышеупомя нутой системы биомониторинга на основе измерения трендов характеристик вариаци онной пульсометрии раков и моллюсков. В частности, с 2002 года и по настоящее вре мя по инициативе руководства ГУП “Водоканал Санкт-Петербурга” на одной из круп нейших городских станций биологической очистки сточных вод – Северной Станции Аэрации (ССА), с использованием этого метода проводятся испытания пилотной сис темы раннего биологического оповещения о динамике изменения качества биологиче ски очищенной сточной воды.

Эта работа выполняется в лаборатории экспериментальной экологии водных систем НИЦЭБ РАН и в помещении одного из цехов ССА. Ее основной целью является исследование возможности создания инструментальной биосенсорной системы непре рывного мониторинга биологически очищенных сточных вод ССА на основе ориги нальных методов регистрации и анализа кардио- и локомоторной активности бентос ных беспозвоночных (на примере речного рака).

Для технического обеспечения процесса биоиндикации качества воды была раз работана и построена аквариумная система, позволяющая содержать выбранных жи вотных – речных раков, индивидуально и в семействе. В ходе выполнения работы к на стоящему времени были решены также следующие задачи:

- сделан выбор животного-биоиндикатора с его обоснованием для проведения непрерывного биомониторинга качества сточных вод на ССА, - выработан режим содержания и кормления животных в искусственной окру жающей среде, - получена популяция животных, акклиматизированных к качеству воды на ССА, разработаны технические решения и созданы устройства для неинвазивного кон троля состояния физиологических характеристик животных-биоиндикаторов, - отобраны информативные параметры для оценки их функционального состоя ния, - создан алгоритм для обработки информации, получаемой от животных, и обес печено его функционирование в режиме реального времени, - показана принципиальная возможность передачи через Интернет данных о со стоянии животных для распространения информации среди широких слоев населения.

ВЫВОДЫ Для предприятий, сбрасывающих свои сточные воды непосредственно в при родные водоемы или водотоки, представляется стратегически целесообразным вклю чать в перспективные планы развития, совершенствования систем экологического мо ниторинга воздействия предприятия на окружающую среду, изучение возможностей и ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

последующее установление на акватории, вблизи места сброса сточных вод автомати зированных биологических систем раннего оповещения об ухудшении качества воды, основанных на непрерывном неинвазимном контроле функционального состояния або ригенных видов бентосных беспозвоночных (различных высших ракообразных и мол люсков). Это может привести к существенному снижению затрат предприятий на про ведение физико-химического контроля воды в этих местах.

Развиваемый метод вариационной пульсометрии позволяет адекватно оценивать текущее функциональное состояние животного по изменению вариабельности частоты сердечных сокращений (ЧСС). Метод перспективен для биомониторинга качества при родных и биологически очищенных сточных вод в составе автоматических станций контроля физико-химических характеристик воды.

Разработанная автоматическая система биоиндикации может быть использована также в целях обеспечения экологической безопасности питьевого водоснабжения на селения в качестве системы раннего (в реальном времени) биологического оповещения о недопустимом уровне токсичности воды, поступающей на водозаборы водопровод ных станций, на случай предотвращения чрезвычайных ситуаций, обусловленных вне запным загрязнением источника водоснабжения.

ЛИТЕРАТУРА 1. Холодкевич С.В. Опорная сеть автоматических станций непрерывного эколо гического мониторинга качества воды в системе интегрированного управления водны ми ресурсами Санкт-Петербургского региона //Бюллетень Экологическая безопасность, 2001, № 1-2 (15-16), С. 38-39.

2. Холодкевич С.В. Основные требования к организации экологического мони торинга и технологического самоконтроля на предприятиях, переходящих на систему технологического нормирования //Бюллетень Экологическая безопасность, 2002, № 1- (15-16), С. 44-49.

3. Холодкевич С.В. Экологический мониторинг и технологический самокон троль предприятий на основе объединенных в единую сеть автоматических станций контроля природных и сточных вод. // Сборник докладов и тезисов, под ред. проф.

Б.П.Усанова. Изд. МКС, 2002, С. 110-112.

4. Холодкевич С.В. Станция раннего оповещения служб водоснабжения о каче стве воды реки Невы. // Промышленный вестник. 1999. № 9 (34). С. 21-22.

5. Интегрированное управление водными ресурсами Санкт-Петербурга и Ленин градской области. / Опыт создания системы поддержки принятия решений. – СПб.:

Borey Print, 2001, 419 с.

6. Сборник Рекомендаций Хельсинкской Комиссии. Справочно-методическое пособие. Санкт-Петербург, 2001 г.

7. Проект руководящих принципов мониторинга и оценки трансграничных рек // ООН. Экономический и Социальный Совет. (СЕР /WP. 1/R. 13. 19 December 1995). Европейская экономическая комиссия. Комитет по экологической политике. Ру ководящая группа по водным проблемам. (Девятая сессия, 5-7 марта 1996 года, пункт предварительной повестки дня), С. 1-25.

8. Холодкевич С.В., Федотов В.П., Куракин А.С., Корниенко Е.Л., Иванов А.В., Легков В.В. Непрерывная автоматическая биоиндикация качества воды, как среды оби тания, на основе метода вариационной пульсометрии раков и моллюсков // Тезисы док ладов. 5-я Международная специализированная выставка и конференция АКВАТЕРРА (Санкт-Петербург, 12-15 ноября, 2002 г.) 2002., C. 26.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

9. Kholodkevitch S.V., Fedotov V.P., Strochilo A.G., Kornienko E.L., Kucherjavykh Y.V.,Kurakin A.S., Safonova D.V. On line assessment of the antropogenous effects on ben thic invertebrates by monitoring the cardial activity with non-invasive fiber optic methods//

Abstract

Publication Baltic Sea Congress 2003, Helsinki, Finland, August 24-28, P. 156.

10. Холодкевич С.В., Шумилова Т.Е., Федотов В. П., Сладкова С.В. Экспресс метод оценки функционального состояния речных раков как инструмент тестирования устойчивости экосистемы малых водоемов // Труды IV Всероссийской научно практической конференции с международным участием “Новое в экологии и безопас ности жизнедеятельности” 16-18 июня 1999 года, СПб, т.3. С. 451.

11. Федотов В.П., Холодкевич С.В., Строчило А.Г. Изучение сократительной ак тивности сердца раков с помощью нового неинвазивного метода. // Ж. Эвол. Биохимии и Физиологии – 2000. Т. 36, № 3, С. 219-222.

12. Федотов В.П., Холодкевич С.В., Строчило А.Г. Особенности циклической активности сердца раков Astacus astacus L. в различных функциональных состояниях // Ж. Эвол. Биохимии и Физиологии – 2002. Т. 38, № 1, С. 36-44.

13. Bambers S.D., Depledge M.H. Evolution of changes in the adaptive physiology of shore crabs (Carcinas naenas)as an indicator of pollution in estuarine environments//Marine Biol.1997,V.129,N4. P.667-672.

14. Aagaard A. In situ variations in beart rate of the shore crab Carcinus maenas in re lation to environment factors and physiological condition // Marine Biology, 1996,v.125.

P.765-772.

15. Depledge M.H., A.K.Lundebye, T.Curtis, A.Aagaard,B.B.Andersen Authomated interpulse-duration assessment(AIDA)a new technique for detecting disturbances in cardiac activity in selected macroinvertebrates// Marine Biol., 1996, v.26. P.313-319.

16. Гуральник Д.Л. Судовой природоохранный комплекс «Акватория» новой технологии контроля экологического состояния водных объектов// Экологические сис темы и приборы.2003, №6, С. 12 17.

17. Березкин В.И., Холодкевич С.В. Применение методов волоконной оптики для разработки мутномеров нового поколения // Мониторинг, 1996, № 4, С. 34-38.

18. Березкин В.И., Холодкевич С.В. Волоконно-оптические методы и средства гидроэкологического контроля // Инженерная экология 1996, N4, С. 85–91.

19. Халатов А.Н., Легин А.В. и др. Лабораторные и мобильные системы типа «электронный язык»//Аналитические приборы. Сборник тезисов докладов 1-ой Всерос сийской конференции. Санкт-Петербург, июнь, 2002, С.77-78.

20. Халатов А.Н., Судаченко В.Н., Карпов В.Н. Новые разработки для организа ции экологического мониторинга в сельском хозяйстве. // Экология и сельскохозяйст венная техника. Материалы 3-й научно-практической конференции 5-6 июня 2002 года.

Санкт-Петербург. В трех томах. Т. 3. С.23-28.

21. A.N. Khalatov. Multicomponent analysis of greenhaus fertilization solution using the «elektronic tongue» system // International conference on electrochemical sensors, octo ber, 2002, p.45, Hungary.

22. Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования водных экосистем. // Под ред. В.В.Куриленко. Учеб. Пособие – СПб.: Изд-во С.-Пб. Ун-та. 2004. – 448с.

Получено 14.02.2005.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

S.V. Kholodkevich, V.A. Lyubimtsev, A.V. Ivanov, A.S. Kurakin, E.L. Korneenko St-Petersburg Research Centre for Ecological Safety (RCES), RAS A.N. Khalatov St-Petersburg State Agrarian University V.N. Sudachenko, Cand. Sc.

(Eng) North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification, St-Petersburg, Russia AUTOMATIC STATION FOR ANALYTIC AND BIO-ANALYTIC ON-LINE CONTROL OF NATURAL AND WASTE WATERS Summary The main disadvantage of a surface water body, being considered as a source of cen tral water supply, is the permanent risk of sudden impairment of water quality due to natural and technogenic catastrophes (disasters). That could lead to a situation, when the supply of high quality water to inhabitants is in principle technologically impossible, and often result in the damage of water treatment and water distribution systems as well. There seems to be only one way to forestall such negative effects, namely, to install a net of automatic stations for water quality monitoring at the water source. The following arising important issues should be considered: the correct choice of stations location and of places for sampling on the water area, and a list of parameters, which have to be controlled.

To study local dependences of spatial propagation of pollution in a water body it is most informative to use sanitarian and bacteriological characteristics since only their values in the water sources exceed the background levels by 2-3 orders, and even more. That is why only with their help the distribution of pollutions in a water source body may be traced with the highest reliability and objectivity. The current state of ecological industry, however, does not allow to measure traditional (standard) microbiological characteristics in real time. Never theless it is often possible, with the aim of making management decision, to detect occurrence of dangerous levels of bacteriological pollutions by controlling some hydro-chemical “marker” characteristics found in advance, which should possess the stable for the given wa ter source correlations with bacteriological pollutions.

Such monitoring systems must react on the deviation of water quality characteristics from the background level for the given water source in the given season and under given me teorological conditions, and immediately warn the corresponding services. Besides, in case of detected pollution, the stations must take a representative sample of water for sanitarian and hygienic study by “arbitrage” methods.

Although physical and chemical characteristics allow detecting dangerous for people pollutions, they are not sufficient to analyze the level of effect of these pollutions on ecosys tem biota. This fact is crucial for water resource management based on ecological safety crite ria. Objective measuring of the water ecosystem state requires the use of biological methods for ecological monitoring, since only biological methods take into account the synergism of all acting factors. For each water area there is a primary necessity to use aboriginal species for the ecosystem state to monitor its biota conditions what differs from bio-testing approach.

Developing biological methods of on-line water ecosystem control using physiological and behavioral biomarkers for measuring biota reactions is of great interest nowadays. The most developed methods so far are those of using cardiac activity registration in mollusks and higher crayfish. On the above-stated basis, a fiber-optic method has been developed and ex ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

perimentally verified for continuous non-invasive monitoring of the heart activity in benthic invertebrates Decapoda and Mollusca. Information on the organism state is transferred by a thin (up to hundreds of meters long) optical fiber, which does not disturb a monitored animal, to a recording device located on the water surface or ashore. Therefore this physiological method seems to be rather perspective for providing on-line permanent bio-analytical moni toring by integrating a living organism as a biosensor in the “ASPEM-1” - automatic station for water quality control designed by specialists of RCES RAS. The base configuration of the station allows on-line measuring up to 24 parameters and translating them to a situational cen tre via a mobile line. Having three years experience of exploitation of “ASPEM-1” automatic station installed in the mouth of Neva River, it can be recommended as a base one for the monitoring net.

А.А. Прокопенко, д-р. вет. наук Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии (ВНИИВСГЭ), Москва Л.Ю. Юферев Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), Москва ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УФ ОБЛУЧАТЕЛЕЙ – ОЗОНАТОРОВ «ОЗУФ» НА ОБЪЕКТАХ ВЕТЕРИНАРНОГО НАДЗОРА Развитие животноводства (птицеводство, свиноводство и др. отрасли), как в крупных хозяйствах с промышленной технологией, так и в фермерских условиях, обу словило возникновение целого ряда проблем, важнейшей среди которых является пре дупреждение возникновения инфекционных болезней животных, особенно респира торных болезней молодняка сельскохозяйственных животных и птиц. В случае возник новения инфекции в таких хозяйствах существует реальная угроза массового заражения животных, что наносит огромный экономический ущерб хозяйствам в результате гибе ли или снижения продуктивности животных. Проблема осложняется еще и тем, что эти заболевания вызываются, как правило, ассоциацией ряда патогенных и условно пато генных возбудителей;

при этом средства специфической профилактики оказываются мало эффективными, а средства химиотерапии, даже в форме аэрозолей, не могут быть применены по причине их высокой токсичности при перманентном распылении. Воз будители респираторных болезней распространяются главным образом через воздух. В этой связи первостепенной ветеринарно-санитарной задачей является снижение кон центрации микроорганизмов и пыли в воздухе внутри помещений для животных, а также предупреждение возможности проникновения в помещения возбудителей ин фекций по вентиляционным каналам.

Наиболее перспективным путем очистки воздуха от микроорганизмов, пыли и вредных газов является применение ультрафиолетового излучения, способного дезин фицировать, дезодорировать и обеспыливать воздушное пространство. Как показывает практика узкими местами решения вопроса профилактики инфекционных заболеваний животных и птицы являются инкубатории, вскрывочные, убойные пункты, изоляторы, холодильные камеры, молочные профилактории, убойно-разделочные цеха, майонез ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

ные, помещения для содержания животных и птицы в фермерских хозяйствах, колбас ные цеха, автофургоны, контейнеры и другие объекты ветеринарного надзора.

В этой связи возникает необходимость разработки новых, экологически безо пасных облучателей для дезинфекции и дезодорации воздуха и поверхностей в поме щениях малого объема, т.к. существующие устройства предназначены или для крупных животноводческих и птицеводческих помещений или не обеспечивают надежного эффекта.

В ВИЭСХе разработан прибор, в основу дезинфицирующего и дезодорирующе го воздействия которого положены известные бактерицидные свойства ультрафиолето вого излучения и окислительные свойства озона.

В приборе используется ультрафиолетовая лампа, излучение которой иницииру ет в воздухе фотохимические реакции образования озона в безопасных для человека концентрациях. Фотохимическая генерация озона в воздухе не сопровождается образо ванием вредных для человека окислов азота. В отличие от стандартных бактерицидных ламп, облучатель обеспечивает дезинфекцию поверхностей предметов и оборудования, экранированных от прямого попадания бактерицидного излучения.

Прибор обеспечивает принудительную конвекцию озоно-воздушной смеси, од новременно предотвращая ускоренное разрушение озона вблизи УФ лампы (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема облучателя – озонатора ОЗУФ:

1 – корпус облучателя;

2 – ультрафиолетовая лампа;

3 – вентилятор;

4 – элек тронное пускорегулирующее устройство и источник питания вентилятора Учитывая высокую окислительную активность образующегося озона, корпус из готовлен из металла, хорошо защищенного антикоррозийным покрытием.

В облучателях применяются долговечные малошумящие вентиляторы.

Габариты камеры облучателя – озонатора определяются длиной лампы и разме ром вентилятора (рис. 2.) ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Рис. 2. Внешний вид облучателей мощностью 40 Вт и 10 Вт Технические характеристики облучателя-озонатора «ОЗУФ»

Питание прибора от сети переменного тока 220 В / 50 Гц Потребляемая мощность 40 Вт Производительность по озону 0,25-0,3 г/час Срок службы, не менее 3000 час Масса прибора, не более 3,0 кг Габариты 980130110 мм 200 м Объем обрабатываемого помещения, не более 0,03мг/м Концентрация озона в воздухе, не более Учитывая актуальность и важность указанных вопросов Всероссийский научно исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) и Всерос сийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и эко логии (ВНИИВСГЭ) проводят совместные исследования по разработке и изучению эф фективности облучателей-озонаторов («ОЗУФ») для дезинфекции и дезодорации воз духа и поверхностей в малых помещениях животноводческих, птицеводческих и фермерских хозяйств и других объектов ветеринарного надзора.

Испытания модернизированной облучательно-озонирующей установки «ОЗУФ»

проведены на Кучинском ГУПППЗ совместно с ВНИИВСГЭ. Базовым вариантом слу жили потолочные бактерицидные облучатели ОБП с лампами ДБ-30. (табл. 1).

В результате установлено, что одна установка «ОЗУФ» мощностью 38 Вт за 2, часа работы заменяет 3 облучателя ОБП с суммарной мощностью 100 Вт, работающих в течение 8-ми часов, что по затратам энергии в 8,5 раз экономичнее. Кроме того, если эффективность обеззараживания, зафиксированная в воздухе, была примерно одинако вая (при использовании «ОЗУФ» на 5% выше), то на полу и стенах эффективность ус тановки «ОЗУФ» была выше на 40% за счет дополнительного обеззараживающего эф фекта озоно-воздушной смеси, распространяемой в помещении методом принудитель ной конвекции.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Таблица Сравнительная оценка двух методов дезинфекции воздуха и поверхностей в помещениях для сортировки цыплят и инкубатории Кучинского ГУПППЗ Облучатель бактери- Облучатель Наименование параметров цидный потолочный озонатор «ОЗУФ» с (ОБП) с лампой ДБ-30 лампой ДБК- Объем помещений, м 131,6 131, Количество облучателей, шт. 3 Продолжительность работы, ч 8 2, Эффективность обработки I. Исходный фон:

Кол-во микроорганизмов в 1м 28,5 28, воздуха, тыс. б/м Пол (на 100 см2), тыс.б. 12,6 12, Стена, тыс.б. (на 100 см ) 1,5 1, II. После обработки воздуха и поверхностей:

эффектив- эффектив Параметры ность дезин- ность дезин фекции фекции Кол-во микроорганизмов в 1м 2,74 93,9% 0,2 99,3% воздуха, тыс. б./м Пол (на 100 см2), тыс.б. 9,08 28,0% 4,04 68% Стена, тыс.б. (на 100 см ) 0,90 40,1% 0,02 99,9% В период перехода к регулируемой рыночной экономике в сельском хозяйстве произошел резкий спад производственного потенциала многих птицеводческих и сви новодческих хозяйств с промышленной технологией. Имеется практический прогноз, что разработанные новые технические средства оптического излучения при относи тельно небольших материальных затратах, могут оказать большую помощь в подъеме животноводства как на промышленной, так и фермерской основе;

помогут оптимизи ровать технологические процессы, предотвратить появление и распространение инфек ционных болезней скота и птицы;

в экологическом плане – обеспечить охрану окру жающей среды от техногенных загрязнений и излишнего расхода химических дезин фектантов в зоне животноводческих хозяйств и предприятий по переработке сырья животного происхождения, что имеет важное экономическое и социальное значение.

ЛИТЕРАТУРА 1. Рекомендации по применению ультрафиолетового излучения в животноводст ве и птицеводстве. М.: «Колос», 1979.

2. Алферова Л.К., Козлов А.И., Юферев Л.Ю. Ультрафиолетовый облучатель озонатор. //Сельский механизатор. 2000. №6.

3. Алферова Л.К., Юферев Л.Ю. Бактерицидные установки повышенной эффек тивности.// Техника в сельском хозяйстве. 2002. №2.

Получено 30.03.2005.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

A.A. Prokopenko, DSc (Vet), All-Russia Research Institute of Veterinary Sanitary Science, Hygiene and Ecology, Moscow, Russia L.Yu. Yuferev All-Russia Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH), Moscow, Russia ULTRA-VIOLET INSTALLATIONS PERFORMANCE ON THE OBJECTS OF VETERINARY INSPECTION Summary Under increasing environment pollution the use of short-wave ultra-violet radiation to eliminate the contamination by microorganisms is showing promise. Disinfection of indoor air by this method has been successfully practiced for many years but today numerous new fields of its application have been, and are still being, added. Used mostly in combination with other means, the short-wave U.V. radiation can provide the cleaning methods, which are sometimes very simple, but often highly effective. Microorganisms, such as bacteria, moulds, yeasts and protozoa, can be destroyed by physical, biological and chemical methods. With the physical effect of short-wave U.V. radiation, it is a matter of either destroying or inactivating micro-organisms. The nuclei of the cells, due to photolytic processes, are changed to such a degree that cell division, and consequently, multiplication can no longer take place. These ef fects can be obtained by irradiation at the wavelengths shorter than 320 nm. Recent studies of the micro-organisms behavior, which have been subjected to U.V. radiation, have revealed the new possibilities in regard to air purification and solid surfaces cleaning.

Thus, disinfection has become practicable without the application of chemical agents.

The most efficient source for the artificial generation of UV-C radiation is the low-pressure mercury discharge lamp.

Ozone has a destructive effect on different kinds of the simplest and multi-cellular or ganisms as well as an intoxicating action. In the offered UV installations ozone is formed with the help of short-wave ultra-violet.

When special cost-effective sources of ultraviolet light are used, no nitrogen oxides, which are harmful for people, are produced during the photochemical ozone generation in the air.

Thus, two agents are used simultaneously for the disinfection, desinsection and de odorization: ultraviolet irradiation and ozone. That is why the total effect is several times big ger than the effect, when these agents are used separately.

Stefan Pepich The Agricultural Technical and Testing Institute, Rovinka, Slovakia THE SCOPE OF AGRICULTURAL BIOMASS UTILIZATION FOR ENERGY PURPOSES The Agricultural Technical and Testing Institute in Rovinka has dealt with the prob lematics of agricultural biomass for several years. The research projects were aimed at pro ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

duction analysis, utilization and processing of agricultural biomass and its quantification, pos sibilities of utilization for energy purposes.

The paper first shows the schematic division of agricultural biomass into three main groups: biomass for combustion, biomass for biofuel production, and biomass for biogass production (Fig.1).

Agricultural Biomass for Biomass for biofuel Biomass for biogass combustion production production Straw Wood MER excrements bioalcoho wheat corn vineya green plants barley sunflow orchards ensilage Advance rye rape growth Meadow Fast oats hay growing trees tritikale Energetic plants Fig. 1. Classification of agricultural biomass into three basic groups The amounts of biomass produced per year in the Slovak agriculture are presented.

Energy potential of particular kinds of biomass suitable to generate power by combustion is discussed. Theoretical energy potential of agricultural biomass even exceeds the annual en ergy consumption in the whole agricultural sector.

Biomass can be used to warm up the service water, the water used in production proc ess, to heat the buildings and the air in the drying industry. This sector is of particular interest from the standpoint of energy economy when the biomass is used. The energy costs could de crease from the total costs in ideal cases by 80 % in comparison with the drying with the use of fossil fuels (coal, gas, oil).

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

The design and operation of a technological machine line for post-harvest drying of grain corn with the use of straw is presented.

INTRODUCTION Utilization of renewable energy sources, biomass included, is today in the foreground of interest of experts and public. It results from the necessity to protect our planet against the global warming. As Slovakia has signed the Kyoto protocol, it is obliged to fulfill the re quirements resulting from this document. We have to ensure 12% deal on the energy produc tion from the renewable energy sources until 2010. To reach this objective, there is a possibil ity to use also agricultural biomass for energy purposes. The scope of agricultural biomass utilization is wide, but it is not actually realized in practice.

MATERIAL AND METHODS In the paper, the first, and the biggest, biomass group – biomass suitable for energy generation by combustion – is considered. This group can be divided into straw and wood biomass. Of all mentioned kinds of biomass in this group, only the cereals straw is used in agricultural production. Mainly wheat and barley straw is used in animal production for bed ding and feeding. All the other kinds of biomass are either crushed and incorporated into soil or are burned without any effect on the field edge. In Slovak agriculture more than three mil lion tons of biomass suitable for combustion were produced in 2004 (Table 1).

Table Total annual production of biomass Production of biomass, Crop Area, ha Biomass yields, t/ha tons per year wheat 416.276 2,7 1.123. rye 35.639 3,7 131. barley 170.790 2,5 426. oat 15.400 1,5 23. triticale 10.463 2,1 21. cereals total 648.568 2,66 1.727. corn 113.200 5,9 667. sunflower 61.010 3,6 219. rape 103.285 2,0 206. orchards 9.425 3,9 36. vineyards 10.898 2 21. advance growth from 74.820 2 149. permanent grasslands Total 1.021.206 3.030. ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

From the high-density-sown cereal straw 999 103 tons were utilized in animal produc tion. A part of that was crushed during the harvest and afterwards incorporated into soil. The rest 497 086 tons could be used for energy purposes. To this amount the rape straw may be added, which is practically all crushed, though it has even higher heating value than the cereal straw. Its volume is 206 570 tons. The total amount is 703 656 tons. This is the minimal straw yield that could be annually utilized for energy purposes. This amount of straw presents the energy potential of 10,5 PJ, which exceeds the present energy need of the whole agricultural sector by about 1 PJ.

The cereal straw, which is crushed during the harvest, could be also utilized for energy purposes. Experts on soil nutrition affirm that organic mass of the root system and stubble during the harvest is sufficient for supplement of organic matter in soil. Sunflower straw, corn straw and wood waste can be used likewise. In this case, the theoretical energetic potential of biomass for combustion is 28,9 PJ that is twice as much as the energy demand of the whole sector.

If only part of cereal straw (app. 30 %, which also experts agree with) and rape straw will be used for energy purposes, then about 280 mil m3 of natural gas app. 2,2 mld Sk worth could be made up for. The real production costs of 703 656 tons of straw are about 211 mil Sk. Savings in this case would be app. 2 mld Sk. These figures show that utilization of bio mass for energy purposes could be very effective.


We still take into account only the straw, which is currently produced in our agricul ture, excluding the enterprises aimed at planting of energetic crops, because energetic crops, such as energy Sudan grass, topinambur and others, yield the dry mass of 15 to 20 t/ha suit able for energy use. This is five times as much as the cereal straw yield. So, these are also huge reserves in biomass production for energy purposes.

Agricultural biomass suitable for combustion may be also applied to generate heat to warm up the service water, the water used in production process, to heat the buildings and the air in the drying industry. In drying industry, the biggest are the energy costs. It makes no dif ference whether it is the low temperature drying of vegetables and medical plants, warm air post-harvest drying of grain or hot air drying of high-vitamin flour from industrial forage plants.

Fig.2 presents the costs per one ton in percent when drying the corn with the use of gas as an energy source. Measured data are of the year 2000. The year 2004 is shown as an as sumption yet, when the gas cost is known. The chart shows, the biggest portion is the energy costs, which are increasing annually. Increase of costs is assumed also in the years to follow.

Other costs have increased only moderately. The percentage of energy costs for corn drying was: in 2002 – 29%, in 2001 – 41%, in 2002 – 46%, in 2003 – 53%, 2004 – 61%.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Fig. 2. Comparison of the costs by year RESULTS One surveyed agricultural enterprise dries about 5000 tons of corn annually and uses 90 000 m3 of natural gas. The heating value of one m3 of natural gas is equal to the heating value of 2,5 kg of straw. In 2004 the enterprise paid for the used gas 26 175 Euro. If the straw of the own production was used as an energy source, the enterprise would need about 225 tons of straw to dry the same amount of corn. That is about 2250 Euro. Savings on energy would be 23 925 Euro.

Operating and technical characteristics were measured on the box drier with the grate floor and the capacity of 127 t. Straw was burned in the furnace (boiler) with the installed ca pacity of 350 kW.

The technological line consists of the following machines and equipment:

straw ball separator consists of a feeding counter, rough separator with two cylin ders with knifes, fine separator – grinding mill;

threading machine conveyor transporting separated straw into the cyclone, which works also as a middle container;

straw automatic metering unit;

fire fighting equipment, which prevents the fire to get from the boiler to the meter ing unit;

boiler with installed capacity of 350 kW;

ash waste tank of 200 L;

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

PC and control unit;

heat exchanger;

ventilator fan;

box grate drier for grain;

grain cleaner also used to load the drier.

The feeding counter is loaded with straw bales. The cyclone, as a middle container, has the turnstile metering unit in its bottom part. Behind it is the threading machine conveyor, which transfers the straw through the fire fighting equipment to the boiler. In the boiler, the waste gases are pressed up by equipment with compressor. The whole boiler room is PC controlled. The PC is placed in the adjacent room. It controls the amount of straw and air coming into the boiler on the basis of the analysis that is performed by the indicators in chim ney pipes. These indicators measure the composition of waste gases, the pressure in chimney pipes, the temperature of exhaust gases and oxygen. All data are recorded. PC and a regulat ing valve, which adjusts the pressure and the temperature in the boiler, and the incoming air amount, also control the combustion, as well as the straw input into the boiler. The straw burned in the boiler has less than 10% moisture content.

Warmed water flows from the boiler to the adjacent room into the heat exchanger, across which the ventilator fan blows the air into the grate canal of the drier. The temperature of air is 35oC to 45oC when drying corn, and up to 35oC when drying oil plants. The drier is seven meters wide and 12 m long;

the storing height is two meters. The grate box has a capac ity of 127 t. Prior to drying, the moisture content of corn was from 20 to 38 %, and the final moisture content was 14,5%. Barley and wheat were dried from 15-16% to 14,5% moisture content. The grain is stored in the drier after being cleaned in the cleaner by the system of threading machine conveyors and belt conveyors installed under the drier roof.

In the measurements, the corn had 30% moisture content prior to drying, and after hours it decreased to 14%. The humidity decrease starts from bottom layers. The straw con sumption was one bale per hour that is app. 250 g of straw per one hour of drying. Dried corn was unloaded from the drier box by a front loader and by the tractor-trailers transported into a storing place with the dimensions 40 x 50 m. The storing height was 3 to 4 m.

According to the measurements and calculations, to decrease the moisture content of one ton of corn by about 1%, we used 10 kg of straw that is in straw price terms about 0, to 0,225 Euro (12,5 to 22,5 Euro per ton). This is true for the case, when the straw must be bought and not produced on the farm. If the straw is of the own production, its pick-up, press ing, transporting from the field to the storing place the costs are about 3 Euro/t. So the energy costs to dry one ton of corn by 1% with the use of on-farm produced straw are 0,03 Euro.

When using the natural gas, these costs are 0,775 Euro.

If we take into account the increasing gas and electricity costs, the final effect of bio mass utilization for drying in the following 5-6 years will be even higher.

Fig. 3 presents the setup of the box grate drier.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Fig. 3. The set-up of the box grate drier ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

CONCLUSION At the end we have to say that the above-mentioned examples in this paper are only one possibility how to utilize the energy of agricultural biomass to make the production more effective and to lower the costs, by replacing the classical fossil fuels with biomass.

However, today we can say that agricultural biomass will play an important role in the energetics in the decades to come.

Стефан Пепих Научно-исследовательский и испытательный институт сельскохозяйственных машин, Ровинка, Словакия ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ БИОМАССЫ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ Исследовательский и испытательный институт сельскохозяйственных машин, Ровинка, Словакия занимается проблемами сельскохозяйственной биомассы уже не сколько лет. Целью исследовательских проектов является анализ процессов производ ства биомассы, использование и переработка биомассы и ее количественный анализ, возможности применения биомассы в энергетических целях.

В статье предложено разделение биомассы на три большие группы – биомасса для сжигания, биомасса для производства биотоплива, биомасса для производства био газа.

Приводятся данные по ежегодному производству биомассы в сельском хозяйст ве Словакии.

Обсуждается энергетический потенциал отдельных видов биомассы, которые пригодны для выработки энергии при сжигании. Теоретический энергетический потен циал сельскохозяйственной биомассы даже превосходит ежегодное потребление энер гии во всем сельскохозяйственном секторе.

Биомассу можно использовать для подогрева технической и технологической воды, для обогрева зданий и нагрева воздуха в сушилках. Эта сфера применения био массы представляет особый интерес с точки зрения энергосбережения. Затраты на энергию могут сокращаться в идеальных случаях до 80% по сравнению с сушкой с ис пользованием ископаемых видов топлива.

Представлена машинно-технологическая линия для послеуборочной сушки ку курузы на энергии сжигания соломы.

Получено 01.02.2005.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Anton Szomolanyi, Vladimr Taraba The Agricultural Technical and Testing Institute (ATTI), Rovinka, Slovakia N-SENSOR AND GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM): A NEW TECHNIQUE TO SERVE PRECISION AGRICULTURE Precision agriculture is beginning to be applied more also in the conditions of Slovak agricultural production. Differentiated fertilization with the use of N-sensor contributes to the agricultural progress, increases the accuracy and performance by the effective utilization of machines, and guarantees the optimal growth of crops. This, in its turn, contributes to higher yields and production quality.

INTRODUCTION The conventional agricultural production, as we know it, considers the field as a ho mogenous medium. This results in frequent overloading of environment by applying plant protection agents or fertilizers. In precision agriculture, the particular effect does not focus on the plot en bloc, but on its exactly defined parts. Availability of N-sensor became a significant factor of precise agriculture. N-sensor is a system working on the basis of determined volume of nitrogen in plants. Satellite localization of the exact position of the object moving on the plot allows the farmers to use different application rates of chemicals, fertilizers on different parts of the plot. The localization system, known as GPS (Global Positioning System), is a worldwide system to determine the position on the surface.


The aim of measurements and observations, which were performed at ATTI in Rovinka in 2004, was to analyse the feasibility of introducing the precise agriculture in Slo vakia with the focus on:

use of N-sensor for variable fertilization on the plots;

possibility to create and utilize the maps in agricultural production;

use of accurate navigation by GPS with the further processing of the database for mapping of field conditions;

mapping of field crops yield;

determination of plot acreage;

application of control over machines movement on the plots.

When solving the problems and processing the results, we used previous experiences and results from selected agricultural enterprises.

UTILIZATON OF N-SENSOR The current variety of agricultural crops has a high yield capacity. There is not enough mineral nitrogen in soil;

therefore nitrogen needs to be applied as a fertilizer. The major task for modern plant production is to give the accurate volume of nitrogen, which the plants will use to create economic optimal yield, i.e. there will be not more and not less nitrogen than the plant will need for its growth. Excess volume of nitrogen results in water and air pollution.

The first commercial technology all over the world, which can successfully meet the mentioned requirements, is Hydro N-sensor from HYDRO AGRI Company. The main idea of this system is unique: “Ask the plant, how much nitrogen it needs” The technical solution of this vision is as follows: the sensors, which are sensitive to coloration and intensity of reflected sun light, determine the volume of chlorophyll in agricul ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

tural crops, which depends on plant supply of nitrogen. Thus the sensor also determines the density of stand from reflected light intensity (of wave-length). This data are the foundation for recommended optimal rate of nitrogen on the corresponding part of the plot. The sensor supplied data are immediately processed by the on-board computer and transferred to a con trol computer for fertilizer application (distributor or sprayer). The latter immediately adjusts the optimal rate of nitrogen for the particular part of the plot.

The outputs of measurements are:

colour-distinguishable maps of recommended nitrogen rates;

really applied nitrogen rates;

a map of relative biomass density.

Separate maps are made for yield and qualitative fertilization.

UTILIZATION OF GPS Step by step GPS system is finding its application in agriculture as well. Gained in formation refers to exactly identifiable position, and in economy the variances in particular parts of plots are taken into account.

Utilization is focused on determining the plot acreage or localisation places for taking soil samples. It is possible to keep the accurate application and work range by GPS. Keeping the parallel direction of machines with pre-determined drive (map № 3) improves the general process effects. Approximate value of overlapped or non-overlapped surfaces during the pes ticide application was under 6% of general acreage. GPS helps also in yield mapping of field crops. Special devices on harvester threshers obtain information about the grain yields by measuring the grain flow. Producer indicates inaccuracy of position localization 0,1-0,3 m.

This information is also the foundation to work out the time span of every particular opera tion. So GPS helps the farm management in decision-making.

CONCLUSION Direct use of modern agricultural technique together with information technologies has a drastic effect on the quality and quantity of grown crops (it was winter wheat in our case). Farms, which make use of N-sensor and GPS, have the backward information on the effects of prevenient agro-technical interference and quantification of area acreage of plots.

Introduction of this technique is possible only observing particular agro-technical principles and using good agricultural practice. It helps not only to improve the farm economy but also to protect the environment.

Long-term measurements and observations in European countries confirm justification of further use of N-sensor and GPS.

Higher yields, improved qualitative characteristics of production, decrease of stand lash, better utilization of applied nitrogen, and restriction of excess nitrogen losses were ob served.

Listed input measurements and observations confirm the competence of enhanced verification in following period.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

A. Зомоланый, В. Тараба Научно-исследовательский и испытательный институт сельскохозяйственных машин, Ровинка, Словакия ДАТЧИК АЗОТА И ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ: НОВАЯ ТЕХНИКА НА СЛУЖБЕ ТОЧНОГО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Точное земледелие находит все большее применение в условиях сельскохозяй ственного производства Словакии. Дифференцированное внесение удобрений с ис пользованием датчика азота способствует ускорению прогресса в сельском хозяйстве, повышает точность и производительность за счет эффективного использования машин, и гарантирует оптимальный рост сельскохозяйственных культур, что, в свою очередь, проводит к повышению урожайности и качества производства.

Датчик азота – это система, работающая на основе определения объема азота в растениях. Спутниковое определение точного местоположения объекта, движущегося по полю, позволяет фермерам применять дифференцированные дозы внесения удобре ний и химикатов на определенных участках поля.

Целью исследований, проведенных в институте в 2004 г., был анализ техниче ских возможностей внедрения точного земледелия в Словакии. Основное внимание было обращено на: использование датчика азота для точного внесения удобрений на определенные участки, возможность создания и использования карт сельскохозяйст венного производства, использование точного наведения при помощи GPS и обработки полученных баз данных в карты полевых условий, картирование полевых условий, кар тирование урожаев полевых сельскохозяйственных культур, определение площади уча стков, применение управления машинами при их движении по полю.

Одной из основных задач современного растениеводства является определение точного объема вносимых удобрений, в том числе азота, которое необходимо, чтобы растения давали экономически оптимальный урожай, т.е. азота должно быть не больше, но и не меньше, чем нужно растениям для своего роста. Излишки азота приводят к за грязнению окружающей среды. Первым в мировой практике оборудованием, которое успешно отвечает данным требованиям, стал гидро-датчик азота фирмы HYDRO AGRI.

Основная идея системы уникальна – «узнайте у растения, сколько ему нужно азота».

Техническое решение этой идеи таково: датчики, чувствительные к изменению цвета и интенсивности отраженного солнечного света, определяют количество хлорофилла в сельскохозяйственных культурах, которое зависит от количества внесенного азота. По лученные данные обрабатываются на бортовом компьютере и передаются на исполни тельный компьютер, который немедленно регулирует дозу внесения удобрений. Ре зультатом работы являются цветные карты рекомендуемых доз внесения, реальные до зы внесения азота, карта относительной плотности биомассы (посевов).

Использование системы глобального позиционирования (GPS) направлено на определение площади участков. Локализацию точек взятия почвенных проб, повыше ние эффективности выполнения полевых работ за счет рационального движения машин по полю, составление карт урожайности культур.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Map №1 – really aplicated rates of nitrogen (yield fertilization) ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Map № 2 – relative density of biomass (yield fertilization) ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Легенда к карте на рис. 1. Реально внесенные дозы азота Сельскохозяйственное Файл предприятие Дата обработки данных Фирма-исполнитель работ Минимальная норма внесения Номер и название участка Максимальная норма внесения Площадь участка Средняя норма внесения Калибровочная кривая Стандартное отклонение Культура Всего внесено удобрений Дата внесения и замеров Содержание азота в удобрении Легенда к карте на рис. 2. Относительная плотность биомассы Сельскохозяйственное Файл предприятие Дата обработки данных Фирма-исполнитель работ Минимальная норма внесения Номер и название участка Максимальная норма внесения Площадь участка Средняя норма внесения Кривая поправок Стандартное отклонение Культура Дата внесения и замеров Map № 3 Map of drives ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Многолетние измерения и наблюдения в европейских странах подтвердили обоснованность дальнейшего использования датчиков азота и GPS в сельском хозяйст ве, что приводит к повышению урожайности культур и качественных показателей сель скохозяйственного производства, снижению полегаемости посевов, повышению эф фективности использования и снижению поверхностных потерь внесенного азота.

Получено 01.02.2005.

B. Jasinski Institute of Mechanical Engineering, Warsaw University of Technology, Poland M. Baryla PKN ORLEN S.A. in Plock, Poland MICROPROCESSOR DISTRIBUTED SYSTEMS BASED ON CAN FOR AGRICULTURAL MACHINERY Every future-orientated concept of microprocessor system must incorporate a high ef ficient communication system, which can be implemented by using a network topology. This paper describes some findings of research studies being conducted at the Institute of Me chanical Engineering of Warsaw University of Technology. The research was focused on de velopment of microprocessor systems for agricultural machinery towards the concept of dis tributed system based on CAN-bus. In the distributed system all modules have the same prior ity and they are connected together using a serial data bus. It assures the communication in the millisecond range (real-time). This technology allows the modules to perform many functions using shared input and output resources, thus minimizing sensors and wiring on the machin ery. The paper presents general ideas of on-board distributed system designing and studies on the creating of Management Information System.

INTRODUCTION The conventional control system based on one microcontroller is characterised by closed and centralised structure of hardware (centralised data processing), because is designed for machines with precisely defined construction and destination [6]. These system has not universal structure. The modification of control system is not possible without changing of software and electrical wiring (usually very complicated in centralised structure). Implemen tation of complex algorithms for realising the real-time data processing requires more power ful processors.

At present the alternative to centralized systems are the distributed ones based on Con troller Area Network CAN-bus [1, 2, 3, 4, 5]. These systems are characterized by opened structure. The co-operation of autonomous local control and measurement subsystems (nodes) is their fundamental principle. Due to distribution of tasks between great numbers of proces sors, the more efficiency, reliability and accuracy of control system can be obtained without additional costs. The extension or modification of system can be done by connecting or changing node without change of software in other nodes. Additionally, application of serial bus (network) for data-transfer radically simplifies the structure of electrical wiring. The gen eral principle of the nodes connecting in distributed system is shown in fig. 1.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Fig. 1. Connecting of nodes in distributed system Nowadays the CAN bus can be used in control systems of mobile agricultural machin ery. CAN have very high speed transmission (up to 1Mbit/s), high level of data-transfer reli ability, multiple access and relatively simply protocol. The realisation of CAN standard in layer of physical connections and protocol is possible in small and easy to use microcontrol lers and considerably reducing costs of nodes, and in consequence costs of whole system. It is the main advantage in comparing with other multiple access buses.

At present, the communication systems for mobile machinery are based on interna tional standard ISO 11783. Standardization is essentially important for the machinery and equipment (ploughs, drillers, sprayers, and so on) matched with a tractor. Standardization al lows the using of machinery and appliances done by different manufactures, according to the principle „plug and play”. That means the automatic recognizing of appliances by network and thus suitable adaptation of functional software.

Due to CAN net work the mobile machines become primary components in Precision Agriculture and Management Information System [7]. The development of modern systems in agriculture tends towards applying autonomous machines and robots. However, the transfer of great numbers of processes, diagnostic or economical information are requiring. In this situa tion may be considered the information system, which includes data from different machines and control (supervisory) station, and if it necessary data from the whole world information systems (Internet), and all data can be shared between them. Any node can exchange informa tion with node in other machine, with control station and with global systems. Such informa tion system can be understood as distributed database, in which any nodes are connected the same as nodes in CAN system, but through the radio-communication nodes (gateway).

Flexibility and opening of distributed control system is possible due to application of database node, which stores data about system configuration, for example the addresses and types of installed nodes, and selected information can be available for other machines or cen tral station Any changes of hardware configuration on CAN bus does not require any changes in software of nodes, but only changes of data in database node, because after Reset each node updates an own configuration.

MATERIAL AND METHODS The fundamental structure of modern, distributed control system is created by follow ing devices:

control nodes ECU (Electronic Control Unit), measurement nodes (intelligent transducers), executive devices nodes, nodes for communication with external information systems (GPS, GSM), ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

discrete inputs-outputs nodes, database node, nodes connecting the main CAN-bus with local and auxiliary buses (gateway), operator node (operator terminal).

Due to complete presented collection by special nodes, full functionality of control system intended for harvesters, tractors or agrirobots can be obtained. Control system can be designed by the selecting of nodes. In this area the main goal of engineering design is the cre ating of universal control node (fig. 2). The specific function of node will be selected by func tioning program.

Through the using of intelligent transducers and actuators, separated input-output modules the tasks of system can be more divided too. The quality and economic indexes of process and service of machine are improving due to theirs precision and reliability. Applica tions of executive devices separated input-output modules and intelligent transducers, which are direct connected to network, allow to using by different ECU, likewise the shared re sources in computer network. In this situation the destroyed ECU can be automatically re placed by other ECU, which intercepts the first resources (dynamic global redundancy).

Fig. 2. Universal structure of control node as a base for creating other node The control system for every machine in its hardware structure has not to be built from the beginning;

selecting the suitable nodes from the prepared set can create it. Globally under stood control system does not determine fixed structure, because the set of nodes in connec tion with adequate program can be optimally adapted to real machine, not only at the stage of designing and constructing but next during further exploitation (modification, repairing) as well.

For constructing the rest of nodes of control system, the 8/16-bit microcontollers are sufficient, it results from fact of partition of control functions among many processors, and by this means decreasing their charge. Modern microcontollers (RISC) are characterized by suf ficient calculation output are to be applied in control systems. The essential advantage of mi crocontrollers is standardization, especially within the range of communication interfaces. It makes possible the realization of most nodes through direct attachment to ECU the suitable function module (fig. 2). In this way the control node becomes basic element to creating other nodes.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

In this context the most important task in the process of control system creating is the working out open hardware and software structure, which will ensure the most unlimited in formation exchange between machine and Management System. The realization of this task will enable full integration of machine control systems with Management Systems, thus creat ing the uniform informatics environment. Such integration makes possible also the direct connecting of control systems with global data bases (Internet), creating the new functional possibilities in the area of accessibility and sharing of information, The technique of the shar ing of information resources is understood not only as free flow of information between data collections but also as possibility of control command delivery from any terminal. PC com puters and portable computers connected to main farm network or Internet.

Due to CAN net work the mobile machines become primary components in Precision Agriculture and Management Information System. The development of modern systems in agriculture tends towards applying autonomous machines and robots. However, the transfer of great numbers of processes, diagnostic or economical information are requiring. In this situa tion may be considered the information system, which includes data from different machines and control (supervisory) station, and if it necessary data from the whole world information systems (Internet), and all data can be shared between them. Any node can exchange informa tion with node in other machine, with control station and with global systems. Such informa tion system can be understood as distributed database, in which any nodes are connected the same as nodes in CAN system, but through the radio-communication nodes (gateway).

Flexibility and opening of distributed control system is possible due to application of database node, which stores data about system configuration, for example the addresses and types of installed nodes, and selected information can be available for other machines or cen tral station Any changes of hardware configuration on CAN bus does not require any changes in software of nodes, but only changes of data in database node, because after Reset each node updates an own configuration. Figure 3 shows the example of database node with hard disks emulated by special integrated circuits which includes Flash memory, or alternatively by Flash memory with serial interfaces.

Fig. 3. Block diagram of database node The solution, which decreases dimensions of electronic circuit, is based on Flash memory with serial interface (SPI). The RISC microcontroller PIC18F8585 with CAN inter face is 8-bit processor, but it has 16-bit interface to read/write external memory.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.