доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
Внесение минеральных удобрений оказывает негативное влияние на агробиоценоз. Повышение концентрации нитратного азота в поливной воде в целях использования ее в качестве азотного удобрения, не оказывающего отрицательного воздействия на окружающую среду, представляется актуальным. Изменение содержания нитратного азота определяли в поливной воде, в качестве которой использовали проточную воду городского водоснабжения (Москва); прудовую воду (Московская область); раствор калиевой селитры с концентрацией 50,9 мг/л. Поливная вода трех видов обрабатывалась при помощи высоковольтной установки. Экспериментальная электрогидравлическая установка состояла из трансформатора ТВИ-50/70 с выпрямительным блоком; системы накопления электрической энергии постоянного тока (импульсные высоковольтные конденсаторы); разрядников, предназначенных для формирования импульсных искровых разрядов с малой длительностью фронта; органов управления, позволяющих изменять технологические режимы при проведении экспериментов; рабочие органы. При проведении исследований использовали pH-метр/иономер ИТАН, согласно методике РД 52.24.367-2010. Технологический режим работы электрогидравлической установки предусматривает следующие характеристики: рабочее напряжение 42 кВ; емкость конденсаторов 0,05 мкФ; количество искровых разрядов n=1…5 тыс. шт.; формирующий промежуток между шаровыми разрядниками ФП=14 мм; рабочий промежуток между рабочими высоковольтными электродами 10 мм. Электрогидравлическая обработка воды увеличивает концентрацию соединений нитратного азота в проточной воде городского водоснабжения в 3,7 раза (с 2,9 до 10,9 мг/л), в прудовой воде – в 7 раз (с 1,2 до 8,4 мг/л), в растворе калиевой селитры – в 1,3 раза (с 50,9 до 68,4 мг/л). В обработанной электрогидравлическим способом воде повышается содержание нитратного азота, что расширяет возможности для ее использования при поливе растений
The introduction of mineral fertilizers has a negative impact on the agrobiocenosis. An increase the concentration of nitrate nitrogen in irrigation water in order to use it as a nitrogen fertilizer that does not have a negative impact on the environment seems relevant. The change in the content of nitrate nitrogen was determined in irrigation water, which was used as the flowing water of the city water supply (Moscow); pond water (Moscow region); potassium nitrate solution with a concentration of 50.9 mg/l. Three types of irrigation water were processed using a high-voltage installation. The experimental electrohydraulic installation consisted of a TVI-50/70 transformer with a rectifier unit; DC electric energy storage systems (high-voltage pulse capacitors); arresters designed to generate pulsed spark discharges with a short rise time; controls that allow changing technological modes during experiments; working units. During the research, an ITAN pH meter/ionometer was used according to the RD 52.24.367-2010 method. The technological mode of operation of the electro-hydraulic unit provides for the following characteristics: operating voltage 42 kV; capacitance of capacitors 0.05 μF; number of spark discharges n = 1 ... 5 thousand pieces; forming the gap between the ball arresters FP = 14 mm; working gap between working high-voltage electrodes 10 mm. Electrohydraulic treatment of water increases the concentration of nitrate nitrogen compounds in the running water of city water supply by 3.7 times (from 2.9 to 10.9 mg/l), in pond water - by 7 times (from 1.2 to 8.4 mg/l), in a solution of potassium nitrate - 1.3 times (from 50.9 to 68.4 mg/l). In water treated electrohydraulically, the content of nitrate nitrogen increases, which expands the possibilities for its use when watering plants.
Рост и развитие растений напрямую зависит от содержания питательных веществ в почве или почвенном субстрате. Поэтому для повышения урожайности необходимо применять удобрения.Коэффициент полезного использования вносимых азотных удобрений овощами не превышает 50 %. Поэтому существует проблема вымывания его соединений в близлежащие водоемы из-за чего может происходить интенсивная эвтрофикация прудов, озер, рек, которая характеризуется чрезмерным ростом зеленой массы водорослей и фитопланктона. Это может иметь негативные последствия для источников питьевой воды, среды обитания рыб. Экономический урон от эвтрофикации в Соединенных Штатах составляет примерно2,2 млрд долл. США в год [1].Для повышения экологичности оптимизации условий минерального питания растений разработаны менее вредные для окружающей среды органические удобрения [2, 3]. Кроме того, большое количество отходов, хранение которых также наносит вред окружающей среде, образуется в результате работы предприятий по производству минеральных удобрений [4].Электрогидравлическая обработка почвы положительным образом сказывается на выращиваемых растениях. В результате ее проведения возрастает способность почвы или почвенного субстрата удовлетворять потребности растений в необходимых питательных веществах в достаточном количестве [5]. В качестве объекта электрогидравлического воздействия может также использоваться поливная вода.Цель исследований – изучение возможных способов повышения концентрации нитратного азота в поливной воде для потенциального использования в качестве азотного удобрения.Условия, материалы и методы исследований. Работу проводили в 2020 г. в лаборатории Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (г. Москва) с использовании экспериментальной электрогидравлической установки, в состав которой входит трансформатор ТВИ-50/70 с выпрямительным блоком [6]; система накопления электрической энергии постоянного тока (импульсные высоковольтные конденсаторы) [7]; разрядники, предназначенные для формирования импульсных искровых разрядов с малой длительностью фронта [8]; органы управления, позволяющие изменять технологические режимы при проведении экспериментов; рабочие органы; высоковольтный электрод (стержень); низковольтный электрод (диск) [9, 10].Изменение содержания нитратного азота определяли в поливной воде, в качестве которой использовали проточную воду городского водоснабжения (Москва); прудовую воду (Московская область); раствор калиевой селитры с концентрацией 50,9 мг/л. Образцы подвергали электрогидравлическому воздействию высоковольтных искровых разрядов при следующих технологических режимах работы установки: рабочее напряжение U = 42 кВ; емкость конденсаторов С = 0,05 мкФ; количество искровых разрядов n = 1…5 тыс. шт.; формирующий промежуток между шаровыми разрядниками ФП=14 мм; рабочий промежуток между высоковольтными электродами РП=10 мм.Объем воды, помещаемый в рабочий орган установки – 2,5 л. Продолжительность электрогидравлического воздействия для количества искровых разрядов n=1 тыс. шт. составляла 9…10 мин, n=2 тыс. шт. – 16…17 мин, n=3 тыс. шт. – 25…26 мин, n=4 тыс. шт. –3…34 мин, n=5 тыс. шт. – 45…50 мин.Температуру объектов исследования измеряли термодатчиком иономера. У контрольных образцов воды и раствора калиевой селитры она составляла 15…16 ⁰С, у экспериментальных по мере увеличения количестве разрядов с 1 тыс. шт. до 5 тыс. шт. – возрастала до 18…24 ⁰С соответственно. Процесс электрогидравлической обработки воды всегда сопровождается незначительным повышением температуры ее, что не оказывает влияния на достоверность исследования. Концентрацию нитрат-ионов определяли непосредственно после электрогидравлической обработки pH-метром/иономером ИТАН в соответствии с методикой РД 52.24.367-2010 [11] в трехкратной повторности.Измерения проводили в присутствии индифферентного электролита, который выступал в качестве буферного раствора, сохраняющего установленное значение ионной энергии в опытных пробах воды. Эта особенность допускает градуировку измерительного средства в единицах концентрации, а не активности нитрат-ионов. Содержание нитратного азота в образцах воды определяли вычислением градуировочной зависимости величины электродного потенциала от значения отрицательного логарифма активности нитрат-ионов [12].Анализ и обсуждение результатов исследований. Обработка искровыми разрядами приводила к снижению концентрации нитрат-ионов Наименьшей она была зафиксирована в растворе калиевой селитры, наибольшей – в проточной воде (см. табл.). Для исключения неточностей и подтверждения достоверности результатов эксперименты по количественному измерению содержания нитратного азота повторяли при одинаковых технологических условиях и режимах в течение пяти дней. Погрешность измерений не превышала 5 %. Концентрация нитрат-ионов и нитратного азота в воде обратно пропорциональны, снижение содержания нитрат-ионов привело к повышению количества нитратного азота (см. рисунок). В результате при увеличении числа искровых высоковольтных разрядов, генерируемых в воде, концентрация нитратного азота в абсолютных единицах в проточной воде городского водоснабжения увеличивалась с 2,9 до 10,9 мг/л, в прудовой воде – с 1,2 до 8,4 мг/л, в растворе калиевой селитры – с 50,9 до 68,4 мг/л, или в 3,7, 7,0 и 1,3 раза.Выводы. Обработку поливной воды электрогидравлическим методом можно считать одним из способов повышения концентрации нитратного азота. В проточной водопроводной воде она возрастала в 3,7 раз (с 2,9 до 10,9 мг/л), в прудовой – в 7 раз (с 1,2 до8,4 мг/л), в растворе калиевой селитры – в 1,3 раза (с 50,9 до 68,4 мг/л).