Содержание к диссертации
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Гидропонное растениеводство
в современных производственно-экологических
условиях ......... 10
Оборудование гидропонного растениеводства . . . 15
Гидропонные субстраты . . . . . .19
Воздействие ультразвукового поля и поля коронного разряда
на обрабатываемый материал .... 23
1.5. Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследований. . . 27
2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СУБСТРАТОВ
Основные процессы старения субстратов и теоретическое обоснование их восстановления при электрофизической обработке ......... 29
Определение основных факторов, влияющих на ультразвуковую обработку минеральных субстратов . . .33
Электродная система для обработки минеральных субстратов
в поле коронного разряда . . . . . . 38
Вольт-амперные и редуцированные характеристики коронного разряда . . . . . . . 39
Зарядка частиц субстрата
при восстановлении ....... 43
з
2.6. Выводы по главе 50
З. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Программа экспериментов
и экспериментальные установки. . . . . . 51
Программа экспериментов . . . . . . 51
Экспериментальные установки. . . . . . 51
3.2. Методика проведения эксперимента . . . . 57
Методика экспериментального определения вольт-амперных характеристик . . . . . 57
Методика ультразвуковой обработки субстрата . . 57
Методика экспериментального определения
влажности субстрата . . . . . . . 58
Методика электрообработки субстрата .... 59
Методика исследования системы
«субстрат - раствор» . . . . . . . 59
3.2.6. Методика исследования влияния режимов
восстановления субстрата на отклик
рассады овощей ....... 60
3.2.7. Методика исследования экологической чистоты
и биологической полноценности гидропонной биомассы . 61
3.3. Методика оценки эффективности
восстановления субстратов ...... 62
3.4. Выводы по главе ........ 66
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ И ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СУБСТРАТОВ
4.1. Вольт-амперные характеристики
системы электродов «иглы на стержнях - плоскость»
при размещении на некоронирующем электроде
слоя восстанавливаемого субстрата .... 67
4.2. Электрический заряд частиц восстанавливаемого субстрата
в рабочей зоне электродной системы
«иглы на стержнях - плоскость» . . . . . 71
4.3. Электропроводность, активность ионов
и ионный состав системы «субстрат-раствор» ... 75
4.4. Определение оптимального режима
электрофизической обработки
минеральных субстратов
при восстановлении ....... 78
4.5. Выводы по главе . ....... 81
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАССАДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СУБСТРАТА
Технология гидропонного выращивания рассады с использованием электрофизической обработки для восстановления субстратов с использованием обработки
Устройство для восстановления минеральных субстратов ....
Программа и результаты технологических испытаний
Экономическая и энергетическая оценка .
Тепличный комплекс для выращивания экологически чистых овощей
5.6. Выводы по главе. . . . . . . .103
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 105
НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 107
ЛИТЕРАТУРА 108
ПРИЛОЖЕНИЕ 120
Введение к работе
Актуальность темы. Гидропонное растениеводство, не использующее почвенные ресурсы, является одним из возможных путей получения экологически чистой продукции растениеводства в условиях неблагоприятной экологической ситуации. Гидропонные технологии имеют ряд преимуществ по сравнению с почвенной культурой: быстрое регулирование корнеобитаемой среды благодаря применению микропроцессорной техники; рациональное использование тепловой энергии для обогрева; исключение необходимости подготовки и завоза почвенных грунтов; существенная экономия воды и минеральных удобрений - до 40%; сокращение расхода пестицидов; улучшение качества продукции и фитосанитарных условий; повышение урожайности, производительности труда и организационно-технологического уровня производства; высокий экономический эффект. Преимущества гидропонных технологий во многом определяются качеством субстратов. Однако в процессе эксплуатации наблюдаются неизбежные процессы их старения, в связи с чем разработка технических средств для восстановления гидропонных субстратов является актуальной задачей. В настоящее время известны химические способы восстановления, но их применение ограничено по причине негативного влияния химических реагентов на свойства субстратов. Вместе с тем, возможности использования электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов не определялись.
Настоящая работа посвящена вопросам восстановления гидропонных субстратов путем обработки в ультразвуковом поле и поле коронного разряда.
Исследования проводились в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001 - 2005 гг. 01.02. «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.»; 02. «Разработать
новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции», а также планом НИР ЧГАУ на 2000 - 2006 гг.
Цель работы: восстановление гидропонных субстратов путем использования технических средств электротехнологии.
Задачи исследования:
1. Определить влияние режимов электрофизической обработки субстрата
на отклик растений и получить математическую модель выхода биомассы.
2. Разработать установку для восстановления субстратов в
ультразвуковом поле и поле коронного разряда.
3. Разработать технологию гидропонного выращивания рассады,
включающую в себя восстановление субстратов.
Объект исследования: технология восстановления субстратов для гидропонного выращивания рассады.
Предмет исследования: закономерности электротехнологического процесса и изменения выхода биомассы рассады при различных режимах восстановления субстратов.
Научная новизна положений, выносимых на защиту:
впервые предложено применение электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов (на примере клиноптилолита) для последующего вегетационного использования. Восстановление субстратов предложено осуществлять путем последовательного прохождения ультразвукового поля и поля коронного разряда;
получено аналитическое выражение, устанавливающее с достаточной для практики точностью взаимосвязь между плотностью тока коронного разряда и напряжением в редуцированной характеристике, учитывающую параметры обрабатываемого субстрата. Определены вольт-амперные характеристики системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении восстанавливаемого субстрата на некоронирующем электроде;
- установлены закономерности, раскрывающие взаимосвязь между
электрическим зарядом частиц восстанавливаемого субстрата и их
расположением в рабочей зоне электродной системы; определен электрический
заряд частиц восстанавливаемого субстрата;
- разработана методика оценки эффективности восстановления
субстратов;
- получена математическая модель выхода биомассы рассады при
восстановлении гидропонных субстратов.
Новизна технических решений защищена двумя патентами Российской Федерации.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что на их основе была разработана и опробована установка для восстановления минеральных субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда. Разработанные математические модели, установленные взаимосвязи, полученные аналитические выражения могут быть использованы на всех стадиях проектирования установок для восстановления субстратов. Полученные результаты позволяют сформулировать практические рекомендации по применению восстановленных субстратов в гидропонном выращивании рассады.
На основе проведенных в рамках диссертационной работы исследований разработана технология гидропонного выращивания рассады с восстановлением субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда, которая внедрена в ГКУП ТК «Спутник», г. Барнаул; АКГУП «Индустриальный», Алтайский край; ГУП РМ «Тепличное», г. Саранск; ОАО Агрокомбинат «Горьковский», Нижегородская область; ОАО «Тепличный», ОАО «Родник», г. Челябинск. Разработанная методика оценки эффективности восстановления субстратов внедрена в НП НИИОЗГ (Научно-исследовательский институт овощеводства защищенного грунта, г. Москва).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по восстановлению гидропонных субстратов путем применения электрофизической обработки используются в учебном процессе Челябинского государственного агроинженерного университета (дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий»).
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований одобрены на VI Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2006 г., бронзовая медаль); на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г. Москва, ВВЦ, 2005 г.); на 5-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, г. Москва, 2006 г.); на VII Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г. Екатеринбург, 2006 г.); на специализированных выставках-конференциях «Агро-2005», «Агро-2006» (золотая медаль, дипломы, г. Челябинск); на ежегодных научно-технических конференциях в ЧГАУ (Челябинск, 2000 - 2007 гг.). Получен грант Министерства экономического развития Челябинской области «Производство экологически безопасной продукции растениеводства с использованием восстановленных гидропонных субстратов» (2006 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе два патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 142 наименований, 10 приложений. Содержание работы изложено на 136 страницах, текст содержит 27 рисунков и 9 таблиц.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
