О применении электрогидродинамического эффекта в сельском хозяйстве

В 30-х годах прошлого столетия Л.А. Юткин – крупный изобретатель, ученый, лауреат Государственной премии УСС – исследовал свойства высоковольтного разряда в жидкости, получившего впоследствии название «эффекта Юткина», или «электрогидродинамического эффекта» [1–3]. Суть эффекта состоит в следующем.

В первой половине прошлого века Л.А. Юткин обнаружил, что электрическая искра, проскакивающая между погруженными в жидкость электродами в определенных условиях, производит неожиданное действие. Если рядом с искрой окажется твердое тело, оно будет измельчено в порошок, каким бы твердым оно ни было, а расположенный над искровым промежутком столб жидкости подбрасывается высоко вверх. В месте возникновения разряда мгновенно образуется давление в десятки и сотни тысяч атмосфер. Микроскопический канал, по которому проскакивает искра, имеет чрезвычайно большую плотность энергии, мгновенная мощность достигает колоссальных величин. Так, например, от установки мощностью всего в 0,5 кВт можно получить мгновенную мощность в 100 тыс. кВт и более. Вода, окружающая искру, с огромной быстротой разлетается в стороны, создавая первый гидравлический удар. Образуется пустота – полость, которая сразу заполняется водой; получается еще один мощный гидравлический удар – кавитационный. Электрическая энергия без всяких промежуточных звеньев переходит в механическую. На рисунке 1 представлена схема подобной установки.

Рис. 1. Схема установки с электрогидравлическим эффектом

Открытие Юткина оказалось возможным использовать и в практических целях. В его ленинградской лаборатории один за другим рождались приборы и инструменты, в которых к обычным названиям присоединялось слово "электрогидравлический" – электрогидравлический резак, электрогидравлическое долото, электрогидравлическая форсунка и другие. Долото долбит, резак режет, насос-форсунка подает топливо в цилиндр дизеля и распыляет его, то есть выполняются те же самые работы, что и обычными инструментами и приборами, но слово "электрогидравлический" делает их совершенно непохожими на "предков". По долоту никто не бьет, в насосе нет поршня, который бы накачивал жидкость, бур, не вращаясь, вгрызается своими режущими кромками в твердую породу. На рисунке 2 представлены форма и расположение зон давления вокруг искрового разряда (по Юткину Л.А.) [2].

Рис. 2. Форма и расположение зон давления вокруг искрового разряда: А – зона искрового разряда;

Б – зона разрушения; В – зона наклепа; Г – зона выталкивающего действия; Д – зона сжатия

В зоне Б почти все материалы разрушаются на мельчайшие частицы, а жидкость приобретает свойства хрупкого твердого тела. В зоне В многие материалы разрушаются, а металлы наклепываются (уплотняются с поверхности). В зоне Г возникает мощное выталкивающее действие, а в зоне Д наблюдается перемещение больших объемов жидкости.

Теоретически эффект Юткина можно обосновать следующим образом. Создается относительно медленное накопление энергии конденсатора (от долей секунды до нескольких десятков секунд) и быстрый (около 10-4 секунды, т.е. десятки микросекунд) сброс в гидросреду накопленной энергии и, как следствие, получение высоких мощностей (единицы и десятки мегаватт). Таким образом, регулируя амплитуду заряда конденсатора, легко управлять выделяемой в разряднике мощностью.

Как известно из физики,

EC

CU ²

P = ^E t

где    Е С – энергия, запасенная в конденсаторе, Дж;

С – емкость конденсатора, фарад;

U – напряжение, В;

Р – мощность разряда, Ватт;

t – время, с.

Ввиду больших мощностей, высоковольтный разряд в жидкости имеет ряд интереснейших для нас характеристик, таких как:

• -    температура в зоне разряда достигает 30 000 ⁰С;

• -    образованная в зоне контакта разряда и воды парогазовая область имеет давление от 30000 до 100000 атмосфер и, как следствие, наличие ударной волны, распространяющейся с высокой скоростью;

• -    эффект сопровождается ультрафиолетовым излучением высокой интенсивности;

• -    при завершении процесса сброса энергии происходит конденсация парогазовой области и, как следствие, происходит кавитационный процесс.

Исследуя область применения электрогидравлического эффекта (ЭГЭ), Л.А. Юткин провел серию экспериментов по применению ЭГЭ в сельском хозяйстве. Как известно, почва образуется в результате выветривания, разложения горных пород и содержит практически все элементы таблицы Менделеева. Но беда в том, что основная масса биогенных веществ присутствует в почве и в воде в виде соединений, не доступных растениям (нерастворимые и слаборастворимые). Мы привыкли обходить это препятствие, добавляя в почву синтезированные на заводах растворимые, доступные растениям питательные вещества, тогда как есть простейший способ повышения плодородия почвы: перевести в растворимое состояние то, что уже в избытке имеется в плодородном слое. Вопрос лишь в том, как это сделать?

Напомним, что суть электрогидравлического эффекта заключается в сформированном особым образом импульсном электрическом разряде внутри плотной среды, т.е. электроэнергия превращается в механическую без промежуточных звеньев [4]. Поэтому КПД метода велик. Мощность ЭГ-удара за микросекунды достигает сотен тысяч киловатт. ЭГЭ не только создает в среде вокруг зоны разряда высокие и сверхвысокие давления, но и сопровождается целым комплексом физико-химических явлений. Это и резонансные явления, и ин-фра- и ультразвуковые колебания большой интенсивности. Такая встряска способна не только измельчать твердые материалы, но и разрывать химические связи в молекулах. Образовавшиеся осколки – радикалы – затем вновь соединяются, но частично по-новому, образуя новые вещества. Например, растворенный в обычной поливной воде биологически инертный азот превращается в оксиды. При ЭГ-ударе резко возрастает содержание ионов NO 2 и NO 3 , гидроксильные ионы превращаются в перекись водорода, которая тут же распадается на Н 2 О и О. Атомарный кислород энергично окисляет «пассивные» соли плодородного слоя.

Большинство природных комплексных солей плохо растворимы. Вода их по существу не столько растворяет, сколько разлагает. Сначала она отнимает у соли некоторую часть, превращая соль в более простые соединения. Затем оставшаяся часть молекулы под действием воды снова упрощается, и так далее. В природе на эти упрощения уходят десятки и сотни лет. При ЭГ-обработке все происходит за доли секунды.

Меняя параметры ЭГ-ударов, можно "создавать" почвы с заранее заданными размерами частиц. Если нужно, можно добиться поверхности частиц большей, чем даже у илистых почв – чемпионов плодородия [5].

Но какие бы результаты ни получались в экспериментах, все же окончательный судья эффективности ЭГЭ в сельском хозяйстве – сам урожай. В отчетах тех лет зафиксированы цифры: зеленая масса овса – в 1,5, ячменя – в 3,5 раза больше, чем на контрольных участках. ЭГ-обработка почвы и поливной воды благотворно сказывалась на всех без исключения культурах, проверенных в экспериментах. Развитие опытных растений иногда просто поражало. Например, фасоль, которую поливали вытяжкой из ЭГ-обработанной почвы, вымахала до четырехметровой высоты; растения были крепкими, с интенсивно окрашенными листьями, мощной корневой системой. А стоимость энергозатрат на ЭГ-обработку одной тонны почвы составляла от 6 до 12 копеек, одной тонны торфа – от 8 до 17 копеек (данные середины 80-х годов прошлого века).

Л.А. Юткин открыл любопытнейшее явление. Если после ЭГ-удара почву "оставить в покое", то через некоторое время количество азота в ней увеличивается благодаря работе бактерий-азотфиксаторов [6]. Изобретатель назвал явление "бактериальным взрывом" (авторское свидетельство № 211918 от 2 июля 1965 г.). Поскольку процессом можно управлять, меняя параметры ЭГ-ударов или подсевая нужные бактерии в предварительно стерилизованную ЭГ-обработкой почву, получается, что "бактериальный взрыв" поддается весьма точной регулировке. О возможностях управляемого "бактериального взрыва" говорят опыты с торфом, проведенные в НИИ почвоведения Минсельхоза БССР. До ЭГ-обработки торф месторождения "Велма" содержал 17 мг/кг аммиачного азота, а через две недели после обработки – целый грамм!

Эксперименты, выполненные в Тимирязевской академии, также дали прекрасные результаты. Если до посева в почве было 48 мг азота, а после уборки осталось 28 мг, то ЭГ-обработка истощенной урожаем земли повысила количество ценнейшего удобрения в ней до 65 мг.

Переработка, дегельминтизация, дезодорация стоков животноводческих помещений, приготовление высокопитательного органического удобрения. Предполагается технология обработки животноводческих стоков в процессе удаления из животноводческих помещений с помощью воздействия разрядов постоянного тока высокого напряжения. Лабораторные исследования ВНИПТИМ показали, что обработка навоза и куриного помета импульсами электрического тока напряжением 50 кВ позволяет дегельминтизировать и дезодорировать дурно пахнущий навоз и куриный помет с производительностью 100 кг/ч. При этом содержание аммиачной формы азота возрастает в 4–5 раз и водорастворимого органического вещества в 1,5 раза, а стоимость полученного органического удобрения увеличивается всего на 22 %.

Наши предложения для инвестиций:

Переработка, дегельминтизация, дезодорация стоков животноводческих помещений, приготовление высокопитательного органического удобрения

Предлагается разработка технологии обработки животноводческих стоков в процессе удаления из животноводческих помещений с помощью воздействия разрядов постоянного тока высокого напряжения. Лабораторные исследования показали, что обработка навоза и куриного помета импульсами электрического тока напряжением позволяет дегельминтизировать и дезодорировать дурно пахнущий навоз и куриный помет с производительностью до100 кг/ч. При этом содержание аммиачной формы азота возрастает в 4–5 раз и водорастворимого органического вещества в 1,5 раза.

Характер проекта Отрасль – Регион приложения инвестиций – Объем требуемых инвестиций – Период реализации проекта – Форма сотрудничества – Степень готовности проекта –	оснащение действующего производства. сельское хозяйство. Россия, Красноярский край. 3 600 000 руб. 1,5 года. прямые инвестиции. для внедрения в производство требуется провести исследования по обоснованию параметров и режимов работы оборудования, разработать конструкторскую документацию и изготовить опытный образец.
Направление использования инвестиций –	проведение серий экспериментов, проведение анализов, закупка комплектующих для опытного образца. Выводы

• 1.    Электрогидродинамический эффект достаточно легко обосновывается теоретически.

• 2.    Практическое применение электрогидроимпульсного разряда в сельском хозяйстве при известных затратах в несколько (не менее чем в 4–5 раз) повышает эффективность по сравнению с исторически сложившимися технологиями.

• 3.    С целью максимизации экономического эффекта от внедрения ЭГЭ-технологии необходимо опытным и теоретическим путем установить оптимальные величины регулируемых параметров с учетом конкретной области применения ЭГЭ в сельском хозяйстве.