Методическое пособие 817

Рис. 2. Критерии выб ора по функциональным возможностям летательных аппаратов

Популярной модель ю считается квадрокоптер, несмотря на то что технически его эффективность и стабильность уступает стандартным вертолетным моделям. В данном виде авиамодели, его корпус менее эргоно мичный, несущая конструкция проще, поэто му производство дешевле в несколько раз. Применение дронов с неподвижным крылом позволяет транспортировать техническому средству больше оборудо вания, преодолевать большие расстояния, с минимальными энергетическим и затратами. Недостатком такой модификации является зависание над одной точкой, соответственно приходится прорабатывать моменты устранения возм ожных сбоев точности позиции ка меры. Привлекли особое внимание и получи ли широкое распространение дрон ы способные взлетать и садиться при нулевой горизонтальной скорости, это позволяет достигать требуемой точности выпо лнения поставленной задачи. Но у н их есть ограничения по масштабированию, что требует дополнительных иссл едований по устранению данного недоста тка, они не могут поднимать большие и тяжелые грузы. Ещё одним из недостатков, является несовершенство воз можности аккумуляторов, по техническим характеристикам грузоподъемных б еспилотников ограничено время в воздухе в пределах получаса.

Одно из новейших сфер применения данной техники является сельское хозяйство, хотя в США да нные технологии уже применяются в течении 10 последних лет. Ведущими по внедрению считаются компании: S entera, MicaSense, Tetracam, Agribotix. Наличие в комплектующих техники му льтиспектральных камер, позволяет делать мониторинг и быстро собирать боль шой объем информации о достаточности о свещения посевов, а также своевременно оповещать систему о необходимости поливки (или обогатить почву удо брением). Данный спектр работы позволяет оптимизировать работы на полях по изучению посадок и выявлениях у них заболеваний.

В Китае крупнейшая компания по созданию беспилот ных летательных аппаратов, занималась внедрением в агропромышленные ком плексы различных модификаций и представила модель дронов способных оказывать помощь в

330

сельском хозяйстве в различных спектрах деятельности. Представленная техника способна переносить до 10 кг грузов, также обладает более улучшенными характеристиками, чем другие образцы, которые были до него. Если сравнивать оценки исследования компании Juniper, то с 2016 года до 48% коммерческих дронов были применены в сельском хозяйстве, а прогноз на 2026 год может достичь ~70%. К примеру, фермеры в своих хозяйствах используют в настоящее время беспилотники Phantom, обладающие способностью определять местонахождение стада и мгновенно найти отбившегося от него животное, благодаря установленной системе слежения за намеченной целью. Бот может облетать и осматривать все встречающиеся объекты на его пути.

Во Франции виноделы внедрили и хорошо освоили БЛА на виноградниках, для выполнения работ слежения и мониторинга за состоянием урожая на больших территориях. С помощью камер видео наблюдения, установленных на дронах, фермеры могут мгновенно среагировать и предотвратить нашествие на- секомых-вредителей. В вопросах мелиорации позволяет вовремя поливать почву, а если на участках встречается слабо растущая лоза, то при необходимости добавляют питательные элементы, а благодаря инфракрасной камере дрона контролируют уровень зрелости ягод.

Большинство дронов используют в сфере доставок, и одними из представителей освоивших эту область является компания Amazon. С 2013 года фирма занимается доставкой посылок в городах Америки с помощью коптеров, а в 2017 году ими была подана заявка на патентование башни, с помощью которой будут запускаться дроны. Сейчас эта технология находится в конечной стадии тестирования, что позволит в дальнейшем при эксплуатации не допускать столкновения с животным и людям и другими дронами на их маршрутном пути, также сканировать местность и с помощью смартфонов получателя определять его нахождения и направиться непосредственно к цели. Проект имеет кодовое название Prime Air, и сейчас компания работает над уникальным дизайном коптеров-курьеров.

Крупная компания Domino’s pizza решила запустить доставку пиццы, и закупила так называемые «домикоптеры». Первый тестовый заказ был доставлен в 2016 году на остров Уангапараоа в Новой Зеландии. Компания планирует запустить доставку с помощью данной техники в странах Австралии, Бельгии, Франции, Нидерландах, Японии и Германии.

В 2017 году на Международную космическую станцию был доставлен разработанный японскими изобретателями дрон IntBall, его предназначение в помощи космонавтам в условиях невесомости. Беспелотник может работать в двух режимах автономно и управляться дистанционно с Земли. Дрон IntBall обладая сферическим устройством со встроенной камерой, может делать фото- и видеоотчеты о экспериментах, которые проводятся на станции, и тем самым сокращают время, проводимое космонавтами на орбите. Японские ученые планируют расширить выполняемые функции для помощи команды в космосе и увеличить продолжительность времени его работы.

331

Сейчас дроны используются не только в развлекательных целях, но и в таких областях как проведение спасательных операций по спасению человеческой жизни. В Швейцарии инженеры разработали квадрокоптеры для ориентирования на местности, они сканируют местность вокруг себя, и находят тропики которые протоптал человек, летят над ними на высоте с человеческий рост. Эту технологию также развили ученые Цюрихского университета, разработав ПО (искусственный интеллект), который с помощью нейронной сети могут сами отклонятся от препятствий (например, от деревьев). Разработчики прогнозируют, что в скором времени после тестов и исправления ошибок, будет достаточно отправить около 4 беспелотников для проведения предварительных разведывательных операций для самостоятельного поиска заблудившихся людей.

Многие страны вводят беспилотные летательные аппараты для помощи в тушении, оценки масштаба возгорания и оперативного устранения пожаров. Использование таких технологичных помощников остро необходимо в сезоны пожаротушения в Российской Федерации. Благодаря таким дронам, пожарным меньше придется подвергать свои жизни опасности.

Медицинские учреждения за границей, используют дроны для доставки: лекарств, анализов, донорской крови. В США первой официальной доставкой груза в медицинских целях стала развозка медикаментов из аптек в больницы. Для беспилотника достаточно было проделать несколько заходов для доставки в сельскую больницу в штате Виргиния, 24 пакета с лекарствами. При длительности полёта ~15 минут и доставки прямо на крыльцо больницы, данная операция была проведена в 2 захода. Похожий проект, запущенный почтовой компанией Swiss Post в конце 2017 года по доставке лабораторных анализов и лекарств между госпиталями в городе Берне, к сожалению, был заморожен из-за двух аварий. Швейцарская почтовая компания планировала снова его восстановить после всех технических исправлений, но из-за пандемии проект отложен на неопределенный срок.

Государство в Восточной Африке Руанда заключила контракт с калифорнийской компанией Zipline на доставку медикаментов в отдаленные больницы страны. Дорны способны перевозить более литра крови и килограмма лекарств. При сохранении скорости 200 км/ч, в день они могут выполнять около 100 доставок. Врачи делают запрос по SMS, в каких препаратах они нуждаются, и в течение получаса будет дрон с заказом. Это очень быстрый и удобный способ ведь в стране существуют проблемы передвижения по дорогам на машинах, особенно в горных районах.

Китайские разработчики авиатехнологий EHang Holdings и американские ученные из фирмы Lung Biotechnology PBC, заключили контракт по изготовлению беспилотных летательных аппаратов, которые смогут долететь за короткое время от медицинского учреждения, взять необходимый груз и доставить его в нужную больницу донорских органов.

Швейцарские ученные взяли разработку дрона-дефибриллятора у студента Алек Момон из университета нидерландского города Делфт, который в свою

332

очередь создал прототипдефибриллятора. Дрон технически оснащённый всеми функциями необходимыми при оказании скорой медицинской помощи, сам может определять местоположение пострадавшего по сигналу мобильного телефона звонившего.

Большой интерес представляет летательный аппарат БАС ЮРИК разработанный российским технологами. Он способен преодолевать расстояние до 100 километров и набирать скорость до 200 км/ч. ЮРИК может поднять около 120 кг и работать без сигнала GPS или ГЛОНАСС.

Использование беспилотного летательного аппарата регламентировано нормативно-правовым актом Федерального закона. Разработка технических нововведений, учитывая все возможные риски современного общества, обязывает структурные надзорные органы вводить особые правила применения и эксплуатации данных аппаратов. Соответственно необходимо прорабатывать правила защиты от применения БЛА неблагонадёжными пользователями. Основные положения примерной модели программы защиты можно увидеть на рис. 3.

Рис. 3. Модель защиты от неблагонадёжных пользователей БЛА

Разработка более прочных и модифицированных моделей в настоящий момент является основным направлением разработчиков, практическая ценность использования техники в решении мониторинга, транспортировки, участие в оперативных операциях спасательных служб, делает это направление постоянно востребованным.

Таким образом, анализ рынка позволяет сделать вывод о востребованности БЛА [1-5], при решении вопросов по устранению ЧС в экстремальных условиях, а также они не заменимы при разрешении бытовых повседневных задач. На сегодняшний день ценовой сегмент дорнов вырос в несколько раз по сравнению с 2017 годом, а себестоимость на модернизацию летательных уст-

333

ройств минимизируются за счёт новых конструкторских решений, что позволяет снизить материальные затраты. Создание новых моделей дронов, с улучшенными параметрами, превосходящих своих предшественников, позволяет более оперативно решать глобальные проблемы экологического, техногенного и социального характера общества.

Литература

1.Винокурова, И. М. Решение глобальных проблем современного общества посредством использования беспилотных летательных аппаратов [Текст]// Е. А. Плисеина, И. М. Винокурова, Т.В. Овчинникова /Лучшая студенческая статья 2019: сб. ст. XXV Междунар. научно-исследовательского конкурса. Ч. 1. – Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». – 2019. – С. 29 -34.

2.Хлоповских Е. Е., Беспилотные летательные аппараты как неотделимая составляющая современного общества [Текст]// Хлоповских Е. Е., Тычининина А. А., Винокурова И. М. /сборник тр. XVII международная научно-практическая конференция «Комплексные проблемы техносферной безопасности», «Научный и практический подходы к развитию и реализации технологий безопасности» ВГТУ, Воронеж.

3.Винокурова, И. М. Обеспечение безопасности полетов в Российской федерации [Текст]// И.

М.Винокурова, Е. А. Плисеина, Т. В. Овчинникова / мат. тез. Авиакосмические технологии (АКТ2018) ХIХ междунар. науч.-техн. конфер. И школы молодых ученых, аспирантов и студентов.- Воронеж: ООО Фирма «Элист»; 2018.-С. 144-146.

4.Винокурова, И. М. Анализ необходимых мер по обеспечению безопасной утилизации аккумуляторных батарей [Текст]/ И.М. Винокурова, Е. А. Плисеина, Н. Н. Золотухин // Исследования в области естествознания, техники и технологий как фактор научно-технического прогресса: сб. науч. тр. матер. Межд. науч.-практ. конф. г. Белгород, 30 октября 2018 г., - Белгород: ООО Агентство перспективных научных исследований (АПНИ), 2018. С. 121-124.

5.Винокурова, И. М. Исследование альтернативных методов по обеспечению безопасности полетов российского авиационного транспорта [Текст]/ И. М. Винокурова, Е. А. Плисеина, Т. В. Овчинникова// мат. трудов ХIХ междунар. науч.-техн. конфер. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» (АКТ-2018) .-Воронеж: ООО Фирма «Элист»; 2018.-С. 362-370.

Воронежский государственный технический университет

E. E. Khlopovskikh, A. A. Tychinina, I. M. Vinokurova, V. A. Zhilenko

THE DEMAND FOR THE LATEST MODIFICATIONS OF UNMANNED

AIRCRAFT IN SOLVING MODERN PROBLEMS

The paper presents optimization work to determine the effectiveness of the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) and their use in the modern world.

Voronezh state University

334

МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, МАЛООТХОДНЫЕ И БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВА

УДК 628.316.12:665.6

И. В. Старостина, Д. О. Половнева, А. Н. Лифинцев

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КИСЛОТНОЙ СРЕДЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ

НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

В статье было исследовано влияние pH среды исходной модельной жидкости на эффективность извлечения эмульгированных нефтепродуктов в динамических условиях при помощи фильтрационной установки с сорбентом в виде ТКШ500 фракцией меньше 0,315 мм. Для приготовления модельной эмульсии было взято техническое масло марки И-20А концентрацией 100 мг/дм3. Также были рассмотрены свойства исходного кизельгурового шлама и его термической модификации – ТКШ при температуре 500 ºС. Результаты показали, что очистка сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты повышенной концентрации, в динамических условиях с использованием такого материала является наиболее эффективной в условиях кислой среды.

Сегодня безотходные и малоотходные технологии являются ключевым звеном в развитии промышленности и сельского хозяйства, так как негативное воздействие на окружающую среду в эпоху научно-технического прогресса является актуальной проблемой. Применение безотходных технологий обусловлено переработкой отходов, то есть использованием их в качестве вторичного сырья. Это является толчком к разработке и внедрению новых технологических решений по их переработке и утилизации и позволяет снизить антропогенную нагрузку промышленных предприятий на окружающую среду [1].

В промышленной экологии все больше становится актуальным использование отходов производства в системе водоочистки, особенно в качестве сорбционных материалов. Известно использование листового опада вишни и рябины [2], стеблей подсолнечника [3], металлургического шлака [4] и др.

Ранее проведенные исследования показали возможность переработки отхода производства растительных масел – кизельгурового шлама (КШ), образующегося на стадии винтеризации при извлечении растительных восков и воскоподобных веществ [5]. Показано, что в результате термической обработки шлама в интервале температур 450-600 ºС в условиях недостатка кислорода происходит неполное окисление органических соединений с образованием на поверхности частиц кизельгура углерода. Полученный материал имеет условное название – термически модифицированный кизельгуровый шлам (ТКШ).

335

Углеродсодержащий сорбционный материал, полученный при 500 ºС (ТКШ500), характеризуется низким водопоглощением и гидро фобными свойствами (таблица [5]), достаточными для использования его в качестве нефтесорбента при очистке водных сред от нефтепродуктов (НП) [6].

Таблица Водопоглощение Т КШ, полученного при различных температурах

Результаты, представленные в работе [5], позволили эффективно использовать ТКШ500 при извлече нии эмульгированных нефтепродуктов из модельных сточных вод в динамических условиях.

Одной из важных технологических характеристик испо льзования сорбционных материалов являетс я влияние кислотной среды на эффективность извлечения загрязненных веществ. Поэтому далее проводили оценку влияния рН среды на эффективность и звлечения эмульгированных нефте продуктов в динамических условиях при использовании в качестве сорбци онного материала ТКШ500 с размером частиц меньше 0,315 мм. Для исследования использовали фильтрационную установк у, схема которой представлена на рис. 1 [7].

Рис. 1. Схема фильтрационной установки

В качестве модельной сточной воды использовали эмульсию с концентрацией НП 100 мг/дм3 и рН = 1,46; 2,26; 6,34; 10,13; 11,93. В качестве НП использовали техническое масло марки И-20А.

Результаты исследо вания, представленные на рис. 2, показали, что максимальная эффективность извлечения НП характерна в услов иях кислой среды. Необходимо отметить, что увеличение кислотности среды способствует увеличению эффективности очи стки. Так, при рН модельной эмульсии 11,93 эффективность очистки достигается до 84 %, а при рН = 2, 26 и 1,46 эта характеристика возрастает до 94 %.

336

Рис. 2. График зависимости эффективности очистки от объема модельной эмульсии, пропущенной через ТКШ500 фракцией меньше 0,315 мм при различных значениях рН среды

Таким образом, очистка сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты повышенной концентрации, в динамических условиях с использованием ТКШ500 фракцией частиц меньше 0,315 мм в качестве адсорбционного материала является наиболее эффективной в условиях кислой среды.

Работа выполнена в рамках реализации Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В. Г. Шухова с использованием оборудования на базе Центра Высоких Технологий БГТУ им. В. Г. Шухова.

Литература

1.Бойко, Н. И. Основные направления безотходных и малоотходных технологий /

Н.И. Бойко, В. А. Одарюк, А. В. Сафонов // Технологии гражданской безопасности. – 2015.

–Т.12. – № 1 (43). – С. 68-72.

2.Свергузова, С. В. Очистка маслосодержащих эмульсий листовым опадом вишни и

рябины / С. В. Свергузова, И. В. Бомба, Ю. С. Воронина // Chemical Bulletin. – 2018. – Т.1. –

№4. С. 4-10.

3.Свергузова, С. В. Влияние щелочной обработки на сорбционные свойства биомассы подсолнечника / С. В. Свергузова, Е. В. Локтионова // Рациональное использование природных ресурсов и переработка техногенного сырья: фундаментальные проблемы науки, мате-

риаловедение, химия и биотехнологи. – Белгород, 2020. – С. 169-172.

4.Рубанов, Ю. К. Способ очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов /

Ю.К. Рубанов, Ю. Е. Токач // Вестник Технологического университета. − 2015. − Т.18. − № 6. − С. 246-249.

5.Старостина, И. В. Исследование влияния условий термической модификации отработанного кизельгурового шлама на смачиваемость поверхности получаемого сорбента / И. В. Старостина, А. Е. Никитина, Е. В. Порожнюк, Д. С. Рабощук // Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружающей среды. – Белгород, 2017. − С. 118-124.

337

6.Starostina, I. V. Carbonic and Mineral Adsorbent, Received out of a Slurry Withdrawal of Oil-Extracting Production / I. V. Starostina, D. V. Syarov, М. М. Kosukhin // Solid State Phenomena. − 2017. − Vol. 265. − pp. 319-324.

7.Плотникова, О. А. Очистка сточных вод углеродсодержащим сорбентом от эмульгированных нефтепродуктов в динамических условиях / О. А. Плотникова, И. В. Старостина,

Е.В. Порожнюк, Д. А. Половнева, В. В. Иванова, А. В. Токарь // Инновационные подходы в решении современных проблем рационального использования природных ресурсов и охраны

окружающей среды. Алушта – 2019. – С. 76-80.

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Россия

I. V. Starostina, D. O. Polovneva, A. N. Lifintsev

INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF ACIDIC ENVIRONMENT ON THE EFFICIENCY OF EXTRACTION OF EMULSIFIED

PETROLEUM PRODUCTS FROM WASTEWATER UNDER DYNAMIC CONDITIONS

The article investigated the effect of the pH of the medium of the initial model liquid on the efficiency of extraction of emulsified petroleum products under dynamic conditions using a filtration unit with a sorbent in the form of TKSH500 with a fraction less than 0.315 mm. For the preparation of the model emulsion, technical oil of the I-20A brand with a concentration of 100 mg/dm3 was taken. The properties of the initial kieselguhr sludge and its thermal modification – TCS at a temperature of 500 ° C were also considered. The results showed that the treatment of wastewater containing emulsified petroleum products of high concentration under dynamic conditions using such a material is the most effective in an acidic environment.

Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov, Russia

УДК 504.75.06

А. Н. Насонов1, В. В. Кульнев2, И. В. Цветков3

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ФРАКТАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ

Представлен способ оценки экологической безопасности техноприродных процессов, в основе которого лежит математический аппарат, позволяющий оценить степень экологического состояния урбоэкосистем в ретроспективном аспекте и реальном времени. Показано, что применение фрактальной динамики актуально и своевременно отражает возможность возникновения геоэкологических рисков, которые могут привести к дестабилизации состояния экологической системы.

Любая экологическая система, независимо от уровня ее организации функционирует в характерных для неё пределах системной достаточности дей-

338

ствующих факторов, в которых она не утрачивает своей устойчивости. Благодаря саморегуляции состояний поддерживается гомеостаз экосистемы, под которым понимается ее способность поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях внешней среды [13].

Вгомеостазе экосистема достигает наибольшей эффективности функционирования, однако по мере приближения уровней действующих факторов к граничным значениям (лимитирующим показателям) устойчивости, эффективность функционирования экологической системы резко снижается, и она переходит в режим самосохранения. При этом гомеостаз сменяется на бистабильное состояние (неустойчивое равновесие), а в экосистеме происходят необратимые морфологические изменения [4].

Вплане описания экологических систем, которые обладают управляемостью по отношению к внешнему фактору в динамически развивающейся среде, фракталы являются наиболее удобным математическим инструментом [11]. Механизм саморегуляции, описываемый фракталом, задает такой структурный каркас сообществ, который сохраняется и развивается за счет оптимального распределения потоков вещества и энергии [4].

Общеизвестно, что антропогенная эксплуатация ресурсов природы имеет свои пределы – увеличивая нагрузку на природную среду, ее нельзя истощать, нарушая естественный баланс. Природное возобновление биоресурсов в структуре техноприродного цикла происходит за счет саморегуляции природной среды на основе естественных природных механизмов – биопродукционных, формирующих биотическую компоненту и процессов, определяющих абиотическую компоненту экосистем – геологических, климатических, гидрологических и.т.д.

Антропогенное возобновление биоресурсов происходит в том случае, когда естественные механизмы для этого отсутствуют, что говорит о нарушении средообразующих свойств природной среды (Рис. 1).

Очевидно, что выбор природоохранных мероприятий в структуре управления геоэкологическими рисками зависит от того, насколько природная среда способна к самостоятельному возобновлению утраченного биоресурса.

Если обозначить R – интенсивность (уровень) природопользования; Z – антропогенно возобновимые ресурсы; P – природно-возобновимые ресурсы, то эффективность природопользования будет определяться соотношением:

Очевидно, что чем интенсивнее природопользование, тем ниже его эффективность, т. е. эксплуатация природного ресурса становится все дороже, поскольку затраты на его восстановление возрастают.

Поскольку уровни природопользования ограничены регенерационным потенциалом природы, все более актуальной становится задача управления (прогнозирования и предупреждения) возникающими экологическими рисками [3].

339