ФОРМИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ЖИЗНЕННЫХ МИКРОСРЕД
Актуальность темы.
Важной задачей пищевой и перерабатывающих отраслей АПК является разработка и внедрение прогрессивных технологических процессов, оборудования и систем управления, обеспечивающих повышение качества и биологической ценности продуктов питания. При этом значительная часть технологических процессов реализуется в ограниченном пространстве - микросреде, содержащей живые объекты (например, процесс хранения картофеля в картофелехранилищах, процессы хранения других видов плодоовощной продукции в овощехранилищах, процессы транспортировки сельскохозяйственного сырья на большие расстояния в специализированном авто- и железнодорожном транспорте, процессы солодоращения и культивирования микроорганизмов и т.д.).Актуальность настоящего проекта заключается прежде всего в обеспечении устойчивого развития предприятий пищевой промышленности и АПК, использующих в технологических процессах живые объекты, когда благодаря применяемым новейшим наукоемким технологиям формирования производственной микросреды не существует противоречия между задачами повышения технико-экономических показателей производства, формирования безопасности и качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов и поддержания улучшенных условий труда производственного персонала с точки зрения экологии. Типичным примером подобного подхода является применение указанных технологий на плодоовощных предприятиях, где в ходе процесса хранения одновременно решаются несколько задач: подавление метаболизма плодов и овощей, гнилостной микрофлоры, насекомых и плесневых грибов при хранении сельскохозяйственной продукции за счет ионизации воздуха по оптимальной программе; трехступенчатая очистка воздуха в производственных помещениях от различных пылеобразных и газообразных органических и неорганических загрязнителей воздуха (пыли, бактерий, грибов, озона, этилена и т.д.).
Подсистемы автоматического управления микросредой (ПАУМ), решающие вышеуказанные задачи, могут быть выполнены как в стационарном исполнении при больших производственных площадях и больших объемах обрабатываемой продукции, так и в переносном или транспортном исполнении в случае малых производственных мощностей, небольших складских помещений, а также для установки на транспортных средствах при перевозке сырья и продукции
на большие расстояния.Управление живыми системами в данном проекте производится путем воздействия аэроионизированных сред на внутриклеточное дыхание с использованием УСГОВ (устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха, Патент СССР No.1623346, действующий с 1989 года) в качестве основного исполнительного устройства. При этом решение задач оптимального управления предложено осуществлять на базе комплексной математической модели, описывающей живую систему на уровне отдельных внутриклеточных органелл (митохондрий) клеток плодов и овощей и на уровне взаимодействия живого объекта с микросредой (организменном уровне).
Принцип действия УСГОВ
заключается в многоступенчатой очистке воздуха с последующей его ионизацией. Поток воздуха под действием принудительной вентиляции, осуществляемой установленным в УСГОВ высокоскоростным вентилятором с переменной скоростью вращения, сначала проходит через предфильтр (механический двухслойный противопыльный фильтр), на котором осаждаются пылеобразные загрязнители, в том числе твердые аэрозоли, входящие в состав дыма. После этого поток воздуха поступает в электрофильтр (электростатический фильтр или генератор озона), оборудованный осадительными электродами, где под воздействием озона и электростатического поля высокой напряженности воздух обеззараживается и очищается от газообразных биологических и химических загрязнителей. Затем специальный (каталитический) фильтр с электропроводящими обкладками очищает воздух от остаточного озона и продуктов реакции озона с различными загрязнителями, а также поглощает и осаждает некоторые газообразные и аэрозольные загрязнители, прошедшие через противопыльный фильтр и не вступившие в реакцию с озоном. При этом в зоне высокой напряженности генератора озона вредные примеси ионизируются и затем активно адсорбируются на поверхности каталитического фильтра, что повышает эффективность его работы. Напряжение на генератор озона и на электропроводящие обкладки подается с разным знаком, что придает обкладкам функцию дополнительных осадительных электродов. В качестве наполнителя каталитического фильтра может быть использован катализатор, представляющий собой гранулированную окись алюминия с нанесенным на ее поверхность металлическим палладием в сочетании с другими сорбентами. Наконец, пройдя противопыльный фильтр, генератор озона, зону электростатического поля высокой напряженности, электропроводящие обкладки и каталитический фильтр, поток очищенного воздуха ионизируется до оптимального уровня игольчатым ионизатором и поступает в помещение. В стационарных системах поток воздуха может создаваться централизованно общей системой вентиляции.Другими словами, принцип действия устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха (УСГОВ) заключается в многоступенчатой очистке воздуха с последующей его ионизацией. Поток обрабатываемого воздуха проходит последовательно механический (противопыльный), электростатический (озонатор + электропроводящие обкладки) и адсорбционный (каталитический) фильтры и ионизатор. Таким образом, устройство УСГОВ представляет собой разновидность воздухоочистителя-ионизатора. Компании, производящие или реализующие изделия, в которых использовано запатентованное изобретение, должны учитывать, что согласно п.3 ст.10 Патентного закона РФ нарушением исключительного права владельца на использование изобретения признается: несанкционированное применение, ввоз, предложение к продаже, продажа, иное введение в хозяйственный оборот или хранение с этой целью изделия, содержащего запатентованное изобретение.
Различные оптимальные режимы работы УСГОВ рассчитываются на основе математических моделей различных живых систем и закладываются в микропроцессорный блок управления.
Возможна работа установки с различной производительностью, определяемой изменением скорости вентиляции и напряжения на входе электростатического фильтра и ионизатора, что позволяет использовать одну модификацию УСГОВ для обработки воздуха в помещениях различной площади и использовать множество режимов воздействия на живые системы.
Исключительное право в соответствии со ст.3 Патентного закона РФ
на использование данного устройства с 1989 года на территории Российской Федерации принадлежит патентообладателям действующего Патента No.1623346. Производители на территории России таких устройств любого назначения, принцип действия которых соответствует формуле изобретения по Патенту No.1623346 (см. БИ No.15 от 1998 года, класс F 24 F 3/16), в соответствии с действующим законодательством обязаны заключить с патентообладателями Патента No.1623346 лицензионный договор. Предупреждаем об этом также покупателей и продавцов нелицензированной продукции!
К настоящему времени проведены испытания на картофелехранилище: режим обработки клубней "ингибирование" позволил подавить эффект прорастания и увеличить количество стандартных клубней при хранении на 30%; при режиме обработки клубней "активация" отмечен явный эффект стимуляции прорастания клубней. Проект по разработке и серийному производству устройств УСГОВ и систем на их основе поддержан Управлением плодоовощного хозяйства г.Москвы, получены предварительные заявки на приобретение УСГОВ и систем на их основе со стороны ряда плодоовощных предприятий. Подписан протокол о намерениях с фермерским объединением "Юнона" Ярославской области по возможному применению разработки на территории более 30 фермерских хозяйств, входящих в состав объединения. На Первом московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 7-10 февраля 2001 года) устройство УСГОВ было удостоено серебряной награды. Результаты предварительных исследований по теме проекта опубликованы в отечественных журналах и сборниках и доложены на международных конференциях и симпозиумах.
Другими приложениями данного проекта являются: (а) управление любыми аэробными живыми системами с целью стимуляции или ингибирования жизнедеятельности; (б) лечебно-профилактическое приложение - устройство УСГОВ бытовой модификации может применяться для оздоровления микроклимата в квартирах, больничных палатах, на общественном транспорте, в офисах и цехах, в аудиториях учебных заведений и т.д., а также для профилактики и лечения различных заболеваний, таких как аллергия, бронхиальная астма, ВСД и многих других патологий и расстройств. Получены положительные заключения Главного терапевта ГМУ г. Москвы и Института медико-биологических проблем на производство УСГОВ лечебно-профилактической модификации.
Результаты исследования воздействия УСГОВ на различные живые системы изложены в научной статье "Minimum Specific Cost Control of Technological Processes Realized in a Living Objects Containing Microenvironment", направленной в международный журнал Environmental Science and Pollution Research (Германия).
Имеющееся в наличии оборудование, приборы, правоустанавливающая и прочая документация, программное обеспечение:
1).
Действующий макет переносной модификации Устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха (УСГОВ) (см. Рис.1), которое может быть использовано в качестве основного исполнительного устройства при управлении процессами хранения.2).
Действующий Патент No.1623346 на Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха (УСГОВ).3). Наличие в МГУПП специализированной лаборатории по исследованию режимов и условий хранения сельскохозяйственной продукции, а также необходимого парка приборов и оборудования (аспирационный счетчик ионов АСИ-1, вспомогательное оборудование и т.п.).
4). Программное обеспечение OptiMod, реализованное на языке "Си", для исследования математических моделей и решения задач поиска оптимальных профилей воздействия внешних факторов на живые объекты на основе их математического описания.
Другим направлением применения исполнительных устройств УСГОВ является формирование управляемых жизненных микросред в жилых помещениях и офисах, на общественном и личном транспорте, в учебных и медико-профилактических учреждениях, в гостиницах и домах отдыха, в ресторанах и кинотеатрах, в клубах и домах культуры, в магазинах и других замкнутых жизненных пространствах.
При этом одной из основных задач является профилактика таких распространенных заболеваний, как аллергия, атопический дерматит и бронхиальная астма. В докладе Л.Н.Скучалиной, Е.Н.Старосветовой и Г.М.Сейтгалиева "ЗНАЧЕНИЕ МИКРОСРЕДЫ В РАЗВИТИИ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ У ДЕТЕЙ" (Акмолинская государственная медицинская академия, г. Астана. Казахстан), сделанном на I(V) Съезде детских врачей Республики Казахстан в 2001 году, указано, что "эпидемиологические исследования свидетельствуют о значительном росте аллергических заболеваний у детей в разных районах мира, и в развитии этой патологии большое значение имеет состояние жилища". В ходе исследований авторами доклада был проведен анализ факторов риска микроэкологии жилища у 104 больных бронхиальной астмой, 107 больных атопическим дерматитом и 686 здоровых детей, которые составили группу контроля. Изучение состава домашней пыли в квартирах больных детей выявило её многокомпонентность. В каждой квартире обнаружены клещи от 10 до 900 в 1 грамме пыли, с преобладанием мертвых особей. Наибольшее их содержание было в матрасах. Выявленное количество грибов колебалось от 20 до 520000, чаще в виде Penicillum и Aspergillus. Авторами данной работы доказано, что все вышеперечисленные факторы относятся к управляемым и при уменьшении их воздействия снизится риск аллергической патологии.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что комбинированное использование воздушного фильтра-ионизатора УСГОВ и специальных гипоаллергических и антимикробных постельных принадлежностей в жилых помещениях приведет к формированию благоприятной жизненной микросреды, в значительной мере предотвращающей развитие аллергии в форме дерматитов и бронхиальной астмы.
Например, немецкой фирмой Brinkhaus GmbH разработаны наполнители, изготовленные из текстильных и полиэфирных волокон, которые по своей структуре и свойствам максимально приближены к натуральным, но более функциональны. Помимо этого, компанией Бринкхауз изобретено принципиально новое хлопчатобумажное полотно, защищающее от пылевых клещей и моли и обеспечивающее эффективное удаление влаги. На этом основана специальная запатентованная программа для аллергиков MORPHEUS , позволяющая практически исключить контакт страдающих аллергией и бронхиальной астмой во время сна с домашней пылью и тем самым значительно снизить дозы антигистаминных препаратов, влияющих на качество крови и работу печени. Комплекты постельных принадлежностей MORPHEUS можно стирать при температуре до 95 градусов по Цельсию и сушить, что позволяет использовать их не только для страдающих аллергией на домашнюю пыль и кожными заболеваниями, но и как дачный и гостевой вариант, а также для неподвижного больного (см. Рис.2).
Преимуществами способа создания аэроионизированных и озонированных сред и реализующего его устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха УСГОВ являются:
(а) ионизация потока предварительно очищенного воздуха;
(б) модульность исполнения, позволяющая создавать стационарные и переносные устройства различной конфигурации и мощности, использовать устройство в действующих системах вентиляции и кондиционирования и т.п.;
(в) использование при изготовлении и эксплуатации исключительно отечественных материалов и комплектующих;
(г) низкая потребляемая мощность, высокая степень очистки воздуха от пыли, газообразных загрязнителей и микроорганизмов, большой радиус действия;
(д) расходные материалы не являются дорогостоящими, срок их хранения неограничен;
(е) простота эксплуатации и обслуживания;
(ж) возможен выбор режимов аэроионизации и расхода воздуха в зависимости от типа объекта и цели воздействия (ингибирование или стимуляция);
(з) отсутствие выделения озона в окружающую среду;
(и) возможность обеспечения режима озонирования при отключении третьей ступени фильтрации, а также режима одновременного озонирования и аэроионизации при необходимости антисептирования технологических помещений, камер хранилищ, технологического оборудования и транспортных средств (контейнеров, фургонов и т.п.);
(к) быстрое удаление озона из окружающей среды при отключении режима озонирования.
Вид и содержание планируемых работ в рамках настоящего проекта:
1). Модернизация исполнительного устройства УСГОВ (обеспечение различных уровней аэроионизации в заданном диапазоне, исследование свойств различных наполнителей специального фильтра, модернизация электрической схемы блока питания электростатического фильтра, использование высоковольтного компаунда для изоляции токопроводящих частей УСГОВ, изготовление нового корпуса устройства из диэлектрических материалов, улучшение аэродинамических свойств по ходу потока
воздуха и дизайна устройства и т.д.).2). Наладка прибора АСИ-1.
3). Подготовка экспериментальной базы с целью проведения серии экспериментов по исследованию режимов хранения, проведение в МГУПП серии экспериментов для различных видов плодоовощной продукции, анализ и обработка экспериментальных данных.
4). Построение математических моделей для различных видов плодоовощной продукции, параметрическая идентификация моделей на основе полученных экспериментальных данных, решение задач оптимального управления процессом хранения. Расчет оптимальных режимов работы УСГОВ для различных условий (видов плодоовощной продукции, типов хранилищ, условий хранения или транспортировки и т.п.).
5). Разработка бизнес-плана организации серийного производства различных модификаций устройств УСГОВ и систем управления на их основе. Обследование промышленных предприятий, на базе которых возможна организация серийного производства УСГОВ, и плодоовощных предприятий, заинтересованных в закупке УСГОВ. Исследование различных схем финансирования заключительной стадии данного проекта.
С целью организации серийного производства различных модификаций УСГОВ на территории России учреждено ООО "АЭРОИОН 2000" и открыто финансирование в рамках приоритетного направления развития науки и техники России "Управление живыми системами". Заключены предварительные соглашения с потенциальными производителями и потребителями УСГОВ. Получены заявки на покупку различных модификаций УСГОВ из зарубежных стран. В июне 2002 года направлена заявка на создание международного консорциума по исследованию и внедрению подсистем ПАУМ на базе УСГОВ в рамках Рамочной программы Европейского Сообщества FP6 с участием заинтересованных сторон из Германии, Бельгии, Великобритании и Дании.