Общие понятия и определение аэрозоля
Пестициды широко применяются в современном сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур.
Известно множество способов защиты растений. Несмотря на все свои недостатки, для настоящего времени и ближайшего будущего наиболее распространённым среди них является химический.
Современный уровень развития сельского хозяйства предъявляет к средствам механизации защиты растений всё более высокие требования. Главные из них - обеспечение качественной обработки культур с минимальным расходом рабочей жидкости.
При биологической защите растений, масштабы которой непрерывно растут, многие биопрепараты применяются в форме аэрозолей. Для их создания используется специальная аппаратура (генераторы). В связи с требованиями, предъявляемыми к машинам для генерации аэрозолей, важное значение приобрёл вопрос об их модернизации.
Рассмотрим общие понятия и определение аэрозоля.
Аэрозолем называется дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твёрдой или жидкой дисперсной фазы, иначе говоря, это взвесь твёрдых или жидких частичек в газе [6].
Обработка аэрозолями – эффективный приём, позволяющий существенно улучшить равномерность покрытия обрабатываемых поверхностей ядохимикатом, снизить его расход, значительно увеличить производительность процесса. Обычно аэрозоли представляют собой частицы твёрдого (дымы) или жидкого (туманы) пестицида, взвешенные в воздухе. Первые получают от сжигания (без пламени, путём тления) дымовых шашек, таблеток, различных горючих материалов, пропитанных раствором ядохимиката (гексахлорана и др.), путём их возгонки с помощью различных нагревательных приборов (керосинок, электроплиток, специальных электроламп) [4].
Туманы могут быть получены механическим, термическим и термомеханическим способами, среди которых наиболее распространённым является последний. В этом случае, аэрозоли образуются дроблением рабочей жидкости горячей струёй газа на мелкие капли, которые затем в потоке газа испаряются частично или полностью. Для получения туманов используют растворы пестицидов в специальных растворителях. В качестве последних при обработке полей, садов и виноградников применяют масла со сравнительно высокой температурой кипения (соляровое, трансформаторное и др.). Туман или дым обладают способностью легко проникать в крону деревьев, внутрь виноградного куста, равномерно распределяясь по всей обрабатываемой поверхности. Благодаря этому токсическое действие пестицида на вредные организмы значительно усиливается. Данный вид химической обработки растений, по сравнению с опрыскиванием, в десятки раз уменьшает расход ядохимиката, значительно увеличивает производительность и повышает качество работ [4]. Аэрозоли позволяют уничтожать вредных насекомых не только на земле, но и в воздухе. Однако применение аэрозолей в полевых условиях затрудняется их трудноуправляемостью и большой вероятностью сноса в стороны и вверх.
Размер частиц колеблется в пределах от 1 до 50 мкм. От их величины в значительной степени зависят такие важнейшие факторы как биологическая активность (токсичность) препарата, эффективность улавливания и удержания жидкости или порошка поверхностью растений, равномерность и полнота покрытия обрабатываемого объекта, явные и неявные потери.
Согласно агротехническим требованиям нормы расхода рабочей жидкости для аэрозольной обработки должны составлять на полевых культурах 1…5 л/га, на многолетних насаждениях – 5…25 л/га [7].
Мелкие (10…50 мкм) частицы препаратов, применяемых для проведения данного мероприятия, могут быстро испаряться в ходе операции. Во избежание этого используемые для аэрозольной обработки ядохимикаты должны обладать низкой летучестью. Для них также важна достаточно хорошая текучесть. При этом их вязкость не должна значительно варьироваться под воздействием изменения температуры воздуха, поскольку это существенно нарушает установленные режимы расхода жидкости. Кроме того, они не должны угнетать рост и развитие растений, вызывать ожоги листовой поверхности.
Также очень важным показателем качества распыла жидкости при малых расходах является наличие мелко раздробленных частиц, одинаковых по размеру (монодисперсность). Для аэрозольной обработки выпускаются жидкие препараты, предназначенные для борьбы с многими видами вредителей, болезней и сорняков. Их основные свойства - вязкость, летучесть, фитотоксичность. Каждый из применяемых для аэрозольной обработки препаратов имеет свои значения данных показателей.
Нельзя не учитывать также то, что они высокотоксичны и более высокая дисперсность распыла жидкости вызывает больший их снос.
Многочисленные исследования показывают, каким образом эти два фактора взаимосвязаны между собой. Крупные частицы имеют значительно меньшую токсичность для вредных организмов. Но в то же время они могут повреждать культурные растения, вызывая ожоги листьев. Мелкие частицы при одинаковом расходе ядохимиката на единицу площади более полно и равномерно покрывают поверхность обрабатываемого объекта. Также от размера частиц в значительной степени зависит эффективность удерживания пестицида листьями растений. Таким образом, уровень данного показателя тем выше, чем мельче распыл жидкости.
Влияние размера частиц на величину потерь ядохимиката связано со способом его доставки от машины к объекту обработки. Агрегаты для химической защиты сельскохозяйственных культур, в частности, аэрозольные генераторы, осуществляют транспортировку пестицида к растению с помощью турбулентных струй. Они дают минимальные потери ядохимиката, количество которых находится в прямой зависимости от размера частиц.
Наиболее крупные из них, расположенные ближе к центру струи, обладают большей инерционностью. При встрече с препятствием они сталкиваются с ним и осаждаются на его передней, лобовой поверхности. Мелкие (менее инерционные) расположены ближе к краю струи. Они в месте с воздушным потоком огибают препятствие. При этом происходят явления завихрений и турбулентной диффузии. В результате чего мелкие частицы осаждаются на оборотной стороне препятствия. Таким образом, с помощью турбулентных струй они доносятся до растения и осаждаются в самых труднодоступных его местах с минимальными потерями. В связи с этим наметилась тенденция к более широкому применению аэрозольной обработки растворами с высокой концентрацией ядохимиката, что даёт большое снижение расхода рабочей жидкости.
Для проведения данной операции применяются специальные машины – аэрозольные генераторы различных типов, в которых жидкость дробится на мелкие частицы при истечении из распылителей. В одних этот процесс осуществляется под давлением, у других - в результате воздействия скоростного потока воздуха, центробежных или электростатических сил. Также аэрозоли (туманы и дымы) образуются посредством испарения пестицида с последующей конденсацией его перегретых паров (термические). Машина для их создания (генератор) может быть наземной (тракторной, автомобильной), или авиационной (действует с летящего самолёта или вертолёта). На размер частиц пестицидных аэрозолей существенное влияние оказывает не только тип, но и режим работы машины, а их поведение после образования – рассеяние, осаждение на растениях, испарение – очень сильно зависит от метеорологических условий, свойств растительного покрова и местности.
Между тем использование пестицидных аэрозолей в современном сельском хозяйстве пока ведётся без должного учёта всех выше перечисленных факторов
Серьёзные трудности возникают у конструкторов при выборе материалов для генераторов. Это связано с весьма высокой химической активностью применяемых для аэрозольной обработки препаратов. Поэтому для конструирования аэрозольных генераторов требуются материалы, способные выдерживать длительный контакт с ядохимикатами. Однако таким качеством обладают только коррозионно-стойкие стали и некоторые виды пластмасс. Поэтому все детали, соприкасающиеся с препаратами для аэрозольной обработки, выполняются из конструкционных материалов с высокой химической стойкостью. Это, в свою очередь, удорожает стоимость конструирования генераторов и делает этот метод менее экономичным [2].
Внедрение аэрозольной обработки в сельское хозяйство сопряжено с необходимостью решения ряда серьёзных задач, требующих создания специальных для проведения данной операции машин. Это вызвано специфическими требованиями, предъявляемыми к конструкциям их узлов и рабочих органов, качеству работы, применяемым материалам, технологии проведения технологического процесса, санитарно-гигиеническим условиям труда и охране окружающей среды.
В настоящее время необходимо на должном уровне понимать всю сущность процессов, происходящих при аэрозольной обработке, иначе при наличии сложной высокопроизводительной аппаратуры и дорогостоящих высокоэффективных пестицидов могут возникнуть самые нежелательные последствия такие, как снижение технической эффективности, перерасход пестицидов, ухудшения экономических показателей проведения операции, неконтролируемый снос частиц и паров ветром на соседние поля, загрязнение среды обитания человека и полезной фауны.
Для лучшего понимания всех указанных выше процессов, связанных с применением пестицидных аэрозолей, необходимо рассмотреть их основные свойства и поведение (образования, рассеяния, осаждения, испарения) [2].
