Computer simulation of the ozone treatment effectiveness of helminths of farm animals (using the example of Ascaridia galli) | Компьютерное моделирование эффективности обработки озоном гельминтов сельскохозяйственных животных (на примере Ascaridia galli)

English. A mathematical model (MM) has been developed that describes the effect of ozone on the Ascaridia galli parasite cell, in view of ozone (O₃) diffusion through the cuticle and the kinetics of oxidative damage to cellular structures. The MM was based on a system of differential equations including Fick's equation with a reaction term for the spatial distribution of ozone and first-order kinetic equations for the degradation of membrane lipids and proteins. The simulation results demonstrate a nonlinear dependence of the parasite death time on the ozone concentration and exposure time. A critical factor has been found to be oxidative damage to the cuticle, leading to loss of cell membrane integrity. The possibility of predicting effective ozone treatment modes for disinfestation in agriculture is evident. The MM allows optimizing exposure parameters, reducing reagent consumption and treatment time while maintaining high efficiency. It has been found that with an effective ozone concentration of 570 mg/L at a temperature of 20°C, parasites die after about 54 s. Based on the MM, a specialized simulator program has been developed that allows studying the theoretical parameters of treatment with an emitter ozonizer in real time. The program is equipped with an interactive interface with the ability to configure key parameters: ozone concentration (up to 10 mg/L and above), treatment duration (up to 60 min), pH of the environment (4–10 units), as well as chemical oxygen demand (COD). The system provides a detailed calculation of the treatment efficiency in percent and the determination of the minimum effective dose (MED) to achieve 99% parasite death. The results are visualized in the form of a graph of efficiency dependency on the treatment time, which allows visually analyzing the deworming process and optimizing the exposure parameters. The developed software significantly expands the possibilities of practical application of the MM and can serve as an effective tool for optimizing the processes of disinvasion in agriculture.

Russian. Разработана математическая модель (ММ), описывающая воздействие озона на клетку паразита Ascaridia galli с учётом диффузии озона (O₃) через кутикулу и кинетики окислительного повреждения клеточных структур. ММ основана на системе дифференциальных уравнений, включающей уравнение Фика с реакционным членом для пространственного распределения озона и кинетические уравнения первого порядка для деградации липидов и белков мембраны. Результаты моделирования демонстрируют нелинейную зависимость времени гибели паразита от концентрации озона и продолжительности экспозиции. Критическим фактором является окислительное повреждение кутикулы, приводящее к потере целостности клеточных мембран. Появляется возможность прогнозирования эффективных режимов озоновой обработки для дезинвазии в сельском хозяйстве. ММ позволяет оптимизировать параметры воздействия, сокращая расход реагентов и время обработки при сохранении высокой эффективности. Установлено, что при эффективной концентрации озона 570 мг/л при температуре 20°C паразиты погибнут примерно через 54 с. На основе ММ разработана специализированная программа-симулятор, позволяющая в режиме реального времени исследовать теоретические параметры обработки озонатором-излучателем. Программа оснащена интерактивным интерфейсом с возможностью настройки ключевых параметров: концентрации озона (до 10 мг/л и выше), продолжительности обработки (до 60 мин), pH среды (4–10 ед.), а также химической потребности в кислороде (COD). Система предоставляет детальный расчёт эффективности обработки в процентах и определение минимально эффективной дозы (МЭД) для достижения 99% гибели паразитов. Результаты визуализируются в виде графика зависимости эффективности от времени обработки, что позволяет наглядно анализировать процесс дегельминтизации и оптимизировать параметры воздействия. Разработанное программное обеспечение существенно расширяет возможности практического применения ММ и может служить эффективным инструментом для оптимизации процессов дезинвазии в сельском хозяйстве.