CC BY
26Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Экономика и управление. Том 2 (68). 2016 г. № 2. С. 123-131.
УДК 634.85: 631.525.6
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ОБРЕЗКОВ ВИНОГРАДНОЙ ЛОЗЫ
Скориков Н. А., Бейбулатов М. Р., Мишунова Л. А.
ФГБУН«ВННИИВиВ "Магарач" РАН», Ялта, Российская Федерация e-mail: [email protected]
В статье рассмотрен проблемный вопрос утилизации обрезков лозы на виноградниках. Приведены результаты сравнительных испытаний измельчителя обрезков виноградной лозы ИВ-1,5, разработанного в ФГБУН «ВННИИВиВ "Магарач" РАН», и машины TRP 175 фирмы KUHN. Показаны преимущества инновационной технологии, приведены расчетные показатели экономической эффективности инновационных технологий утилизации обрезков виноградной лозы. Ключевые слова: измельчитель, виноградник, инновационные технологии, утилизация, экономические показатели.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в России, Украине, Молдове и других странах СНГ лозу после обрезки виноградных кустов повсеместно выталкивают за границы насаждений и сжигают. Только в Крыму ежегодно сжигается около 100 тыс. т виноградной и садовой древесины. Это наносит огромный вред окружающей среде. Теплообразовательная способность этой древесины составляет около 15,3х103 МДж/т, что равноценно сжиганию 62 тыс. т угля. Вместе с лозой из каждого гектара виноградника выносится 10-14 кг азота, 6-8 кг фосфора, 12-15 кг калия, таким образом, теряется накопленный энергетический потенциал прироста биомассы лозы [1].
Необходимость обязательного пополнения грунта на виноградниках удобрениями обусловлена тем фактором, что виноград как монокультура выращивается на одном месте до 30 лет и, как правило, на грунтах, обедненных питательными веществами, с содержанием гумуса не более 1-2 %. [2]. Измельченная масса лозы, которая остается в грунте после перегнивания, превращается в удобрения, тем самым уменьшается их потребность на восстановление плодородия почвы. Раздробленная масса лозы также может быть использована в других целях, например, для изготовления топливных брикетов, что не менее важно в период энергетического кризиса, или как наполнитель при изготовлении деревостружечных плит (ДСП) и др. стройматериалов.
Целями исследования являются обоснование и разработка нового технологического приема утилизации лозы, направленного на эффективное использование вегетативной массы виноградных кустов.
123
ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ
В результате проведенных исследований с учетом анализа существующей технологии для выполнения агротехнического приема сбора и удаления обрезков лозы из междурядий определены следующие перспективные технологии ее утилизации.
Наименее затратной и высокопроизводительной (с точки зрения возможности использования механизированных средств) является технология, предусматривающая сбор и измельчение обрезков лозы на фракции длиной в среднем 5 см с разбрасыванием их в междурядья. При этом количество обрезков длиной более 20 см, которые могут отрицательно сказываться при проведении дальнейших операций по уходу за почвой, не должны превышать 2-3 % от общего веса измельченной массы, что соответствует требованиям международной системы машин для комплексной механизации сельского и лесного хозяйства [5].
Выполнение такой технологии возможно с использованием одного агрегата -трактора с измельчителем. Технология предусматривает проведение нормированной обрезки кустов с укладкой обрезков лозы в валок в междурядье из двух смежных рядов. Валок не должен превышать ширину захвата измельчителя. Доказано, что основная масса измельченных обрезков (до 85 %) разлагается в течение 2-3 лет, а их биомасса постепенно превращается в азотные, фосфорные, калийные и пр. удобрения [4], способствующие восстановлению плодородия почвы, а также сохранению ее гумуса.
Для внедрения такой технологии имеются уже разработанные машины -подборщики-измельчители лозы, выпускаемые за рубежом.
В институте «Магарач» также разработан для этой цели измельчитель ИВ-1,5, который при проверке в работе по основным технико-экономическим показателям превосходит зарубежные образцы.
На рисунке 1 представлен экспериментальный образец этого измельчителя. Машина может применяться на виноградниках, имеющих ширину междурядья не менее 2,5 м, расположенных на равнине и склонах до 5 на всех типах почв, в том числе с каменистыми включениями не более 80 мм в максимально условном диаметре камня.
Экспериментальный образец измельчителя обеспечивает подбор срезанных обрезков лоз, измельчение их на части длиной до 10 см и разбрасывание измельченной массы по междурядью. Агрегатируется измельчитель с тракторами класса тяги 14-20 кН (ЮМЗ-6 ЛС и МТЗ-80/100, Т-70В и др.).
124
Рис. 1. Экспериментальный образец измельчителя ИВ-1,5.
При соответствующей доработке измельчитель можно использовать в садах, выращенных на шпалерах, и в ягодниках.
В период с 2010 по 2015 гг. проведены работы по усовершенствованию и производственной проверке экспериментального образца измельчителя в виноградарских хозяйствах Крыма: ООО «Качинский+», агрофирме «Магарач» и ФГУП «Производственно-аграрное объединение "Массандра"». При этом в агрофирме «Черноморец» производственная проверка была проведена в сравнении с зарубежным образцом измельчителя TRP 175 фирмы KUHN. Сравнительные показатели технологических, технических и эксплуатационных характеристик измельчителей ИВ-1,5 и TRP 175 представлены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительные технологические, технические и эксплуатационные
показатели измельчителей ИВ-1,5и TRP 175 (фирма KUHN, < Франция)
Показатели Измельчитель фирмы KUHN TRP 175 Измельчитель ИВ-1,5
1 2 3
Производительность за час основного времени, га/ч 1,43 1,43
Рабочая скорость движения, м/мин 1,24 1,24
Рабочая ширина, мм 1750 1500
Ширина обрабатываемых междурядий, м 3,0 2,5
Масса, кг 980 750
Диаметр подбирающего барабана по концам пальцев, мм 350 355
Тип привода подборщика, частота вращения, об/мин ременной 350 гидромотор 350-450
Тип измельчающего барабана молотковый ножевой
Частота вращения барабана, об/мин 1960 2150
Количество ножей (молотков) 28 34
Потребляемая мощность, кВт/л. с. 49/67 22,5/30,6
Полнота подбора, % 89 95,4
Средняя длина измельченных обрезков, см 1,4 4,8
Из таблицы видно, что масса измельчителя ИВ-1,5составляет 750 кг против 980 кг измельчителя ТЯР 175, а потребляемая мощность измельчителя ИВ-1,5 на метр ширины захвата составляет 15 кВт против 28 кВт у сравниваемого измельчителя. У экспериментального образца измельчителя ИВ-1,5лучше полнота подбора обрезков и составляет 95,4 % против 89 % у машины ТЯР 175.
Измельченные обрезки лозы, полученные после прохода машины ИВ-1,5, представлены на рисунке 2. Степень измельчения обрезков лозы удовлетворяет агротребованиям на выполнение данного приема. При этом количество обрезков с нерасщепленной структурой (длиной более 10 см) составляют не более 5 % от общей массы лозы. Расщепленная структура обрезков будет способствовать более эффективному разложению и превращению их в удобрение.
Измельчение обрезков лоз на более мелкие части (до 1,4 см) машиной ТЯР 175 является излишним и требует двукратного увеличения мощности, необходимой на привод измельчающего барабана.
По сравнению с заграничными аналогами измельчителей французских и итальянских фирм, измельчитель ИВ-1,5затрачивает на 1 м ширины захвата в 1,86 раза меньше энергии и имеет в 1,3 раза меньшую металлоемкость.
126
Рис. 2. Обрезки лозы после прохода измельчителя ИВ-1,5.
Результаты проверки экспериментального образца ИВ-1,5 одобрены специалистами Республики Крым, ведущими специалистами виноградарских хозяйств, где проводилась производственная проверка измельчителя, а также представителями завода ГП «Фиолентмехпласт» и АО «Симферопольский ремонтно-механический завод».
Разработка, создание и использование такой машины позволит: снизить потребность в удобрениях до 25 %, уменьшить энергетические затраты в сравнении с аналогичными машинами зарубежного производства в 1,8 раза, улучшить экологическое состояние окружающей среды.
Анализ теоретических предпосылок, а также опытно-конструкторских и экспериментальных разработок по переработке лозы для других целей позволил определить следующее немаловажное технологическое направление использования древесных отходов виноградных кустов. На рисунке 3 представлена технологическая схема переработки виноградной лозы в топливные брикеты.
Рис. 3. Технологическая схема переработки обрезков лозы в топливные брикеты.
Топливные брикеты можно использовать в качестве альтернативного вида топлива взамен угля, газа и пр.
Технология переработки виноградной лозы в топливо должна включать следующие этапы: сбор и удаление лозы из междурядий за пределы участка; переработка сгруженной и перехлестнутой лозы в удобную для транспортировки массу; доставка лозы к месту технологической переработки; непосредственная переработка лозы в сырьевую массу в стационарных условиях для промышленного производства брикетов, тюков и т. п.
При этом каждый этап потребует использования не только имеющихся средств механизации, но и разработку нового, а также специального перерабатывающего оборудования.
Существующая технология удаления срезанных лоз за пределы виноградников с последующим их сжиганием не выдерживает никакой критики. Во-первых, пропадает весь энергетический потенциал накопленной биомассы, что составляет около 130 Гдж/га, во-вторых, наносится непоправимый вред окружающей среде. По предварительным подсчетам, при сжигании 1 кг лозы сжигается около 0,02 кг кислорода.
Таким образом, при среднем количестве сжигаемой лозы с 1 га одновременно сжигается 3500 кг х 0,02 = 75 кг кислорода. Коммерческая цена 1 кг кислорода для технических целей в настоящее время составляет 17,6 руб./кг, т. е. уничтожается кислород на сумму 1334,6 руб.
Экономический урон при сжигании лозы в среднем по Южному региону России (за год сжигается 87,5 тыс. т) составит: 1334,6 руб. х 87,5 тыс. т = 116,8 млн руб.
128
В условиях постоянного роста цен на энергоносители (уголь, газ, нефть) возникает необходимость их замены альтернативными источниками. Так, вместо угля частично может использоваться виноградная лоза и отходы переработки винограда. В таблице 2 приведены технико-экономические показатели применения топливных брикетов.
Таблица 2
Технико-экономические показатели применения топливных брикетов
№ Единицы
п\п Показатели Количество измерения
1. Урожайность винограда 10 т/га
2. Масса виноградной лозы 3 т/га
3. Масса виноградных гребней 1 т/га
4. Масса виноградных выжимок 1,5 т/га
5. Коэффициент выхода топлива 0,7
6. Количество брикетного топлива 3 т/га
7. Себестоимость 1 тонны брикетов 1520 руб.
8. Цена реализации 1 т брикетов 2300 руб.
9. Доход от реализации топлива с 1 га 6900 руб./га
10. Экологическая составляющая 1400 руб./га
11. Суммарный доход 8300 руб./га
Внедрение технологии переработки виноградной лозы в топливо позволит сэкономить только в Крыму около 30 тыс. тонн угля антрацита на 90,0 млн руб., а с учетом экологической составляющей суммарный эффект составит 108,0 млн руб. при ее использовании на 13 тыс. га.
Немаловажное значение имеет и экологический аспект проблемы, кроме того, что экономически эффективно решается проблема очистки отходов из виноградной лозы. Освобождаемая углекислота СО2 в древесных брикетах обозначается как «нейтральная». Древесина освобождает столько углекислого газа, сколько приняла во время роста (закрытый углеродный обмен).
Наряду с уменьшением выбросов углекислоты при использовании в качестве топлива древесных брикетов происходит уменьшение выброса двуокиси (диоксида) серы. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению кислотных дождей и к снижению гибели леса. Использование виноградной лозы в качестве сырья для изготовления брикетов как топлива в конечном итоге приведет к сбережению лесополос, лесов, а также к улучшению окружающей среды. В таблице 3 представлены затраты энергии на производство 1 т топливных брикетов из виноградной лозы
Таблица 3
Затраты энергии на производство 1 т брикетов из виноградной лозы
Наименование Потребляемая энергия, мДж Мощность, кВт Расход топлива, л
ЛВН-1,5 агрегатируемый МТЗ-80 516 - 12
ПФ-0,5Б агрегатируемый МТЗ-80 292,4 - 6,8
Измельчитель-дробитель ИРТ-165-01 292,4 — 6,8
2ПТС-40 в агрегате с МТЗ-80 (до 5 км) 72 — 1,5
Вакуумная сушила ВК-777 162 45 -
Доизмельчитель мульчи 202 56 -
Вибросито 10,8 3 -
Дозатор 7,6 2 -
Пресс-экструдер 404 100 -
Упаковочная машина 15,6 4,4 -
Всего 1974,8 210,4 27,1
В таблице приведены затраты в мДж согласно энергетическим нормативам [5].
Следует отметить, что при сжигании топливных брикетов выбросы СО2 в атмосферу значительно меньше по сравнению с применяемыми видами топлива. Например, при сжигании:
• газа - содержание СО2 в 15 раз выше;
• легкого масла - содержание СО2 в 20 раз выше;
• кокса - содержание СО2 в 30 раз выше;
• угля антрацита - содержание СО2 в 50 раз выше.
Кроме того, зола от сжигания брикетов и гранул, составляющая 0,3-1 % от общей массы, обладает свойствами эффективного калийного удобрения, а каменноугольная зола токсична.
Наиболее интересным и приемлемым направлением использования древесной лозы является переработка ее для специальных целей, а именно переработка в щепу, пригодную для производства строительных материалов: древесностружечных плит (ДСП), древесноволокнистых плит (ДВП) для изготовления мебели, а также производства экологически чистой ящичной тары для транспортировки и хранения овощей и фруктов.
Схема технологического процесса переработки виноградной лозы для производства строительных материалов и ящичной тары аналогична схеме, представленной на рисунке 3.
130
ВЫВОДЫ
В результате проведенных исследований определены основные технологические схемы механизированного сбора обрезков лозы для ее утилизации и промышленной переработки.
1. Механизированная технология подбора обрезков лозы с одновременным их измельчением и разбрасыванием в междурядьи в эколого-экономическом аспекте является наиболее приемлемой и может осуществляться разработанным в ФГБУН «ВННИИВиВ "Магарач" РАН» измельчителем ИВ-1,5, который апробирован в производственных условиях.
2. Технология переработки лозы для производства брикетов как альтернативного вида топлива взамен угля, газа и пр. продуктов горения на данный момент требует разработки специальных технических средств и нового промышленного оборудования. Для решения данной проблемы необходимо выделение средств. Энергетический потенциал брикетного топлива из лозы приближается к каменному углю, и использование его в качестве топлива направлено на частичное решение энергетической проблемы.
3. Технология сбора и переработки одревесневших частей лозы в щепу в качестве исходного сырья для изготовления ДСП, ДВП, используемых для производства различных изделий, представляется также приемлемой. При этом она может выполняться с применением существующего комплекса сельскохозяйственных машин и оборудования, разработанного промышленностью для переработки отходов древесины.
Кроме того, имеются апробированные технологии, позволяющие получать из щепы экологически чистый прессованный материал, используемый для изготовления различных изделий, в том числе ящичной тары для транспортировки винограда и ягодно-фруктовой продукции.
Список литературы
1. Рекомендации по технологии использования виноградной лозы в качестве органического удобрения. Ялта, 1983. 19 с.
2. Проблема сбора и утилизации виноградной лозы // Тезисы докладов международной научной конференции. Одесса, ОГАСА, 2003. 30 с.
3. Скориков Н. А., Бейбулатов М. Р., Харламов С. И., Мишунова Л. А. Рациональная технология механизированного подбора и измельчения обрезков лозы винограда // Сб. научных трудов «Виноградарство и виноделие». Т. ХКП. Ялта. 2012.
4. Скориков Н. А., Бейбулатов М. Р., Матюха Р. А., Михайлов С. В. Проблемные вопросы отрасли виноградарства в области механизации // Плодоводство и виноградарство юга России. № 23 (5). Краснодар. 2014. С. 1-6.
5. Энергетические нормативы типовых технологических приемов закладки и выращивания виноградных насаждений, ориентированных на производство конкурентоспособной виноградовинодельческой продукции. Ялта, 2005. 47 с.
Статья поступила в редакцию 26.09.2016 131
