CC BY
761
Переработка древесных отходов предприятий лесопромышленного комплекса, как фактор устойчивого природопользования
А.П. Мохирев, Ю.А. Безруких, С.О. Медведев
Лесосибирский филиал Сибирского государственного технологического университета, , Лесосибирск
Аннотация: Важным направлением устойчивого развития отечественного производства является комплексное использование древесных ресурсов. В России сосредоточено большое количество древесных ресурсов. Отходы образуются практически на всех стадиях лесозаготовительного и деревоперерабатывающего процессов. По оценкам исследователей в Российской Федерации ежегодно образуется порядка 35,5 млн. м3 древесных отходов. Получаемые отходы различны по своим физико-химическим, размерно-качественным и другим характеристикам. Спектр направлений развития переработки отходов от деятельности лесной промышленности также велик. В зависимости от вида древесных отходов их можно использовать в разных направлениях отечественной промышленности. Увеличение использования вторичных древесных ресурсов является важнейшим звеном в развитии политики ресурсосбережения, рационального природопользования, экологической безопасности производства. Ключевые слова: использование древесных отходов, устойчивое развитие, охрана окружающей среды, технология лесосечных работ, переработка древесины, порубочные остатки, комплексное использование древесины, рациональное природопользование, лесосечные отходы.
Развитие мирового и отечественного промышленного производства, его современное состояние и перспективы указывают на необходимость нового ресурсосберегающего, экологически и экономически обоснованного подхода и организации промышленности - безотходного (малоотходного) производства [1, 2].
Последние годы все активнее в России обсуждаются вопросы обеспечения устойчивости развития на основе бережного расходования имеющихся ресурсов, рационального природопользования, экологической безопасности производства и т.д. Наиболее активно исследуются вопросы обеспечения рационального расходования природных ресурсов [3, 4], энергосбережения и поиска новых источников энергии, экологической безопасности производства.
Решение этих вопросов ведет за собой инновационное развитие общества в нашей стране. Основными целями и задачами для развития российской промышленности являются создание, внедрение и применение безотходных и малоотходных, ресурсосберегающих технологий, создания экологически безопасных производств, поиска альтернативных источников тепловой и электрической энергии. При этом нужно отметить, что рациональное природопользование, энерго- и ресурсосбережение выступают стратегической целью и ключевыми задачами экономического развития во всех развитых странах мира уже несколько десятилетий. Современные зарубежные программы государственного регулирования, опираясь на технологии прогнозирования и управления природными и социально-экономическими системами, ориентированы, в первую очередь, на максимальную экономию энергетических, природных и материальных ресурсов, на обеспечение экологической безопасности производства и природопользования [5].
Для нашей страны одной из перспективных в рассматриваемом вопросе является лесная и деревоперерабатывающая промышленность. В России сосредоточены одни из крупнейших запасов лесных ресурсов. По запасам древесины Российская Федерация (81,5 млрд куб. м) занимает второе место в мире после Бразилии (126, 2 млрд куб. м). Затем следуют США - 47, Канада -33 и Китай - 15 млрд куб. м [6]. По объемам заготовки Российская Федерация занимает пятое место в мире. В результате интенсивной заготовки древесины в предыдущем веке мировые запасы лесов значительно снизились. Все более остро становится вопрос об эффективном и комплексном использовании древесных лесных ресурсов. Комплексное использование древесных ресурсов, прежде всего, означает использование безотходных (малоотходных) технологий обработки и переработки древесины.
Отходы образуются практически на всех стадиях лесозаготовительного и деревоперерабатывающего процессов. По месту образования отходы можно разделить на лесосечные и отходы переработки древесины. Лесосечные отходы образовываются в процессе заготовки древесины и в большинстве случаев оставляются в лесу. К таким отходам относятся порубочные остатки (сучья, ветки, вершинки, откомлевки), опилки, пни, корни, низкокачественная, неликвидная древесина. Отходы от переработки древесины образовываются на предприятиях, которые находятся в населенных пунктах или вблизи них. Тип таких отходов зависит от вида переработки древесины. При лесопилении и механической обработке это кора, опилки, рейки, горбыль, трещиноватая древесина, стружка щепа, кусковые отходы. При плитном производстве в отходы уходят кора, отсев стружки, опилки, шлифовальная пыль, отходы форматной обрезки. В лесохимическом производстве отходами является лигнин. Все получаемые отходы могут использоваться в других производствах. В таблице 1 приведены источники объемы накопления отходов, в зависимости от вида производства.
Таблица 1
Объемы накопления отходов в зависимости от вида производства
Доля выхода, %
Вид производства конечная продукция отходы потери (распыл)
1. Лесозаготовки и лесное хозяйство 63-80 20-37 -
2. Лесопиление и деревообработка
2.1. Лесопиление и механическая 45-55 38-48 7
обработка древесины
2.2. Плитное производство (в т.ч. древесные пластики) 85-90 5-10 5
2.3. Фанерное производство 40-50 42-52 8
2.4. Комбинированное производство 65-70 22-27 8
3. Лесохимическое производство (целлюлозно-бумажное и гидролизное производство, в т.ч. производство этилового спирта) 62-68 35-38
По оценкам некоторых исследователей [7,8,9] в Российской Федерации ежегодно образуется порядка 35,5 млн. м3 древесных отходов (32,2 % от объемов используемого пиловочника). За последние годы, когда древесные отходы в большинстве случаев не используют, а иногда и не утилизируют, в лесопромышленных районах их накопилось огромное количество. Наибольших результатов в использовании отходов добились страны с высокоразвитой лесопильно-деревообрабатывающей промышленностью, являющейся основным поставщиком отходов, такие как США, Канада, Япония и страны Северной и Центральной Европы. Этому способствовали высокий уровень концентрации и интеграции деревообрабатывающей промышленности.
Получаемые древесные отходы можно классифицировать по следующим признакам: физико-механическим и химическим свойствам, возможности использования, месту образования в технологическом процессе переработки, технической и экономической доступности.
Направление дальнейшего использования отходов зависит в основном от их размерно-качественных характеристик и экономические факторы.
Древесные отходы можно использовать после механической обработки или химической переработки, а также непосредственно без каких-либо обработок. По возможности использования, отходы лесопиления и деревообработки не равноценны. Наиболее ценные из них те, что можно
использовать для производства различной продукции. К этой группе можно отнести кусковые отходы - горбыль, рейки и т.д. Спектр их использования очень широкий: от производства мелкой пилопродукции и клееных заготовок до лесохимической продукции (изготовления целлюлозы, спирта, кормовых дрожжей и т.д.). Менее ценные те отходы, которые ограничены в использовании, так как из них можно вырабатывать только отдельные виды продукции. Это мягкие отходы - опилки, стружка, кора. Опилки и стружка применяются непосредственно для хозяйственных и промышленных целей, а также как технологическое сырьё для плитного и лесохимического производства. Менее трудоёмким является использование опилок, стружки и коры в качестве топлива и удобрений.
В советское время на заводах использование отходов лесопильного и деревообрабатывающего производств было также не развито. Крупные отходы, такие как горбыль, использовался в больших объемах в качестве топлива, а также в шахтах, для изготовления мелкотоварных изделий. Однако интенсивно развивались различные направления комплексного применения древесных отходов, имелся опыт их использования: - из крупных отходов производство щитов, паркета, ящичной тары, бочек; - в мебельном производстве для изготовления комплектующих деталей; - в строительстве (изготовление кровельных и теплоизоляционных материалов); - в производстве ДСП и ДВП, прессованных столярно-строительных изделий; -для получения тепловой и электрической энергии (простое сжигание, пиролиз, получение газогенераторного газа); - при доочистке сточных вод от нефти фильтрацией через древесную стружку; - для изготовления игрушек, изделий пиротехники, корма для скота, в животноводстве как подстилку, в растениеводстве в качестве удобрения; - для получения технологических продуктов: в химической и целлюлозно-бумажной промышленности (щавелевая кислота, этиловый спирт, дрожжи, лигносульфонаты).
К концу 90-х гг. в нашей стране существовало уже немало лесопильно-деревообрабатывающих предприятий, использовавших кусковые отходы лесопиления для производства технологической и топливной щепы [10].
В современной отечественной и зарубежной деревообрабатывающей промышленности накоплен большой опыт, разработаны и внедрены многочисленные технологические проекты по переработке различных видов древесных отходов. В основном производства направлены на изготовление строительных материалов, источника для химических продуктов и топлива.
Наиболее распространенным видом продукции вырабатываемой из древесных отходов на деревообрабатывающем производстве является щепа. Наиболее качественную технологическую щепу используют в целлюлозно-бумажном и плитном производствах. Топливную - для получения тепловой энергии [11, 12].
Многие инновационные разработки направлены на создание из древесных отходов новой продукции или замены деловой древесины. При этом продукция не производится экологически безопасная и с низкой себестоимостью.
Интенсивно стали использовать в производстве строительных материалов (конструкционно-теплоизоляционные, отделочные материалы, стандартное домостроение, двери, окна и другие изделия) кусковые отходы от лесопиления и деревообработки, стружку, опилки, кору, а также некоторые виды отходов лесохимической промышленности. Одним из приоритетных направлений использования кусковых отходов лесопиления является изготовление однородной древесноволокнистой фракции, область дальнейшей переработки которой практически очень велика.
Мелкие сыпучие отходы лесозаготовки и лесопиления, такие как хвоя, листья, опилки, стружка, древесная пыль, кора пока не нашли еще широкого
и полного применения, но имеют перспективные направления использования.
Отходы лесозаготовки, такие как хвоя и листья практически не используются по причине их технической и экономической недоступности. Затраты на сбор, обработку и транспортировку данного сырья часто превышают стоимость готовой продукции [13]. Однако химический состав хвои разных пород древесины позволяет ее использовать в производстве медицинских препаратов, всевозможных экстрактов, парфюмерии, удобрений и подкормки животных.
Опилки используются не более 30 % от общего объема. Наибольшая их часть вывозится на свалки для перегнивания, либо сжигается в отвалах. В последнее время активно реализуется производство брикетов и пеллетов из древесных отходов (преимущественно опилок), включая кору хвойных деревьев. Брикеты и пеллеты, представляющие собой прессованное низкокачественное древесное сырье, характеризуются высокой калорийностью, компактностью, экологичностью и транспортабельностью. Они эффективно применяются как в бытовых, так и промышленных целях, в том числе для тепловых станций, успешно конкурируя с каменным углем. Общепризнано, что использование получившего дополнительную переработку древесного сырья в качестве топлива значительно повышает общую эффективность процессов энергообеспечения на предприятиях и снижает загрязнение атмосферы выбросами вредных веществ. Производственный процесс позволяет непосредственное использование измельченного сырья, состоящего из смеси различных пород, неоднородного по составу и размеру частиц. Однако наиболее качественные брикеты и гранулы получаются при прессовании опилок. Стружки, кусковой материал и дробленку необходимо подвергать измельчению до опилочной фракции.
Плитное производство также является одним из основных
2
потребителей стружки и опилок. Потребление 1 млн. м плит, изготовленных из древесных отходов, условно сберегает 54 тыс. м деловых пиломатериалов. Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготовляют из древесины или древесных отходов с добавлением специальных составов. Древесностружечные плиты (ДСтП) производят из специальной стружки путем горячего прессования с добавлением связующих веществ. В последние годы все больше обращают внимание на производство из измельченной древесины цементно-стружечных плит, арболита, песчано-опилочного бетона, стеклодробленочного строительного материала, ксилолита и др.
Основным сырьем для спиртодрожжевого производства являются опилки и щепа. Другие отходы (горбыль, рейки, шпон, сучья и др.) требуют сортировки, измельчения, промывки и т.д. [14]. Выход основных продуктов и отходов при использовании 1 т хвойного сырья в производстве приведен в таблице 2 [14, 15].
Таблица 2
Выход основных продуктов из 1 т хвойной древесины
Продукция Выход продукта Продукция Выход продукта
Этиловый спирт (абс. алкоголь), л 175-182 Сивушные масла, кг 0,3
Дрожжи кормовые (влажность 10 %), кг 32 Углекислота (жидкая), кг 70
Метанол, кг 2,0 Эстрихгипс, кг 225
Фурфурол-сырец (94%), кг 5,6 Лигнин (абс. сухой), кг 380
Наиболее простой и дешевый способ использования древесных отходов - это использование в сельском хозяйстве в качестве кормовых добавок,
подстилки животным и удобрений. В качестве кормовой добавки и подстилки опилки без дополнительной обработки можно применять для мясного скота. Из коры или хвои получают кормовую и витаминную муку, которую используют в качестве добавок при изготовлении комбикорма и кормосмеси. В ней содержится комплекс питательных веществ. Для этих целей наиболее пригодной считается осиновая кора, где содержание сырого жира достигает 7,3 %, протеина 2,8 %, сахара 2,2 %.
Значимость древесных отходов преимущественно определяется вкладом азота, точнее отношением С:К, возрастающим с уменьшением его величины.
Кора содержит больше минеральных веществ (3 -5,5 % от общей массы) полезных для растений, чем в опилках. Содержание азота в коре увеличивается при его хранении (за 5 лет - почти в 2 раза), понижается кислотность, количество других полезных компонентов остается прежним.
Использовать опилки и кору в качестве удобрений можно после компостирования. Компостирование относится к наименее затратным и эффективным способам утилизации древесных отходов. Получаемая при этом продукция может потребоваться для повышения плодородия почвы, оптимизации состава содержащихся в ней гумуса и минеральных веществ и улучшения ее структуры. Не являясь способом утилизации, способствующим максимизации прибыли, компостирование, в связи с необходимостью удаления с промплощадок больших объемов древесных отходов, актуально и может использоваться в значительных масштабах. В настоящее время имеются технологии получения компостов практически из любых древесных отходов.
Существует ряд других направлений использования древесных отходов. В частности, на основе кусковых отходов получают клееные материалы, столярные изделия, мебель, другие товары хозяйственного и
культурно-бытового назначения. Мягкие древесные отходы используют в производстве пресс-масс и пресс-изделий, в частности пьезотермопластиков, тырсолита и паркелита. Применение коры возможно в производстве стружечных плит, топливных брикетов, фармакопейной смолы, дегтя и пр. Другим серьезным направлением использования древесных отходов может служить выработка древесного угля. Отходы лесозаготовки можно перерабатывать в лесохимическом и топливном направлениях. Откомлевки могут также перерабатываться на тарную дощечку и подобные изделия, тонкомеры - на рудничную стойку.
Комплексное использование древесного сырья в нашей стране должно стать главным аспектом развития лесопромышленного производства в условиях устойчивого природопользования и охраны окружающей среды.
Увеличение использования вторичных древесных ресурсов является важнейшим звеном в развитии политики ресурсосбережения, рационального природопользования, экологической безопасности производства.
Исследование выполняется при поддержке РФФИ (грант № 15-4604294) и КГАУ «ККФПНиНТД» (проект «Разработка экспертно-информационной системы по охране окружающей среды и переработке различных отходов производства и потребления»)
Литература
1. Безруких Ю.А. Медведев С.О., Алашкевич Ю.Д., Мохирев А.П. Рациональное природопользование в условиях устойчивого развития экономики промышленных предприятий лесного комплекса // Экономика и предпринимательство, 2014. -№ 12-2.-С. 994-996.
2. . Karjalainen, A. Asikainen, J. Ilavsky, R. Zamboni, K-E. Hotari, D. Röser Estimation of Energy Wood Potential in Europe T //Working Papers of the Finnish Forest Research Institute, 2004. - 43 p.
3. Погребняк Р.Г., Потрубач Н.Н. Ресурсосбережение в стратегии устойчивого развития России // Микроэкономика. 2008. Т. 8. С. 5-14.
4. Мохирев А.П., Аксенов Н.В., Шеверев О.В. О рациональном природопользовании и эксплуатации ресурсов в Красноярском крае //
ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2569
5. Мингалева Ж.А. Устойчивое развитие экономики: инновации, рациональное природопользование и ресурсосбережение // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. Серия: Экономика и управление. 2012. № 4. С. 120-12.
6. Y earbook of Forest products. FAOU N: Rome, 2012. 358 p.
7. Дитрих В.И., Андрияс А.А., Пережилин А.И., Корпачев В.П. Оценка объемов и возможные пути использования отходов лесозаготовок на примере Красноярского края // Хвойные бореальной зоны. - 2010. - Т. XXVII, № 3-4. - С. 346-351.
8. Андреев А.А. Ресурсосбережение и использование отходов заготовки и переработки древесного сырья // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2014. № 10. С. 148-155.
9. Колесникова А.В. Анализ образования и использования древесных отходов на предприятиях лесопромышленного комплекса России // Актуальные вопросы экономических наук. 2013. № 33. С. 116-120.
10. Шегельман И.Р., Васильев А. С. Анализ путей повышения конкурентоспособности энергетической биомассы // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1769.
11. Щукин П. О. Демчук А. В., Будник П. В. Повышение эффективности переработки вторичных ресурсов лесозаготовок на топливную щепу // Инженерный вестник Дона, 2012, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/1025.
Инженерный
вестник
Дона. 2014, №4 URL:
12. Шегельман И.Р. Обоснование технологических и технических решений для перспективных технологических процессов подготовки биомассы дерева к переработке на щепу : автореф. дисс. ... докт. техн. наук, СПб.: ЛТА, 1997. - 36 с.
13. Медведев С.О., Безруких Ю.А., Мохирев А.П. Перспективы развития гидролизного производства в лесопромышленных центрах Сибири // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика № 2-1 (13-1) , 2015 С. 400-403.
14. Медведев, С.О. Соболев С.В., Степень Р.А. Возможности рационального использования древесных отходов в Лесосибирском лесопромышленном комплексе: монография. - Красноярск: СибГТУ, 2010. -85 с.
15. Шегельман И.Р., Щукин П.О., Морозов М.А. Место биоэнергетики в топливно-энергетическом балансе лесопромышленного региона // Наука и бизнес: пути развития. 2011. № 6. С. 151-154.
References
1. Bezrukih Ju.A. Medvedev S.O., Alashkevich Ju.D., Mohirev A.P. Jekonomika i predprinimatel'stvo, 2014. № 12-2. pp. 994-996.
2. T. Karjalainen, A. Asikainen, J. Ilavsky, R. Zamboni, K-E. Hotari, D. Roser.Estimation of Energy Wood Potential in Europe. Working Papers of the Finnish Forest Research Institute, 2004. 43 p.
3. Pogrebnjak R.G., Potrubach N.N. Mikrojekonomika. 2008. T. 8. pp. 514.
4. Mohirev A.P., Aksenov N.V., Sheverev O.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2014. № 4-1. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2569
5. Mingaleva Zh.A. Vektor nauki Tol'jattinskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: Jekonomika i upravlenie. 2012. № 4. pp. 120-12.
6. Y earbook of Forest products. FAOU N: Rome, 2012. 358 p.
7. Ditrih V.I., Andrijas A.A., Perezhilin A.I., Korpachev V.P. Hvojnye boreal'noj zony. 2010. T. XXVII, № 3-4. pp. 346-351.
8. Andreev A.A. Fundamental'nye i prikladnye issledovanija: problemy i rezul'taty. 2014. № 10. pp. 148-155.
9. Kolesnikova A.V. Aktual'nye voprosy jekonomicheskih nauk. 2013. № 33. pp. 116-120.
10. Shegel'man I.R., Vasil'ev A. S. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1769.
11. Shhukin P. O. Demchuk A. V., Budnik P. V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012. № 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/1025
12. Shegel'man I.R. Obosnovanie tehnologicheskih i tehnicheskih reshenij dlja perspektivnyh tehnologicheskih processov podgotovki biomassy dereva k pererabotke na shhepu [Justification of technological and technical solutions for advanced technological processes of preparation for processing of wood biomass for chips]: avtoref. diss. ... dokt. tehn. nauk, SPb.: LTA, 1997. 36 p.
13. Medvedev S.O., Bezrukih Ju.A., Mohirev A.P. Aktual'nye napravlenija nauchnyh issledovanij XXI veka: teorija i praktika № 2-1 (13-1) , 2015 pp. 400403.
14. Medvedev, S.O. Sobolev S.V., Stepen' R.A. Vozmozhnosti racional'nogo ispol'zovanija drevesnyh othodov v Lesosibirskom lesopromyshlennom komplekse: monografija [The possibility of rational use of wood waste in Lesosibirsk the timber industry]. Krasnojarsk: SibGTU, 2010. 85 p.
15. Shegel'man I.R., Shhukin P.O., Morozov M.A. Nauka i biznes: puti razvitija. 2011. № 6. pp. 151-154.
