ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВТОРИЧНОГО ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЕЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВТОРИЧНОГО ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЕЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Научная статья

Юшкевич Д.П. *

Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа-Югры «Сургутский государственный университет», Сургут, Россия

* Корреспондирующий автор (yushkevich2505[at]mail.ru)

Аннотация

По мере повышения осведомленности о проблемах климата и окружающей среды и изменении привычек потребления у лесной промышленности и деревянного строительства открываются новые возможности для разработки функциональных зеленых решений для удовлетворения потребностей потребителей. Древесина является универсальным сырьем и единственным возобновляемым строительным материалом. Производство деревянных изделий и конструкций потребляет мало энергии по сравнению с аналогичными изделиями и конструкциями из других материалов. В отличие от других материалов, большая часть энергии, необходимой для производства изделий из древесины, поступает из возобновляемых источников энергии. В рамках настоящей статьи, автором предпринята попытка научного анализа и критического осмысления проблематики экологической безопасности при использовании вторичного древесного сырья в деревообрабатывающей промышленности, на основании результатов литературного обзора.

Ключевые слова: экологическая безопасность, использование вторичного сырья, деревообрабатывающая промышленность.

ENVIRONMENTAL SAFETY WHEN USING RECYCLED WOOD RAW MATERIALS IN THE WOODWORKING INDUSTRY

Research article

Yushkevich D.P. *

Budgetary Institution of Higher Education of the Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug-Yugra, Surgut State University,

Surgut, Russia

* Corresponding author (yushkevich2505[at]mail.ru)

Abstract

As awareness of climate and environmental issues increases and consumption habits change, new opportunities are opening up for the timber industry and wood construction to develop functional green solutions to meet the needs of consumers. Wood is a universal raw material and the only renewable building material. The production of wood products and structures consumes little energy compared to similar products and structures made of other materials. Unlike other materials, most of the energy needed to produce wood products comes from renewable energy sources. In this article, the author attempts to analyze and critically understand the problems of environmental safety in the use of secondary wood raw materials in the woodworking industry.

Keywords: environmental safety, use of secondary raw materials, woodworking industry. 

Лесоматериалы рассматриваются как продукты, произведенные из возобновляемых и устойчивых экологических ресурсов. Однако, как и другие продукты, лесоматериалы могут создавать различные виды воздействия на окружающую среду на разных этапах цепочки поставок лесоматериалов, от заготовки до их утилизации.

Основным источником воздействия на окружающую среду является потребление энергии, необходимой для производства лесоматериалов, и выброс парниковых газов (ПГ) в процессе производства от сырья до конечных продуктов. Хотя производство изделий из древесины также включает выбросы углерода, лес и древесина обеспечивают поглотители углерода, поскольку деревья потребляют углекислый газ из атмосферы в результате поглощения углерода. Тем не менее, лесной сектор в целом и вырубка деревьев в результате обезлесения способствуют выбросам ПГ в атмосферу до 17%. Другие формы воздействия на окружающую среду, связанные с лесоматериалами, связаны с транспортировкой лесоматериалов, использованием химикатов и древесными отходами [1].

Основные источники воздействия лесоматериалов на окружающую среду можно разделить на физические воздействия обработки древесины, использования энергии и производства выбросов ПГ. Процесс производства лесоматериалов, от бревна до конечных продуктов, включает в себя несколько этапов, которые могут повлиять на окружающую среду в виде загрязнения земли, воздуха и воды.

Лесопильное

Процесс распиловки включает окорку и нарезку бревен на секции, которые распиливаются на доски. Твердые частицы окружающей среды возникают в результате окорки бревен, распиловки досок, древесных отходов и сушки в печи, поскольку эти стадии обработки создают опасность для окружающей среды на земле. Точно так же тяжелое машинное оборудование задействовано на протяжении всего процесса, что влияет на качество земли, воды и воздуха.

Исследование о влиянии лесопильной промышленности на окружающую среду пришли к выводу, что несколько газов, таких как CO ₂, CH ₄, NO_x, N ₂ O, SO ₂и были обнаружены выбросы СО в окружающую среду, а воздействия были обнаружены в виде глобального потепления, подкисления, токсичности для человека, эвтрофикации и образования фотоокислителей.

Процессы изготовления

Обработка и производство лесоматериалов включает в себя различные типы машин и процессов, таких как распиливание, сушка, механическая обработка, соединение, склеивание, чистовая обработка и т. Д., Которые могут быть связаны как с опасностями для окружающей среды, так и с безопасностью и безопасностью труда.

Основные опасности, связанные с машинами, могут быть классифицированы на механические (например, дробление, резка, улавливание, сдвиг, истирание, трение), структурные (например, острые края, выступы, препятствия, возможность разрыва, разрушение, опрокидывание), физические (например, электричество, содержимое под давлением, шум и вибрация, высокая температура, влажность или холодные температуры), химические вещества (например, газы, пары, жидкости, пыль, которые могут вызывать неблагоприятные последствия для здоровья), эргономические опасности (неудобное рабочее положение, ручное обращение, повторяющиеся движения) и биологические (например, присутствие бактерий, плесени в материалах, используемых или обработанных в оборудовании) [2].

Кроме того, поскольку работникам приходится использовать технику на всех этапах ее жизненного цикла, от установки, эксплуатации, технического обслуживания, устранения неисправностей, ремонта, регулировки, наладки, сбоев в производстве, до очистки и демонтажа, они подвергаются различным опасностям [3].

Исследование, проведенное на основе шестидесяти шести фирм-производителей, которые производят и поставляют оборудование на местные и международные рынки, показало, что менее чем одна из десяти фирм всесторонне признала опасности, использовала средства контроля за безопасными местами в качестве основных мер контроля риска и предоставила существенную, качественную информацию, способную минимизировать экологические риски, но остальные фирмы не учитывали воздействия на окружающую среду.

Древесные отходы и побочные продукты

Предотвращение древесных отходов с целью повышения эффективности использования первичной древесины значительно помогает снизить воздействие на окружающую среду, с одной стороны, и удовлетворить потребности в древесной продукции без дальнейшего ущерба для мировых лесных ресурсов, с другой.

Из 1 м ³ вырубленных и вырубленных из леса деревьев около 50% уходит в отходы в виде поврежденных остатков, за которыми следуют заброшенные бревна (3,75%), пни (10%) верхушки и ветки (33,75%), а также обрезные части (2,5%). Древесные отходы составляют значительную часть отходов. Например, в Германии в 2019 году было произведено 401 млн. Тонн отходов, из которых древесные отходы составляют 11,9 млн.тонн. Основными источниками отходов древесины были упаковка из древесины (21%), снос и строительство (26,7%), деревообрабатывающая промышленность (14%), муниципальные отходы (20,7%), импортная древесина (9,7%) и другие, такие как частные домашние хозяйства и строительство железных дорог (8%) [4].

Это большое количество отходов древесины часто используется в паровом котле для сушки древесных продуктов или сбрасывается на площадке. Эти методы способствуют воздействию на окружающую среду через древесные отходы и в то же время приводят к истощению лесных ресурсов [5].

Основными источниками древесных отходов были низкокачественные бревна с крупными дефектами, кора, обрезки, опилки, слябы и обрезные пиломатериалы. Существуют новые технологии использования низкокачественных бревен, которые могут значительно снизить потери древесины, а также специализированное оборудование, позволяющее максимально увеличить извлечение древесины. Однако на многих предприятиях, особенно в развивающихся странах, эти новые методы производства еще не использовались. Таким образом, основные причины потерь древесины могут быть широко классифицированы на технологические факторы, такие как использование устаревшего оборудования и неэффективные процедуры и методы производства, основанные на управлении эксплуатацией.

Выбытие

Утилизация лесоматериалов создает различные воздействия на окружающую среду, особенно в городских районах. Коммерческие и промышленные отходы, строительные и демонтажные работы, поддоны и упаковка; и коммунальные услуги являются основными источниками городских древесных отходов. Когда продукты утилизируются, а не используются повторно, рециркулируются и переоборудуются, они создают различные внешние загрязнения и выбросы парниковых газов из-за транспортировки от источника к месту захоронения отходов; удаление синтетических материалов способствует образованию токсичных отходов, которые могут выщелачиваться со свалок, и, наконец, такие материалы занимают большое количество места на свалках и создают потребность в новых местах захоронения отходов. Несмотря на то, что огромное количество отходов древесины утилизируется на полигонах в крупных городах мира, в большинстве случаев данные по отходам древесины от более крупных категорий отходов не дифференцируются [6].

Аналогичным образом, если утилизация осуществляется путем сжигания использованных продуктов, она также производит дым, загрязнение и выбросы в окружающую среду. Например, твердое загрязнение имеет проблемы с утилизацией за счет снижения эффективности сжигания и производства отходов, в то время как избыток хлора в процессе сжигания также снижает эффективность сжигания и может способствовать производству диоксинов.

Использование побочных продуктов лесопилки в качестве тепловой энергии

Вместо того, чтобы оставлять продукты лесопилки в помещениях лесопильных заводов и создавать опасность для окружающей среды, их можно собирать и использовать для производства тепловой энергии с целью уменьшения воздействия на окружающую среду. Это поможет до некоторой степени свести к минимуму зависимость от ископаемого топлива за пределами площадки и будет способствовать производству биоэнергии на лесопильном участке. Например, опилки могут быть переработаны в биобрикет. Такие биобрикеты имеют даже более высокую теплотворную способность в диапазоне от 14,88 до 16,94 МДж / кг, чем у брикета, изготовленного из других веществ [7].

Улучшенная энергоэффективность в системе сушки

Сушка древесины является ключом к контролю качества древесины конечных продуктов, и она потребляет до 90% времени обработки лиственных пород и более 70% затрат на первичную обработку при использовании значительного количества тепла и энергии. Подаваемое тепло в основном используется для процесса сушки, который осуществляется в сушильной печи. Время изготовления и качество древесины являются основным приоритетом перед потреблением энергии при производстве пиломатериалов.

Для повышения эффективности и снижения воздействия на окружающую среду на практике используются различные виды сушки на солнечной энергии, такие как встроенные, распределенные и смешанные солнечные сушилки на основе режима использования солнечного тепла, а также тепличная система, внешний коллектор и смешанный режим солнечной сушки в зависимости от тепличных систем. В настоящее время улучшенные солнечные печи для сжигания древесины также могут использоваться с характерными особенностями хранения солнечной энергии с независимым нагревом, интеграцией воздухонагревателя в хранилище и в сушильной камере и управлением различными циклами сушки на основе контроля качества продукции [8].

В целом, солнечная сушка имеет больше экологических преимуществ благодаря более короткому времени сушки и лучшему качеству сушки, чем сушка на воздухе. Точно так же для этого требуются низкие эксплуатационные расходы и меньшая численность персонала для обучения, а также шансы получить EMC в широком диапазоне климатических условий, и в конечном итоге он представляет собой экологически безопасный метод из-за его зависимости от возобновляемых ресурсов и низкого воздействия на окружающую среду.

Исследования по повышению энергоэффективности показали, что если в сушильных камерах применяются доступные современные технологии, это может снизить потребление тепла примерно на 60%.

Использование экологически чистых химикатов

Растет тенденция к использованию экологически безопасных консервантов для снижения воздействия на окружающую среду при одновременном повышении долговечности изделий из древесины. В этом контексте могут быть разработаны экологически безопасные системы защиты древесины с надлежащей комбинацией органического биоцида с добавками для хелатирования металлов и / или антиоксидантами). Это не только улучшит защиту древесины от грибков по сравнению с одним биоцидом, но и, следовательно, поможет снизить воздействие на окружающую среду, особенно на земельные и водные ресурсы. Физические барьеры были приняты в качестве альтернативного небиоцидного метода защиты древесины в Индии, поскольку они уменьшают выщелачивание и последующее негативное воздействие компонентов консерванта древесины на организмы поблизости.

Политические и законодательные меры по запрету использования токсичных консервантов и повышение осведомленности об использовании менее токсичных и более экологически чистых консервантов могут стать еще одним способом снижения воздействия на окружающую среду [9].

Управление древесными отходами

Основные меры по обращению с древесными отходами включают, среди прочего, надлежащую производственную практику, технологические изменения, изменения в исходных материалах, переработку отходов и методы повторного использования / восстановления отходов.

Косвенная переработка древесных продуктов приводит к образованию компоста или мульчи, которые аэробно разлагаются на диоксид углерода. Аналогичным образом, прямая рециркуляция и повторное использование восстановленной древесины в изделия из древесины продлевает срок службы древесины и в то же время обеспечивает возможность потенциального восстановления в конце срока службы. Разлагаемый органический углерод, содержащийся в древесине, распространяется в метан на свалке. Потенциал глобального потепления у метана в 25 раз выше, поэтому восстановление древесины предотвратит выбросы парниковых газов.

Древесные отходы могут подвергаться гидролизу, а получившийся раствор сахаров – последующему сбраживанию, в результате чего может быть получен этиловый спирт пригодный для использования в технических целях, который путем ректификации может быть также доведен и до пищевой кондиции. Образующаяся в ходе процесса биомасса дрожжей может служить ценной белковой добавкой на корм скоту.

Помимо гидролиза существуют варианты пиролиза древесных отходов, иных вариантов химической модификации компонентов древесины с получением большого спектра соединений используемых в промышленности органического синтеза.

Одним из самых экологически безопасных вариантов переработки древесных отходов может являться выращивание дереворазрушающих грибов (вешенка, шиитаке, опенок летний, аурикулярия и некоторые другие). Биомасса грибов может использоваться в пищу, отходы биомассы – как кормовой ресурс для сельскохозяйственных животных, формирующийся при разложении древесины компост – как удобрение для сельскохозяйственных культур.

Интегрированные промышленные площадки

Принимая во внимание растущий спрос на энергию со стороны различных отраслей промышленности, важной стратегией будет развитие высокоинтегрированных промышленных площадок. Такие объекты будут способствовать снижению потребления энергии и ресурсов и в то же время будут дополнять один завод другим. Например, лесопильные заводы будут поставлять огромную биомассу на другие пеллетные, целлюлозно-бумажные и комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), и некоторая часть такой биомассы будет также использоваться для удовлетворения внутренних потребностей в тепле. Поэтому, если бы эти заводы были объединены, это уменьшило бы потребление энергии и ресурсов и помогло бы уменьшить воздействие на окружающую среду.

Безопасная утилизация

Воздействие на окружающую среду, связанное с утилизацией древесных отходов, можно свести к минимуму, используя минимальное количество материалов, необходимых для производственного процесса, и возобновляемых материалов, а также избегая материалов, которые истощают природные ресурсы, в то же время побуждая перерабатывать и перерабатывать материал и побочные продукты отходов. Аналогичным образом, те, которые оставлены для захоронения, должны быть помещены на полигоны безопасного захоронения Места захоронения отходов представляют собой основной вариант захоронения древесных отходов во многих странах [10].

Выводы

Основные источники воздействия на окружающую среду происходят по всей цепочке поставок древесины от лесопильных предприятий до конечной продукции. Многие исследования были проведены с целью определения воздействия лесоматериалов на окружающую среду. Исследования, в частности, основанные на методах LCA, обеспечили всесторонний охват различных процессов, таких как потребление энергии, производственный процесс и их влияние на окружающую среду. Воздействия могут быть сведены к минимуму различными способами: изменения в поведении потребления энергии, продвижение возобновляемой энергии, улучшение практики пиления и распиловки, надлежащее обращение с древесными отходами, использование менее токсичных химикатов для обработки древесины и изделий из древесины и, что наиболее важно, использование энергоэффективные и экологически чистые технологии сушки и источники энергии, такие как эффективная сушка на воздухе, улучшенная сушка на солнце и в печи. Кроме того, необходима надлежащая политическая поддержка для продвижения концепции интегрированной промышленной площадки при эффективной координации и сотрудничестве между соответствующими заинтересованными сторонами. Эта совместная работа не только помогает производить качественные лесные товары, но и снижает их сопутствующее воздействие на окружающую среду. Кроме того, это должно помочь обеспечить широкую цель экологической устойчивости, признавая при этом лесной сектор как часть комплексного подхода устойчивого развития.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Безруких Ю.А. Рациональное природопользование в условиях устойчивого развития экономики промышленных предприятий лесного комплекса / Безруких Ю.А. Медведев С.О., Алашкевич Ю.Д., Мохирев А.П. // Экономика и предпринимательство, 2014. -№ 12-2. – С. 994-996.
2. Зырянов М.А. Повышение эффективности использования отходов деревоперерабатывающей промышленности в производстве плитной продукции / Зырянов М.А., Аксенов Н.В. // Инженерный вестник Дона, 2017, №1. – С. 12.
3. Конюхов В.Ю. Переработка твердых бытовых отходов в иркутской области: проблемы и пути решения: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. «Байкальская наука: идеи, инновации, инвестиции». / Конюхов В.Ю., Лычкина А.А. С. 28–30.
4. Куницкая Д.Е. Повышение эффективности древесной подготовительных цехов автоматизацией основных технологических операций: дис. … канд. техн. наук. - Арх., 2016. - С54-98.
5. Мамин Р.Г. Инновационные механизмы управления отходами / Мамин Р.Г., Ветрова Т.П., Шилова Л.А. М.: МИСИ-МГСУ, 2013. 134 с.
6. Куннцкая О.А. Способы облагораживания древесной щепы, получаемой из тонкомера / Куннцкая О.А. // В сборнике: Природные ресурсы н экология Дальневосточного региона материалы II международного научно-практического форума. 2017. - С. 204-208.
7. Григорьева О. И. Перспективные направления повышения эффективности проведения рубок ухода за лесом // В сборнике: Повышение 176 эффективности лесного комплекса / Григорьева О. И. // Материалы третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2017. С. 56-58.
8. Тамбн А.А. Обоснование необходимости внедрения процессов промышленного лесопиления в структуру лесозаготовительной отрасли / Тамбн А.А.. Григорьев И.В., Куннцкая О.А.// Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2017. № 6 (360). С. 76-88.
9. Григорьев И. Rimko Group: по пути интеграции / Григорьев И., Тамбн A.// Леспроминформ. 2017. № 2 (124). С. 34-40.
10. Зырянов М.А. Проектирование и моделирование оборудования для повышения эффективности использования порубочных остатков / Зырянов М.А., Мохирев А.П., Сыромятников С.В.// Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2017. № 3. С. 31-33.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bezrukikh Yu.A. Ratsional'noye prirodopol'zovaniye v usloviyakh ustoychivogo razvitiya ekonomiki promyshlennykh predpriyatiy lesnogo kompleksa [Rational environmental management under conditions of sustainable development of economy of industrial enterprises of forest complex] / Bezrukikh Yu.A. Medvedev S.O., Alashkevich Yu.D., Mokhirev A.P. // [Economics and Entrepreneurship] Ekonomika i predprinimatel'stvo, 2014. – No. 12-2. – P. 994-996. [in Russian]
2. Zyryanov M.A. Povysheniye effektivnosti ispol'zovaniya otkhodov derevopererabatyvayushchey promyshlennosti v proizvodstve plitnoy produktsii [Improving efficiency of use of wood processing industry waste in production of slab products] / Zyryanov M.A., Aksenov N.V.// Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Herald of the Don], – 2017, – No. 1. – P. 12. [in Russian]
3. Konyukhov V.Yu. Pererabotka tverdykh bytovykh otkhodov v irkutskoy oblasti: problemy i puti resheniya [Processing of municipal solid waste in the Irkutsk region: problems and solutions] / Konyukhov V.Yu., Lychkina A.A. // Materialy Vserossiyskoy nauch.-prakt. konf. «Baykal'skaya nauka: idei, innovatsii, investitsii» [Materials of the All-Russian scientific-practical. Conference: "Baikal science: ideas, innovations, investments]. – 2017. – P. 28-30. [in Russian]
4. Kunitskaya D.E. [Improving efficiency of wood preparatory workshops by automation of basic technological operations] / Kunitskaya D.E. // PhD thesis in Engineering. – Arch., 2016. – P.54-98. [in Russian]
5. Mamin R. G. Innovatsionnyye mekhanizmy upravleniya otkhodami [Innovative waste management mechanisms] / Mamin R. G., Vetrova T. P., Shilova L. A. – M.: MISI-MGSU, 2013. – 134 p. [in Russian]
6. Kuntskaya O.A. Sposoby oblagorazhivaniya drevesnoj shchepy, poluchaemoj iz tonkomera [Methods for refinement of wood chips obtained from forest thinners] / Kuntskaya O.A. // V sbornike: Prirodnyye resursy n ekologiya Dal'nevostochnogo regiona materialy II mezhdunarodnogo nauchno-prakticheskogo foruma [In the collection: Natural Resources and Ecology of the Far Eastern Region, Materials of the II International Scientific and Practical Forum]. 2017. – P. 204-208. [in Russian]
7. Grigoryeva O. I. Perspektivnyye napravleniya povysheniya effektivnosti provedeniya rubok ukhoda za lesom [Prospective directions for increasing efficiency of logging forest care] / Grigoryeva O. I. // V sbornike: Povysheniye 176 effektivnosti lesnogo kompleksa Materialy tret'yey Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem [In the collection: Increasing the efficiency of the forest complex 176 Materials of the third All-Russian scientific-practical conference with international participation]. – 2017. – P. 56-58. [in Russian]
8. Tambn A.A. Obosnovaniye neobkhodimosti vnedreniya protsessov promyshlennogo lesopileniya v strukturu lesozagotovitel'noy otrasli [Justification of need for implementation of industrial sawmilling processes in structure of forestry industry] / Tambn A.A. Grigoriev I.V., Kuntskaya O.A. // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal [News of higher educational institutions. Forest magazine]. – 2017. – No. 6 (360). – P. 76-88. [in Russian]
9. Grigoriev I. Rimko Group: po puti integratsii [Rimko Group: on way of integration] // Lesprominform. – 2017. – No. 2 (124). – P. 34-40. [in Russian]
10. Zyryanov M.A. Proyektirovaniye i modelirovaniye oborudovaniya dlya povysheniya effektivnosti ispol'zovaniya porubochnykh ostatkov [Design and modeling of equipment to increase efficiency of use of chopping residues] / Zyryanov M.A., Mokhirev A.P., Syromyatnikov S.V.// Vosstanovleniye. Modernizatsiya [Repair. Recovery. Modernization]. – 2017. – No. 3. – P. 31-33. [in Russian]