Переработка отходов деревообрабатывающей промышленности: Способы и технологии
В современном мире экологическая составляющая играет всё более важную роль, особенно в промышленности. Классическое древесное производство может образовывать десятки тонн отходов ежегодно. Каждый год в России предприятия лесопромышленного комплекса производят от 20 до 30 млн тонн древесных отходов. Несмотря на то, что древесные отходы практически безопасны (5 класс опасности по федеральному каталогу отходов), их необходимо утилизировать. До сих пор главным способом их утилизации остается сжигание или складирование, при этом сжигание древесины с целью генерации энергии отличается самой низкой маржинальностью. Наиболее эффективное решение - их переработка и вторичное использование.
В результате функционирования деревообрабатывающей отрасли в России ежегодно остаётся 60 млн. кубометров древесных отходов. Промышленность - не единственный источник древесных отходов. Десятки тонн их образуется в городах, особенно в парковых зонах, после обрезки зеленых насаждений. Население также избавляется от деревянных изделий в виде отходов после проведения ремонта, старой мебели, тары и т.д.
С 1 марта 2023 года вступили в силу поправки в ФЗ «Об отходах производства и потребления», которые ввели в законодательство новые понятия: «вторичные ресурсы» и «вторичное сырье». Изменения направлены на развитие в стране экономики замкнутого цикла, призваны простимулировать вовлечение вторичных ресурсов в хозяйственный оборот.
Современные предприятия всё чаще задумываются о внедрении безотходных технологий, чтобы не только снизить воздействие на окружающую среду, но и повысить свою экономическую эффективность. В деревообрабатывающей отрасли это особенно актуально, так как объем отходов может составлять до 50% от первоначального сырья. В данной статье мы рассмотрим основные методы и технологии переработки древесных отходов, которые позволяют крупным предприятиям снижать объем отходов и использовать их для создания дополнительных продуктов.
Не бывает деревообработки без отходов производства: щепы, опилок, стружки, спилов. Почти половина древесины на предприятиях остаётся невостребованной. Все отходы деревообрабатывающих производств нужно утилизировать согласно федеральному закону «Об отходах производства и потребления».
Утилизировать их можно по-разному: сжечь, захоронить, только за это предусмотрены штрафы и уголовная ответственность. Но наиболее экологичный и выгодный способ утилизации древесины - переработка отходов в новые продукты.
Отходы лесопромышленного комплекса - это особый вид отходов, который требует иного подхода к переработке. Тогда не лучше ли в таком случае предприятиям лесной промышленности переходить на комплексную и, главное, безотходную переработку древесины? Как известно, не бывает дыма без огня, а деревообработки или заготовки леса - без неликвидных остатков древесины и соответствующих отходов производства.
Для начала определимся с классификацией древесных отходов.
Классификация древесных отходов
| Категория | Описание |
|---|---|
| Вид I | Горбыль - боковая часть бревна с корой. Подгорбыльные доски - обрезки следующего слоя после распила ствола на отдельные бруски. Деловая древесина. |
| Вид II | Различные спилы бревен, обрезки древесины и отходы столярной обработки дерева. Крупные спилы и пр. Деловая древесина - древесина, которая соответствует требованиям промышленности для переработки и получения готовой продукции и различных экологичных материалов. |
Древесина, не попадающая в эту категорию, признаётся неделовой, т. е.
От определения категории отходов деревообработки перейдём к рассмотрению вариантов их рационального использования.
Способы переработки древесных отходов
Все способы переработки древесных отходов можно поделить на две группы - термические и альтернативные. Термические способы - наиболее просты и практически не требует затрат, но это скорее утилизация, нежели переработка. Группа альтернативных методов позволяет получать из отходов сырьё для дальнейшего производства товаров, топлива, энергии.
- Термические способы
- Альтернативные методы
Существует утвержденный Росприроднадзором каталог отходов. Согласно его классификации древесные отходы могут с примесями либо натуральные. Отходы с примесями - материалы с добавлением синтетических связующих веществ (ДСП, ДВП) и древесина , покрытая маслом, лаком, олифой, краской, морёная химическими способами и т.д.
Термические способы переработки
Для сжигания древесины предназначены специальные топки и печи. Получаемым продуктом при этом является тепло, направляемое на подогрев воды и отопление помещений. Отправляемые на переработку отходы не требуют предварительной прессовки, сортировки, брикетирования, разве что крупногабаритные фрагменты распиливают.
Сжигание древесины в камере без притока кислорода называется пиролиз и известно уже давно. Суть метода в том, что в герметичном пространстве разогретой до 45оС печи древесные отходы сгорают не до состояния пепла, а превращаются в древесный уголь. Это ценное топливо, при сжигании образует большое количество тепла. После прогорания древесины полученный уголь стабилизируют и охлаждают, отправляя затем в фасовку.
Пиролизная камера не позволяет испариться жидкому остатку, который затем ректифицируют, получая уксусную кислоту, метиловый спирт и альдегиды. Технология практически безотходна, т.к. даже газ, выделяемый при пиролизе, используется для разогрева печи со следующей партией сырья.
Альтернативные способы переработки
Выбор способа утилизации древесного вторсырья зависит от характера самого сырья и материала, который нужно получить.
К главным методам можно отнести пиролиз и гидролиз. Применяемые химические соединения меняют состав древесины.
Химическая переработка древесных отходов включает в себя несколько основных разновидностей в зависимости от используемого технологического процесса. Так, остатки и обрезки древесины можно подвергнуть перегонке методом пиролиза, в результате которого можно получить как древесный уголь, так и спирт или уксусную кислоту. Разумеется, нельзя не упомянуть здесь и про изготовление целлюлозы и различной бумажной продукции.
Химические и биологические способы переработки используются на целлюлозно-бумажных, гидролизных, лесохимических предприятиях.
Механическая переработка - один из наиболее простых видов переработки. Измельчение древесины в щепу не требует специфического и сложного технологического процесса, как в случае с химической переработкой. Существуют разные виды измельчителей и дробилок - рынок позволяет сделать свой персональный выбор, ориентируясь как на характеристики оборудования, так и на его стоимость.
Механические способы переработки экономически выгодны предприятиям по добыче и переработке леса, производству мебели и других изделий из дерева, лесным хозяйствам. Оборудование для измельчения древесины не требует больших финансовых затрат, отличается простой эксплуатации.
Это механический тип переработки древесных отходов, увеличивающий их компактность для последующей транспортировки. В первую очередь применяется для веток и других отходов растительного происхождения, которые после измельчения превращаются в щепу.
Измельчители древесины представлены разными типами - ножевые, барабанные, дисковые. Так, ножевые шредеры дают возможность получать щепу заданной формы и размеров, барабанные измельчители в основном производят древесную пыль.
Оборудование для измельчения древесины предназначены для измельчения остатков древесины с дефектами, отходов в виде горбыля и реек, срезов и веток в технологическую щепу.
Молотковые дробилки предназначены для дробления дерева, оставшегося после переработки леса. В зависимости от мощности дробилки позволяют получить щепу разного размера, в том числе мельчайшие фракции. Для загрузки подходят как мелкие, так и крупные древесные остатки, которые поступают через загрузочное устройство в дробильный барабан. В барабане закреплены молотки, которые ударяют по материалу и разбивают его на мелкие частицы.
Используемые для древесины прессы бывают двух типов: механические (обычно меньшей мощности) и гидравлические, промышленные. Путем спрессовывания стружек и опилок получают топливные пеллеты, а более мелкие деревянные фракции прессуются в брикеты.
Биологическая переработка - в этом способе используются бактерии и различные штаммы микроорганизмов. С помощью микроорганизмов и бактерий происходит переработка в этиловый спирт, ксилит. Таким образом можно получить дрожжи на основе белка.
Гидродинамическая экстракция происходит в специальном аппарате, и применяется при переработки коры хвойных пород. В результате получают дубильные вещества. Гидролиз получает получить лигнин, полимер с высоким показателем абсорбции.
Продукты переработки древесных отходов
Мебель, столбы, шпалы и бумага, плиты ДВП и ДСП, посуда и тара - более чем полторы тысячи категорий товаров изготавливаются с применением древесины.
Производство биотоплива - одним из самых распространенных способов использования древесных отходов является производство биотоплива. Компании перерабатывают древесные остатки в пеллеты и брикеты, которые можно использовать для обогрева и выработки энергии. Этот метод помогает предприятиям не только утилизировать отходы, но и экономить на энергетических затратах, особенно в регионах с суровыми климатическими условиями.
Биотопливо в виде брикетов и пеллет превосходит традиционные виды топлива (уголь, мазут и др.) по экологичности, энергоемкости и в ряде случаев - по стоимости. Так, 1 т пеллет по энергоэффективности соответствует 450 л мазута, а 1 т брикетов - 600 л мазута.
По результатам 2022 года производство пеллет в стране сократилось на 19,6% по сравнению с 2021 годом. В качестве одной из мер поддержки было выбрано развитие внутреннего спроса - перевод муниципальных котельных на биотопливо. В России использование пеллет в котельных и ТЭЦ довольно перспективно, поскольку позволяет в разы снизить затраты по сравнению с дизелем и мазутом. Экономичнее пеллет только уголь, им топить на 10-15% дешевле.
Процессы брикетирования и производства пеллет во многом схожи между собой и отличаются. Приблизительная оптовая цена при продаже топливных гранул на рынках сбыта составляет от 5 до 7 тысяч рублей за тонну изделий.
Производство древесных композитов - древесные композиты, такие как ДСП, MDF и OSB, производятся из мелких отходов, таких как опилки и стружка. Благодаря клеям и смолам мелкие частицы древесины склеиваются в плиты, которые широко используются в строительстве и производстве мебели. Это не только эффективно утилизирует древесные отходы, но и позволяет создать продукцию с высокими эксплуатационными характеристиками.
Древесная щепа и опилки служат подходящим сырьём для изготовления плит с различными характеристиками прочности и влагостойкости. Некрупные опилки и стружка находят себе применение в производстве ДВП и ДСП.
К слову, в январе 2021 года руководство Торгово-промышленной палаты России выразило некоторые опасения в связи с выявленной нехваткой древесных плит на внутреннем рынке страны. Многие мебельные компании были вынуждены не только мириться с дефицитом сырья, но и с тем фактом, что его стоимость существенно возросла.
Биохимическая переработка - продвинутые технологии, такие как пиролиз и газификация, позволяют перерабатывать древесные отходы в биохимические компоненты, такие как метанол и этанол. Эти химикаты могут использоваться в качестве сырья для производства различных химических продуктов и топлива. Хотя данный метод требует значительных инвестиций, он позволяет предприятиям существенно сократить объем отходов и получить новую линейку продуктов.
Производство удобрений - некоторые виды древесных отходов, особенно кора и древесная пыль, перерабатываются в удобрения или компост. Такие отходы обрабатываются для улучшения их питательных качеств, после чего применяются в сельском хозяйстве и лесном хозяйстве для восстановления почвы и улучшения её плодородия.
Интеграция систем переработки в деревообрабатывающий процесс
Эффективная переработка отходов требует комплексного подхода и тесной интеграции с основными технологическими процессами. Ниже представлены ключевые шаги по внедрению системы переработки древесных отходов в деревообрабатывающее производство.
Первый этап - это создание системы сбора и сортировки отходов непосредственно на производственной линии. Благодаря этому можно с легкостью распределять отходы по категориям и отправлять их на соответствующие участки переработки. Автоматизированные конвейеры и роботы также могут использоваться для оптимизации логистики отходов.
Современное деревообрабатывающее оборудование, помимо резки и обработки древесины, оснащается модулями для измельчения и прессования отходов в реальном времени. Такое оборудование позволяет предприятию перерабатывать до 50% отходов прямо на месте, не отвлекаясь на их вывоз и хранение.
На крупных предприятиях активно используются цифровые системы, которые управляют всеми процессами переработки отходов. Программное обеспечение анализирует данные о количестве и типах отходов, следит за их переработкой, выявляет пути для повышения эффективности и сокращения объема отходов.
Одним из ключевых элементов успешного перехода на безотходное производство является обучение сотрудников и их вовлеченность в процесс переработки. На регулярной основе проводятся тренинги по использованию нового оборудования, экологической ответственности и эффективным методам переработки.
Все технологические процессы, связанные с переработкой древесины, не обходятся без использования всевозможных станков - обрезных, круглопильных, торцовочных, токарных, шлифовальных и других. Во время обработки древесины образуются отходы - стружки, опилки, древесная пыль, куски коры и некондиционная древесина различной формы и размеров. Количество отходов может составлять до 40%, что безусловно несет убытки предприятию.
Утилизировать древесные отходы необходимо, однако делать это нужно в соответствии с законодательством Российской Федерации. Данный закон мог появиться ещё в 2018 году, однако его внесение перенесли на 2022 год. Законопроект содержит запрет сразу на два способа утилизации отходов, полученных в результате производственной деятельности. Это сжигание и захоронение. Таким образом, все остатки древесного происхождения должны будут попасть обратно в производственную цепочку. Они могут быть переработаны в пеллеты, древесно-стружечные плиты, компоненты для иных изделий и т.