Разработка экологизированного производства по деревообработке и совместная утилизация древесных и растительных отходов

№  докум.

Подпись

Изм.

Лист

Дата

Лист

ТПЖА.042400.019 ПЗ 





Инв. № подл.

Подпись и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подпись и дата

Введение



В настоящее время большое значение придается рациональному использованию материальных ресурсов. Это объясняется тем, что потребность в сырье и материалах непрерывно растет, а производство обходится все дороже. Один из путей снижения материалоемкости продукции и экономии сырьевых ресурсов — повышение уровня использования вторичных материальных ресурсов. [справочник ВМР]

Деревообрабатывающая отрасль промышленности является одним из источников образования крупнотоннажных отходов древесины [родионов]. В результате ее переработки образуются опилки и стружка, которые можно успешно использовать для производства новой продукции, что создаст предпосылки для перехода предприятий деревообработки на малоотходное производство.

Однако на пути широкого применения утилизации отходов древесины встают такие проблемы, как отсутствие экономически эффективных методов переработки отходов, а также рынков сбыта продукции, имеющей новые потребительские свойства. [Лобачева Состояние вопроса]. В связи с этим необходим поиск новых экономически выгодных и экологически безопасных способов переработки отходов древесины. 

Целью работы является разработка экологизированного производства по деревообработке и совместная утилизация древесных и растительных отходов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 

1. оценить воздействие деятельности предприятия на окружающую среду;

2. описать состав древесных отходов и способы их утилизации;

3. разработать технологическую схему переработки отходов деревообработки;

4. выполнить расчет материального баланса образования отходов;

5. выбрать и рассчитать основное оборудование процесса переработки отходов;

6. изучить возможность совместной утилизации отходов древесины и отходов других растительных производств


1 Оценка воздействия деятельности предприятия на окружающую среду



1.1 Общие сведения о предприятии 



Рассматриваемое деревообрабатывающее предприятие располагаем на территории Вятскополянского района. В качестве примера используется предприятие «ОО ИКЕА Индастри Вятка» с похожей производственной структурой и мощностью. 

Основные направления деятельности предприятия – производство мебели из хвойных пород и лиственного массива, топливных брикетов из отходов деревообрабатывающего комплекса. Ассортимент продукции: столы, полки, стеллажи.

Предприятие включает в себя основные и вспомогательные цеха и производственные объекты: 

1. сушильно-складской комплекс (ССК): открытые слады для хранения пиломатериалов, сушильное отделение – сушка обрезного пиломатериала;

2. деревообрабатывающее производство (ДОП): переработка пиломатериалов хвойных пород, изготовление мебельного щита, переработка кусковых отходов, заточка режущего инструмента, перемещение и складирование продукции;

3. производство топливных брикетов (ПТБ): изготовление брикетов из древесных отходов;

4. промышленная котельная (ПК): отдельно стоящее помещение с установленным теплоэнергетическим оборудованием, отопление помещений предприятия;

5. центр ремонта и обслуживания оборудования (ЦРиОО): осуществление ремонт аи обслуживания оборудования;

6. склад горюче-смазочных материалов (ГСМ): хранение нефтепродуктов;

7. автотранспортный гараж: осуществление транспортных перевозок, ремонт и обслуживание техники;

8. центр материального снабжения (ЦМС): обеспечение производства сырьем и материалами, учет, хранение и выдача материальных ресурсов и готовой продукции. 

Специфика данного предприятия предполагает экологический контроль выбросов загрязняющих веществ, отходов производства, тало-дождевых вод.   



1.2 Характеристика района размещения предприятия



Вятскополянский район находится на юге Кировской области и граничит с Малмыжским районом, республиками Татарстан и Удмуртия. 

Площадь Вятскополянского района составляет 907,71 км2.

Рельеф местности спокойный с небольшим уклоном в сторону р. Вятки, перепад высоты не превышает 50 м на 1 км. 

Климат местности умеренно континентальный. Средняя температура января составляет – 12,9 ?С, июля – 25,1 ?С. Среднегодовая скорость ветра – 10,5 м/с. 

На рисунке 1 изображен пример плана размещения предприятия со среднегодовой розой ветров в %. 





Рисунок 1 – План размещения предприятия 



Рисунок 1 показывает, что преобладающие направления ветра – южное, юго-западное и западное. Таким образом, рассеивание загрязняющих веществ в сторону населенного пункта минимально. 

Основные фоновые загрязнения атмосферы – это диоксид азота, оксид углерода и диоксид серы. Фоновые концентрации данных веществ представлены в таблице 1. 



Таблица 1 – Фоновые концентрации загрязняющих веществ

Вещество

Концентрация, мг/м3

NO

0,06

CO

1,8

SO2

0,011









1.3 Оценка воздействия на атмосферу



На предприятии имеется 18 источников ЗВ, из них 7 источников выбросов оборудованы газо-пылеочистными установками. В таблице 2 указаны концентрации ЗВ и их источники на предприятии.



Таблица 2 – Перечень ЗВ предприятия

ЗВ

Расчетная максимальная приземная концентрация на границе СЗЗ, в долях ПДК

Источник

Оксид железа

0,03

ЦРиОО

Марганец и его соединения

0,03

ЦРиОО

Хром

0,01

ЦРиОО

Диоксид азота

0,42

АГ, ПК

Углерод 

0,02

АГ

Оксид углерода

0,4

АГ

Смесь углеводородов

0,03

Склад ГСМ

Пентилены

0,03

Склад ГСМ

Бензол 

0,11

Склад ГСМ

Ксилол

0,01

Склад ГСМ

Толуол

0,04

Склад ГСМ

Этилбензол

0,04

Склад ГСМ

Винилацетат

0,03

ДОП, ПТБ

Формальдегид

0,03

ДОП

Взвешенные вещества

0,07

ДОП

Абразивная пыль

0,05

ДОП

Древесная пыль 

0,06

ПТБ

Оксиды серы

0,22

АГ



Данные таблицы показывают, что концентрации ЗВ в воздухе не превышают значений ПДК, проведения дополнительных мероприятий по снижению выбросов ЗВ не требуется. 









1.4 Оценка воздействия на гидросферу



Предприятие снабжается водой из водопроводной сети поселка. Водоотведение хозяйственно-бытовых стоков предприятия осуществляется в канализацию поселка. 

ЗВ поверхностно-ливневых стоков представлены взвешенными веществами и нефтепродуктами. Отвод поверхностных ливневых стоков с территории осуществляется неорганизованно по спланированной территории на рельеф, в связи с чем, вносится плата за загрязнение окружающей среды. 



1.5 Оценка обращения с отходами 



В ходе деятельности предприятия образуются отходы I – IV классов опасности. Места накопления отходов организованы в помещениях, следовательно, отходы защищены от влияния атмосферных осадков, не оказывают воздействия на почву, поверхностные воды. В таблице 3 представлен перечень образующихся отходов и пути реализации. 



Таблица 3 – Перечень образующихся отходов



Наименование вида отхода

Класс опасности

Объект конечного размещения

1

2

3

Лампа ртутные, ртутно-кварцевые, люминесцентные, утратившие потребительские свойства

1

Передача специализированному предприятию на обезвреживание

Аккумуляторы свинцовые отработанные неповрежденные, с электролитом

2



Песок, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов 15% и более)

3



Отходы минеральных масел моторных



Передача специализированному предприятию на утилизацию

Отходы минеральных масел индустриальных





Отходы минеральных масел трансформаторных, не содержащих галогены







Продолжение таблицы 3

Отходы минеральных масел компрессорных





Отходы минеральных масел гидравлических, не содержащих галогены





Шлам очистки емкостей и трубопроводов от нефти и нефтепродуктов



Передача специализированному предприятию на обезвреживание

Обтирочный материал, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов 15% и более)





Отходы минеральных масел трансмиссионных



Передача специализированному предприятию на утилизацию

Фильтры очистки топлива автотранспортных средств



Передача специализированному предприятию на обезвреживание

Пыль (порошок) абразивные от шлифования черных металлов с содержанием металла менее 50%

4

Передача на полигон ТБО с целью размещения

Покрышки пневматических шин с металлическим кордом отработанные



Передача специализированному предприятию на использование

Мусор от офисных и бытовых помещений организаций несортированный (исключая крупногабаритный)



Передача на полигон ТБО с целью размещения

Абразивные круги отработанные, лом отработанных абразивных кругов

5

Передача на полигон ТБО с целью размещения

Шкурка шлифовальная отработанная





Отходы затвердевшего клея





Смет с территории предприятия практически неопасный





Отходы упаковочного гофрокартона незагрязненные



Передача специализированному предприятию на утилизацию

Отходы пленки полиэтилена и изделий из нее незагрязненные





Отходы пленки из полиэтилентерефталата незагрязненные





Отходы пленки полипропилена и изделий из нее незагрязненные





Тара деревянная, утратившая потребительские свойства, незагрязненная





Прочая продукция из натуральной древесины, утратившая потребительские свойства, незагрязненная



Передача населению 








2 Теория деревообработки 



2.1 Общие сведения о деревообрабатывающем производстве



Деревообрабатывающее производство включает в себя две основные группы: 

1. первичная обработка древесины;

2. вторичная обработка древесины.

В первую группу входят производства пиломатериалов, шпона, плит, фанеры, которые характеризуются потреблением лесоматериалов и изготовлением из них полуфабрикатов. Вторая группа производств использует в качестве исходного сырья полуфабрикаты из древесины. На рисунке 2 отображается последовательность использования древесины в деревообрабатывающем производстве и виды получаемых изделий.



Деревообрабатывающее производство





Производство клееных материалов

Лесопиление 





Пиленые полуфабрикаты 



Клееные материалы



Производство изделий из древесины





Строительные детали 

Мебель 

Стандартные дома 



Рисунок 2 – Схема последовательности использования древесины в деревообрабатывающем производстве [сафин]







2.2 Мебельное производство 



Одним из видов деревообрабатывающей промышленности является мебельное производство. Мебель – важнейший элемент интерьера и общественной среды [барташевич конструирование]. Изделия мебели отличаются весьма сложной конструкцией и состоят из отдельных сборочных единиц и деталей, производимых из древесных и недревесных материалов [шикун]. В качестве древесных материалов используются различные виды полуфабрикатов из древесины: пиломатериалы лиственных и хвойных пород, заготовки, ДСП, ДВП, фанера, шпон.  

По функциональным признакам мебель подразделяется на предназначенную для сидения и лежания. По эксплуатационным признакам мебель бывает бытовая, административная и общественная, а также мебель для транспорта [розов]. 



2.3 Технология деревообработки



Одной из первых стадий в технологическом процессе изготовления изделий из древесины является сушка. Первой стадией механической обработки на станках является раскрой полуфабрикатов на черновые заготовки – отрезки определенных размеров, из которых путём строгания, фрезерования могут быть получены нужные детали. Рациональным раскроем полуфабрикатов необходимо добиваться получения наибольшего количества заготовок, отвечающих по качеству установленным требованием. Стадией механической обработки черновых заготовок является строгание их с четырех сторон и их оторцовывание для придания правильной геометрической формы и точных размеров. Стадия механической обработки чистовых заготовок – получение готовых деталей, заданных чертежом, путем нарезания шипов и проушин, сверления отверстий, выборки гнёзд, шлифования. Процесс сборки изделия из деталей также состоит из ряда стадий - сборки деталей в узлы (рамки, щиты, коробки), обработки их на станках для уничтожения провесов, выверки размеров, сверления гнёзд, отборки профилей и наконец, сборки узлов в изделие и его отделки, (или наоборот, сначала отделки узлов и деталей, а затем сборки их в изделие).

Общая схема стадий технологического процесса изготовления изделий:

- сушка древесных материалов;

- раскрой древесных материалов на заготовки;

- обработка черновых заготовок;

- склеивание и фанерование заготовок;

- обработка чистовых заготовок;

- сборка деталей в узлы;

- сборка мебельных изделий

- отделка [меркушев технология].



2.3.1 Сушка древесины



Сушкой называется процесс удаления влаги из древесины. Практически все процессы сушки древесины связаны с ее нагреванием. 

Основным назначением сушки древесины является предотвращение изменения геометрических размеров заготовок при их механической обработке и во время эксплуатации их в готовом изделии, также только в сухом виде древесина не подвергается воздействию различных бактерий, приобретает максимальную прочность при минимальной плотности и имеет минимальную теплопроводность [http://www.technowood.ru/]. В процессе сушки на древесину воздействует газообразная или жидкая среда, которая называется агентом сушки. Агент сушки передает теплоту высушиваемой древесине и поглощает испаренную из нее влагу.

Наибольшее применение в деревообработке получили конвективные способы сушки. Конвективная сушка связана с передачей теплоты высушиваемому материалу путем конвекции сушильного агента. 

Пиломатериалы перед сушкой укладывают в сушильные штабеля, которые формируют из горизонтальных рядов досок, отделяемых друг от друга прокладками. В качестве межрядовых прокладок используются рейки из древесины хвойных пород и березы толщиной 25 мм, шириной 40 мм и длиной равной ширине штабеля. При укладке должно быть обеспечено равномерное омывание сушильным агентом пиломатериалов в штабеле.

Процесс сушки на предприятиях осуществляют в сушильных камерах. Сушильная камера представляет собой помещения различных размеров, в которые через двери загружаются штабеля пиломатериалов. Внутри камер монтируются детали теплового (калориферы, конденсатоотводчики, увлажнительные трубы, паропроводы) и циркуляционного (вентиляторы, эжекторные установки, экраны) оборудования.

Сушильные камеры классифицируются по виду применяемого агента: воздушные, газовые и работающие на перегретом паре (высокотемпературные). В этих камерах в качестве агента сушки соответственно применяют нагретый атмосферный воздух, смесь топочных газов со свежим воздухом и перегретый пар [ТЕХНОЛОГИЯ].



2.3.2 Раскрой пиломатериалов на заготовки



Заготовками называется вид пилопродукции, размеры и качество которых соответствуют размерам и качеству получаемым из них деталям.

Существуют следующие способы раскроя досок на заготовки: поперечно – продольный, продольно – поперечный и комбинированный. Схемы раскроя досок изображены на рисунке 3. 





                                           а                б               в

Рисунок 3 – Схемы раскроя обрезных досок:

а – поперечно-продольный; б – продольно-поперечный; в – комбинированный

Цель раскроя - получить максимальный выход заготовок и удалить все дефекты из досок [ТЕХНОЛОГИЯ].

Для поперечно-продольного раскроя пиломатериалов на черновые заготовки применяют торцовочные станки. Для продольно-поперечного раскроя используют одно- или многопильные прирезные станки [Бухтияров].



2.3.3 Первичная обработка черновых заготовок



Черновые заготовки, получаемые после раскроя досок, имеют значительные погрешности формы и размеров. Эти погрешности обусловлены тем, что при раскрое доски базируются по поверхностям, имеющим значительные отступления от правильной формы из-за сбега. Первичную обработку черновых заготовок начинают с создания начальной установочной чистовой базы в виде реальной поверхности заготовки правильной геометрической формы.

Первичная обработка черновых заготовок обычно осуществляется фрезерованием. Фрезерование осуществляется на фуговальных станках. Такую технологическую операцию называют фугованием заготовок. Обработать заготовку в размер, обеспечивая параллельность противоположных ее сторон, можно на рейсмусовых и двухсторонних продольно-фрезерных станках [ТЕХНОЛОГИЯ].



2.3.4.Обработка чистовых заготовок



После механической обработки черновых заготовок необходима их окончательная обработка с целью придания им окончательных размеров и формы в соответствии с требованиями конструкторской документации. Окончательная механическая обработка включает операции по формированию шипов и проушин, фрезерованию профилей, выборке гнезд и сверлению отверстий, подготовки поверхности к отделке.

Формирование шипов и проушин. Шипы и проушины являются элементами сборочных единиц и обеспечивают их соединение при сборке в узлы. Точность шипового соединения обеспечивает надежность сборки и качество самого изделия.

В зависимости от вида изделия различают рамные, ящичные, зубчатые шипы и шипы типа «ласточкин хвост».

Рамные шипы нарезают с помощью шипорезных станков на концах брусковых заготовок для их последующей сборки в рамочные конструкции. При этом формы проушин должны соответствовать форме шипа. Формирование элементов шипового соединения осуществляется блоком, состоящим из четырех режущих инструментов: торцовочной пилы, двух шипорезных головок для нарезки шипов и подрезки заплечиков, головки для выборки проушин.

Ящичные прямые шипы нарезаются на специальных одно- и двусторонних шипорезных станках с ручной и механической подачей заготовок. 

Зубчатые шипы предназначены для сращивания древесных заготовок по длине при производстве мебельных щитов. На рисунке 4 показано зубчатое шиповое соединение. 





Рисунок 4 – Зубчатое шиповое соединение



Шипы типа «ласточкин хвост», имеющие трапециевидное сечение, нарезаются на станках с режущими инструментами в виде концевых фрез, которые за один проход формируют шипы и проушины на двух соединяемых элементах.  [ТЕХНОЛОГИЯ]

Фрезерование поверхностей. Фрезерованием называется процесс резания, при котором режущий инструмент совершает вращательное движение, а движение подачи осуществляется по прямой линии. Операция фрезерования заключается в последовательном снятии с заготовок определенного слоя древесины, в результате чего образуются новые поверхности с прямым или криволинейным профилем. Фрезерование происходит на фрезерных станках различных марок [ТЕХНОЛОГИЯ].



Выборка гнезд и сверление отверстий. Выборка продолговатых гнезд, обычно несквозных, производится на цепно-долбежных станках при помощи фрезерной цепи. Гнезда необходимы

для соединения деталей изделий из древесины.

Для выборки небольших размеров используются сверлильно-пазовальные станки. Для выборки пазов (гнезд) используются сверла или концевые фрезы. Круглые отверстия сверлят на универсальных одно- или многошпиндельных вертикально-сверлильных станках [ТЕХНОЛОГИЯ].

Подготовка поверхности к отделке. Детали изделий, подлежащих отделке, должны иметь гладкую поверхность. Все поверхности деталей не должны иметь дефектов в виде волн, сколов, заусенцев и ворсистости. По этим причинам механическую обработку всех деталей заканчивают зачисткой поверхности циклеванием, шлифованием или термопрокатом. Циклеванием называют особый вид строгания поверхности специальным ножом-циклей на циклевальных станках, имеющих мощный механизм подачи заготовки относительно неподвижно закрепленной цикли.

Более широкое применение получило шлифование. Применяются различные шлифовальные станки. Инструментом для шлифования является шлифовальная шкурка, представляющая собой гибкую основу, к которой прикреплены абразивные зерна.

Термопрокат является одним из перспективных методов повышения качества поверхности без удаления слоя древесины. Принцип термопроката заключается в том, что при воздействии нагретых полировальных валков на поверхностные слои древесины происходит их уплотнение с пластической деформацией неровностей и образованием тонкой пленки из расплавленных смол и камеди древесины [ТЕХНЛОГИЯ].



2.3.5 Сборка деталей в узлы



Формирование сборочных элементов выполняют при помощи шиповых вязок и склеивания. 

Склеивание - это основной вид соединения в мебельном производстве. Склеивание применяют для получения деталей большего сечения по толщине, большей ширины и длины, криволинейной формы, сборочных элементов рамочной и каркасной конструкции с применением шиповых соединений, для облицовывания деталей, а также при сборке изделий. Процесс склеивания состоит из двух основных операций - нанесения клея на древесину и запрессовки. 

Сборочные станки изготавливаются силами деревообрабатывающих предприятий [меркушев].



2.3.6 Сборка мебельных изделий



Сборка мебельных изделий многовариантна. Поступающие на общую сборку детали и узлы должны иметь правильную форму и точные размеры.

Для удобства сборки изделия применяют специальные сборочные станки – стапели. Для сборки мелких лёгких изделий применяют непрерывные распределительные конвейеры [меркушев].



2.3.7 Отделка мебельных изделий



Длительный срок эксплуатации мебельных изделий с сохранением высоких декоративных свойств обеспечивается отделкой - созданием высококачественных защитно-декоративных покрытий с использованием лакокрасочных материалов. Декоративно-защитная отделка прозрачными лаками позволяет проявить и подчеркнуть текстуру древесины, придать поверхности глянцевый или бархатисто-матовый вид. Облицовывание, наклеивание листовых и пленочных декоративных материалов защищает древесину от загрязнений, потемнения на воздухе и солнце, от механических повреждений и истирания. Непрозрачные покрытия позволяют скрыть дефекты древесины и сборки, придать поверхности (например, крышке рояля) красивый монолитный вид. 

Декоративно-художественная отделка включает резьбу, роспись, выжигание, тиснение.

В единичных производствах применяют нанесение лакокрасочных материалов ручным инструментом. За один этап наносится по всей поверхности от 10 до 150 слоев. Затем следует выдержка несколько дней - сушка всех слоев. Наиболее универсальный метод нанесения лакокрасочного материала на изделия любой формы - пневматическое распыление форсунками. 

Сушка лакокрасочных покрытий включает все процессы, приводящие к отверждению пленки. Сушка может происходить в условиях цеха при 18...

20 °С, но может быть ускорена нагревом, ультрафиолетовым облучением и электронным облучением.

Облагораживание лакокрасочных покрытий заключается в выравнивании и полировании поверхности. Для выравнивания поверхности сошлифовывают верхний слой покрытия вручную либо механизированными дисковыми или вибрационными шлифовальными инструментами и на шлифовальных станках [меркушев].



2.4 Изготовление мебельных щитов



Клееный мебельный щит является продуктом глубокой переработки древесины. Склеивание позволяет значительно снизить затраты древесины и максимально эффективно использовать пиломатериалы. Клееные мебельные щиты имеют значительные преимущества перед другими конструкционными материалами, которые используются для производства мебели:

- использование новейших технологий склеивания древесины позволяет сохранить естественную натуральную текстуру древесной поверхности;

- клееные конструкции в отличие от массивных не деформируются, не растрескиваются за время эксплуатации, имеют очень маленькую усадку;

- возможность получения щита любого размера;

Исходным сырьем для изготовления клееных изделий служат обрезные пиломатериалы хвойных или твердолиственных пород [http://www.technowood.ru/].






3 Теория переработки отходов деревообработки 



3.1 Источники образования отходов деревообработки и их характеристика



По количеству отходов деревообрабатывающая промышленность стоит на одном из первых мест. Количество отходов в этой отрасли зависит от качества перерабатываемого сырья, типа и размера изготавливаемой продукции, используемой технологии и применяемого оборудования. Количество отходов, образующихся на мебельной фабрике может достигать 60 % от исходного количества сырья. 

В зависимости структуры древесные отходы подразделяются на кусковые и мягкие древесные отходы. К кусковым отходам относятся торцевые срезки, рейки, разнообразные вырезки с пороками и дефектами. Мягкие древесные отходы – это опилки и стружка, получаемые при механической переработке древесины. В таблице представлен состав древесных отходов в зависимости от технологического процесса деревообработки. [тимонин т.3].



Таблица 4 – Удельные показатели образования отходов деревообрабатывающей промышленности

Технологический процесс

Образующиеся отходы

Количество отходов в % от объема исходных материалов

1

2

3

Производство столярных изделий

Опилки, стружка

Кусковые отходы

15 - 19

25 - 30

Изготовление деревянных нестроганых деталей для домостроения

Опилки, стружка

Кусковые отходы

10 - 12

Изготовление фрезерованных деталей

Опилки

Стружка

Кусковые отходы

13 - 16

29 - 33

22 - 35





Продолжение таблицы 4

1

2

3

Производство упаковочной тары

Обрезки

Опилки

32

16

Производство штучного паркета

Опилки

Стружка

Кусковые отходы

8 – 10

12 – 14

44 - 55

Производство паркетных изделий

Опилки, стружка

Кусковые отходы

Пыль шлифовальная

20 - 23

34 – 50

0,5 – 0,8



3.2 Химический состав отходов деревообработки



Элементный состав древесины мало зависит как от породы, так и от частей дерева, используемых в качестве сырья. В большей мере  состав зависит от условий произрастания и времени рубки дерева. Органическая часть древесины содержит 48,5 - 50,1 % углерода, 6,1 - 6,9 % водорода, 43,4 - 45,2 % кислорода, 0,9 - 1,5 % азота. Больше всего в золе древесины содержится СаО, заметные количества К2О и SiO2. 

Химические вещества, входящие в состав частей дерева, многообразны. Главные компоненты – это целлюлоза и лигнин, которые образуют тело растения. Длинные волокна целлюлозы формируют структуру растения, обеспечивают его сопротивление на разрыв. Лигнин, распространенный между волокнами («инкрустированный»), повышает их связность друг с другом, увеличивает прочность на излом. Нельзя утверждать, что биологическая роль целлюлозы и лигнина этим ограничивается. Их взаимосвязь в древесине определена еще не до конца, так же как и предназначение. Нет и абсолютно полного знания об их химическом составе. Известно, что целлюлоза состоит из длинных цепных молекул, образуемых повторяющимися единицами, представленными на рисунке 5.





Рисунок 5 - Мономер целлюлозы



Упрощенно можно представить, что эта цепь образована глюкозными остатками С6Н10О5, от каждого из которых отщеплена молекула воды и которые соединены друг с другом через кислородный мостик. Число таких звеньев в молекуле целлюлозы, по некоторым данным, достигает 10000. Эти длинные молекулы связаны между собой и образуют агрегаты из которых строится волокно. При этом отдельные молекулы располагаются не вдоль оси волокна, а под некоторым углом, что увеличивает прочность и гибкость растения. Содержание целлюлозы в стволе в зависимости от породы колеблется в пределах 48 – 55 %. 

Состав лигнина еще больше зависит от способа выделения из древесины, чем состав целлюлозы, поэтому нельзя строго утверждать, что  его структура в нативном (природном) виде известна [юдкевич]. Цвет лигнина варьируется от светло-желтого до темно-коричневого [гомонай]. Большинство сходится на том, что это полимерное ароматическое соединение, сформированное в основном из фенилпропановых звеньев. На рисунке 6 представлена  химическая структура  лигнина рекомендуемая Международным институтом лигнин. Находят, что его молекулярная масса больше 1000. Содержание лигнина в стволовой части составляет 19 – 27 %.





Рисунок 6– Химическая структура лигнина



Другие важные компоненты древесины - гемицеллюлозы. Под гемицеллюлозами понимают полимерные углеводы с пятью или шестью углеродными атомами в основном звене. Их общие формулы – пентозаны (С5Н8О4)n и гексозаны (С6Н10О5)n. Эти вещества легко разлагаются до простых сахаров под воздействием слабых кислот, а также переводятся в водорастворимое состояние в присутствии слабых растворов щелочей. Вероятная их роль в растении- запасные питательные вещества. 

В древесине и коре некоторых растений содержатся растворимые в воде, а также в спирте и некоторых других растворителях вещества, именуемые таннидами или дубильными веществами. 

В смоляных ходах древесины хвойных пород содержится живица, сложная смесь веществ, вырабатываемых клетками, выстилающими смоляные ходы. При поражении живица вытекает наружу. Это явление породило очень важное направление прижизненной эксплуатации деревьев - подсочку. Выделяющаяся живица представляет собой раствор смоляных кислот в жидких органических соединениях - терпенах. Эти вещества защищают пораженное место от проникновения возбудителей болезней.

Когда дерево срублено, пень погибает не сразу; вначале идет интенсивное смоловыделение. Пень и корни просмоляются. Если оставить пень на лесосеке на несколько лет, то часть целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз выгниет и смолистость пня еще увеличится. Получающийся в результате таких превращений пневый осмол представляет собой сырье экстракционной промышленности.

При нанесении поражений некоторым лиственным деревьям в период сокодвижения выделяется сок. Сок березы и клена имеет промышленное значение. Он содержит сахара, аскорбиновую и некоторые другие кислоты, эфирные масла, сапонины, обладающие фитонцидными свойствами, другие органические соединения, соли кальция, калия и микроэлементы. Содержание сухих веществ в соках – 1 - 3%. Из произрастающей в Канаде разновидности клена добывают сок, содержащий до 4 % декстрозы. Добычей и увариванием этого сока занимается в Канаде 20 тысяч фермеров.

При длительном хранении отходов без защиты от атмосферных воздействий происходят значительные изменения их состава. Во-первых, они связаны с вымыванием водорастворимых веществ дождевой водой и, во-вторых, с гниением. Гниение – сложный процесс, вызываемый грибами и бактериями и развивающийся также за счет воздействия физических причин (набухание и растрескивание), насекомых, процессов окисления, стимулируемых термофильными бактериями. Последние могут привести к разогреву кучи и даже возгоранию [юдкевич].



3.3 Способы переработки древесных отходов



Все отходы древесины являются ценным сырьем для производства различной продукции, однако по возможности утилизации они не равноценны. Наибольшую ценность представляют деловые отходы, из которых можно изготавливать разнообразную пилопродукцию. К ним относятся рейки, крупные кусковые отходы. Их также можно использовать для производства целлюлозы, древесно-волокнистых плит (ДВП), древесно-стружечных плит (ДСП), цементно-стружечных плит (ЦСП) и химической продукции. 

Менее ценные отходы (стружки, опилки, щепа) ограничены в использовании. Опилки и стружки используют в качестве сырья для производства активных углей, строительных материалов, а также в пищевой промышленности. Часть древесных отходов перерабатывают в брикеты и  применяют как топливо для бытовых и промышленных печей. Широко применяется метод газификации древесины и получении горючего газа, используемого в дальнейшем как топливо [тимонин].  



3.3.1 Переработка древесных отходов в строительные и конструкционные материалы



Одним из основных направлений переработки древесных отходов является производство различных ограждающих и отделочных строительных материалов. 

Производство ДВП. ДВП – это листовые материалы, сформированные из целлюлозных волокон, полученных путем измельчения щепы [сафин]. Применяют два способа производства ДВП: мокрый и сухой. При мокром способе плиты получают путем отлива целлюлозной массы без введения связующего компонента. При сухом способе в целлюлозную массу вводят небольшое количество смолы, а также различные добавки, придающие материалу необходимые свойства: пожаростойкость, водостойкость, грибостойкость, прочность. 

ДВП широко используются в мебельной отрасли, машиностроении, строительстве [тимонин т.3]. 



Производство ДСП. ДСП изготавливают горячим прессованием стружки со связующими веществами – мочевино- или фенолформальдегидной смолой. Существует два способа производства ДСП: плоское и экструзионное прессование [тимонин т.3]. Сырьем для изготовления ДСП служат неделовая древесина, отходы лесопиления, деревообработки, фанерной и спичечной промышленности. По показателям прочности и жесткости ДСП приближаются к древесине хвойных пород. Плиты хорошо склеиваются, легко обрабатываются дереворежущим инструментом, поэтому применяются в производстве мебели, строительстве [сафин].



Производство ЦСП. ЦСП – листовой композиционный материал, полученный прессованием смеси, состоящей из цемента, стружки, химических добавок и воды [сафин].

ЦСП обладают хорошими тепло – и звукоизоляционными свойствами, водостойки, огнестойки, морозостойки. Таким образом ЦСП могут заменить деловую древесину, снизить ее расход [тимонин т.3]. 

Производство бетона. С применением древесных опилок изготавливают различные виды бетонов: арболит, опилкобетон, деревобетон, гипсоопилочный бетон и термиз. 

Арболит относится к группе легких бетонов. В качестве вяжущих материалов применяют портландцемент и гипс. 

Опилкобетон предстваляет собой конструкционно-изоляционный бетон, в котором роль заполнителей играют опилки и песок, в качестве вяжущих компонентов используют цемент и известь. 

Деревобетон от опилкобетона отличается использованием в смесях мелкозернистого гравия. 

Гипсопиловочный бетон получают из строительного гипса, опилок и стружки. 

Термиз применяют в качестве теплоизоляционного материала для утепления стен и кровли. Его изготавливают из гашеной извести, опилок, цемента и суглинка. 



3.3.2 Термическая переработка 



Углежжение. Основным продуктом углежжения является древесный уголь, который широко используется в различных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, медицине и быту. 

Сырьем для получения угля являются различные поленья, чурки, кряжи. Из такого сырья получают кусковой уголь. На большинстве производств, использующих уголь в качестве сырья, уголь измельчается до порошка, поэтому получение дисперсного древесного угля возможно из дисперсной древесной масс – опилок и щепы. В настоящее время отсутствуют промышленные установки по выжигу угля из дисперсной древесины. Однако разработка и внедрение данной технологии позволила бы в большей степени использовать кусковые отходы на производство бумаги, целл.......................