Новые технические решения по снижению негативного воздействия лесопромышленных производств на лесную среду
Сюнев Владимир Сергеевич
Графова Елена Олеговна
Аннотация
Помимо наиболее часто рассматриваемых негативных факторов воздействия на природную среду при проведении лесозаготовок, рассматриваются новые аспекты, возникшие с усовершенствованием законодательства. Неполное использование древесных отходов приводит к появлению складов и свалок неиспользованных древесных отходов, в процессе лесозаготовок и в лесных посёлках образуются сопутствующие бытовые отходы, которые также накапливаются в виде свалок, выделяя токсичный фильтрат, газы, продукты распада отходов. Отсутствие контроля на лесных площадках приводит к авариям, утечкам нефтепродуктов при заправках и эксплуатации лесной техники, провоцируя многолетнее точечное воздействие на почву и воду в местах концентрации техники и складов ГСМ. Согласно природоохранному законодательству, лесопользователи несут ответственность за негативное воздействие на окружающую среду перед государством и должны устранять последствия своей деятельности или предотвращать потенциальные экологические риски. Многолетнее использование участка лесосеки приводит к интенсивной эксплуатации лесных дорог, способствуя загрязнению нефтепродуктами водоёмов, через водоохранные зоны. Соответствующие технологические регламенты по снижению выявленных негативных факторов воздействия на окружающую среду в процессе лесозаготовки не установлены. Предлагается использовать все образующиеся на лесозаготовительной площадке отходы для производства почвенного субстрата методом компостирования путём добавления в него органической составляющей, компенсирующей недостаток азота, - органические отходы, осадки сточных вод, азотсодержащие отходы сельского хозяйства. Согласно отчётности в Республике Карелия (2ТП-Отход) затри года, 92% отходов составляет кора древесная, щепа - 4%, горбыль - 2%, остальные отходы - менее 1%. В целом установлено, что 32% древесных отходов лесных предприятий не используется. При эффективном межведомственном взаимодействии данные виды отходов могут быть переработаны в полезный продукт, что снизит объёмы захораниваемых отходов на уровне региона. В местах утечек нефтепродуктов предлагается организовать сбор поверхностного стока, смывающего загрязнения с поверхности площадок, и его последующую очистку на локальных системах очистки, в которых в качестве очистного агента выступают комбинированные природные сорбционные материалы, сформированные из продуктов лесозаготовок. Основными факторами, влияющими на устройства систем очистки на лесных площадках и дорогах в условиях Северо-Запада РФ являются: наличие заболоченных и водонасыщенных лесных территорий, отсутствие электроснабжения, невозможность заглублять сооружения, необходимость установки пескоулавливающего устройства. Установлено, что в условиях Северо - Запада РФ производительность сооружений должна обеспечивать приём стоков с расходом 0,3-3,0 л/с.
Ключевые слова: экологическая безопасность, отходы лесозаготовок, компостирование, загрязнение нефтепродуктами, ликвидация накопленного вреда
Abstract
New technical solutions for reducing the negative impact of forest industries on the forest environment
Vladimir Syunev
Elena Grafova
In addition to the most frequently considered negative factors of logging impact on the natural environment, new aspects that have arisen with the improvement of legislation are considered. Incomplete use of wood waste leads to the formation of warehouses and dumps of unused wood waste. Also in forest settlements household waste is generated, which is accumulated on landfills, emitting toxic filtrate, gases, waste decay products. Lack of control on forest sites leads to accidents and leaks of oil products during refueling and operation of forestry equipment. This results in a longterm polluting effect on the soil and water in places where equipment, fuel and lubricants are concentrated. According to environmental legislation, forest users are responsible for the negative impact on the environment and must eliminate the consequences of their activities or prevent potential environmental risks. Long-term use of the harvesting area leads to intensive exploitation of forest roads, contributing to the pollution of water bodies with oil products. The corresponding technological regulations to reduce the negative environmental impact factors in the process of logging have not been established. The author proposes to use all waste generated at the logging site to produce soil substrate by the process of composting. During the process an organic component such as organic waste, sewage sludge, nitrogen-containing agricultural waste should be added to compensate for the lack of nitrogen. According to reports, wood bark amounted to 92% of waste, wood chips comprised 4%, slab wood - 2% in the Republic of Karelia during last three years. In general, it was found that 32% of wood waste from forest enterprises is not used. With effective interdepartmental interaction, these types of waste can be processed into a useful product, reducing the volume of landfill waste at the regional level. The author suggests collecting oil products spillage by washing away the pollution substances. These substances will be processed on local treatment systems by using combined natural sorption materials formed from logging products as cleaning agents. The following features of the cleaning systems design on forest sites and roads have been identified: swampy and water-saturated forest areas as the most typical ones in the North-West of the Russian Federation, the lack of power supply, the inability to deepen structures due to a small difference in elevations between the roadbed and the adjacent terrain or water level. It is required to install a sand trap with a power reserve because of ground cover and sand removal necessity. The capacity of structures should be selected according to the amount of wastewater flow, designed for shorter drainage areas, providing wastewater intake with a flow rate of 0.3-3.0 l/s.
Keywords: environmental safety, logging waste, composting, oil pollution, elimination of accumulated harm
Основная часть
Снижение негативного влияния техники и технологий лесозаготовительного и лесоперерабатывающего производств на лесную среду является одной из важнейших задач рационального неистощимого природопользования. В последние годы экологическому состоянию эксплуатируемых лесных территорий уделяется повышенное внимание. Очевидно, что сами процессы лесозаготовки, транспортировки древесины, первичной деревообработки изначально являются не дружественными к окружающей природной среде. Но при их правильной реализации все технологические процессы должны обеспечить минимальное отрицательное воздействие на лесные экосистемы: минимизировать
повреждаемость почв, оставляемых древостоев, исключать загрязнение территории отходами производств, избегать проникновения горюче-смазочных материалов в воду и почву, способствовать сохранению чистоты воздуха. Особенно остро эти проблемы обозначены при освоении северных и арктических лесных территорий, поскольку они наиболее чувствительны к нарушениям и медленно восстанавливаются после негативных воздействий. Очевидно, что лесопользование на этих территориях должно вестись в строгом соответствии с принципами, изложенными в Лесном кодексе [28], а именно:
1) обеспечивать сохранение биологического разнообразия, средообразующих, водоохранных, защитных и иных полезных функций лесов;
2) учитывать длительность выращивания лесов, возможность их воспроизводства, улучшение их качества и продуктивности;
3) использование лесов должно осуществляется способами, не наносящими вреда окружающей среде и здоровью человека.
Основными негативными факторами воздействия на природную среду при проведении лесозаготовок, по мнению большинства авторов, являются повреждения древостоев лесозаготовительной техникой, нарушение естественных функций лесных почв и разрывы корневых систем растущих деревьев под воздействием колёсных и гусеничных лесных машин [15], [9], [37], загрязнение воздуха в процессе работы лесозаготовительной техники [27], образование складов неиспользованных древесных отходов [31]. Особенно негативное воздействие на лесную среду оказывает техника при проведении рубок ухода за лесом [14]. Виды воздействий на окружающую среду при выполнении лесных работ, последствия, технические и технологические решения по их минимизации проработаны многими авторами [16], [23], также разработаны практические рекомендации по проведению рубок промежуточного пользования на Северо-Западе России [39]. Весьма тщательно данные вопросы освещены с практической точки зрения при ведении лесного хозяйства Скандинавии [33] и не нуждаются в дальнейшем изучении.
Загрязнение воздуха при лесосечных работах происходит в результате выбросов продуктов сгорания топлива лесосечной техники; выхлопных газов автомобильного транспорта; испарений из ёмкости хранения горюче-смазочных материалов (ГСМ); выбросов продуктов сгорания через дымовые трубы при отоплении бытовок и пр. В начале 2000-х гг.
рядом зарубежных исследователей был поднят вопрос о необходимости изучения воздействия выброса выхлопных газов тракторов и автомобилей на лесную среду. Впервые проработка данной темы начата финским исследователем Тимо Карьялайненом. Однако она не получила дальнейшего развития в силу недостаточной актуальности. Анализ загрязнения атмосферного воздух отечественными исследователями [29] показал, что вследствие рассеивания загрязняющие вещества формируются в приземных слоях атмосферы. В зависимости от применяемой технологии лесозаготовки и размещения техники уровень загрязнения разнится: максимальные приземные концентрации происходят при хлыстовой технологии заготовок, возникает выброс диоксида азота - краткосрочно его концентрация превышается в 10 раз. Воздействие остальных газов в лесной зоне незначительно: сажа, диоксид серы и угарный газ не представляют интереса для глубоких исследований.
Воздействие на окружающую среду начинается с организации лесосечных работ, включая подготовительные, основные и вспомогательные работы [40]. Особую нагрузку на лесные экосистемы оказывают лесные дороги и лесовозные автопоезда. При строительстве лесных дорог проводится первичная расчистка полосы отвода, организуется защита водоёмов путём создания устройств для гашения энергии водных потоков, устраиваются придорожные канавы с организацией стока воды, а также дренажные ямы [13]. Комплекс этих мер позволяет сохранить работоспособность дорог в течение их эксплуатации, но не позволяет полностью исключить загрязнение придорожной территории остатками топлива, масел и прочих нефтесодержащих веществ. Нефтепродукты могут попадать в почву и воду при техническом обслуживании машин, при проливах и утечках нефтесодержащих горючих и смазочных материалов при хранении на делянках, заправке техники, утечке жидкости из гидросистем, в результате аварий и низкой культуры эксплуатации лесных машин. Нередко при работе с лесной техникой из-за ошибок операторов происходит разрыв рукавов высокого давления и, как следствие, утечка гидравлической жидкости. Объём пролитого гидравлического масла при такой поломке зависит от вида машины. Так, объём масел на лесных машинах манипуляторного типа составляет 10-50 л, на харвестере, форвардере, трелёвочном тракторе и валочно-пакетирующей машине - 100-300 л [9]. Также нередко происходит смыв остатков горюче-смазочных материалов в случаях, если производится мойка лесной техники на рабочих площадках в необорудованных местах. Нередко остатки нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов смываются дождями в тёплое время года (или аккумулируются в снегу и после таяния выносятся талыми водами) с лесной техники во время работы или стоянок на необорудованных крышей площадках и складах горючесмазочных материалов. Сведения по техническим и технологическим решениям по этому вопросу в литературе крайне ограничены.
Значительным фактором, оказывающим негативное воздействие на лесную среду, является образование и накопление неиспользованных отходов первичной переработки древесины. При лесозаготовках и в лесном хозяйстве образуется 20-37% отходов, таких как пни, корни, ветви, древесная зелень (хвоя, листва), низкокачественная, гнилая и горелая древесина. При первичной обработке в процессе лесопиления и при механической обработке древесины образуется до 38-48% отходов, таких как кора, опилки, рейка, горбыль, трещиноватая древесина, стружка, щепа, кусковые отходы, и около 7% потерь. При достаточно высоком проценте образования отходов использование их в качестве сырья остаётся всё ещё на низком уровне. К перспективным направлениям использования отходов лесозаготовки относятся следующие:
1) выпуск различных видов биотоплива: древесные топливные гранулы (пеллеты), древесные топливные брикеты [1-10], биомазут, биодизель, биоуголь, древесноугольные топливные брикеты, активный древесный уголь, древесные активные угли, биогаз [26];
2) выпуск древесных композиционных плитных материалов: древесностружечные плиты (ДСтП), ламинированная древесностружечная плита (ЛДСтП), древесноволокнистая плита (ДВП), древесностружечная плита из плоской ориентированной стружки (ОСП или OSB), облегчённая ячеистая плита;
3) выпуск продукции на основе измельчённой древесины: древесная мука;
4) выпуск плитных материалов на основе неорганических связующих: арболит, гипсостружечная плита (ГСП), цементно-стружечная плита;
5) выпуск лесохимической продукции: биологически активные вещества [19].
В качестве альтернативного метода разработана методика учёта древесных отходов для применения в строительстве трелёвочных волоков [12]. В связи с тем, что деревообрабатывающие производства используют недостаточное количество отходов, чаще всего вблизи лесных предприятий возникают огромные территории, занятые складами этого опасного для природной среды сырья. В ряде лесных предприятий образовались несанкционированные многолетние свалки коры, опилок и прочих древесных отходов, загрязняющие леса вблизи посёлков, в связи с чем в последнее десятилетие значительно обострилась проблема ликвидации свалок накопленных отходов лесозаготовок. Длительное хранение необработанной коры в отвалах приводит к загрязнению территорий в местах расположения, нарушению санитарного состояния и биологического равновесия между отдельными звеньями биоценозов [48]. В состав коры входит 3-5,5% минеральных веществ от общей массы, что выше их содержания в опилках. Содержание азота в коре увеличивается при его хранении (за 5 лет - почти в 2 раза), понижается кислотность, количество других полезных компонентов остаётся прежним [31]. Поэтому применение коры для получения почвогрунта и удобрений является более эффективным, чем применение опилок.
Также следует отметить ещё одну проблему, не связанную с выполнением технологических операций лесными предприятиями, но представляющую серьёзную опасность для окружающей среды - накопление бытовых отходов лесных посёлков с образованием значительного числа несанкционированных свалок. Многолетнее пребывание свалок на природных территориях оказывает на них негативное воздействие: происходит механическое нарушение почвенно-растительного покрова, вплоть до полного уничтожения, происходит загрязнение образующимися при разложении отходов фильтрационными водами («фильтрат») и биогазом («свалочный газ»), растительный покров деградирует, и аборигенные виды растительности замещаются синантропными видами, большинство из которых - адвентивные. Состав фильтрационных вод насыщен химическими веществами, такими как NH4+, Робщ, Mn2+, Cu2+, БЄобщ, Pb2+, Ni2+, Zn2+, Hg2+, K+, Na+, Сгобщ, часто значительно превышающими нормативные концентрации содержания в почвах и водных объектах. При разложении органических веществ до низкомолекулярных кислот, углекислого газа и воды происходят процессы выщелачивания и вымывания соединений металлов из массы отходов. Возникает миграция органических токсичных веществ и тяжёлых металлов в почвы, грунтовые воды, происходит их впитывание растениями. По санитарно-микробиологическим показателям почвы в районах размещения свалок могут быть отнесены к категории «опасных» и «чрезвычайно опасных» из-за присутствия в них патогенных микроорганизмов, вирусов и гельминтофауны [22]. Образованные свалки стали «горячими» экологическими точками накопленного экологического ущерба и требуют создания новых методов и технологий для их ликвидации с рекультивацией повреждённых территорий.