Анализ научной литературы по воздействию всего комплекса работ по лесозаготовке, первичной переработке древесины и лесовосстановлению показывает, что практически, несмотря на детальное изучение и проработку многих вопросов по снижению негативного воздействия техники и технологий на лесную среду, ряд важных моментов остаются не исследованными или рассмотренными только фрагментарно. К таким вопросам относятся: исследование технологии загрязнения и очистки почв и водных объектов в зоне лесозаготовки нефтепродуктами, неполное использование отходов деревообработки и поиск новых продуктов из них, разработка способов снижения негативного воздействия на окружающую среду от накопленных свалок лесопромышленных и бытовых отходов, образующихся в процессе лесозаготовок.
Предприятия лесопромышленного комплекса, являющиеся юридическими лицами, осуществляющими свою производственную деятельность на определённой территории, оказывая негативное воздействие на компоненты лесной среды, несут за это ответственность перед государством. Основные положения о недопущении негативного воздействия в процессе лесозаготовок и иных производственных работ представлены в ст. 40, п. 3; ст. 49; п. 1, ст. 51, п. 2 Федерального закона №7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [35], в ст. 60_12, п. 2; 60_14 Лесного кодекса Российской Федерации [28], ст. 50_7 СП 155.13130.2014 Склады нефти и нефтепродуктов. Участок для лесозаготовок может быть получен на аукционе по продаже права на заключение договора аренды на срок от 10 до 49 лет, что определяет время негативного воздействия на лесные участки [45]. Основными природоохранными нормативными актами [42] предусмотрен ряд мероприятий, закладываемых на стадии проектирования объектов лесозаготовки. В процессе лесозаготовки рабочий персонал базируется на мастерском участке, где для ремонта и обслуживания лесозаготовительных машин могут содержаться передвижные ремонтные мастерские, оборудование для заправки машин топливно-смазочными материалами, бытовки.
При размещении мастерского участка, как и при строительстве лесных дорог, руководствуясь законодательством [46], предусматривается следующее:
1) предотвращение загрязнения бассейнов поверхностных водных объектов и подземных вод жидкими и твёрдыми отходами, а также попадания в поверхностные и подземные воды загрязнённых стоков;
2) условия безопасного обращения с отходами по нормативам [42];
3) максимальную экономию земельных ресурсов, отводимых для размещения лесных дорог;
4) защиту атмосферного воздуха от выбросов загрязняющих веществ;
5) сохранение природных ландшафтов, территорий, для которых установлен режим особой охраны (особо охраняемые природные территории, заповедники, национальные парки и т.д.);
6) защиту растительного и животного мира [45].
На земельных участках, предоставленных во временное пользование, по окончании работ должны быть проведены мероприятия по рекультивации нарушенных земель. Если место стоянки и ремонта техники или лесная дорога находятся вблизи водного объекта и он имеет рыбопромысловое значение, то уже в проекте следует предусматривать мероприятия по защите водной фауны. Очевидно, что бремя обеспечения сохранности лесной среды должно лежать, в первую очередь, на лесных предприятиях. Для этого должны быть разработаны определённые технические и технологические решения, осуществление которых позволило бы предприятиям снизить негативное воздействие процессов лесозаготовки на окружающую среду, в т. ч. за счёт более полного использования отходов производства и минимизации образующихся загрязнений и их утечек в окружающую среду.
Загрязнение нефтепродуктами почвы и воды при лесозаготовках
Одним из видов негативного влияния лесозаготовок являются утечки нефтепродуктов от технологических процессов, приводящие к загрязнению почв и водных объектов. В то же время бывшие временные склады горюче-смазочных материалов на лесных участках после окончания работ вызывают загрязнение почв, имеющее негативное воздействие, соизмеримое или превышающее воздействие самих машин на почвенный покров и растительность. Загрязнение нефтепродуктами оказывает отрицательное воздействие на химические, физические и биологические свойства почв. Под влиянием нефтепродуктов изменяется численность микроорганизмов основных физиологических групп, ухудшаются агрофизические, агрохимические свойства почвы, снижаются активность окислительновосстановительных и гидролитических ферментов, обеспеченность почвы подвижными формами азота и фосфора. Ароматические углеводороды токсичны для ферментативной активности микроорганизмов почвы. Наиболее чувствительными к загрязнению ароматическими углеводородами являются нитрифицирующие и целлюлозоразрушающие микроорганизмы, которые могут служить индикаторами загрязнения почв. Загрязнение компонентами нефтепродуктов существенно изменяет комплекс почвенных актиномицетов, снижая их численность и обедняя видовой состав. Кроме того, в загрязнённой нефтью почве возрастает число фитопатогенных и фитотоксичных видов микроскопических грибов. Развитие фитотоксичных форм грибов может усилить отрицательное воздействие на почву нефтяного загрязнения [25]. Попадание нефтепродуктов в почву в интервале концентраций до 1 мл/кг не оказывает существенного влияния на почвенную микробиоту, а выступает как биологический стимулятор [2], [3], [6]. Более высокие дозы (зона стресса: 1-30 мл/кг) приводят к необратимым изменениям микробиологических свойств почвы, а в дальнейшем - к нарушению её водно-воздушного режима. Загрязнённые нефтепродуктами почвы становятся основным трофическим субстратом для углеводородокисляющих микроорганизмов, одновременно угнетая жизнедеятельность других гетеротрофных микроорганизмов, растений и животных. При ещё больших дозах нефтепродукты выступают как ингибиторы биологической активности почвы. Следует отметить, что в жаркое время года розливы нефтепродуктов могут быть причиной лесных пожаров. Изменяя почвенную среду, нефтепродукты способны проникать в грунтовые воды, смываться дождями или талыми водами и мигрировать в водные объекты.
Чаще всего в процессе лесозаготовок нефтепродукты попадают в водные объекты через почву. При единичных розливах нефтепродуктов на поверхности почвы образуется небольшой слой загрязнения значительной площади и далее происходит частичная инфильтрация через зону аэрации, при этом загрязнение не всегда достигает уровня грунтовых вод. Однако при систематическом длительном загрязнении зоны аэрации они достигают уровня грунтовых вод [38]. В случае попадания в поверхностные водные объекты лёгкие нефтепродукты частично растворяются в воде и образуют с водой эмульсии, а тяжёлые, такие как минеральные масла и смазки, попадают на дно водоёмов и накапливаются в донных осадках. Попадающие в природные воды из различных источников нефтяные загрязнения имеют тенденцию к рассеиванию и миграции на расстояния, зависящие от типа водного объекта. При этом в поверхностных водах состав нефтепродуктов под влиянием испарения и интенсивного протекания химического и биологического разложения претерпевает за короткий срок быстрые изменения, а в подземных водах, наоборот, процессы разрушения заторможены [20]. Выявляемые, губительные для окружающей среды эффекты подтверждают необходимость минимизации негативного воздействия утечек нефтепродуктов путём разработки технических и технологических решений, препятствующих проникновению загрязнений в природную среду, а также создания локальных устройств, удерживающих розливы нефтепродуктов, такие как локальные системы очистки.
Особенности устройства локальных систем очистки
Согласно российскому законодательству [45], [28], [35], [44], при проведении лесозаготовительной деятельности экологическую опасность могут представлять: часть дождевого и талого стока, выпадающего на участок склада ГСМ и заправочного пункта, часть дождевого и талого стока, поступающего с лесных дорог в водные объекты в пределах их водоохранных зон, сток от мойки техники. Для этой цели предлагается организовывать создание и размещение локальных очистных сооружений (ЛОС) в местах предполагаемых сбросов загрязнений. В настоящее время на рынке природоохранного оборудования существует огромный спектр предложений: наземные системы очистки, заглубленные сооружения, комбинированные [18]. При разработке ЛОС следует учесть ряд особенностей лесозаготовительных площадок и лесных дорог:
1) на территориях отсутствует электроснабжение, в связи с этим исключены электрообогрев сооружений, их заглубление и необходимость использования насосной перекачки стока, механизированная откачка осадка, напорная промывка загрузки и необходимость применения сорбентов, возможно только самотечное движение стоков;
2) перепад отметок между полотном дороги и прилегающей местностью или уровнем воды в водоприёмнике дождевого стока колеблется от 0,5 до 1,0 м, тогда как выпуск очищенных стоков при подземном размещении (из условия не промерзания) ЛОС проходит ниже поверхности земли или воды в водоёме на 2,0-3,0 м;
3) условия заболоченных, водонасыщенных или скальных придорожных территорий, типичных на Северо-Западе РФ; необходимость проработки дополнительных мероприятий, препятствующих всплытию герметичных ёмкостей в водонасыщенных грунтах;
4) с учётом грунтового покрытия и выноса песка - необходимости пескоулавливающего устройства с запасом мощности;
5) производительность сооружений подбирается по величине расходов сточных вод, рассчитанных на более короткие водосборные участки, обеспечивающие приём стоков с расходом 0,3-3,0 л/с [8], [32], [11].
Существующие типовые решения не являются эффективными и применимыми для удалённых лесных территорий. Наиболее близким к описываемым условиям является сооружение, проверенное в работе на дорогах Карелии - локальное сооружение с многослойной сорбционной загрузкой [10]. Это локальное очистное сооружение, разработанное авторами, представлено на фото 1, а схема его действия на рисунке 1.
Фото 1. Локальное сооружение у лесной дороги (фото Елены Графовой)
Photo1. Local structure near a forest road (photo of Elena Grafova)
Рисунок 1. Схема размещения локального сооружения у лесной дороги перед сбросом [10]
Figure 1. Layout of a local structure near a forest road before discharge [10]
лесозаготовка природный контроль
Очистка загрязнённого стока происходит следующим образом: сооружение устанавливается в пониженной точке водосборной площадки или дорожного откоса, организуется поступление загрязнённого нефтепродуктами и песком стока, который отводится на крышку сооружения, оснащённого бортами, образуя резервуар - пескоулавливатель; далее сток, загрязнённый нефтепродуктами, попадает внутрь сооружения через приёмное отверстие, далее проходит проникновение стока через слои сорбционного материала, при этом загрязнённые частицы задерживаются в нём; затем очищенный сток проникает в дренажное водосборное устройство и выводится из сооружения [10]. В условиях удалённого размещения и отсутствия электроэнергии эффективным является применение однопоточных сооружений, не требующих частого обслуживания. В качестве очищающего агента локального сооружения выступают сорбенты из различных материалов. В условиях необходимости минимизации загрязнений и поиска способов расширения применения отходов лесозаготовок необходимо разработать адаптированное эффективное сооружение локальной очистки, удовлетворяющее технологическим требованиям лесозаготовок, в качестве сорбционной загрузки которого будут применяться древесные отходы лесозаготовок.
В качестве сорбентов следует использовать материалы с развитой поверхностью, высокой сорбционной ёмкостью. Для удалённых лесных территорий целесообразнее применять в качестве очищающего агента природные сорбенты, например от торфа [10]. Опыт применения природных сорбентов, в т. ч. древесных материалов для сорбции нефтепродуктов, показан в работе [21] Кинетика сорбции для торфа имеет схожие показатели с эффективностью сорбции древесных опилок. Сорбция на различных типах древесных отходов исследована [47], при этом отмечается, что фильтрованные на древесноторфяной загрузке нефтепродукты повышают теплотворную способность отработанного сорбента при утилизации сжиганием. Сорбент торфоплита обладает меньшей ёмкостью, чем опилки, но в 1,3 раза лучшей кинетикой сорбции. На участке загрязнения - лесопромышленной площадке целесообразно применение комбинированных загрузок из продуктов лесопиления и известных нефтесорбентов, таких как торф. При этом материалы с отличающимися сорбционными характеристиками способствуют более эффективной очистке стоков от нефтепродуктов. Применение нескольких типов сорбентов из возобновляемых природных источников в лесопромышленном комплексе даст возможность снизить затраты предприятий на природоохранные мероприятия.
Оптимизация методов обработки отходов лесозаготовок
За годы интенсивной производственной деятельности большинства лесопромышленных предприятий имеющиеся «белые пятна» в природоохранном законодательстве и отсутствие контроля за передачей отходов на объекты размещения привели к тому, что на сегодняшний день существует большое количество объектов накопленного экологического вреда окружающей среде, а именно: несанкционированные свалки коммунальных отходов, свалки коро-древесных отходов, выгребные ёмкости и ямы с жидкими отходами и осадками сточных вод у населённых пунктов. Подобных объектов на лесных территориях насчитывается сотни и даже тысячи. В основном образуются отходы III и IV классов опасности, которые в обязательном порядке должны быть вывезены с территории лесозаготовок [34], [36]. Основные негативные эффекты от образования и накопления отходов рассмотрены ранее. Предприятия несут затраты на вывоз, переработку и утилизацию отходов, которые впоследствии включаются в стоимость конечной продукции [30]. Наиболее типичные, согласно бухгалтерской отчётности, отходы и методы из списания представлены в таблице 1. На практике лесосечные отходы не учитываются и редко используются.