CC BY
39
УДК 630.378.4:658.567.1
Хвойные бореальной зоны. 2020. Т. XXXVIII, № 1-2. С. 24-27 ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ ТОПЛЯКОВОЙ ДРЕВЕСИНЫ Е. А. Гудаева, Н. О. Шункова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
В ходе транспортировки заготовленного сырья теряется около 1 % древесины, при создании водохранилищ ГЭС под затопление попадают большие площади лесов, что ведет к негативным экологическим последствиям. По оценкам различных экспертов в реках и водоемах нашей страны затоплено более 30 млн м3. Для поддержания экологического равновесия необходимо решать технологические и экономические задачи по очистке рек и лож водохранилищ. Рассматриваются вопросы, связанные с проблемой увеличения затонувшей древесины, анализируются ее физико-механические свойства, представлены оптимальные варианты использования топляка в производственных целях.
Ключевые слова: топляковая древесина, свойства древесины, водохранилище, молевой сплав.
Conifers of the boreal area. 2020, Vol. XXXVIII, No. 1-2, P. 24-27 PROBLEM OF DISPOSAL OF TOPSCHOOL WOOD E. A. Gudaeva, N. O. Shunkov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
In the course of transporting the harvested raw material is lost about 1% of wood, by the creation of reservoirs of hydroelectric power station under fall flooding of large areas of forests that leads to negative environmental consequences. According to various experts, more than 30 million m3 have been flooded in our country's rivers and reservoirs. To maintain ecological balance, it is necessary to solve technological and economic problems of cleaning rivers and reservoirs. The article deals with issues related to the problem of increasing sunken wood, analyzes its physical and mechanical properties, and presents optimal options for using firewood for production purposes.
Keywords: teplyakova wood, properties of wood, reservoir, salt alloy.
ВВЕДЕНИЕ
В России особо актуальной экологической проблемой является подъем и освоение топляковой древесины. По приблизительным данным ученых, в результате молевого сплава затопленной оказалось более 38 млн м3 древесины. Молевой сплав ранее был очень доступным и распространненным как на малых, так и на средних и больших реках.
Кроме того, молевой сплав вызывал огромные потери древесины при ее транспортировке. Учет потерянной и затопленной древесины, к сожалению, практически никто не проводил. В результате притоки крупных рек практически стали несудоходными.
Основными магистралями молевого сплава Анга-ро-Енисейского бассейна являлись малые реки: Тасеева, Бирюса, Мана, Чуна, Колба, Усолка.
За период сплава с 1931-1991 гг.. только по реке Мана было пущено в сплав около 50,5 млн м3 сорти-ментной древесины [4; 8].
Запрет на технологию молевого сплава вводился постепенно. Еще с 1976 г. принимались решения о прекращении сплава на отдельных реках и их очи-
стке от затонувшей и утерянной древесины. В 1985 г. распоряжением Совета министров СССР от 28 июня № 1382-р сплав был остановлен на 52 водоемах рыбо-хозяйственного назначения. Следующий этап прекращения лесосплава без судовой тяги соответствует 1987 г. (постановление Совмина РСФСР от 25 сентября 1987 г. № 384 «О прекращении молевого сплава леса на реках и других водоемах РСФСР». Окончательно молевой сплав запрещен в 1995 г.
Нарушение Правил и технологий молевого сплава привело к затоплению огромных объемов древесины, что привело к серьезным экологическим последствиям. Так, в реках Красноярского края и Иркутской области было затоплено более 450 тыс. м3 древесины. Результаты обследований рек данных регионов, выведенных из молевого сплава, проводились сотрудниками кафедры водного транспорта леса Сибирского государственного технологического университета с 1989 по 1994 гг., табл. 1 [7].
Основными причинами массовых скоплений древесины на реках являются вогнутые берега с глубинами более 1,5 метра, несплавные протоки и старицы,
Хвойные бореальной зоны. XXXVIII, № 1-2, 2020
пойменные участки, низкие и пологие берега. Однако применение технологии молевого сплава вызвало изменение качественных характеристик водных объектов, снижение растительности и отдельных популяций животных вплоть до их уничтожения.
Еще одной составляющей, внесший значительный вклад в увеличение объемов топляковой древесины, является создание ГЭС.
В процессе нахождения в воде древесина экстрагирует фенолы, дубильные вещества, которые отрицательно сказываются на жизнедеятельности флоры и фауны. Рыбы лишаются мест для нереста и корма.
В этой связи загрязненная вода, в частности, от содержания топляка, должна претерпевать очистку для нужд хозяйственно-питьевого водоснабжения, рыбного хозяйства, что требует дополнительных финансовых вложений.
Кроме того, трудозатраты и финансовая нагрузка необходимы для уборки топляка на водохранилищах ГЭС во избежание несправности гидромеханического оборудования.
Если поднять весь топляк со дна водных объектов, можно не только расширить лесосырьевую базу, но и улучшить их состояние и условия для водного транспорта и судовых перевозок. Но для такой сложной работы требуется немало денежных и физических затрат. Необходимо проводить тщательные геолого-разведовательные работы, составлять карты о местах массового сосредоточения топляка.
Еще одним из трудоемких видов работ является доставка и правильное хранение такой древесины, поскольку при ее нахождении на воздухе в течение двух часов может начаться растрескивание.
Неоднократно в России пытались осуществлять подъем топляка. Однако основой таких попыток являлся энтузиазм людей; вложения намного превысили полученную прибыль. Инвестиции для организации работ по подъему и переработке затопленной древесины практически отсутствуют, поскольку нужен конечный быстрый результат.
Чем же так ценна топляковая древесина? Об этом имеется достаточно литературных данных [3], согласно которым, благодаря процессам минерализации, происходящим при отсутствии воздуха, мореная древесина увеличивает свои прочностные свойства.
Качественный состав затонувшей древесины в большей части определяется состоянием древесины на момент её пуска в сплав. При пребывании в воде от 10 до сотен лет древесина начинает изменять свои физические и химические свойства. Наиболее подверженными к изменению первоначальных свойств при длительном нахождении в воде является ель, затем сосна, пихта, кедр, лиственница.
Исследования, проведенные Сибирским технологическим институтом (СТИ) и Сибирским научно-исследовательским институтом лесной промышленности (СибНИИЛП), показали, что затонувшая древесина лиственницы не сильно отличается от свеже-срубленной (табл. 1).
Таблица 1
Краткая характеристика рек Красноярского края, по которым проводился молевой сплав
Наименование реки Место впадения от устья, км Протяженность, км Группа устроенности Тип реки Сплавная пропускная способность, тыс. м3 Объем сплава по пуску в 1987 г., тыс. м3 Средняя продолжительность навигационного периода, сут. Объем транспортной работы, тыс. м3
общая сплав ная с учетом притоков по самой реке самой реки с учетом притоков
Абакан Енисей, 2756 512 153 Б IV П.-гор. 1000 211 211 188 16142 24787
Оя Енисей, 2813 268 178 А II П.-гор. 300 136 54 197 4914 4914
Кебеж Оя, 74 152 91 Б II П.-гор. 150 136 82 197 3731 3731
Кан Енисей, 2317 574 258 А IV П.-гор. 800 320 132 176 27984 51108
Кунгус Агул 150 105 А III П.-гор. 300 320 188 176 23124 23124
Мана Енисей, 2451 475 313 Б IV П.-гор. 1500 483 293 196 42046 42046
Колба Мана, 225 150 60 А II П.-гор. 180 483 190 190 27265 27265
Тасеева Ангара, 60 117 117 Б V П.-гор. без ограничений 1819 715 163 11445 11445
Бирюса Тасеева, 117 900 343 Б IV П.-гор. без ограничений 1819 325 163 115115 198567
Чуна Тасеева, 117 1155 167 Б III П.-гор. 1500 1819 459 163 38327 38327
Усолка Тасеева, 60 356 105 А II П.-гор. 600 1819 320 163 33680 33680
Итого 9365 2969 343773 458994
СибНИИЛП проводились исследования древесины со сроком нахождения в воде 15-20 лет (р. Мана), а сотрудники СТИ исследовали древесину при ее затоплении на протяжении более 22 лет (р. Мана) и древесину в затопленном состоянии на Красноярском водохранилище, срок затопления 23 года.
На торцевых срезах определялся внешний вид древесины. Заболонная часть имела чаще всего грязно-серую окраску, синеватую или черную. Ядровая часть практически не имеет отличий от свежезаготов-ленной древесины.
За 23 года нахождения в воде (Красноярское водохранилище) у древесины хорошо сохранился луб, вокруг стволов удерживалась кора.
Анализ прочностных свойств древесины показал следующее (в сравнении со свежесрубленной):
При сроке хранения в воде 15-20 лет:
- предел прочности при статическом изгибе и скалывании вдоль волокон соответственно ниже на 30 и 26 %;
- предел прочности при сжатии поперек волокон в любом направлении практически без изменений;
- статическая твердость в радиальном направлении на 2 % выше, в торцевой и тангенциальной плоскостях на 7-9 % выше.
При сроке хранения древесины в воде более 22 лет значения механических свойств древесины оказались значительно выше в сравнении со свежезаготовленной:
- при статическом изгибе на 20 %;
- при скалывании вдоль волокон на 50%;
- при растяжении вдоль волокон на 14 %;
- при сжатии вдоль волокон на 33,7 %.
Для древесины, пребывавшей в воде 23 года прочность при статическом изгибе увеличилась на 3 %, а пределы прочности при скалывании и растяжении вдоль волокон, при сжатии вдоль волокон оказались
ниже, чем у свежей древесины на 13, 46 и 6 % соответственно, табл. 2.
Уменьшение прочностных характеристик затонувшей древесины ученые объясняют особенностями строения отдельных стволов древесины лиственницы. Даже древесина одного возраста может отличаться по своему строению и свойствам [2; 6; 9]. Поэтому данный факт находит отражение и в топляковой древесине.
Ухудшение механических свойств древесины, длительно находящейся под водой на больших глубинах в водохранилищах, связано с процессом декомпрессии газов при подъеме древесины на поверхность.
Из числа других пород снижение физико-механических свойств по сравнению с первоначальными отмечалось у древесины ели и сосны. Прочностные свойства пихты практически не изменяются, что ставит ее в разряд наиболее ценной древесины для использования.
Прочность древесины березы и осины после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет практически осталась неизменной.
Согласно полученным данным, древесина лиственницы может быть использована в производстве мебельных заготовок, для домостроительных конструкций, изготовлении палубной доски, половой рейки, шпона, декоративных изделий.
Область использования затонувшей древесины достаточно обширна, от производства целлюлозы, технологической щепы до тарной дощечки и паркета. Кроме того, затонувшую древесину некоторых пород возможно использовать в качестве сырья для производства пиломатериалов.
За рубежом топляковая древесина очень ценится за счет своих качеств, текстуры. Из нее изготавливают мебель, различные предметы декора. Имеют место данные об одном американском бизнесмене Джордже Гуд-вине, который сделал огромное состояние на изготовлении предметов интерьера из затонувшей древесины.
Таблица 2
Сравнительные показатели физико-механических свойств древесины лиственницы (12 %-й влажности)
Наименование показателей Единицы измерения Свежесруб-ленная древесина Срок хранения
15-20 лет в реке более 20 лет в реке 23 года в водохранилище
Плотность кг/м3 640 720 - 654
Предел прочности при статическом изгибе МПа 97,8 68,3 117,4 100,9
Предел прочности при скалывании вдоль волокон в радиальном направлении МПа 8,5 6,3 12,8 7,4
Предел прочности при скалывании вдоль волокон в тангенциальном направлении МПа 7,8 5,7 - -
Статическая твердость в торцевой плоскости Н/мм2 38,0 41,4 - -
Статическая твердость в радиальном направлении Н/мм2 24,9 25,6 - -
Статическая твердость в тангенциальном направлении Н/мм2 25,6 27,4 - -
Предел прочности при сжатии поперек волокон в радиальном направлении МПа 4,5 4,8 - -
Предел прочности при сжатии поперек волокон в тангенциальном направлении МПа 6,1 6,0 - -
Предел прочности при растяжении вдоль волокон МПа 122,6 - 139,5 66,2
Предел прочности при сжатии вдоль волокон МПа 63,2 - 84,5 59,3
Хвойные бореальной зоны. XXXVIII, № 1-2, 2020
Следует отметить еще одно направление применения как затонувшей, так и плавающей древесины, связанное с производством древесного угля и топливных брикетов, которые получают в настоящее время высокую экологическую оценку. Однако проблема заключается в том, что у нас в России недостаточно пиролизных заводов. Но даже, чтобы получить 100 м3 древесного угля, необходимо поднять 1000 м3 древесины. Для производства топливных брикетов может использоваться как топляк, в основном, хвойных пород, так и ветки, кора, опилки, стружка, некондиционная древесина. Установлено, что топливным брикетам свойственна высокая теплотворность в сравнении с дровами [1].
В настоящее время на рынке наиболее актуальным является производство различных видов биотоплива, активированного и древесного угля; компостов, органических удобрений; модифицированной древесины [5]. Например, для получения структурно-модифицированного древесного вещества можно использовать древесину с предварительной пропиткой модификатором во избежание растрескивания. Тогда такой технологический шаг позволит использовать топляк и в домостроении, расширив рынок ее сбыта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обобщая сказанное, в отношении топляковой древесины необходимо разрабатывать программы по освоению акваторий водохранилищ, рек на государственном уровне, технологии по ее подъему, хранению и обработке, а также привлекать инвесторов.
Реализация топляка из лож водохранилищ и рек Ангаро-Енисейского региона возможна только после тщательных исследований качественных характеристик, результаты которых предполагается использовать для экологического и экономического обоснования очистки водоемов; создания программ, методик испытаний, разработки технической документации и технологии проведения экспериментальных исследований при создании новых видов продукции из топ-ляковой древесины.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Бажуков Н. Н. Возможности использования затопленной древесины в условиях лесопромышленных предприятий Республики Коми // Севергеоэкотех-2014 : сб. мат. ХУ Междунар. молодежной науч. конф. : в 5 ч. 2014. С. 186-188.
2. Гудаева Е. А. Географическая изменчивость микростроения древесины лиственницы // Лесной и химический комплексы: проблемы и решения : сб. ст. Всерос. науч.-практ. конф. (12-13.10.2005), посвящ. 75-летию СибГТУ. Красноярск, 2005. Т. I. С. 84-89.
3. Иванов В. А. Обоснование технологии и оборудования для освоения и переработки древесины прибрежной зоны и ложа водохранилищ : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб., 2008. 39 с.
4. Оценка объемов топляковой древесины в реке Енисей на участке от Усть-Маны до Красноярска /
В. П. Корпачев, А. И. Пережилин, А. А. Андрияс и др. // Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. 37, № 2. С. 117-121.
5. Кухарев В. Структурно-модифицированная древесина // Наноиндустрия. 2015. Вып. 6. С. 76-83.
6. Харук Е. В. Биостойкость, строение и свойства древесины лиственницы сибирской // Вестник СибГТУ. 2000. № 2. С. 25-32.
7. Чебых М. М., Малинин Л. И., Худоногов В. Н. Механические свойства древесины, затопленной в водохранилищах ГЭС // Проблемы хим.-лесн. компл. : Рос. науч.-практ. конф. Красноярск, 1994. С. 31-33.
8. Шелковникова А. А., Ерохина З. В. Изучение запасов затопленной древесины в процессе молевого сплава по реке Мана и возможности их использования // Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы : материалы науч.-практ. конф. ; Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2012. С. 107-110.
9. Яценко-Хмелевский А. А. Основы и методы анатомического исследования древесины. М. : Изд-во АН СССР, 1954. 338 с.
REFERENCES
1. Bazhukov N. N. Vozmozhnosti ispol'zovaniya zatoplennoy drevesiny v usloviyakh lesopromyshlennykh predpriyatiy Respubliki Komi // Severgeoekotekh-2014 : sb. mat. ХV Mezhdunar. molodezhnoy nauch. konf. : v 5 ch. 2014, S. 186-188.
2. Gudayeva E. A. Geograficheskaya izmenchivost' mikrostroyeniya drevesiny listvennitsy // Lesnoy i khi-micheskiy kompleksy: problemy i resheniya : sb. st. Vseros. nauch.-prakt. konf. (12-13.10.2005), posvyashch. 75-letiyu SibGTU. Krasnoyarsk, 2005, T. I, S. 84-89.
3. Ivanov V. A. Obosnovaniye tekhnologii i oborudovaniya dlya osvoyeniya i pererabotki drevesiny pri-brezhnoy zony i lozha vodokhranilishch : avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk. Sankt-Peterburg, 2008, 39 s.
4. Otsenka ob"yemov toplyakovoy drevesiny v reke Enisey na uchastke ot Ust'-Many do Krasnoyarska / V. P. Korpachev, A. I. Perezhilin, A. A. Andriyas i dr. // Khvoy-nyye boreal'noy zony. 2019, T. 37, №. 2, S. 117-121.
5. Kukharev V. Strukturno-modifitsirovannaya dreve-sina // Nanoindustriya. 2015, Vyp. 6, S. 76-83.
6. Kharuk E. V. Biostoykost', stroyeniye i svoystva drevesiny listvennitsy sibirskoy // Vestnik SibGTU. 2000, №. 2, S. 25-32.
7. Chebykh M. M., Malinin L. I., Khudonogov V. N. Mekhanicheskiye svoystva drevesiny, zatoplennoy v vo-dokhranilishchakh GES // Problemy khim.-lesn. kompl. : Ros. nauch.-prakt. konf. Krasnoyarsk, 1994, S. 31-33.
8. Shelkovnikova A. A., Erokhina Z. V. Izucheniye zapasov zatoplennoy drevesiny v protsesse molevogo splava po reke Mana i vozmozhnosti ikh ispol'zovaniya // Nepreryvnoye ekologicheskoye obrazovaniye i ekolo-gicheskiye problemy : materialy nauch.-prakt. konf. ; Sib. gos. tekhnologich. un-t. Krasnoyarsk, 2012, S. 107-110.
9. Yatsenko-Khmelevskiy A. A. Osnovy i metody anatomicheskogo issledovaniya drevesiny. Moskva, Izd-vo AN SSSR, 1954, 338
© Гудаева Е. А., Шункова Н. О., 2020
Поступила в редакцию 20.03.2020 Принята к печати 05.09.2020
