Лесосечные отходы от рубок главного пользования и хворост от рубок ухода за лесом как резерв древесного сырья для выпуска промышленной продукции и товаров народного потребления имеют большое народнохозяйственное значение, особенно в малолесных районах страны.
Эффективность древесного сырья в лесозаготовительной промышленности можно повысить путем комплексного и полного использования древесных ресурсов на всех этапах производственного процесса — от лесосеки до деревообрабатывающего предприятия.
Увеличение заготовки древесины с единицы площади, отведенной под рубку, и эффективное рациональное проведение лесозаготовительных рубок при уходе за лесными молодняками будут способствовать дополнительному получению древесного сырья с покрытой лесом площади с минимальными потерями при заготовках. Поскольку до недавнего времени отсутствовали технология заготовки и способы переработки, древесные отходы от лесозаготовок и маломерная древесина от рубок ухода за лесом не находили промышленного применения как дополнительное древесное сырье.
В результате проведенных исследований по изучению ресурсов древесных отходов на лесозаготовках и рубках ухода за лесом на комплексных лесных предприятиях зоны Карпат установлено количество дополнительного древесного сырья, способы заготовки и переработки его на промышленную продукцию, Положительную роль в организации комплексного использования древесного сырья, своевременном и качественном воспроизводстве лесных ресурсов, охране и защите лесов сыграли комбинированные лесные предприятия (лесокомбинаты) зоны Карпат, где совмещены функции лесного хозяйства, лесоэксплуатации и переработки древесины.
В рамках одного предприятия выполняется весь цикл лесохозяйственных и лесозаготовительных работ, а также глубокая переработка древесной растительности и побочной продукции леса.
На примере некоторых комплексных лесных предприятий лесозаготовительных производственных объединений «Черновицлес» и «Прикарпатлес», Волынского областного управления лесного хозяйства и лесозаготовок Минлесхоза УССР рассмотрена возможность и экономическая целесообразность использования лесосечных отходов от рубок главного пользования и древесной растительности от рубок ухода за лесом.
Лесокомбинаты должны прежде всего добиваться активного, на научной основе воспроизводства лесов, улучшения их санитарного состояния и увеличения продуктивности; рационально и комплексно использовать лесосырьевые ресурсы, обеспечивать получение из 1 м3 древесины максимального количества продукции.
Так, Берегометский лесокомбинат производственного лесозаготовительного объединения «Черновицлес» имеет десять лесничеств, два лесопункта, нижний лесной склад, деревообрабатывающий завод, цех древесной муки, цех хвойной муки, цех древесностружечных плит, цех по переработке коры и другие вспомогательные производства. Гослесфонд лесокомбината составляет 43,5 тыс. га, в том числе лесной площади 41,8 тыс. га, из них покрытой лесом — 39,1 га. Породный состав насаждений: хвойные — 74,5%, твердолиственные — 24,0, мягколиственные — 1,5%. Леса первой группы составляют 4,7 тыс. га, второй — 38,8 тыс. га.
Чтобы уменьшить транспортные затраты, в лесокомбинате совмещают рубки главного пользования и ухода за лесом.
Строительство лесовозных автомобильных дорог осуществляется с учетом интересов лесного хозяйства. Это позволяет более эффективно применять лесозаготовительную технику, вывозить всю тонкомерную древесину, заготовленную от проведения лесохозяйственных рубок, а следовательно, получать дополнительное древесное сырье и более интенсивно использовать покрытую лесом площадь.
С 1960 по 1980 гг. средний прирост лесных насаждений в Берегометском лесокомбинате увеличился на 20,6%, а средний прирост древесины на 1 га покрытой лесом площади возрос на 26,1%. Доля промежуточного лесопользования составляет 42%. В 1980 г. уровень лесопользования с 1 га покрытой лесом площади достиг 5,5 м3.
Высокая интенсивность лесопользования в лесокомбинате позволяет получать ежегодно от рубок главного пользования и ухода за лесом 50 тыс. м3 древесины; это дополнительное древесное сырье в виде тонкомерной древесины и лесосечных отходов перерабатывают в различные виды продукции. Так, в лесокомбинате построен цех по переработке еловой коры для кожевенной промышленности. Ежегодно лесокомбинат реализует более 1000 т коры, получая на каждой тонне около 25 руб. прибыли, рентабельность при этом составляет 66,9%. Введен также в эксплуатацию цех по переработке технической зелени на хвойно-витаминную муку мощностью 800 т/год. Рентабельность производства — 20,3%, прибыль — около 35 руб. на 1 т муки.
Организована переработка лесосечных отходов и тонкомерной древесины на технологическую щепу для производства древесных плит. Прибыль на 1 м3 щепы из лесосечных отходов составляет 5,12 руб. Лесосечные отходы идут на изготовление предметов народного потребления и используются как топливо.
В Берегометском лесокомбинате получают 48 тыс. м3 древесных отходов лесозаготовок, из них на промышленную продукцию используют 35,6 тыс. м3 (85%), на топливо и для других целей — 5,9 тыс. м3.
В 1980 г. продукции из отходов древесины было выпущено на сумму 2708 тыс. руб., или более 10% общего годового объема.
За счет вовлекаемых в производство отходов древесины ежегодно экономится более 100 тыс. м3 деловой древесины, что позволяет сохранять каждый год 400 га лесонасаждений. Используя все виды древесных отходов, по лесокомбинату экономят за год более 700 тыс. руб.
На Берегометском лесокомбинате объем вывозки древесины в 1980 г. уменьшился по сравнению с 1960 г. на 5%, а выпуск товарной продукции увеличился более чем в четыре раза, в том числе продукции деревообработки в семь раз. Производительность труда за этот период возросла на 142,5%.
Выпуск продукции из 1 м3 переработанного сырья в 1980 г. составил 121,8 руб., или возрос по сравнению с 1960 г. в 4,7 раза. Объем продукции с 1 га покрытой лесом площади увеличился в 1980 г. против 1960 г. в 4,5 раза и в настоящее время составляет 67,6 руб.
На Берегометском лесокомбинате с каждым годом возрастает коэффициент использования древесного сырья, что позволяет резко увеличить выпуск товарной продукции из 1 м3 переработанного сырья.
На Выгодском лесокомбинате производственного лесозаготовительного объединения «Прикарпатлес» от рубок главного пользования и ухода за лесными молодняками ежегодно образуется около 30 тыс. м3 лесосечных отходов и тонкомерной древесины. Для комплексной переработки лесосечных отходов на промышленную продукцию и предметы народного потребления в лесокомбинате создан ряд производств.
Для производства экстрактного сырья из коры построен цех мощностью 1000 т экстрактного сырья в год. В 1980 г. заготовлено 750 т коры при рентабельности 9,6% на 1 т. Цех по переработке лесосечных отходов выпускает хвойно-витаминную муку, медицинский экстракт, эфирное масло из технической зелени.
Обесхвоенные лесосечные отходы от рубок главного пользования и ухода за лесом перерабатываются на технологическую щепу. Себестоимость 1 м3 технологической щепы — 10,2 руб., рентабельность — 28%. При переработке 1 м3 лесосечных отходов на витаминную муку и технологическую щепу получают товарной продукции на 41…43 руб. Рентабельность продукции в зависимости от применяемой технологии заготовки и переработки отходов составляет 17…35%.
Для более полного использования древесины на лесокомбинате построен сувенирный цех, где из отходов вырабатываются сувениры на сумму около 140 тыс. руб./год. Из 1 м3 отходов древесины выпускается продукции на сумму около 2700 руб.
Здесь организована также переработка древесных отходов в предметы народного потребления на сумму более 700 тыс. руб. ежегодно, что очень прибыльно. Так, рентабельность штакетника составляет 19,2, топорищ — 18,9 %. Из 1 м3 переработанных древесных отходов в лесокомбинате получают продукции народного потребления на сумму около 60 руб. Ежегодно цех древесно-волокнистых плит использует около 80 тыс. м3 лесосечных отходов и тонкомерной древесины для выработки технологической щепы. Лесокомбинат от реализации древесно-волокнистых плит получает более 540 тыс. руб. прибыли при рентабельности 14,4%.
Анализируя использование в лесокомбинате отходов древесины от рубок главного пользования и ухода за лесом для переработки на промышленную продукцию и предметы народного потребления, видим, что рентабельность производства высокая. Это побуждает предприятие максимально вовлекать в производство отходы древесины для их переработки и тем самым пополнять дефицит лесосырьевых ресурсов за счет их рационального использования.
Выгодский лесокомбинат выпускает в год продукции из отходов древесины на сумму 2051,9 тыс. руб, что составляет 10% общего выпуска продукции.
Лесосечные отходы на лесокомбинатах производственных лесозаготовительных объединений зоны Карпат применяют в основном для изготовления одного-двух видов продукции, что снижает эффективность использования сырья. Так, переработка лесосечных отходов на одну только технологическую щепу позволяет получить из 1 м3 переработанных древесных отходов продукции на сумму 10…11 руб. Если же производить технологическую щепу и хвойно-витаминную муку, то стоимость продукции будет составлять 41…42 руб.
Киверцовский лесхоззаг (Волынская обл.) — комплексное многоотраслевое предприятие. Площадь лесхоззага составляет 44 тыс. га, в том числе покрытая лесом — 38,4 тыс. га. Около 50% лесов — молодняки.
Средний прирост на 1 га покрытой лесом площади составляет 3,5 м3. Ежегодный объем лесопользования от рубок главного пользования около 43 и от рубок ухода за лесом — 42 тыс. м3. Ежегодно лесхоззаг перерабатывает 10 тыс. м3 технологического сырья, 9 тыс. м3 мелкотоварной и низкосортной древесины и 8 тыс. м3 лесосечных отходов. Для переработки пней, осмола, корней и коры хвойной зелени в лесхоззаге создано лесохимическое производство, на котором получают скипидар, смолу, древесный уголь, фармакопейный деготь, хвойно-лечебный экстракт «Изумруд». Выпуск продукции при этом составляет свыше 385 тыс. руб. в год. Лесосечные отходы на предприятии перерабатываются на древесные плиты, технологическую щепу. Из древесной зелени вырабатывают хвойно-витаминную муку, а из отходов древесины — бельевые прищепки, топорища, ручки для садово-огородного инструмента, сувениры, товарные дощечки, паркетные фризы и другие изделия народного потребления на сумму около 1500 руб. в год. Выпуск промышленной продукции в лесхоззаге в 1980 г. составил почти 3 млн. руб. В целом с каждого гектара лесной площади от реализации продукции получено дохода 74 руб.
В последнее время ученые и производственники стремятся разрабатывать и внедрять в производство комплексные схемы переработки лесосечных отходов и древесной массы, когда из одного и того же количества сырья получают не один, а несколько видов продукции. Такая схема разработана и внедрена в Выгодском лесокомбинате. Она предусматривает использование отходов древесины в объеме 112…114 тыс. м3/год. В условиях Карпат это дает возможность снизить ввоз из северных районов страны около 230 тыс. м3 пиловочника, что только на транспортных расходах дает экономию более 1 млн. руб. ежегодно.
Согласно схеме лесосечные отходы в виде ветвей и хвороста от склада сырья ленточным транспортером подаются в отделитель-измельчитель для отделения от ветвей технической зелени, стволиков, измельчения и подачи на сортировку. Сучья и тонкомер после отделения технической зелени выбрасывающими вальцами подаются в дробильную установку и перерабатываются на щепу, которая с помощью пневмотранспорта поступает в цех древесно-волокнистых плит.
Измельченная масса технической зелени из отделителя-измельчителя пневмотранспортом подается в пневматический сортировщик для доведения до кондиционной однородности. Длина частиц измельченной зелени должна быть не более 30 мм. Затем она поступает в загрузочный циклон и через дозатор по наклонному патрубку — в сортирующую колонну. Специальный вентилятор разделяет техническую зелень на кондиционную и тяжелые частицы, которые оседают и убираются из сортирующей колонны и конвейером подаются в дробильную установку. Кондиционная техническая зелень воздушным потоком уносится в разгрузочный циклон. Затем через дозатор техническая зелень подается на вторичный измельчитель для повторного измельчения.
Измельченная масса шнеком отправляется в аппарат вторичного измельчения, где дробится до фракции 2…10 мм и выбрасывается через окно на ленточный конвейер.
Одна часть зеленой массы посредством пружинных сбрасывателей отгружается в механизм загрузки аппарата непрерывного действия НДТ-3М, другая — ленточным транспортером в агрегат АВМ-0,65 для обогащения витаминной муки биологически активными веществами.
Аппарат непрерывного действия НДТ-3М предназначен для извлечения из технической зелени эфирного масла методом пароводяной отгонки в непрерывном процессе.
Процесс измельчения эфирного масла из технической зелени в аппарате НДТ-3М заключается в следующем. Измельченная масса поступает в бункер механизма загрузки и далее подается шнеком в нижнюю часть подъемной колонны, где охватывается перьями вертикального подъемного шнека и перемещается вверх к первоначальной головке. В головке сырье сбрасывается с помощью лопасти во вторую колонну, из которой после обработки паром выводится двумя параллельными горизонтальными шнеками.
При прохождении через аппарат сырье обрабатывается острым паром, вводимым через кольцевой барабан подъемной колонны, пояс с соплами и осевой барботер в выгрузочной колонне. В первой колонне обработка сырья производится прямотоком, во второй — противотоком.
Насыщенный эфирным маслом пар направляется в холодильник. Образующийся в холодильнике дистиллят поступает в приемную секцию флорентины, где отделяющееся эфирное масло накапливается в верхнем колпаке флорентины и оттуда опускается в приемный бак, а вода частично подается во вторую колонну для дополнительного экстрагирования из хвои ценных веществ. Из выгрузочных шнеков аппарата НДТ-3М пропаренная масса поступает в питатель пресса шнекового типа марки I-45 для отжима натурального клеточного сока из мезги. Отжатие происходит при давлении 45…55 МПа. В начале прессования из технической зелени отделяется медицинский экстракт, а с повышением давления отжимается клеточный сок.
Натуральный клеточный сок поступает в емкость с фильтром (15), где из него улавливается древесный воск, а клеточный сок насосом типа РЗ-З (16) подается в вакуум-аппарат для выпаривания до необходимой концентрации и далее пастеризуется.
Во время упарки производится вторичное улавливание эфирного масла, которое направляется по трубопроводу в холодильник, а затем по флорентине поступает в емкость.
Вакуумированный до необходимой концентрации и пастеризованный натуральный сок насосом типа РЗ-З 18 подается в емкость, откуда направляется на линию разлива и расфасовки (20), а затем — на склад.
Медицинский экстракт, собравшийся в нижней части колонны НДТ-3М и полученный в начале прессования на прессе Ш45, насосом типа РЗ-3 подается в емкость с мешалкой, где к нему добавляют 0,01% эфирных масел и при необходимости соль. После этого смесь перемешивается, и готовый медицинский экстракт насосом РЗ-3 подается по трубопроводам в емкость с медицинским экстрактом, а затем на линию разлива 20 и склад.
После отжатия на прессе техническая зелень направляется для переработки на муку. Технологический процесс изготовления муки заключается в следующем. Поступающая на конвейер измельченная до 10 мм свежая техническая зелень и техническая зелень после извлечения из нее эфирного масла, экстракции медицинского экстракта и отжатия натурального сока подаются в агрегат АВМ-0,5 А, представляющий собой высокотемпературную сушилку барабанного типа с мельницей (дробилкой) молоткового типа и необходимыми вспомогательными устройствами для выполнения технологического процесса. Техническая зелень, передвигаясь по сушилке в потоке теплоносителя и перемешиваясь с ним, постепенно высыхает. Сухие ее частицы потоком теплоносителя выносятся в циклон сухой массы, в котором она отделяется от теплоносителя и через дозатор, минуя отборщик тяжелых частиц, поступает в мельницу.
Отработанный теплоноситель, имеющий температуру 100…115 °С, через выхлопную трубу выбрасывается в атмосферу.
Измельченная в мельнице сухая масса (через сменное решето) потоком воздуха, нагнетаемым вентилятором (системы отвода муки), подается в циклон, где отделяется от воздуха. Пройдя через дозатор, она с помощью шнека подается в бункер с дозатором, а затем затаривается в мешки. Согласно проекту сухая масса должна поступать в гранулятор ОГМ-0,8, из которого шнековым дозатором подается в смеситель, перемешивается с непрерывно подаваемым требуемым веществом, затем поступает в пресс, откуда роллами выдавливается через радиальные отверстия кольцевой матрицы в форме цилиндрических стержней. Регулируемые неподвижным ножом стержни разрезаются на гранулы нужной длины. Диаметр гранул регулируется и может быть 6, 8, 10, 12, и 16 мм.
Производительность гранулятора ОГМ-0,8 (при диаметре гранул 10 мм) составляет 800 кг/ч. Из гранулятора гранулированная мука засыпается в мешки, подаваемые к мешкозашивочной машине 33Е, а затем транспортером — на склад готовой продукции.
Контроль за качеством поступающего сырья и выпускаемой продукции, соблюдением технических режимов осуществляют работники цеховой лаборатории и ОТК. Для выработки указанных продуктов используют только свежую техническую зелень.
При переработке лесосечных отходов по описанной технологической схеме выпуск продукции составляет: эфирное масло — 0,1% переработанного сырья; натуральный клеточный сок — 10; медицинский экстракт — 3…4; древесный воск — 0,01; витаминная мука — 40; технологическая щепа — 73…76%.
При комплексном использовании из 1 м3 древесных отходов получают продукцию на сумму 82…97 руб.
При более полном и комплексном использовании древесных отходов на действующих лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятиях региона Карпат можно более чем на 500 тыс. м3 уменьшить дефицит технологического сырья для производства древесных плит и другой продукции.
В настоящее время лесосечные отходы в основном используются для производства древесно-волокнистых, древесно-стружечных плит, товаров народного потребления, витаминной муки для животноводства, медицинских препаратов, биологически активных веществ для парфюмерии и других товаров, а также на отопительные нужды.
Для более рационального и комплексного использования отходов древесины и древесной массы необходимо четко определить ресурсы отходов от лесозаготовок и переработки древесины и выбрать направления экономически эффективной переработки, концентрации, комбинирования цехов и предприятий по освоению наличных ресурсов древесного сырья в районах и зонах работы лесных предприятий. Особую актуальность обретает вопрос обоснованного планирования использования отходов.
Для каждого предприятия необходимо разработать технологические карты организации безотходного производства на лесозаготовках и при переработке древесины.
В Карпатах найдут широкое применение технологические схемы переработки лесосечных отходов и тонкомерной древесины, разработанные на Урале.
Схема комплексного использования лесосечных отходов спроектирована Свердловским проектно-конструкторским технологическим бюро Всесоюзного объединения «Свердлеспром» для производственного объединения «Шамаралес».
Технологический процесс заключается в следующем. Измельченную древесную массу получают у СМГ-3 после рубильной машины ЛО-56 технологического потока групповой обработки деревьев (система машин 2-ПС) и разделяют на фракции на установке, используя принцип пневмосепарации.
В зависимости от скорости частиц измельченной древесной массы происходит ее разделение на четыре фракции: щепа некондиционная (для цеха ЛУДП), щепа кондиционная, (для ЦБК), технологическая зелень и мелочь смеси (кора, пыль). Каждая оседает в одном из четырех бункеров.
Техническую зелень автосамосвалами отвозят к цеху по комплексному использованию лесосечных отходов и выгружают на платформу питателя зеленой массы. С платформы питателя зеленой массы она транспортером подается на приемное устройство измельчителя кормов (технической зелени), установленного на первом этаже. Трубопроводом от вентилятора «Волгарь-5» измельченную техническую зелень направляют на второй этаж в бункер с пылевым циклоном, откуда через дозатор масса, отделенная от пыли, попадает на шнековый транспортер установки непрерывного действия НДТ-3М и далее подается шнеком в нижнюю часть подъемной колонны, где подхватывается перьями вертикального шнека и перемещается вверх к перевалочной камере. В перевалочной камере сырье отбрасывается лопастью в выгрузочную пустотелую колонну. При прохождении через аппарат техническая зелень обрабатывается острым паром на всем пути движения. Острый пар подается в аппарат через кольцевой барботер подъемной колонны, кольцевой барботер выгрузочной колонны и через перфорированное днище механизма выгрузки. В подъемной колонне обработка сырья паром осуществляется прямотоком, а в выгрузочной — противотоком.
Пары, насыщенные эфирным маслом, выводятся через сепаратор в холодильник, где конденсируются, и в виде дистиллята поступают в приемник-разделитель (флорентину). В флорентине эфирное масло, как более легкое, отстаивается вверху и периодически сливается в емкость, а вода непрерывно отводится через гидродозатор в бассейн лесопильного цеха или в канализацию.
Эфирное масло разливают в тару и отправляют на склад готовой продукции, а слив из отстойника собирают в 30-литровую емкость и переносят на третий этаж. Пропаренная техническая зелень выгрузочным шнеком выводится из пустотелой колонны НДТ-3М и поступает в шнековый пресс, расположенный на первом этаже.
Медицинский экстракт, накопившийся во второй колонне НДТ-3М, отводят в бак. В этот же бак поступает медицинский экстракт через выходное отверстие пресса после двух витков шнека по ходу вращения.
В прессе техническую зелень подвергают сжиманию, выпрессовывая натуральный сок, который направляется самотеком в бак.
Техническая зелень, пройдя через пресс, транспортером подается на второй этаж в приемное окно сушильного барабана агрегата АВМ-0,65. Толщина слоя массы на транспортере устанавливается битером.
Одновременно в это же окно бункера транспортером подается 10% свежей зелени.
Отработанная в НДТ-3М свежая техническая зелень, передвигаясь в потоке теплоносителя и перемешиваясь в нем, высыхает до влажности 8…10%. Сухие частицы потоком теплоносителя по пневмопроводу выносятся в циклон системы отвода сухой массы, в котором отделяются от теплоносителя, и через дозатор, минуя отборщик тяжелых частиц, поступают в молотковую дробилку. Теплоноситель с температурой 100…115 °С, пройдя сетку по улавливанию древесного воска (воск собирается с сетки один раз за десять суток), через выхлопную трубу вентилятора выбрасывается в атмосферу или направляется в терморегулятор сушильного барабана. В качестве теплоносителя используют дымовые газы котельной.
Измельченная и превращенная в муку сухая техническая зелень через сменное решето потоком воздуха вентилятора системы отвода охлажденной муки подается в циклон, где отделяется от воздуха, и, пройдя через дозатор, трубопроводом направляется в брикетный пресс.
Полученные брикеты из витаминной муки транспортером подаются в накопительный бункер, откуда отгружаются потребителю.
Медицинский экстракт из бака поршневым насосом направляют на третий этаж в бак с двумя вентилями. Из первого вентиля медицинский экстракт подают в мешалку, добавляя по заданной рецептуре эфирное масло, около 20% поваренной соли. В результате получают солевой медицинский экстракт, который направляют по трубопроводу на второй этаж в отделение разлива. Для получения бессолевого медицинского экстракта из первого вентиля медицинский экстракт подают в мешалку, добавляют только эфирное масло и направляют по трубопроводу на второй этаж в отделение разлива.
Из второго вентиля медицинский экстракт подают в вакуум-аппарат, выпаривают до пастообразного состояния, потом насосом направляют в холодильник, а оттуда в мешалку, добавляя эфирное масло и 10% поваренной соли, перемешивают и подают на стол для изготовления медицинских брикетов.
Натуральный сок из бака поршневым насосом направляют на третий этаж в бак с тремя вентилями.
Из первого вентиля натуральный сок подают непосредственно по трубопроводу на второй этаж в отделение разлива. Разлитый в бутылки натуральный сок подвергают пастеризации в автоклаве.
Из второго вентиля натуральный сок подают в вакуум-аппарат, где упаривают его до пастообразного состояния по заказу потребителя, а выделяющуюся смесь паров и эфирного масла конденсируют в холодильнике.
Концентрированный сок насосом направляется в холодильник, а оттуда в мешалку, затем добавляется сахар, и смесь перемешивается. Полученная концентрированная сок-паста направляется по трубопроводу на второй этаж в отделение разлива.
Из третьего вентиля натуральный сок подают в мешалку, добавляют 20% спирта и 10% сахара, перемешивают, получая препарат «Хвоинка», который направляют по трубопроводу на второй этаж в отделение разлива.
В отделение разлива пустые бутылки подаются эскалатором, загружаются в бутылкомоечный автомат линии разлива безалкогольных напитков. Наполненные определенным продуктом бутылки укупоривают, инспектируют, наклеивают этикетки и транспортируют на склад готовой продукции на первый этаж.
В баках для натурального сока и медицинского экстракта после пресса устанавливают сетки для сбора древесного воска, который по мере накопления снимают, делают брикеты и отправляют на склад готовой продукции.
По технологической схеме предусматривается перерабатывать 3 тыс. т. технической зелени в год с выходом товарной продукции на сумму 326,65 тыс. руб. (без учета переработки сучьев и тонкомерной древесины) с прибылью 137,69 тыс. руб. Срок окупаемости — один год.
В цехе предусмотрен выпуск следующей продукции: эфирное масло — 20, натуральный сок — 15, концентрированный сок-паста — 6, препарат «Хвоинка» — 7,8, медицинский экстракт — 6, солевой медицинский экстракт — 6, медицинские брикеты — 1,1, брикеты из витаминной муки — 900, древесный воск — 0,05 т.
Вторая технологическая схема комплексной переработки лесосечных отходов предусматривает получение эфирного масла, витаминной муки, лесного корма или щепы для целлюлозно-бумажной промышленности в одном технологическом процессе с использованием агрегатов типа АВМ или «Аист».
Технология такой переработки заключается в следующем. Ветви деревьев сначала измельчаются с помощью передвижной или стационарной рубильной машины. Затем масса, состоящая из кусочков древесины, сучьев и зелени, с помощью транспортеров проходит через ванну с водой, освобождаясь от минеральных примесей, и в емкостях дополнительно насыщается водой.
Насыщенная водой масса по транспортеру определенным слоем подается в сушилку АВМ.
Вместе с парами воды при сушке из зелени выделяется эфирное масло, которое по отводному патрубку направляется в холодильник, оттуда на дополнительную конденсацию в другой холодильник и затем в флорентину для разделения смеси на эфирное масло и воду.
Освобожденная от паров воды и эфирного масла высушенная зелень кроны измельчается в муку, поступает в циклон и оттуда на затаривание.
Более тяжелые частицы древесины, прошедшие термообработку в установке АВМ, направляются из нее в дробилку для измельчения.
В результате термообработки древесных частиц в установке АВМ происходит уменьшение прочности связи углеводлигнинового комплекса древесины, что приводит к лучшей усвояемости животными питательных веществ, содержащихся в измельченной древесине сучьев и тонкомера.
В последнее десятилетие поиски путей рационального использования лесной растительности привели к дальнейшему изучению химического состава и питательной ценности не только древесины, но и всех лесосечных остатков и отходов.
В соответствии с современными методами зоотехнического анализа определены следующие основные группы питательных веществ в кормах: сырой протеин — азотосодержащие соединения, включающие чистый белок, амиды и органические соединения; сырая клетчатка, состоящая из целлюлозы, пектозы и частично лигнина; безазотистые экстрактивные вещества, включающие органические кислоты и углеводы, неорганические вещества (зола).
Биохимический анализ ветвей и кустарников свидетельствует о наличии в них значительного количества питательных и биологически активных веществ: каротина, витамина С, протеина, углеводов, кальция, магния и др.
Значительное содержание питательных и биологически активных веществ в ветках, листьях и коре веток и кустарников позволяет рассматривать их как потенциальное сырье для переработки в кормовые продукты.
По химическому составу и питательности вторичное лесное растительное сырье — ценный продукт, который можно использовать в кормопроизводстве. Подвергая его микробиологической переработке, получают нужный для животноводства кормовой продукт.
В настоящее время наступает новый этап применения микробиологических процессов для биоконверсии растительного сырья, т. е., как отмечает академик М. Е. Бекер (1984), для превращения компонентов растительной массы в различные полезные вещества и продукты. Биоконверсия растительного сырья особенно перспективна, поскольку ресурсы растительной массы возобновляются ежегодно, а следовательно, они практически неисчерпаемы.
Рассмотрим условия переработки лесосечных отходов и другого растительного сырья для получения кормовых дрожжей, белкового корма при микробиологической трансформации отходов леса микроскопическими грибами, а также применение кормового продукта.
Кормовые дрожжи — высокоценный корм для сельскохозяйственных животных и птиц. Они содержат белок, углеводы, безазотистые экстрактивные вещества, жиры и золу.
По своему химическому составу белок дрожжей приближает к белкам животного происхождения и включает десять жизненно необходимых аминокислот: аргинин, гистидин, лизин, тирозин, треонин, фенилаланин, метионин, валин, триптофан, лейцин.
Кормовые дрожжи богаты витаминами группы В и имеют в своем составе эргостерин (провитамин Д2). В дрожжах содержатся следующие витамины (мг/кг): B1 — 8…20, В2 — 40…127, пантотеновая кислота — 5…71, никотиновая кислота — 415…556, природоксин — 9…19, биотин — 1…2, инозит — 2100…3700, фолиевая кислота — 18, холин — 2740…4500, эргостерин — 0,1…0,5 и др.
При облучении дрожжей ультрафиолетовыми лучами эргостерин переходит в витамин Д2. В 1 г облученных кормовых дрожжей содержится около 5 тыс. интернациональных единиц витамина Д2. Добавление в корм облученных дрожжей предохраняет животных и птиц от рахита и уменьшает падеж молодняка. Зола дрожжей содержит ценные для животных элементы: фосфора (Р2О5) — 45…50, калия (К2О) — 15…18, кальция (СаО) — 20…25%.
Таким образом, кормовые дрожжи — один из лучших источников полноценного белка и витаминов: 1 кг дрожжей позволяет получить дополнительно 0,7…0,8 кг мяса свиного или 2,2…2,9 кг мяса птицы, а также 5,7 л молока или 30…40 шт. яиц.
Кормовые дрожжи выращивают на углеводсодержащих субстрактах. На действующих целлюлозно-бумажных предприятиях и гидролизных заводах для этого используют сульфитный щелок или барду, а также гидролизаты древесных растительных и сельскохозяйственных отходов.
Технологический режим непрерывного процесса производства кормовых дрожжей из непищевого сырья разработан ВНИИГС. Технологическая схема производства кормовых дрожжей включает такие операции: подготовка сусла (барда, гидролизат, щелок) к выращиванию дрожжей; накопление засевных дрожжей в отделении чистых культур; выращивание товарных дрожжей в дрожжерастительных чалах емкостью 300…600 м3 при интенсивной аэрации; выделение дрожжей из бражки путем флотации и сепарирования; сгущение и высушивание дрожжей (до влажности 8…10%).
Выход абсолютно сухих дрожжей на 1 т сухого сырья при выращивании следующий: на гидролизате древесины — 225…235, гидролизате соломы — 180…240, барде гидролизной — 28…35, барде сульфитно-спиртовой — 35…45, сульфитном щелоке — 90…100 кг (выход дрожжей, выращиваемых на сульфитном щелоке и сульфитно-спиртовой барде, приведен в расчете на 1 т вырабатываемой целлюлозы.
Сухие кормовые дрожжи содержат, % абсолютно сухого вещества: белка 45…52, углеводов 13…16, жиров 2…3, безазотистых веществ 22…40, золы 8…11. По питательности кормовые дрожжи могут быть приравнены к высокоценным белковым кормам).
Кормовые дрожжи добавляют в комбикорма. В рационе молочных телят 1 кг кормовых дрожжей может заменить 6…7 л молока, а в рационе пушных зверей (черно-бурых лисиц, норок) — 30…35 кг мяса (1 кг сухих дрожжей эквивалентен 2 кг мяса). Благодаря высокому содержанию витаминов в дрожжах улучшается также качество меха.
Кормовые дрожжи можно успешно использовать в рыбоводстве для кормления ценных пород рыб, например, лососевых. Применение кормовых дрожжей в животноводстве, птицеводстве, звероводстве, рыбоводстве будет способствовать сохранению молодняка, увеличению и оздоровлению поголовья, резкому повышению его продуктивности.
Содержание наиболее важных аминокислот в сочетании с комплексом витаминов группы В, а также оптимальное соотношение кальция и фтора выдвигает кормовые дрожжи в разряд ценных кормов. Добавка дрожжей в обычные корма повышает их усвояемость, в связи с чем корма расходуются более экономно. Кормовые дрожжи из древесных отходов обычно получают методом гидролиза.
Рассмотрим один из методов, разработанный рижскими учеными. Растительные отходы высушивают в аэрофонтанной сушилке, смачивают небольшим количеством (10…30% по массе) концентрированной серной кислоты и пропускают через вальцовый гидролизер.
Полученную массу размешивают с водой и 15…20 мин нагревают до температуры 120 °С. После нейтрализации известью и удаления лигнина и гипса на фильтрах полученный сахарный сироп обесцвечивается активированным углем, очищается на ионитах упаривается. Из упаренного сиропа выкристаллизовывается глюкоза, а на оттеках после ее отделения выращивают кормовые дрожжи.
По этой схеме перерабатывают древесные и любые растительные отходы, например кукурузную кочерыжку, солому, хлопковую шелуху, верховой торф и др. Из сахарного сиропа, кроме глюкозы и дрожжей, можно вырабатывать ценные продукты, в том числе глицерин, бутиленгликоль, этиловый, бутиловый и другие спирты.
По сравнению с общепринятым методом гидролиза разбавленной серной кислотой, рижский метод дает после фильтрации массовое содержание сахара в сиропе в три-четыре раза выше, причем сироп имеет очень мало продуктов разложения сахаров. Это позволяет получать глюкозу, глицерин и другие вещества, что невозможно при гидролизе разбавленной кислотой. Расход пара на получение неочищенного сиропа в три-четыре раза ниже, а расход защитных материалов почти полностью исключается.
Технология очень проста, легко автоматизируется и не требует квалифицированного обслуживания. Схема пригодна для установок как большой, так и малой мощности и может работать и непрерывно, и периодически. Себестоимость глюкозы ниже, чем при получении ее из крахмала.
Метод можно рекомендовать для утилизации любых растительных отходов в местах их значительного скопления.
Таким образом, для расширения кормовой базы животноводства несомненный интерес представляет получение дополнительных кормовых добавок полноценных по содержанию белка, витаминов и других веществ.
До недавнего времени предпочтение отдавали дрожжам как продуцентам белка, получаемым в основном на гидролизных заводах с помощью микробиологического синтеза из сахаров, образующихся при гидролизе древесины и других сельскохозяйственных отходов. Кормовые дрожжи содержат 48…52% усвояемого белка, 25…40% углеводов.
В их состав входят все незаменимые аминокислоты, витамины, ферменты и гормоны. Скармливание 1 кг дрожжей в виде добавки к кормам животных и птице позволяет получить дополнительно 2 кг куриного мяса, 6…7 л молока или 30…40 шт. яиц.
Гидролизно-дрожжевое производство основано на непрерывном культивировании аспарогенных дрожжей, главным образом рода Candida.
Резерв повышения продуктивности дрожжей при выращивании на неразбавленных нейтрализатах — их предварительное «облагораживание» путем, например, продувки воздухом, что способствует удалению вреднодействующих примесей. Чистота указанных культур дрожжей составляет 95…100 %.
Примененный способ подготовки гидролизата способствует увеличению продуктивности штамма Candida scottii на 3,2%.
Во ВНИИГидролиз получен штамм Candida scottii КС-2, способный активно развиваться на неразбавленном гидролизате древесины с предварительной аэрацией сусла. Выход биомассы 50…52%, массовое содержание белка 56…57%. Культура внедрена на лесозаводском биохимическом заводе, где экономический эффект составил 56,7 тыс. руб. в год, и на Волжском гидролизно-дрожжевом заводе — соответственно 44 тыс. руб. в год. Изучен состав твердого остатка окисления коры хвойных пород и предложен способ его утилизации путем биохимической переработки с получением кормовых дрожжей (около 10% «а исходную кору).
При выращивании кормовых дрожжей на продуктах щелочного расщепления древесной коры. Выход продуктов, усвояемых дрожжами (органических кислот и карбонильных соединений), составляет 69,4% массы коры. Продукты щелочного расщепления коры пригодны для выращивания дрожжей, их выход — 278 кг на 1 т коры.
В результате окисления сосновой коры кислородом воздуха в водной среде получают растворы — оксилаты, которые используют для выращивания кормовых дрожжей. Выход абсолютно сухих дрожжей достигает 8,5% массы коры и 40,9% органических веществ при использовании культуры Candida scottii Тул-6.
Установлено, что водные гидролизаты ивовой древесины являются хорошей питательной средой для выращивания кормовых дрожжей, выход которых составляет до 57% редуцирующих веществ.
Кроме кормовых дрожжей для получения белкового корма в последнее время широко используют микроскопические грибы.
Учитывая практически неограниченные ресурсы целлюлозосодержащего сырья и низкую его стоимость, в течение продолжительного времени ведутся научно-исследовательские работы, связанные с заменой кислотного гидролиза целлюлозы ферментативным и совмещением операции осахаривания и выращивания продуцентов белка. Большое разнообразие микроскопических грибов — продуцентов самых разнообразных ферментов — позволяет использовать различные виды сырья, в том числе целлюлозосодержащие субстракты (одревесневшее сырье) для получения белковой биомассы.
Рациональное использование одревесневших отходов одновременно решает две проблемы: белкового дефицита и охраны окружающей среды.
По качеству белка, содержанию витаминов и микроэлементов микроорганизмы значительно превосходят растительные корма.
Биологическая ценность белков микроорганизмов аналогична соответствующему показателю белков животного происхождения. Так, в клетках грибов содержится в среднем 25…55% белка.
Поскольку целлюлоза и сопутствующие ей гемицеллюлозы труднодоступны для усвоения животными и микроорганизмами, одревесневшее сырье предварительно обрабатывают химическими и физическими способами, а также ферментными препаратами для последующего культивирования микроорганизмов с целью получения микробного белка.
Исследуются также способы предварительной обработки древесины различных пород для повышения конверсии целлюлозы в присутствии ферментного комплекса целлолигнорина.
Установлено, что предварительный механический размол в вибромельнице позволяет превратить 80% целлюлозы в глюкозу в присутствии фермента.
Пропарка под давлением, предварительный кислотный гидролиз, окислительная щелочная делигнификация, механодеструкция в сухом и мокром состоянии в восемь—десять раз повышают скорость осахаривания полисахаридов по сравнению с необработанной древесиной.
Сравнение способов предварительной обработки древесины показало преимущество пропаривания при нормальном давлении в течение 1 ч, при повышенном давлении в течение 4 мин с 10…15%-ным раствором NaOH, а также предварительной обработки NaClO2.
Утилизация целлюлозы и содержание белка при культивировании chaetomium cellulolytium были максимальными на древесине, обработанной NaClO2, и составили соответственно 90 и 37,9%.
Целесообразность получения грибной массы заключается, во-первых, в постоянном увеличении количества отходов древесины, которые вызывают загрязнение водоемов и воздуха, и, во-вторых, в возрастающей потребности в дешевом белке.
Исследована возможность использования отходов лесной промышленности для культивирования гриба Chrisosporium lignorum и показана большая перспективность совместного выращивания дрожжей и грибов (процесс Симба). Грибы усваивают те компоненты, которые не могут использовать дрожжи, и синтезируют ферменты, гидролизующие целлюлозу, в результате чего дрожжи обеспечиваются легкоусвояемыми источниками углерода.
Для получения белков, используемых как в корм животным, так и в пищу человека, чаще применяют грибы родов Fusarium и Aspergillus. Грибы — перспективные продуценты белка. Отличительная их особенность — усваивать разнообразные субстраты и накапливать полноценную биомассу.
Канадские ученые изучали возможность разработки экономического способа разрушения лигноцеллюлозного комплекса древесины и повышения ее переваримости с помощью грибов, вызывающих гниение древесины. Выделено пять видов грибов, наиболее эффективно разрушающих лигнин. Для получения корма древесину тополя измельчали, стерилизовали, добавляли минеральные вещества и вносили культуру гриба. Через три-четыре недели ферментации корм имел максимальную переваримость. Содержание белка составляло 30%.
В последнее время появляются сообщения об использовании «мягких отходов» лесного хозяйства и деревообрабатывающей промышленности для культивирования микроскопических грибов.
Получен новый продуцент кормового белка — термотолерантный гриб Chaetomium cellulolyticum.
Выращивание его на частично дилигнифицированных опилках в качестве единственного источника углерода показало, что С. Cellulolytium растет в 1,5—2,0 раза быстрее и образовывает в 1,8 раза больше белка, чем хорошо известный продуцент целлюлоз Frichoclerme viride. На среде с опилками С. Cellulolyticum и Т. viriae образуют соответственно 1,8 и 1,3 г/л белка. Грибная биомасса содержит 40 и 25,4% протеина.
Белок биомассы гриба близок к белку, рекомендуемому ФАО для питания человека. Выращивание гриба следует вести при поддержании pH 5,0.
Разработан процесс получения белка (Ватерлу) из сельскохозяйственных и лесных отходов. Процесс Ватерлу испытан в 200- и 1000-литровых ферментах. Он предполагает три ступени»: химическую или термическую обработку целлюлозосодержащих материалов, аэробную ферментацию предварительно обработанного материала, отделение микробной биомассы от культурной жидкости. Данная технология освоена на культивировании С. Cellulolytium.
Биологическая ценность получаемой биомассы апробирована на крысах, цыплятах и овцах. Переваримость у крыс составляет 83%. По составу грибной белок Ватерлу ближе к мясному, содержит 4% целлюлозы, 12 лигнина и 12% золы. Авторы считают его производство экономически целесообразным и приводят характеристику грибной массы и содержание в ней аминокислот.
Установлена возможность глубинного выращивания микромицета Chaetomium-megolocarpum на частично делигнифицированных 1%-ным NaOH «мягких отходах» для получения белкового препарата Хетомин.
По сравнению с субстратом содержание сырого протеина в препарате возросло в 5,4 раза, он содержал витамины — эргостерин, F, B1, В2, В5.
Зоотехнические испытания, проведенные на шестимесячных бычках, свидетельствуют о положительном действии Хетомина в составе комбикорма.
Получение белкового корма при микробиологической трансформации лесного вторичного растительного сырья — это новая разработанная авторами технология, основанная на биоконверсии сырья с помощью микроорганизмов, которой предусмотрена переработка всей биомассы кроны дерева и лесной древесной массы от рубок ухода за лесом в одном технологическом процессе на несколько видов продукции, в том числе на белковый корм для животноводства, заключающаяся в следующем. Сырье — крона хвойных и лиственных деревьев, хворост лиственных и хвойных пород диаметром от 0,5 см и выше, ветви плодовых деревьев и другие лесные и сельскохозяйственные отходы. После измельчения в виде измельченной массы отходы поступают в отделение дополнительного измельчения и насыщения водой, из которого направляются в сушильный агрегат, укомплектованный сортировочным устройством, аппаратурой по удалению и отбору эфирных масел, дробильными агрегатами. Затем высушенная масса поступает в отделение микробиологической биоконверсии, где подвергается соответствующей обработке. Полученный белковый корм направляется в отделение, в котором к нему добавляются различные минеральные добавки и витамины. Полученный корм тщательно перемешивается в соответствии с заданной рецептурой, брикетируется и направляется потребителю.
Протеин увеличивается более чем в два раза по сравнению с содержанием его в сырье. Испытания по использованию кормового продукта из отходов леса при кормлении крупного рогатого скота проведены в производственных условиях на ферме учхоза «Криуляны» МССР в период с 1982 по 1984 гг. Применение кормового продукта при производстве 1 ц живой массы молодняка позволило снизить затраты на 2 руб. 12 коп. по сравнению с контрольной группой.
Результаты проведенных производственных испытаний и наблюдений свидетельствуют, что кормовой продукт (белковый корм), полученный из описанного выше сырья, имеет хорошие органолептические свойства, высокое содержание ценных питательных веществ, в том числе протеина. Корм с аппетитом поедает крупный рогатый скот, его можно включать в состав основного рациона.
Технология получения кормового продукта методом биоконверсии сырья проста. При проектировании и строительстве цехов или заводов по переработке отходов леса на кормовой продукт необходимо учитывать, что производство управляемое, а сырье ежегодно возобновляемое. Способ получения кормового продукта (белкового корма) из отходов леса можно рекомендовать к широкому внедрению в производство.
Таким образом, на предприятиях Украинских Карпат и в целом по стране целесообразно проектировать и строить цеха и заводы по комплексным перспективным схемам с использованием микробиологической трансформации сырья для получения дополнительных белковых кормов, полноценных по содержанию белка, витаминов и других веществ, необходимых для животноводства нашей страны. Перед наукой стоит задача не только выявить, но и создать активные культуры, ассоциации микроорганизмов с заданными свойствами, конвектирующие соответствующие компоненты растительного сырья. Необходимо более глубокое изучение метаболизма этих организмов, характера его регулирования, строения и свойств субстратов, а также действия ферментов микроорганизмов на эти субстраты.
Все это дает возможность получить дополнительные продукты из отходов леса, нужные народному хозяйству нашей страны.