Безотходная утилизация древесной зелени пихты в лесохимии

Введение. Россия, являясь крупнейшей лесной державой, вырабатывает существенно меньше лесной продукции по сравнению с рядом других, менее богатых лесом стран [1]. Ситуация объясняется сложившимся в отрасли положением, когда полезное потребление древесной биомассы ограничивается лишь стволовой древесиной, которая в значительной мере экспортируется в круглом виде. Около половины древесины остается на лесосеке, захламляя территорию и создавая пожароопасную ситуацию [2]. Вместе с тем известно, что до 20 % лесосечных отходов составляет древесную зелень, богатую кормовыми и биологически активными компонентами [3]. Стоимость продукции ее химической переработки гораздо выше древесины, находящейся на одной территории.

В случае древесной зелени пихты сибирской, содержащей 3–6 % эфирного масла, эффективным и отработанным способом переработки является пихтоварение [4]. Производство не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, сложного оборудования, особых условий для размещения и квалифицированных кадров. Его реализация как цеха лесозаготовительного предприятия позволяет снизить себестоимость продукции, поскольку переносит на него расходы по очистке лесосеки.

Цель работы . Обобщение результатов многолетних исследований по рациональному использованию жидких и твердых отходов пихтоварения, реально способных серьезно повысить рентабельность производства и внести вклад в развитие лесохимической отрасли в Сибири.

Объекты и методы исследований. В процессе исследований наряду с лабораторными и пилотными экспериментами проводились контрольные варки на опытной и промышленных пихто-варенных установках. Объектом исследования служила древесная зелень пихты сибирской разного возраста, произрастающая в основном в лесостепной зоне Красноярского края. При проведении опытов, кроме товарного продукта (эфирного масла), изучали образующиеся в процессе варки отходы: флорентинную воду, кубовый конденсат (пихтовый экстракт) и твердый остаток. Состав сырья, эфирного масла и других продуктов анализировали стандартными общепринятыми методами [5].

Процесс пихтоварения заключается в паровой обработке древесной зелени и другого сырья, помещенного в перегонный чан (камеру) установки [4]. Пар захватывает находящееся на поверхности частиц сырья эфирное масло, переносит его в холодильник-конденсатор, и из образовавшегося конденсата во флорентине отделяется масло. Проходя через сырье, острый пар частично конденсируется, вымывая из древесной зелени экстрактивные вещества, и стекает в кубовую часть чана. До настоящего времени во многих случаях флорентинная вода и кубовый конденсат сливаются в водоемы, угнетая их обитателей. Отработанная древесная зелень также часто отвозится на «рельеф». За сброс жидких и твердых отходов предприятия платят штраф.

Результаты и их обсуждение. Исследование состава кубового конденсата и флорентин-ной воды показало наличие в них многих полезных веществ [4, 6]. Флорентинная вода содержит небольшие примеси минеральных и органических продуктов. Прокаленный остаток ее лабораторных образцов составляет около 5 мг/л, из которых на основные накипеобразователи (кальций и магний) приходится 2–3 мг. В производственной воде они составляют соответственно в 2–3 и 1,5 раза больше. Из органических компонентов хроматографическими методами в флорентинной воде найдены терпеноиды, углеводы, фенолы, органические кислоты, мальтол и др. Их основную часть составляют компоненты эфирного масла, которые в производственных образцах находятся в растворенном состоянии (200 мг/л), в виде пленки (70–90 мг/л) и мелкодисперсной эмульсии (30– 70 мг/л). В отличие от эфирного масла его водорастворимая фракция преимущественно представлена кислородсодержащими, в том числе его наиболее ценными компонентами – борнеолом и борнилацетатом. Низкая концентрация минеральных веществ, значительно меньшая по сравнению со свежей водой, указывает на возможность использования флорентинной воды для подпитки котла [7]. Находящееся в ней масло переходит в товарный продукт, а стенки котла и трубопроводов меньше покрываются накипью. Контрольные варки древесной зелени с использованием флорен-тинной воды повышают выход масла на 500–600 мл за варку. Ее добавление к свежей воде включено в рекомендации по повышению эффективности пихтоваренного производства [8].

Предполагается, что присутствием терпеноидных соединений в значительной мере объясняются бактерицидные свойства флорентинной воды, что, в частности, проявляется поддержанием ее стабильного состояния при хранении и подтверждается другими авторами [9]. В связи с бакте-рицидностью и приятным запахом она добавляется в профилактические ванны и применяется при лечении крупного рогатого скота. Известно и о применении флорентинной воды как ингредиента препаратов против кровососущих насекомых.

В большем количестве минеральные и органические соединения находятся в кубовом конденсате. Его выход в зависимости от времени года и других факторов изменяется в пределах от 7 до 9 % от массы сухого сырья [6]. Содержание общего сухого остатка в нем составляет 12–15 %, прокаленного – 1,5–2,5 %. В состав органических веществ, вымываемых из древесной зелени горячей водой, входят разнообразные углеводы, фенолы, кислоты, витамины, эфирное масло и пр. Большинство из них обладает терапевтическим и фармацевтическим эффектом. Действие близкого ему по сырью, получению и составу экстракта подтверждается фармакопейной статьей ФСП 42-0254-1049-01 «Пихты сибирской экстракт».

При исследовании компонентного состава кубового конденсата, полученного при переработке древесной зелени и спелых деревьев пихты в соответствии с ТУ 81 -05-97-70 для экстракта хвойного натурального из древесной зелени сосны и ели, его испаряли до 50 %-го содержания сухого остатка. Результаты анализа пихтовых экстрактов приведены в таблице 1.

Физико-химические показатели хвойных экстрактов

Таблица 1

По-видимому, предпочтение следует отдать экстрактам из древесной зелени пихты, у которых большинство показателей в 1,3–1,5 раза превышают их у сосново-елового экстракта. Проведенные фармакологические исследования показали их малую токсичность. Добавление экстрактов к корму кур-несушек и бройлеров повышает их продуктивность и иммунитет к заболеваниям [10]. В частности, пихтовые экстракты как древесной зелени, так и коры пихты успешно реализуются.

Отработанная древесная зелень пихты, на которую приходится свыше 85 % отходов пихтоварения, также считается эффективным кормовым продуктом. Об этом свидетельствует сравнение результатов анализа исходной и обработанной острым паром при нормальном и повышенном давлении древесной зелени (табл. 2).

Гидротермообработка заметно сокращает в сырье содержание ряда кормовых и биологически активных продуктов, прежде всего эфирного масла, витаминов и пигментов. Уменьшение их вклада в твердом остатке снижает его кормовую ценность. Однако, согласно ГОСТ 1397-78, она может служить сырьем для производства кормовой муки, частично выполняющей роль витаминного препарата, и заменять традиционный грубый корм для животных и птицы. Его потенциал существенно повышается при заселении этого сырья грибным мицелием.

В связи с оптимальным отношением C:N в отработанной древесной зелени пихты она считается хорошей основой для приготовления компостов [11]. В качестве добавки к ней могут служить растительные и другие древесные отходы. Лучшими из них в последнем случае являются опилки древесины пихты и ели с малым содержанием эфирного масла, которое тормозит развитие микробиологических процессов. Внесение в грунт такого компоста, обеспечивающего образование слабощелочной среды, способствует выращиванию, в частности, древесных саженцев.

Таблица 2

Содержание основных компонентов исходной и обработанной древесной зелени молодняков пихты

В Сибирском регионе товарным продуктом, вырабатываемым из отходов пихтоварения, относительно востребованным является пихтовый экстракт. Ориентировочные расчеты показали, что его реализация увеличивает доход предприятия по сравнению с традиционным производством более чем в 1,5 раза [12]. Он дополнительно возрастает при структурировании предприятия с лесозаготовительной или деревоперерабатывающей организацией. Реализация флорентинной воды и продуктов переработки отработанной древесной зелени в Красноярском крае ограничена. Преимущественно это связано с большими транспортными расходами и низкой востребованностью хвойной витаминной муки и компоста.

Заключение. Результаты анализов свидетельствуют о возможности успешной утилизации образующихся при паровой обработке древесной зелени отходов, то есть организации безотходного пихтоваренного производства. Низкое содержание минеральных веществ указывает на эффективность включения флорентинной воды в оборотную систему питания парогенератора. Она успешно применяется и для санитарно-гигиенических целей. Богатый кормовыми и биологически активными компонентами кубовый конденсат в исходном состоянии применяется при лечении многих заболеваний, после концентрирования – как малотоксичная витаминная добавка к рациону животных и птицы. Отработанная древесная зелень является полноценным кормом для крупного рогатого скота, сырьем для производства хвойной витаминной муки и компоста.