ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2022.238.254-266isplta-133Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYРасчет величины негативного воздействия на водный объект от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности на основе математического моделирования переноса загрязняющих веществCalculation of the negative impact on water bodies from the pulp and paper mill based on mathematical modelling of pollutant flowhttps://orcid.org/0000-0002-5709-527XЕпифановаМ. А.EpifanovaM. A.

ЕПИФАНОВА Марина Анатольевна – аспирант

191186, ул. Большая Морская, д. 18, Санкт-Петербург

ResearcherID, AAX-5432-2021

EPIFANOVA Marina A. – PhD student

191186. Bolshaya Morskaya str. 18. St. Petersburg

epif.marina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3429-9835ЕпифановА. В.EpifanovA. V.

ЕПИФАНОВ Андрей Валерьевич – доцент, кандидат технических наук

191186, ул. Большая Морская, д. 18, Санкт-Петербург

ResearcherID, AAX-5435-2021

EPIFANOV Andrey V. – PhD (Technical), assistant professor

191186. Bolshaya Morskaya str. 18. St. Petersburg

epifandr@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0098-6565АкимЭ. Л.AkimE. L.

АКИМ Эдуард Львович – профессор

191186, ул. Большая Морская, д. 18, Санкт-Петербург

ResearcherID B-4128-2018

Author ID Scopus 6701739751

AKIM Eduard L. – DSc (Technical), Professor

191186. Bolshaya Morskaya str. 18. St. Petersburg

ResearcherID B-4128-2018

Author ID Scopus 6701739751

akimed@mail.ruСанкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайнаРоссияSaint-Petersburg State University of Industrial Technologies and DesignRussian Federation2022220220240238254266Copyright © Епифанова М.А., Епифанов А.В., Аким Э.Л., 20242024Епифанова М.А., Епифанов А.В., Аким Э.Л.Epifanova M.A., Epifanov A.V., Akim E.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/133

Современная система нормирования нагрузки на водные объекты состоит из трех основных элементов: расчета технологических нормативов по маркерным для отрасли веществам; расчета нормативов допустимых сбросов для веществ 1 и 2 классов опасности; сравнения рассчитанных нормативов допустимых сбросов с установленными на основе решения государственной экологической экспертизы нормативами допустимых воздействий для водохозяйственых участков. Приведенные в методике расчета нормативов допустимых сбросов формулы имеют ограниченный диапазон применения. Предложен алгоритм расчета конвективно-диффузионного переноса загрязняющих веществ НПАО «Сильвамо Корпорейшн Рус» в р. Вуокса в районе Лесогорского водохранилища. Для исследования выбран основной водовыпуск предприятия, через который сбрасываются очищенные сточные воды, содержащие остаточные загрязняющие вещества от основного производства и сточных вод г. Светогорска. В створе сброса сточных вод р. Вуокса крайне неоднородна. Поэтому расчет переноса загрязняющих веществ по действующей методике расчета нормативов допустимых сбросов игнорирует образующиеся вдольбереговые застойные зоны и ветровые течения в этих зонах. Для расчетов предложена комбинированная модель переноса загрязняющих веществ, учитывающая двумерные и трехмерные модели ветровых течений и модели конвективно-диффузионного переноса и превращения веществ. При расчете поля концентраций по официальной методике расчета нормативов допустимых сбросов протяжённость пятна загрязнения составила 15 м, а по предложенному алгоритму расчета, учитывающему рельеф береговой зоны и направления ветровых течений, – 140 м. На примере сброса сточных вод НПАО «Сильвамо Корпорейшн Рус» в р. Вуокса показано, что результаты расчета НДС по действующей методике и на основе разработанной комбинированной модели конвективно- диффузионного переноса загрязняющих веществ дают неоднородные результаты. Согласно разработанной модели допустимая концентрация БПКп в сточных водах в 1,7 раза выше величины рассчитанной по действующей методике расчета НДС. Применение индивидуального подхода к расчету НДС позволит обеспечить экологические стандарты качества воды в водных объектах и определить допустимые уровни нагрузки от ЦБК.

The modern system for standardizing the load on water bodies consists of three main elements: 1 calculation of technological standards for marker substances for the industry; 2 calculation of permissible discharge standards for substances of 1 and 2 hazard classes; 3 comparisons of the calculated standards of permissible discharges with the standards of permissible impacts for water management areas established on the basis of the decision of the state ecological expertise. The formulas given in the methodology for calculating the permissible discharge standards have a limited range of application. The paper proposes an algorithm for calculating the convectivediffusion transfer of pollutants from the wastewater discharges of Silvamo Corporation Rus into the Vuoksa river in the Lesogorskoye reservoir area. For the study, the main outlet of the enterprise was chosen, through which purified wastewater containing residual pollutants from the main production and wastewater of the city of Svetogorsk is discharged. The Vuoksa River is extremely heterogeneous in the area of wastewater discharge through the outlet. Therefore, the calculation of the transfer of pollutants according to the current method for calculating the permissible discharge standards ignores the formed alongshore stagnant zones and wind currents prevailing in these zones. For the calculations, a combined model of the transport of pollutants was proposed, taking into account two-dimensional and three-dimensional models of wind currents and models of convective-diffusion transport and transformation of substances. When calculating the concentration field according to the official method for calculating the permissible discharge standards, the length of the pollution spot was 15 meters, and according to the proposed calculation algorithm, taking into account the relief of the coastal zone and the direction of wind currents, 140 meters. For the release of Silvamo Corporation Rus with fine water into the Vuoksa River, the results of calculating the standards for permissible discharges according to the current methodology and based on the developed combined model of convective-diffusion transport of pollutants are presented, which gives heterogeneous results. According to the developed allowable model, the concentration of BOD in wastewater is 1.7 times higher than the required value according to the current methodology for calculating standards, discharges are allowed. The application of an individual approach to the calculation of standards for permissible discharges makes it possible to determine environmental standards for water quality in water bodies and determine the maximum levels of load from a pulp and paper mill.

моделированиезагрязнение водных объектовтеченияперенос загрязняющих веществнормативы сбросаmodelingpollution of water bodiescurrentstransport of pollutantsdischarge standardsReferencesЕпифанов А.В., Епифанова М.А. Алгоритм управления водоохранной деятельностью АО «Сегежский ЦБК» на основе математического моделирования // Вопросы радиоэлектроники. 2019. № 1(7). С. 106–109.Chikin A.L. Matematicheskaya model' vetrovyh techenij v Kerchenskom prolive. Vestnik Yuzhnogo nauchnogo centra RAN, 2009, vol. 5, no. 2, pp. 58–63. (In Russ.)Жильникова Н.А., Шишкин А.И., Епифанов А.В., Епифанова М.А. Алгоритм управления перераспределением техногенной нагрузки для территориальных природно-технических комплексов на основе геоинформационных систем // Информационно-управляющие системы. 2017. № 1 (86). С.93–101.Epifanov A.V., Epifanova M.A. Algoritm upravleniya vodoohrannoj deyatel'nost'yu AO «Segezhskij CBK» na osnove matematicheskogo modelirovaniya. Voprosy radioelektroniki, 2019, no. 1(7), pp. 106–109. (In Russ.)ИТС НДТ-1 Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона. М.: Бюро НДТ, 2015. С. 479. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200128661Fel'zenbaum A.I. Teoreticheskie osnovy i metody rascheta ustanovivshihsya morskih techenij. М.: Izd-vo AN SSSR, 1960. 128 p. (In Russ.)Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана / Марчук Г.И., Дымников В.П., Залесный В.Б., Лыкосов В.Н., Галин В.Я. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 320 с.Gaimei G., Gang Ch. Mathematical modelling and application for simulation of water pollution accidents. Process Safety and Environmental Protection, 2019, vol. 127, pp. 189–196.Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод / Караушев А.В., Скакальский Б.Г., Шварцман А.Я. и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 267 с.ITS NDT-1 Proizvodstvo cellyulozy, drevesnoj massy, bumagi, kartona. Moskva: Byuro NDT. 2015. P. 479. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200128661 (In Russ.)Рыбников О.В., Бондаренко Н.П., Мандре Ю.Г, Аким Э.Л. Поэтапная эколого-технологическая реконструкция интегрированного целлюлозно-бумажного комбината ЗАО IP («ОАО Светогорск») // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2013. № 5. С. 62–68.Lai Y.C. Tu, Y.T., Yang C.P., Surampalli R.Y., Kao C.M. Development of a water quality modeling system for river pollution index and suspended solid loading evaluation. Journal of Hydrology, 2013, vol. 478, pp. 89–101. URL: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.11.050.Смирнов А.М., Смирнов М.Н., Мошкин С.С., Коваленко М.В., Аким Э.Л. Водопользование – реализация инновационных идей // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2008. № 8. С. 66–72.Matematicheskoe modelirovanie obshchej cirkulyacii atmosfery i okeana / Marchuk G.I., Dymnikov V.P., Zalesnyj V.B., Lykosov V.N., Galin V.Ya. L.: Gidrometeoizdat, 1984. 320 p. (In Russ.)Смирнов М.Н., Локшин Ю.Х., Смирнов А.М., Аким Э.Л., Современная концепция водопользования на предприятиях ЦБП // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006. № 6. C. 66–74.Metodicheskie osnovy ocenki i reglamentirovaniya antropogennogo vliyaniya na kachestvo poverhnostnyh vod / Karaushev A.V., Skakal'skij B.G., Shvarcman A.Ya. i dr. L.: Gidrometeoizdat, 1987. 267 p. (In Russ.)Троянская А.Ф. Научно-технические и правовые аспекты предотвращения негативного воздействия производства беленой целлюлозы на окружающую среду // Региональная экология. 2018. С. 111–124.Rybnikov O.V., Bondarenko N.P., Mandre Yu.G, Akim E.L. Poetapnaya ekologotekhnologicheskaya rekonstrukciya integrirovannogo cellyulozno-bumazhnogo kombinata ZAO IP («OAO Svetogorsk»). Cellyuloza. Bumaga. Karton, 2013, no. 5, pp. 62–68. (In Russ.)Фельзенбаум А.И. Теоретические основы и методы расчета установившихся морских течений. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 128 с.Shaymaa M., Arifah B., Zainal A.A., Darwish M. Solute transport modelling to manage groundwater pollution from surface water resources. Journal of Contaminant Hydrology, 2020, vol. 233. URL: https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2020.103662Чикин А.Л. Математическая модель ветровых течений в Керченском проливе // Вестник Южного научного центра РАН. 2009. Т. 5, № 2. C. 58–63.Smirnov A.M., Smirnov M.N., Moshkin S.S., Kovalenko M.V., Akim E.L. Vodopol'zovanie – realizaciya innovacionnyh idej. Cellyuloza. Bumaga. Karton, 2008, no. 8, pp. 66–72. (In Russ.)Gaimei G., Gang Ch. Mathematical modelling and application for simulation of water pollution accidents // Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 127. P. 189–196.Smirnov M.N., Lokshin Yu.H., Smirnov A.M., Akim E.L., Sovremennaya koncepciya vodopol'zovaniya na predpriyatiyah CBP. Cellyuloza. Bumaga. Karton, 2006, no. 6, pp. 66–74. (In Russ.)Lai Y.C. Tu, Y.T., Yang C.P., Surampalli R.Y., Kao C.M. Development of a water quality modeling system for river pollution index and suspended solid loading evaluation // Journal of Hydrology. 2013. Vol. 478. P. 89–101. URL: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.11.050Troyanskaya A.F. Nauchno-tekhnicheskie i pravovye aspekty predotvrashcheniya negativnogo vozdejstviya proizvodstva belenoj cellyulozy na okruzhayushchuyu sredu. Regional'naya ekologiya, 2018, pp. 111–124. (In Russ.)Shaymaa M., Arifah B., Zainal A.A., Darwish M. Solute transport modelling to manage groundwater pollution from surface water resources // Journal of Contaminant Hydrology. 2020. Vol. 233. URL: https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2020.103662Ying Z., Ashish Sh., Bellie S., Lucy M., Peng W., Jiping J. A Bayesian method for multi-pollution source water quality model and seasonal water quality management in river segments. Environmental Modelling & Software, 2014, vol. 57, pp. 216–226. URL: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.03.005Ying Z., Ashish Sh., Bellie S., Lucy M., Peng W., Jiping J. A Bayesian method for multi-pollution source water quality model and seasonal water quality management in river segments // Environmental Modelling & Software. 2014. Vol. 57. P. 216–226. URL: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.03.005Zhil'nikova N.A., Shishkin A.I., Epifanov A.V., Epifanova M.A. Algoritm upravleniya pereraspredeleniem tekhnogennoj nagruzki dlya territorial'nyh prirodnotekhnicheskih kompleksov na osnove geoinformacionnyh system. Informacionnoupravlyayushchie sistemy, 2017, no. 1 (86), pp. 93–101. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.