Расчет величины негативного воздействия на водный объект от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности на основе математического моделирования переноса загрязняющих веществ

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.

1. Епифанов А.В., Епифанова М.А. Алгоритм управления водоохранной деятельностью АО «Сегежский ЦБК» на основе математического моделирования // Вопросы радиоэлектроники. 2019. № 1(7). С. 106–109.

2. 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.

3. ИТС НДТ-1 Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона. М.: Бюро НДТ, 2015. С. 479. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200128661

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Троянская А.Ф. Научно-технические и правовые аспекты предотвращения негативного воздействия производства беленой целлюлозы на окружающую среду // Региональная экология. 2018. С. 111–124.

10. Фельзенбаум А.И. Теоретические основы и методы расчета установившихся морских течений. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 128 с.

11. Чикин А.Л. Математическая модель ветровых течений в Керченском проливе // Вестник Южного научного центра РАН. 2009. Т. 5, № 2. C. 58–63.

12. 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.

13. 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.2012.11.050

14. 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.2020.103662

15. Ying 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.2014.03.005