Разработка комплексных технологических решений повышения экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, доктор наук Графова Елена Олеговна

• Графова Елена Олеговна
• доктор наук
• 2022

Оглавление диссертации доктор наук Графова Елена Олеговна

ВВЕДЕНИЕ

1.1. Основные технологические процессы лесозаготовительных производств

1.2. Законодательные акты, регламентирующие степень отрицательного воздействия машин и технологий на лесную среду

1.3. Негативные факторы воздействия технологических процессов и машин на лесные экосистемы

1.4. Анализ исследований и технических решений по минимизации экологического ущерба технологий лесопромышленных производств на природную среду

1.5. Выводы по 1 главе

ГЛАВА 2. НЕЗАВИСИМАЯ ОЦЕНКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

2.1. Фитоиндикация как инструмент оценки состояния лесных экосистем

2.2. Определение признаков негативного воздействия на окружающую среду методами фитоиндикации

2.2.1. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми стоками лесного поселка Прионежском районе Карелии

2.2.2. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми отходами и стоками лесного поселка Кондопожском районе Карелии

2.2.3. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми стоками лесного поселка в Сегежском районе Карелии

2.3. Фитоиндикация территорий, загрязненных нефтепродуктами

2.4. Оценка негативного воздействия загрязнения участка сброса хозяйственно-бытовых стоков столовой лесного поселка

2.5. Вывод по 2 главе

ГЛАВА 3. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕСОВОЗНОГО ТРАНСПОРТА И ЛЕСНЫХ ДОРОГ

3.1. Разработка технико-технологических средств снижения негативного воздействия лесовозного транспорта на экологию придорожной территории

3.2. Разработка математической модели «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной инфраструктуры

3.3. Разработка методики расчета параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического очистного сооружения для применения на объектах лесопромышленной инфраструктуры

3.4. Исследование сорбционных свойств природных материалов

3.5. Разработка технологии производства сорбционных элементов из отходов деревообработки и верхового торфа

3.6. Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

4.1. Древесные отходы как основные факторы загрязнения окружающей среды

123

4.2. Возможности использования отходов деревопереработки для производства почвенных субстратов

4.3. Разработка технологии комплексного получения почвенного субстрата на участке лесосеки

4.4. Разработка технологии комплексного получения почвенного субстрата на предприятии деревообработки

4.5. Исследование по выращиванию хвойных культур на полученном

субстрате

4.5. Выводы по 4 главе

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ЛЕСНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И ЛЕСНЫХ ПОСЕЛКАХ КАК «ГОРЯЧИХ» ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТОЧКАХ

5.1. Комплексные решения по снижению экологической безопасности при накоплении хозяйственно-бытовых и промышленных отходов

5.1.1. Применение метода биодеструкции

5.1.2. Исследование процесса рекультивации органо-жировых загрязнений методом биодеструкции

5.2. Ресурсосберегающая технология комплексной циркуляционной очистки нефтезагрязненных территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры биоразлагаемыми реагентами

5.3. Выводы по 5 главе

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВНЕДРЯЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

6.1. Технико-экономическое обоснование внедрения технологии получения почвенного субстрата из некондиционных древесных отходов предприятий деревообработки

6.1.1. Производство почвенных субстратов в открытых буртах с арендой техники на территории предприятия

6.1.2. Производство почвенных субстратов в открытых буртах с приобретением техники

6.1.3. Производство почвенных субстратов с применением технологии пневматической аэрационной биодеструкции

6.2. Комплексные решения по снижению экологической безопасности при накоплении хозяйственно-бытовых и промышленных отходов на лесосеках

6.3. Комплексные решения по снижению экологической безопасности при накоплении хозяйственно-бытовых и промышленных отходов на предприятиях

деревообработки

6.3. Вывод по 6 главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

Приложение З

Приложение И

Приложение К

Приложение Л

Приложение М

Приложение Н

Приложение О

Приложение П

Приложение Р

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплексных технологических решений повышения экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Снижение негативного влияния техники и технологий лесозаготовительного и лесоперерабатывающего производств на лесную среду является одной из важнейших задач рационального неистощимого природопользования. Процессы лесозаготовки, транспортировки древесины, первичной деревообработки изначально оказывают негативное воздействие на окружающую природную среду.

Такое воздействие начинается с организации лесосечных работ, включая подготовительные, основные и вспомогательные операции. Каждый последующий технологический этап лесозаготовок привносит свои негативные факторы воздействия, которые порой мало изучены и остаются не нейтрализованными. На сегодняшний день в отечественной и зарубежной научной литературе наиболее подробно изучены такие негативные последствия лесозаготовительных процессов на лесную среду, как обезлесивание, снижение биоразнообразия, повреждения древостоев лесозаготовительной техникой при выборочных рубках и рубках ухода, нарушение лесных почв и повреждения корневых систем растущих деревьев под воздействием колесных и гусеничных машин, складирование неиспользованных древесных отходов. Этой проблематике посвящены многочисленные исследования ученых АГАУ, ВГЛТУ, БГУ, МГУЛ, ПетрГУ, СПбГЛТУ, САФУ, СФУ, УГТУ, НИИ леса Финляндии, Шведского университета сельскохозяйственных наук, Технического университета Словакии и др. По результатам исследований предложены соответствующие технико-технологические решения, позволяющие максимально снизить уровень ущерба процесса заготовки древесины на лесную среду.

Анализ многочисленных научных источников и накопленный опыт по экологическому обследованию лесозаготовительных предприятий и лесных поселков европейского севера, включая Арктические зоны РФ, показывает, что негативное воздействие лесных производств на окружающую среду следует

рассматривать в более широком аспекте, чем непосредственно лесозаготовительный. Результаты обследований и проводимый мониторинг экологической ситуации выявили дополнительные негативные факторы, которые ранее не учитывались или недостаточно исследовались при оценке экологической ситуации на предприятиях лесной инфраструктуры, а именно: загрязнение лесных площадок хранения и обслуживания техники и придорожных территорий лесных дорог остатками топлива, масел и прочих нефтесодержащих веществ; многолетние накопленные склады отходов переработки древесины вблизи лесных предприятий; несанкционированные свалки у территорий лесных поселков. Сегодня эти факторы оказывают крайне негативное воздействие на лесные экосистемы, соизмеримое или превышающее уровень отрицательного воздействия самих лесосечных работ. Остатки нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов смываются дождями в теплое время года (или аккумулируются в снегу и после таяния выносятся талыми водами), загрязняя болотные и водные объекты ранимых северных и арктических территорий. Длительное хранение древесных отходов, в первую очередь коры и опилок, в отвалах приводит к загрязнению территорий, нарушению санитарного состояния и биологического равновесия между отдельными звеньями биоценозов. Серьезную опасность для окружающей среды представляют накопленные бытовые отходы несанкционированных свалок и стоки водоотводных систем лесных поселков и предприятий. Загрязнённые образующимися при разложении отходов фильтрационные воды и биогаз проникают в растительный почвенный покров вызывая его деградацию. Образованные свалки стали «горячими» экологическими точками накопленного экологического ущерба и требуют создания новых методов и технологий для их ликвидации с рекультивацией поврежденных территорий.

Предприятия лесопромышленного комплекса, являющиеся юридическими лицами, осуществляющими свою производственную деятельность на определенной территории, оказывая негативное воздействие на компоненты лесной среды несут за это ответственность перед государством. Основные положении о недопущении негативного воздействия в процессе лесозаготовок и

иных производственных работ представлены в ст. 40, п.3; ст. 49; п. 1, ст. 51, п.2 Федерального закона №°7-ФЗ «Об охране окружающей среды», в ст.60.12, п.2; 60.14 Лесного кодекса Российской Федерации, ст. 50.7 СП 155.13130.2014 Склады нефти и нефтепродуктов. Отсутствие контроля со стороны природоохранных служб за деятельностью предприятий часто приводит к накоплению негативных последствий. Одним из механизмов реализации правовой охраны природы является оценка воздействия намечаемой хозяйственной на окружающую среду, а также желание предприятий осуществлять сертификацию продукции в соответствии с Российским национальным стандартом добровольной лесной сертификации по схеме FSC может служить эффективным рычагом рационального природопользования и сохранения окружающей среды, приводит к необходимости поиска методов и технологий снижения негативного воздействия на окружающую среду объектами лесопромышленной инфраструктуры.

Степень проработанности темы исследования. Значительный вклад в область исследований технико-технологических, организационных и экологических аспектов лесозаготовительных работ внесли ученые и специалисты АГАТУ, ВГЛТУ, ЦНИИМЭ, СПбГЛТА, МГУЛ, ГНЦлеспром, ВГЛТУ, ПГТУ, ПетрГУ, КарНИИЛП, САФУ, УГЛТУ и др. НИИ и вузов страны. Основные технологические этапы процессов лесопромышленных производств глубоко рассмотрены такими учеными, как Бартенев И.М., Виноградов Г.К., Кочегаров В.Г., Шегельман И.Р., Ширин Ю. А. Анализ литературных источников свидетельствует о несомненном негативном воздействии процессов заготовки, транспортировки и переработки древесины на лесные экосистемы. Значительная часть воздействий достаточно глубоко изучена с проработкой технико-технологических мероприятий по снижению их уровня до приемлемых величин: воздействие лесозаготовительных машин на почвенный покров, корневые системы, древостой, загрязнение воздуха, образование древесных отходов. Внедрение рекомендаций, полученных российскими и зарубежными учеными в этой области дало существенный результат для разработки экологически-ориентированных

технологических процессов и машин для лесозаготовок. Детальный анализ технологических процессов, реализуемых на каждом этапе производства с учетом разрозненности расположения объектов лесопромышленной инфраструктуры свидетельствует о том, что ряд отрицательных факторов негативного воздействия упускается, и не оценивается с точки зрения влияния на лесные экосистемы: загрязнение нефтепродуктами, образующимися в результате проливов и аварий на стоянках, пунктах заправок и хранения топлива, образование нефтезагрязненных стоков после дождей и мойки техники; воздействие свалок древесных и бытовых отходов и сточных вод лесных предприятий и поселков; загрязнение водных объектов нефтезагрязненными стоками. Все эти «новые» факторы наносят существенный вред лесным экосистемам в процессе строительства и эксплуатации лесных дорог, лесозаготовительных и сопутствующих им процессов. Несмотря на ужесточение природного законодательства, выявленные факторы, в настоящий момент, оказались малоизученными при рассмотрении вопросов оценки воздействия лесной инфраструктуры и технологий на лесную среду. Отсутствие комплексного экологического подхода при оценке многофакторного воздействия лесной промышленности на экосистемы, отсутствие и низкая степень изученности методов и средств нейтрализации негативных последствий выявленных факторов в лесопромышленной сфере, свидетельствует о необходимости проработки решений выявленных проблем

Фундаментальной проблемой, на решение которой направлена работа, является повышение экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры.

Цель и задачи исследования. Разработка инженерных методов и комплексных технических решений обеспечения экологической безопасности лесозаготовительных и лесоперерабатывающих производств и повышения эффективности использования древесных отходов.

Поставленная цель обеспечивается решением следующих задач:

1. Разработать классификацию факторов негативного воздействия на окружающую среду объектами лесопромышленной инфраструктуры.

2. Выявить и обосновать подходы определения степени негативное воздействие выявленных факторов на окружающую лесную среду.

3. Исследовать особенности формирования нефтяных загрязнений на участках лесных дорог, проездов, территорий автозаправок и хранения ГСМ, стоянок техники и обосновать параметры гидротехнического очистного сооружения, препятствующего загрязнение окружающей среды.

4. На основе выявленных параметров, разработать модель процесса снижения негативного воздействия на окружающую среду нефтепродуктов и нефтестоков, образованных на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

5. Разработать методику расчёта параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического очистного сооружения для участков лесных дорог, проездов, территорий заправок и хранения ГСМ, стоянок техники.

6. Разработать технологию производства сорбционных элементов для гидротехнических сооружений из отходов деревообработки.

7. Разработать технологию переработки лесосечных отходов на участке лесосеки для получения почвенного субстрата, повышающего продуктивность лесных культур.

8. Разработать технологию получения почвенного субстрата из некондиционных древесных отходов предприятий деревообработки для получения почвогрунта, используемого для выращивания саженцев, рекультивации нарушенных лесных территорий и лесовосстановления.

9. Разработать экологически безопасную технологию рекультивации лесных труднодоступных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами и стоками, исключающую применение машин и механизмов.

10. Разработать ресурсосберегающую технологию очистки загрязненных нефтепродуктами территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры.

Объектами исследования являются элементы лесопромышленной инфраструктуры и технологические процессы, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использован системный подход, проведение теоретических, лабораторных и полевых исследований, функционально-технологический анализ, методы вероятностно-статистического анализа, математической статистика, методы математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в разработке методов и технологических решений обеспечения экологической безопасности и повышения эффективности использования древесных отходов:

1. Впервые классифицированы разобщенные факторы негативного воздействия на окружающую среду объектов лесопромышленной инфраструктуры.

2. Сформулирован научный подход к определению признаков негативного воздействия на окружающую среду методом фитоиндикации.

3. Обоснованы параметры и конструкция гидротехнического очистного сооружения, препятствующего загрязнению окружающей среды нефтепродуктами и нефтестоками на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

4. Разработана математическая модель «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

5. Разработана методика расчета параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического сооружения для участков лесных дорог, проездов, территорий заправок и хранения ГСМ, стоянок техники.

6. Разработана технология производства сорбционных элементов из отходов деревообработки и модифицированного верхового торфа для применения в гидротехнических очистных сооружениях.

7. Разработана технология комплексного биотермического разложения лесосечных и хозяйственно-бытовых отходов на участке лесосеки для получения почвенного субстрата, повышающего продуктивность лесных культур.

8. Разработана технология комплексной переработки некондиционных древесных и хозяйственно-бытовых отходов предприятий деревообработки методом пневматического аэрационного биотермического разложения для получения почвенного субстрата, используемого для выращивания саженцев, рекультивации нарушенных лесных территорий и лесовосстановления.

9. Разработана экологически безопасная технология комплексной рекультивации лесных труднодоступных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами и стоками, методом аэрационной биодеструкции привнесенными биоэнзимами, исключающую применение машин и механизмов

10. Разработана ресурсосберегающая технология комплексной циркуляционной очистки нефтезагрязненных территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры биоразлагаемыми реагентами.

Значимость для теории и практики. Результаты исследований позволяют принимать научно обоснованные решения по формированию экономически эффективных и экологически безопасных комплексных технологий снижения негативных экологических факторов воздействий объектов лесопромышленной инфраструктуры на лесные экосистемы: определять формы негативного воздействия методом биоиндикации, определять и устранить источники загрязнения нефтепродуктами, применяя методики расчета и конструкцию гидротехнических очистных сооружений, технологию очистки загрязненных участков, осуществлять выбор технологий, позволяющих производить почвенный субстрат на лесосеках для повышения продуктивности лесов, почвенный субстрат на территории предприятий деревообработки, использовать эффективные технологии рекультивации лесных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами. Результаты исследований могут быть использованы научными, проектными, предприятиями лесопромышленной инфраструктуры для

повышения экологической безопасности при проектировании и эксплуатации лесопромышленных объектов.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован системный подход, проведение теоретических, лабораторных и полевых исследований, функционально-технологический анализ, методы вероятностно-статистического анализа, математической статистика, методы математического моделирования.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Классификация факторов негативного воздействия на окружающую среду объектов лесопромышленной инфраструктуры.

2. Научный подход к определению признаков негативного воздействия на окружающую среду методами фитоиндикации.

3. Конструкция и параметры гидротехнического очистного сооружения, препятствующего загрязнению окружающей среды нефтепродуктами и нефтестоками объектов лесопромышленной инфраструктуры.

4. Математическая модель «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

5. Методика расчета параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического очистного сооружения для участков лесных дорог, проездов, территорий заправок и хранения ГСМ, стоянок техники.

6. Технология производства сорбционных элементов из отходов деревообработки и модифицированного верхового торфа для применения в гидротехнических очистных сооружениях.

7. Технология комплексного биотермического разложения лесосечных и хозяйственно-бытовых отходов на участке лесосеки для получения почвенного субстрата, повышающего продуктивность лесных культур.

8. Технология комплексной переработки некондиционных древесных и хозяйственно-бытовых отходов предприятий деревообработки методом

пневматического аэрационного биотермического разложения для получения почвогрунта, используемого для выращивания саженцев, рекультивации нарушенных лесных территорий и лесовосстановления.

9. Экологически безопасная технология комплексной рекультивации лесных труднодоступных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами и стоками, методом аэрационной биодеструкции привнесенными биоэнзимами, исключающую применение машин и механизмов

10. Ресурсосберегающая технология комплексной циркуляционной очистки нефтезагрязненных территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры биоразлагаемыми реагентами.

Достоверность исследований. Достоверность результатов исследований обусловлена использованием современного математического аппарата, сочетающего методы системного анализа и исследования операций, при составлении алгоритмов использовались методы линейного, дискретного, динамического и эволюционного программирования. Разработка программного комплекса для реализации практического использования предложенных методов производилась на основе современных подходов проектирования программных систем. Работоспособность и эффективность разработаных в диссертации моделей и реализущих их алгоритмов подтверждается успешным внедрением соотвествующего программного комплекса на предприятие отрасли.

Реализация работы. Основные результаты работы использованы в рамках сотрудничества с организациями, проектирующими лесные дороги и мосты ООО «Геолайн» и ООО «Геопроект» - внедрена методика параметров и периодичности эксплуатации гидротехнических очистных сооружений для очистки поверхностных нефтезагрязненных стоков с применением «сухого» многослойного фильтрования при подготовке проектной документации, прошедшей государственную экологическую экспертизу в количестве 305 комплектов для 12 участков дорог в период 2009 - 2011 года; разработан и внедрен технический регламент нормативного содержания гидротехнических очистных

сооружений поверхностного стока с автодорог, включенных в содержание ФКУ Упрдор «Кола» - на двух участках автодорог, и установлены 72 сооружения на 7 участках автодорог в период 2009-2011, которые эксплуатируются по сей день, в рамках сотрудничества со строительной дорожной компанией ООО «Технострой», разработанные гидротехнические очистные сооружения внедрены на автостоянках, предприятиях энергетического комплекса, лесопромышленных предприятиях.

Технологии комплексного повышения экологической безопасности переработки хозяйственного бытовых и древесных отходов и стоков были проработаны на ряде предприятий в рамках проекта КА526 «Снижение негативного антропогенного влияния на экосистему Ладожского озера» (20122013), КА 4020 «Улучшение экологической ситуации региона путем валоризации муниципальных и промышленных осадков (отходов) сточных вод», проекта КА 10020 «Устойчивое управление сточными водами в Карелии и Каяни» (Финляндия), проекта КА 10013 «Устойчивое управление от-ходами в Карелии и Каяни» (Финляндия), проекта КА 11000 «Обновление концепций управления осадком в региональных городах» выполняемого в соответствии с Программой приграничного сотрудничества Россия - ЕС в рамках Европейского инструмента соседства и партнёрства «Карелия» между российскими и финскими партнерами.

В рамках выполнения НИР разработана региональная программа обращения с отходами, в том числе с ТКО, на территории Республики Карелия, направленной на снижение объемов и темпов накопления экологического ущерба, ликвидацию накопленного ущерба окружающей среды, расширение возможностей вовлечения образующихся отходов в экономический оборот в 2017 году (госконтракт № 0106200001417000015).

Получены рекомендации по применению разработанных комплексных технологий повышения экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры Министерством природных ресурсов и экологии Республики Карелия.

Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет». Разработанные технические решения признаны Роспатентом патентоспособными.

В ходе апробации подтвержден комплексный экономический эффект от реализации разработанных технологий.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

1.1. Основные технологические процессы лесозаготовительных производств

Содержание раздела основано на анализе уровня научной проработки вопросов влияния технологических и производственных процессов лесопромышленной инфраструктуры на окружающую среду. Полученные выводы и результаты положены в основу постановки цели и задач исследований, представленных во введении.

Огромный вклад в область исследований лесозаготовительных работ внесли ученые и специалисты АГАТУ, ВГЛТУ, ЦНИИМЭ, СПбГЛТА, МГУЛ, ГНЦлеспром, ВГЛТУ, ПГТУ, ПетрГУ, КарНИИЛП, САФУ, УГЛТУ и др. НИИ и вузов страны. Основные технологические этапы процессов лесопромышленных производств рассмотрены такими учеными, как Виноградов Г.К., Кочегаров В.Г., Ширин Ю. А., Шегельман И.Р., Бартенев И.М., Сюнёв В.С. [79, 162, 176-180, 4, 29, 49, 40, 83, 93, 92, 122, 124, 138, 172, 175, 183].

Анализ литературных источников по исследованию и разработке технологических процессов лесозаготовительных производств показал, что основные принципы эффективности базируются на следующих положениях:

1. Обеспечение неистощимого лесопользования внедрением ресурсосберегающих технологий лесозаготовок и комплексного использования древесной фитомассы.

2. Повышение эффективности лесозаготовительного производства.

3. Применение экологически безопасных технологий, повышающих безотходность производства древесной продукции.

4. Оптимизация эффективности обработки древесины.

5. Повышение объемов использования древесных отходов на всех этапах образования.

Для лесозаготовок и получения продукции переработки древесины при использовании лесов создается лесная инфраструктура, которая содержится в состоянии, обеспечивающем эффективную эксплуатацию и сохранение полезных функций лесов. В эксплуатационных лесах предусматривается размещение инфраструктурных объектов: лесных дорог, проездов; квартальных просек; мостов; лесных складов; пожарных объектов и техники; цистерн, резервуаров наземных и подземных; сооружений противоэрозионных, гидротехнических; в том числе для лесозаготовки предусматривается размещение площадок производственных, складов горюче-смазочных материалов, лесопогрузочных пунктов, некапитальных строений и сооружение для бытовых нужд; гаражей для лесохозяйственных и лесозаготовительных машин; ремонтно-механических мастерских [6, 180].

Технологические операции лесозаготовок состоят из следующих основных процессов:

1. Строительство лесных дорог, проездов, усов. Может реализовываться при любых видах использования лесов, включая охранные, защитные и лесовоспроизводственные цели. Эффективности строительства и надежности функционирования транспорта леса, оценке воздействия лесных дорог на грунты в разных условиях, посвящены многие работы [3 - 5, 7, 34, 75, 82, 15, 181]. Основные принципы безопасности лесных дорог закладываются на стадии проектирования, реализуются при эксплуатации лесных дорог в зависимости от качества управления транспортно-эксплуатационными характеристиками лесовозных дорог, контроля скоростных режимов движения техники, совершенствовании подвижного состава.

В настоящее время строительством лесных дорог занимаются непосредственно лесозаготовительные или субподрядные организации дорожного строительства. Рост интенсивности освоения лесов на прямую зависит от наличия и качества лесной инфраструктуры (дорог, мостов и др.)

На сегодняшний день в лесном законодательстве Российской Федерации не отрегулированы вопросы строительства и содержания лесных дорог: дороги не отражены в схемах территориального планирования, права предприятий,

занимающихся строительством и эксплуатацией лесных дорог не регламентированы, что отражается на эффективности транспортировки древесины. При этом, объемы создания лесной инфраструктуры в России находятся на низком уровне и в обозримом будущем увеличатся незначительно.

2. Лесосечные работы - оказывают наибольшее воздействие на лесные экосистемы. Заготовка древесины является наиболее распространенным видом использования лесов, вовлекающего в процесс огромные площади лесов. Лесозаготовки преимущественно проводятся на основании аренды участков лесозаготовительными предприятиями на срок до 49 лет. Таким образом заготавливается 80% всего объема древесины на территории Российской Федерации, что составляет 232,5 млн. гектаров. Около 85 % заготавливается наиболее применяемым методом сплошных рубок, что составляет 52 % от используемых для этих целей лесов благодаря применению средств механизации (харвестеры, процессоры, форвардеры), повышающих производительность лесозаготовок, подробно описанных в работах авторов [10, 52, 53, 80, 176]. Также, немаловажным вопросом является проведение рубок ухода за лесом, рубок спелых и перестойных насаждений [37, 43, 85]. В связи со сплошностью лесных насаждений довольно остро стоит вопрос реализации санитарно-оздоровительных мероприятий в существующих лесных массивах, необходимых для сохранения лесов [81, 140, 166].

При транспортировке трелюемой древесины лесная техника оказывает влияние на почвы. При планировании работ учитывают ограничения машин по грузоподъемности, касательной силе тяги, сцеплению движителя с грунтом. Кроме того, существуют рекомендации по ограничению веса трелевочной машины с грузами по допустимости глубин колеи после первого прохода машины не превышающий 0,2 м. [16]

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Графова Елена Олеговна, 2022 год

Источник

20 м от 40 м от

источника источника Удаленность от источника, м

2

0

Рисунок 2.3 - Процент проективного покрытия злаками площади в связи с удаленностью от источника загрязнения

На основании проведенных исследований можно сделать выводы о преимущественном развитии здесь напочвенного покрова, характерного скорее для луговой растительности. Освещенность места произрастания, безусловно, оказывает также существенное влияние на видовой состав вблизи источника загрязнения стоками наблюдали крупные экземпляры злаков, которые здесь проходили полный цикл развития. Не ближе 20 м от зоны загрязнения начинался рост лесных растений, которые единично встречались даже на освещенной территории, однако хорошо развивались только под пологими древесных растений.

Результаты исследования хвои показал, что средняя длина хвои в контрольной зоне составила 1,41± 0,24 см, в непосредственной близости от источника загрязнений - 1,71±0,020 см. Точность исследования составила 1-1,5%, изменчивость признака 6-14% для загрязняемого насаждения то есть малая и средняя. Достоверность среднего значения более 4.

Средняя длина 100 шт. пар хвоинок ели возле источника загрязнения на 3230%- меньше, чем длина хвои в лесу, что говорит о достаточно сильном

воздействии загрязнения. Достоверность различия (^ для двух участков составила по сравнению с контролем для объекта 1 составила 2,57, для объекта 2 - 2,7, что достоверно на 15-ном уровне значимости.

Масса 100 пар хвоинок для объекта 1 составила 1,4 г, в то время, как масса в контрольном насаждении - 1,1 г, что на 20% меньше, на объекте 2 - соответственно 1,2 и 1,0, что на 20% менее.

Таким образом, влияние загрязнения сказывается в первую очередь на развитии ассимиляционного аппарата хвойных лесных пород, вблизи источника загрязнения наблюдалось существенное уменьшение размеров и массы хвои.

2.2.2. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми отходами и стоками лесного поселка Кондопожском районе Карелии

Для обследования территории, подвергающейся загрязнению хозяйственно-бытовым отходами и стоками, расположенных на окраине лесного поселка в лесной территории, проведены виды работ аналогичным методом (рисунок 2.4).

Административно бытовое здание

Рисунок 2.4 - Размещение пробных площадей при анализе влияния органических загрязнений на водные объекты методом фитоиндикации

В ходе исследований было проведено исследование на 7 пробных площадках, определялось проективное покрытие и видовой состав растений. В таблице 2.2 приведены результаты проективного покрытия растениями пробных площадей. На основании проведенных исследований по усредненным данным, были получены сведения о количестве и проективном покрытии основными видами живого напочвенного покрова площади рядом с источником загрязнения. Проанализировав данные по площадкам 1, 3 и 7 (схема площадок представлена на рисунке), получили, что рядом с выпуском хоз-бытовых стоков выше отметки распространения стока, произрастало порядка девяти видов растений (многие из них - единично). Максимальный процент проективного покрытия на разных площадках составили разные растения. Так, к примеру, в начале это был майник двулистный (Maianthemum bifolium L.), а к середине исследуемой территории его полностью сменила черника и зеленый мох (плеуроциум Шребера - Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.) В свою очередь к месту соединения стока с лесным ручьем, сменяет папоротник. На площадках, оказывающихся под воздействием загрязнений, произрастают шесть видов растений: на 2 растительность представлена единичными экземплярами черники, дикранум метловидный (Dicranum scoparium Hedw.) и хвоща лесного, на 5 и 6 более обильная растительность представлена в основном папоротником. На площадке, находящейся на удалении от источника загрязнения, растения черники, брусники и зеленых мхов полностью покрывают почву.

Лесные виды растительности на расстоянии 40 м от источника загрязнения составило 25% для майника двулистного (Maianthemum bifolium L.) и черники, 40% для папоротника.

Таблица 2.2 - Процент проективного покрытия площади основными видами живого напочвенного покрова

Видовой состав растений № пробной площади

1 2 3 4 5 6 7

Черника обыкновенная - Vaccinium myrtillus L. 10 5 10 10 10 0 25

Брусника обыкновенная - Vaccinium vitis-idaea L. 0 0 10 10 0 0 10

Вейник тростниковидный - Calamagrostis arundinacea (L.) Roth 0 0 0 5 5 0 0

Костяника каменистая - Rúbus saxátilis L. 0 0 0 0 0 3 3

Полевица собачья - Agrostsi canina L. 0 0 0 2 0 5 0

Седмичник европейский -Trientális europaea L. 0 0 0 0 5 0 0

Дикранум метловидный -Dicranum scoparium Hedw. 0 3 10 20 0 0 0

Майник двулистный -Maiánthemum bifólium L. 15 0 10 7 0 5 25

Хвощ лесной - Equisetum sylvaticum) L. 0 1 0 0 0 0 0

Орляк обыкновенный -Pterídium aquilínum (L.) Kuhn 3 0 0 6 20 30 25

Плеуроциум Шребера -Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt. 0 0 30 40 0 0 10

На участке с частичным затенением (20 м от источника загрязнения) наблюдали в среднем 10% площади проективного покрытия с лесными видами растений (рисунок 2.5). Вблизи источника загрязнения лесные виды не произрастали в связи с высоким загрязнением почвы, а также высокой степенью освещенности.

SP öS

(U 5

H •ü Q.

SC

о

30 25 20 15 10 5 0

Ii

Источник 20 м от 40 м от источника источника Удаленность от источника, м

□ Черника обыкновенная

□ Орляк обыкновенный

□ Майник двулистный

Рисунок 2.5 - Средний процент проективного покрытия лесными видами живого напочвенного покрова лесными растениями

Исследования за злаковой растительностью, представленной на разном удалении от источника загрязнения показали, что постепенно уменьшается участие основных видов злаковой растений, представленных здесь вейником тростниковидным (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) и полевицей. Причем процент проективного покрытия в целом достаточно высокий и составил по этим участкам от 80 до 11%. (рисунок 2.6). По мере удаления от них и под пологом древесных пород наблюдалось постепенное снижение их участия в составе травостоя.

Рисунок 2.6 - Средний процент проективного покрытия видами злаками живого

напочвенного покрова

После изучения состава мохового покрова пробных площадей выявлено, что выживаемость зеленых мхов, в целом, не зависела от освещенности, и их максимальное развитие наблюдалось в месте максимального влияния сброса стоков (рисунок 2.7). Так, в 40 и 20 м от источника загрязнения, процент проективного покрытия площади мхом плевроциумом Шребера - Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.) составил 20%, в то время как рядом с источником загрязнения около 40%. Дикранум метельчатый (Dicranum scoparium Hedw.), присутствующий на участках, покрывал площадь на 20% вблизи источника загрязнения и в 20 метровой зоне. Под пологом леса, в 40 м от источника загрязнения, его участие в составе составляло не менее 10%.

45

S9 40

£ 35

| 30 зс

° 25 ш

0 20 to

1 15

S 10

Источник 20 м от 40 м от источника источника Удаленность от источника, м

Дикранум метельчатый Плевроциум Шребери

5

0

Рисунок 2.7 - Средний процент проективного покрытия видами мхами

По ходу удаления от источника загрязнения заметно увеличение, как количества, так и видового состава растений. Так, на площадках, находящихся возле источника загрязнения, растения занимают менее тридцати процентов площади, а на площадках после соединения стока на удалении - более 70 %.

Таким образом, по мере удаления от источника загрязнения наблюдается увеличение присутствия видов живого напочвенного покрова, характерных для лесной растительности, в разы увеличивается их численность. Как и ожидалось, значительное количество видов живого напочвенного покрова было отмечено на

площадках, находящихся на удалении от источника загрязнения и на более богатых увлажненных почвах (площадки 4 и 7). После исследования массы живого напочвенного покрова по видам определен вес растительности (таблице 2.2).

По мере удаления от источника загрязнения, возрастает масса лесных видов, что, безусловно, говорит о влиянии богатых органикой стоков на состав напочвенного покрова. Вблизи источников загрязнения не только уменьшение количества видов живого напочвенного покрова, но и его размер и вес.

Таблица 2.2 - Абсолютно сухой вес растений основных видов живого напочвенного покрова, г

Видовой состав растений № пробной площади

1 2 3 4 5 6 7

Черника обыкновенная - Vaccinium myrtillus L. 2,9 1,2 24,5 3,7 3,8 0 0

Брусника обыкновенная - Vaccinium vitis-idaea L. 0 0 1,5 2,1 0 0 0

Вейник тростниковидный Calamagrostis arundinacea (L.) Roth 0 0 0 0,1 0,15 0 2,7

Костяника каменистая - Rúbus saxátilis L. 0 0 0 0 0 0,1 0,5

Полевица собачья - Agrostsi canina L. 0 0 0 0 0 0,3 0

Седмичник европейский - Trientális europaea L. 0 0 0 0 0,1 0 0

Дикранум метловидный -Dicranum scoparium Hedw. 0 0,8 1,2 27,0 0 0 0

Майник двулистный - Poa trivialis 0,8 0 0 1,6 0 1,2 0,4

Хвощ лесной - Equsetum arveuse L. 0 0,3 0 0 0 0 0

Орляк обыкновенный - Pteridium aquilinum.L. 0,4 0 0 0,9 7,1 14,0 13,8

Плевроциум Шребери Плеуроциум Шребера - Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt. 0 0 0,9 1,6 0 0 0

Итого 4,1 2,4 28,1 37,2 11,0 15,6 17,5

Исследования средней длины хвои ели европейской (Picea abies L.) составила, по данным исследований, 1,7± 0,011 см - в фоновом и участке рядом с источником загрязнения 1,37±0,012 см (таблица 2.3). Точность исследования составила менее 1%, изменчивость признака 6-9%, то есть малая. Достоверность среднего более 4, то есть средние величины размера хвои достоверны. Средняя длина 100 шт. хвои ели европейской рядом с источником загрязнения на 19% меньше, чем длина хвои ели в лесу. Достоверность различия двух показателей определяется с учетом коэффициента Стьюдента. Для длины хвои показатель оказался более 20,6. При его величине более 4 показатель правильности равен 1, то есть в 100 случаях из 100 хвоя Ели европейской (Picea abies) у источника загрязнения будет меньше хвои ели произрастающей в фоновых условиях. Вес в абсолютно сухом состоянии в фоновой лесной зоне составил 0,9 г, для площади рядом с источником загрязнения- 0,6 г. Различие веса составило 33 %.

Таблица 2.3 - Статистические показатели исследования длины хвои ели

Показатель Контроль (лес) Источник загрязнения

Среднее значение, см 1,70 1,37

Среднее отклонение, см 0,11 0,12

Ошибка, см 0,011 0,012

Изменчивость, % 6,35 8,77

Точность среднего, % 0,64 0,88

Достоверность среднего 157,41 113,99

Анализ полученный данных свидетельствует о негативном воздействии загрязнений на состояние: размер и массу Ели европейской (Picea abies), что подтверждает повышенное содержание азот в хвое по сравнению с фоновыми значениями. Содержание азота на 20% превысило показатели фоновых образцов.

2.2.3. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми стоками лесного поселка в Сегежском районе Карелии

Анализ состояния зоны загрязнения многолетним накоплением хозяйственно-бытовых отходов на лесную растительность проведен в лесном поселке, расположенном в Сегежском районе, методом фитоиндикации, путем исследования живого напочвенного покрова с шагом удаления от источника загрязнения 20 м. В ходе исследований заложены контрольные участки (1,0*1,0 (м) в соответствии со схемой (рисунок 2.8), на которых производились следующие мероприятия:

- на пробных площадках, с применением определителя растений Раменской, определен видовой состав растений живого напочвенного покрова и процентов проективного покрытия каждым из видов (таблица 2.4);

- определена масса каждого из видов растений в сыром и абсолютно сухом состоянии (таблица 2.5).

На основании проведенных исследований по усредненным данным, получены следующие результаты: основную массу растений составляют злаки (вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) и луговик), остальные растения либо присутствуют в единичном числе, либо занимают маленькую площадь, что может быть связано с их угнетением более высокой и густой злаковой растительностью.

Вблизи источника загрязнения наблюдается развитие луговика извилистого (площадка 1) максимальное проективное развитие получил луговик (60%), а также присутствуют в составе вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) лесной или тростниковидный, тысячелистник, клевер полевой, незабудка. Общее покрытие площади 69%.

На расстоянии 20 м от источника загрязнения максимально развиты: вейник, луговик и пижма, при общей площади проективного покрытия 90%. Видовой состав в зоне загрязнения существенно снижается (на 20%).

Рисунок 2.8 - Схема расположения пробных площадей лесного поселка

Таблица 2.4 - Процент проективного покрытия площади основными видами живого напочвенного покрова

Среднее проективное

Видовой состав растений покрытие, %

1 2 3

Вейник тростниковидный - Calamagrostis arundinacea L. 5 50 70

Луговик извилистый - Deschampsia flexuosa L. 60 20 10

Мышиный горошек - Vicia crocea L. 2 5 0

Пижма - Tanacetum vulgare L. 0 0 10

Клевер луговой - Trifolium pratense L. 2 0 0

Незабудка полевая - Myosotis arvensis (L.) Hill 2 0 0

Тысячелистник обыкновенный - Achillea 5 0 0

millefolium L.

Крапива двудомная - Urtica urens L. 0 0 5

Мать-и-мачеха - Tussilago farfara L. 0 5 0

Иван чай узколистный - Chamaenerion angustifolium L. 0 2 0

Осот полевой - Sonchus arvensis L., 0 2 0

Линнея северная - Linnaea borealis L. 0 5 0

Итого 76 89 95

На расстоянии 40 м от источника загрязнения наблюдаются преобладание луговых видов растений, в том числе: линнея северная, иван-чая, мать и мачеха, мышиный горошек. Из злаков наблюдается преимущественное развитие вейника тростниковидного (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) (50%) и луговика извилистого (20%) (рисунок 2.9).

По данным, полученным в ходе исследований, выявлено, что злаковая растительность является доминирующей на данной территории, и не наблюдается резких изменений в количественном составе других растений. Исследование массы живого напочвенного покрова по видам сделаны выводы о количестве трав, произрастающих около на данной территории.

Таблица 2.5 - Сухой вес растений основных видов живого напочвенного покрова, г.

Видовой состав растений № пробной площади

1 2 3

Вейник тростниковидный - Calamagrostis arundinacea L. 3,4 73,8 109,5

Луговик извилистый - Deschampsia flexuosa L. 33,3 9,1 1,2

Мышиный горошек - Vicia crocea L. 1,5 2,4 0

Пижма - Tanacetum vulgare L. 0 0 10,8

Клевер луговой - Trifolium pratense L. 0,5 0 0

Незабудка полевая - Myosotis arvensis (L.) Hill 0,1 0 0

Тысячелистник обыкновенный - Achillea millefolium L., 4,5 0 0

Крапива двудомная - Urtica mens L. 0 0 14,4

Мать-и-мачеха - Tussilago farfara L. 0 3,8 0

Иван чай узколистный - Chamaenerion angustifolium L. 0 5,0 0

Осот полевой - Sonchus arvensis L., 0 5,4 0

Линнея северная - Linnaea borealis L. 0 2,0 0

Рисунок 2.9 - Вес вейника тростниковидного (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) и луговика извилистого, г

Преобладание злаковой растительности на объекте может говорить о неблагоприятных факторах, связанных с загрязнением, однако растительность, более характерная для лугов и заболоченных площадей, свидетельствует об умеренном плодородии почвы, что также связывается с воздействием на почву органических загрязняющих веществ.

Таким образом, анализ тенденций произрастания растений в зоне влияния загрязнений хозяйственно-бытовыми отходами и стоками формирует ореол загрязнения, который со временем расширяется. Скорость расширения ореола загрязнения зависит от интенсивности загрязнения.

Общая динамика произрастания видов при удалении от источника загрязнения представлена на рисунке 2.10.

\р

ÖV

<U

s

I-

Z а ¡c о с ai о

i-

¡c <u o a

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10

Обобщенная динамика произрастания видов при удалении от источника загрязнения

й.|| Iii!»

Источник

20 м от-источника

40 м от-источника

Удаленность от источника, м

Черника обыкновенная ■ Орляк обыкновенный Плевроциум Шребери ■ Черника обыкновенная Майник двулистный ■ Полевица тонкая Вейник тростниковидный ■ Полевица тонкая

Дикранум метельчатый Орляк обыкновенный I Пырей ползучий Овсяница овечья

Рисунок 2.10 - Общая динамика произрастания видов при удалении от

источника загрязнения

На основании проведенных исследований можно выявить общие признаки загрязнения хозяйственно-бытовыми отходами и стоками:

1. Наблюдается уменьшение количества видов растений, попадающих под прямое воздействие загрязнений на 30-50%. Наблюдается гибель чувствительных видов растений, подроста.

2. Уменьшается площадь проективного покрытия большинства видов растений.

3. Снижается масса растений.

4. Происходит защелачивание и засоление почв.

5. Эффективно произрастают на загрязненных территориях луговик извилистый (Deschampsia flexuosa L.), овсянница овечья (Festuca ovina), вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth).

6. В ряде случаев, наилучшую толерантность к загрязнению проявляют мхи - такие как дикранум метловидный (Dicranum scoparium Hedw.)

7. Параметрические характеристики хвои хвойных пород, таких как ель европейская (Picea abies) свидетельствуют о уменьшении длины, ширины и массы хвои, что говорит о снижении продуктивности.

8. Лесные светолюбивые растения, такие, как брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.), черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus L.), отсутствуют или крайне угнетены, также как и вереск обыкновенный (Calluna vulgaris), орляк обыкновенный (Pteridium aquilinum.L.).

2.3. Фитоиндикация территорий, загрязненных нефтепродуктами

Оценка воздействия нефтепродуктов на окружающую почвенно-растительную среду проводилась на типовых лесных заправочных пунктах. Тип окружающего леса - ельник черничный. Степень загруженности лесной дороги средняя. Заправочный участок освобожден от лесных насаждений в радиусе 20 м. Сбор материала осуществлен с двух объектов: а) автозаправочный пункт в Прионежском районе; б) автозаправочный пункт Кондопожский районе, производился в течение одного сезона вегетации, в период максимального развития вегетативных частей растений.

Рисунок 2.11 - Схема закладки площадок на пунктах заправки техники а) анализ воздействия проведен методом фитоиндикации путем исследования живого напочвенного покрова с шагом удаления от источника загрязнения. В ходе исследований заложены контрольные участки (1,0 х1,0 (м) с шагом 5 м от источника загрязнения по трем направления по направлению к склону

□ □ □ □ □

территории в соответствии с рисунком 2.11. Данные проективного покрытия района обрабатывались в программе Microsoft Ехсе1.

Результаты исследования живого напочвенного покрова по проценту проективного покрытия вблизи заправочного участка в Прионежском районе приведены на рисунке 2.12 - 2. 14.

18 ч 16

I 14

12 10 8 6 4 2

15,7

13,7

2'7 2

071 rn

11

5 10 15

Расстояние от АЗС, м

20

□ Кислица обыкновенная

□ Черника обыновенная ■ Земляника каменная

5

0

1

Рисунок 2.12 - Средний процент проективного покрытия площади по лесным видам растений с удалением от источника загрязнения

Рисунок 2.13 - Средний процент проективного покрытия площади по зеленым мхам с удалением от источника загрязнения

Рисунок 2.14 - Средний процент проективного покрытия площади по злакам, иван-чаю, хвощу с удалением от источника загрязнения

Анализ полученных данных проективного покрытия демонстрирует следующее: лесные растения, такие как черника обыкновенная, кислица, земляника лесная вблизи АЗС не произрастают, что говорит об их угнетении. Рост отмечается на расстоянии 10 м от АЗС при частичном затенении площади и под пологом леса. Эти лесные виды растений могут служить индикатором загрязнения. Их появление свидетельствует о появлении лесного типа растительности и чистых почв на расстоянии 20 м от АЗС (рисунок 2.15).

Разнотравье имеет нестабильное размещение по исследуемой площади -процент покрытия чередуется повышением и снижением. Процент покрытия площади хвощом луговым, по мере удаления от территории АЗС, увеличивается с 5 до почти 14%, при этом под пологом деревьев он практически отсутствует. Хвощ является индикатором кислых почв, и его присутствие свидетельствует о подкислении почвы нефтепродуктами.

Иван-чай встречается только близ АЗС, покрывая площадь в среднем на 23% и занимает почти половину площади площадки. Он, как правило, произрастает по относительно богатым почвам при хорошем освещении, на расстоянии 5-15 м

от АЗС процент покрытия им площади составляет 9-11%. При приближении к опушке леса иван-чай выпадает из состава.

Вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) растет, как правило, на хорошо освещенных площадях. Он способен расти при существенном загрязнении почвы, что и обусловил его развитие до 30% площади проективного покрытия вблизи АЗС. Рядом с пологом леса этот светолюбивый вид злака уменьшает процент проекции покрытия до 7%.

Зеленые мхи, представленные дикранум метельчатым (Dicranum scoparium Hedw.) и плевроциумом Шребера (Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.), вблизи АЗС произрастают, покрывая учетную площадь в сумме на 66% (рисунок 2.17). По мере удаления от АЗС, ниже по склону, они покрывают на 100% учетную площадку. Это обусловлено почвенными условиями. Удаляясь, они покрывают всю исследуемую площадь, особенно хорошо развиваются, начиная с 15 м от АЗС. При значительном увлажнении почвы зеленые мхи покрывают в сумме 100% почвы.

б) фитоиндикация воздействия нефтяных загрязнений на автозаправочном участке в Кондопожском районе также проведена исследованием живого напочвенного покрова на по проценту проективного покрытия, результаты представлены на рисунках 2.15 - 2.18.

Рядом с АЗС, встречаются лесные виды: черника обыкновенная (5,7% покрытия площади) и кислица обыкновенная (4%). Кроме них, на хорошо освещенной площадок от 1 до 15 м от АЗС встречается кислица (рисунок 2.15).

25

ЧР

* 20 ш

Н •О

& 15

10

& 5

□ Черника обыкновенная

□ Брусника обыкновенная ■ Кислица обыкновенная

5

10

15

20

Расстояние от АЗС, м

0

1

Рисунок 2.15 - Средний процент проективного покрытия площади с удалением от источника загрязнения по лесным видам растений

Рисунок 2.16 - Процент проективного покрытия растениями площади с удалением от источника загрязнения по лесному разнотравью

90

80

вТ 70 и

2 60 а

¡2 50 е

о 40 <о

^ 30 зс

е

& 20 С

10 0

24

59,3

52

50,3

34,%2,3

5 10 15

Расстояние от АЗС, м

82,3

17,

20

□ Дикран метельчитый

□ Плевроциум Шребера

1

Рисунок 2.17 - Процент проективного покрытия площади с удалением от источника загрязнения по зеленым мхам

Рисунок 2.18 - Средний процент проективного покрытия площади с удалением от

источника загрязнения по злакам и хвощам

Наличие лесных видов растений свидетельствует о незначительном загрязнении почвы продуктами нефтепереработки. Исчезновение брусники обыкновенной (УасеМыт vitis-idaea Ь.) на расстоянии 20 м и увеличение процента покрытия площади кислицей до 10,6% свидетельствует о достаточно влажных с

хорошим дренированием плодородных почвах, под затененной кронами растущих деревьев. Кроме лесных видов, здесь встречается достаточно большое количество разнотравья, характерного для лесной растительности. Это в первую очередь майник двулистный (Maianthemum bifolium L.), ландыш майский (Convallaria majalis L.) (рисунок 2.17). Звездчатка средняя, являясь сорным растением, прекрасно чувствует себя на хорошо увлажненных почвах. Ее процент проективного покрытия уменьшается с уменьшением освещенности с 8,7 до 3,7%. При этом увеличивается с увеличением затенения процент покрытия площади ландышем с 0,7 до 3% и майника двулистного (Maianthemum bifolium L.) с 1 до 3%. Зеленые мхи произрастают на всей исследуемой площади, отличается только процент покрытия ими площади. Так, дикранум метловидный (Dicranum scoparium Hedw.) несколько уменьшает участие в составе живого напочвенного покрова с 3424 до 18%, а плеуроциум Шребера (Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.), наоборот, существенно увеличивает, с 52-32% до 82%. Исследование развития живого напочвенного покрова злаками и хвощем показало, что вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) присутствует на всех учетных площадках (рисунок 2.18). Тем не мене, этот злак достаточно эффективно произрастает вблизи источника загрязнения и процент проективного покрытия в среднем составляет 5 и 11%. Вейник тростниковидный не испытывает какого-либо угнетения как со стороны освещенности, так и от наличия загрязнений нефтепродуктами. Наличие хвощей в составе связано, скорее всего, с увлажнением почвы.

Также проведено исследование размеров хвои ели европейской (Picea abies L.) Исследование размеров хвои ели европейской выполнены на обоих участках воздействия нефтепродуктов. Также отбор производился на фоновой территории, исключающем воздействие нефтепродуктов. Исследованы длины 100 шт. хвоинок, собранных с деревьев ели европейской.

После статистической обработки получены сведения по средней длине, ширине хвоинок и их площади, представленные в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Средние биометрические показатели хвои ели европейской

Показатели Длина, мм Ширина, мм Площадь одной хвоинки, мм2

АЗС Прионежский р-н 11,9±0,11 0,99±0,01 23,56

АЗС Кондоподский р-н 7,8±0,12 0,96±0,01 14,98

Контроль 17,9±0,31 1,90±0,01 68,02

Средняя длина хвои Ели европейской (Picea abies L.) с фоновыми образцами (контроль) и растущей близ АЗС существенно отличалась. Относительно контроля хвоя ели европейской (Picea abies L.) близ АЗС в Прионежском районе на 33% меньше, а растущая близ АЗС в Кондопожском районе на 56% меньше (таблица 2.7). При этом средние значения были достоверны (величина достоверности среднего более 4). Следует отметить, что размеры собранных хвоинок имели малую и среднюю изменчивость (8,8 < 10% в Прионежском районе и 14 - 16 < 30% в Кондопожском районе. Точность опыта во всех измерениях составила 1-2%. После расчета коэффициентов Стьюдента установлено, что различие между контрольными растениями и растущими близ АЗС, статистически достоверно (tSt>3).

Таблица 2.7 - Значения коэффициента Стьюдента для морфометрических показателей хвои

Прионежск. р-н Кондопожск. р-н Контроль

Длина хвои

Прионежский р-н 25,1 18,1

Кондопожский р-н 25,1 30,6

Ширина хвои

Прионежский р-н 2,1 65

Кондопожский р-н 2.1 67,1

Исследования по ширине хвои показали, что средние значения на загрязненных участках отличаются от контроля практически в 2 раза. Изменчивость малая (менее 10%). Точность расчета результатов по всем объектам составила 1%. Во всех случаях ширина хвои достоверно различалась с контрольными замерами (табл. )., на 100%-ном уровне значимости и между двумя АЗС на 5%-ном.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно выявить общие признаки загрязнения нефтепродуктами:

1. Наблюдается уменьшение количества видов растений, попадающих под прямое воздействие загрязнений и гибель чувствительных видов растений, подроста.

2. Уменьшается площадь проективного покрытия большинства видов растений.

3. Снижается масса растений.

4. Происходит закисление почв.

5. Наилучшую толерантность к загрязнению проявляют мхи - такие как дикранум металловидный (Dicranum scoparium Hedw.)

6. Параметрические характеристики хвои хвойных пород, таких как ель европейская, свидетельствуют об уменьшении длины и ширины хвои, что говорит о снижении продуктивности.

7. Лесные светолюбивые растения, такие, как брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.), черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus L.), вереск обыкновенный (Calluna vulgaris L.), кислица отсутствуют или крайне угнетены.

2.4. Оценка негативного воздействия загрязнения участка сброса хозяйственно-бытовых стоков столовой лесного поселка

В связи с ограниченными данными, автором проведены исследования по анализу загрязнения участка сброса хозяйственно-бытовыми стоками с содержанием пищевых жиров от столовой лесного поселка, обнаруженные в процессе инспекционной работы ГКУ РК «Сегежское центральное лесничество». Продолжительное воздействие загрязнений привело к полному уничтожению и трансформации верховой растительности. Часть древостоя погибло, травяно-кустарничковый и моховой ярусы накрыты слоем отходов. Сохранились частично кочки осок. Средняя глубина слоя верхового торфа по болоту 40 -50 см, максимальная - до 100 см (таблица 2.8). В месте выпуска стоков от форелевого хозяйства, наблюдается слой органического загрязнения жироподобного типа с резким запахом. Слой отходов покрывает часть территории болота с максимальной высотой слоя (0,2 м) у места выпуска и постепенно уменьшающегося до ноля (таблица 2.8).

Таблица 2.8 - Результаты промеров глубины залежи болота

Точка замера Степень загрязнения Глубина обнаружения следов органических остатков, см Слой органических поверхностных отложений, см УГВ, см

1 Слабо загрязненный участок 50 - Канава с водой

Сильно

2 загрязненный участок 95 - -15

Участок с

3 погибшей растительностью 80 - -10

Сильно

4 загрязненный участок 70 15 -10

Точка замера Степень загрязнения Глубина обнаружения следов органических остатков, см Слой органических поверхностных отложений, см УГВ, см

5 Максимально загрязненный участок 50 20 -1

6 Максимально загрязненный участок 70 20 -7

Согласно данным таблицы 2.8, наибольший слой загрязненных отходов наблюдается на части участка, расположенного в непосредственной близости к источнику загрязнения. Глубина обнаружения следов органических остатков достигает 0,95 м. Территория участка разбита на подзоны (рисунок 2.19).

Рисунок 2.19 - Картирование учета загрязнений нарушенного участка

На части участка полностью погиб древостой, а травяно-кустарничковый и моховой ярусы накрыты слоем отходов. Сохранились частично кочки осок водной и сизой (Carex aquatilis, C. cinerea). Сплошной слой отходов занимает около 1/3 участка у источника загрязнения. При удалении от источника фрагментарно сохранилась травянистая растительность. По мере удаления от источника загрязнения проективное покрытие осок возрастает, и к появляются сплошные заросли осоки вздутой (Carex rostrata), среди нее также осоки струн-нокоренная (C. chordorrhiza) и магелланская (C. paupercula), сабельник (Comarum palustre), пушица (Eriophorum vaginatum). Поврежденный живой подрост березы (Betula pendula) наблюдается, начиная со средней, не затронутой отходами части участка, а в его нижней части жизненность березы сохранена. При этом мох уничтожен на всей площади участка, в нижней части отмечаются лишь небольшие единичные пятна сфагновых и гипновых мхов (Sphagnum spp., Warnstorfia sp.). Сформированный слой отходов производства представляет собой непригодный для роста растений субстрат, а погребенный под ним торф не может служить субстратом ввиду того, что он изолирован от доступа воздуха и питательных веществ. В нижней части болота, не покрытые слоем отходов, но испытывающей их воздействие через болотные воды, осоки продолжают успешно расти. В удовлетворительном состоянии находится и поросль березы. Это свидетельствует о том, что в настоящий момент токсическое воздействие отходов недостаточно сильно для гибели всей растительности, а основную проблему для восстановления растительного покрова представляет непригодный для роста изолирующий слой отходов. При наличии подходящего субстрата (торфа) растительность будет восстанавливаться.

Фотографии участка исследования представлены ниже на рисунках 2.20 -

2.21

Рис. 2.20 - Нарушенный участок у источника загрязнения с уничтоженной

растительностью

Рис. 2.21 - Пограничная зона воздействия отходов.

Проведены результаты отбора проб воды, находящейся ниже уровня загрязнения верхнего естественного слоя, на глубине 0,2-0,3 м., которые представлены ниже в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Показатели качества проб воды в 6 точках с удалением от

источника загрязнения

№ пп Точка замера 6 5 4 3 2 1 ПДК*

1 рН 6,52 6,26 6,37 6,21 5,49 6,29 -

2 БПКз, мг О2/л >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 159 2,1

3 ХПК, мг О2/л >800 >800 >800 >800 >800 470 -

4 Аммиак, мг /л >100 77 >100 71 >100 77 0,5

5 Нитрит-ион, мг /л 0,025 0,031 <0,02 0,054 <0,02 <0,02 0,08

6 Нитрат - ион, мг /л 0,45 0,46 0,45 0,81 0,33 0,35 40

7 Фосфат-ион, мг /л 78 10,7 22,5 18,6 50 19,8 0,2

8 АПАВ, мг /л 0,18 0,054 0,08 0,053 0,19 0,18 0,1

9 Жиры, мг /л >50 >50 >50 >50 >50 29

Анализ лабораторных данных свидетельствует о том, что часть загрязнений проникла в толщу болота на глубину не более 1,0 м. Наибольшие показатели загрязнения обнаружены в точках 6, 5, 4, 3, 2. В точке 1 - непосредственно перед водопропускной канавой концентрация загрязнений наименьшая. Наблюдается постепенное снижение концентраций загрязнений, что свидетельствует о постепенной деструкции загрязняющих веществ. Тем не менее количество органических и неорганических загрязнений значительно превышают показатели норм сброса сточных вод. Очевидно, что препятствием для естественного разложения и окисления органических веществ является наличие на поверхности

болота слоя жироподобного отхода, который препятствует окислению органических веществ.

Таким образом, в случае интенсивного загрязнения участка, на котором погибла практически вся растительность, слой осадка препятствует естественному лесовосстановлению, поэтому необходимо предусмотреть следующие этапы:

- определить границы загрязнения визуальным способом;

- в зависимости от масштабов загрязнений предусмотреть картирование участка с разбивкой на зоны для оценки степени воздействия и расчета объемов загрязнений;

- определить глубину проникновения загрязнений;

- определить интенсивность запаха загрязнений и его оттенки : хоз-бытовой, пищевая органика, и т.д.

- отбор проб почвы и воды повысит эффективность расчета технологии рекультивации территории и возможность прогнозирования лесовосстановления.

2.5. Вывод по 2 главе

Таким образом сформулирован новый подход к определению признаков негативного воздействия на окружающую среду методом фитотеиндикации:

1. Метод определения процента проективного покрытия живого напочвенного покрова является приемлемым способом фитоиндикации территорий, загрязняемых хозяйственно-бытовыми отходами и стоками и нефтяными загрязнениями.

2. Фитоиндикацию следует выполнять с учётом удаления от источника загрязнения.

3. Приемлемыми размерами пробных площадок для определения видового состава и процента проективного покрытия, встречаемости растений живого напочвенного покрова являются 1,0*1,0м.

4. Количество площадок следует назначать не менее 2-х на одном уровне удаления от источника загрязнения.

5. Количество уровней удаления от источника загрязнения следует определять в зависимости от размера и характеристик источника негативного воздействия на окружающую среду.

6. Наблюдается уменьшение количества видов и массы растений, попадающих под прямое воздействие загрязнений. Наблюдается гибель чувствительных видов растений, подроста.

7. Происходит изменение кислотности почвенной среды, изменение состава ЖНП.

8. Эффективными выявлены такие индикаторы как мхи, злаки вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea L.) и луговик извилистый (Deschampsia flexuosa L.)

9. Состояние, изменение химического состава и параметрические характеристики хвои хвойных пород, таких как ель европейская, свидетельствуют о достоверной реакции на загрязнение почв отходами и стоками.

10. Лесные светолюбивые растения, такие, как брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.), черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus L.), вереск обыкновенный (Calluna vulgaris L.), кислица (Oxalis acetosella L. )отсутствуют или крайне угнетены.

ГЛАВА 3. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕСОВОЗНОГО

ТРАНСПОРТА И ЛЕСНЫХ ДОРОГ

3.1. Разработка технико-технологических средств снижения негативного воздействия лесовозного транспорта на экологию придорожной

территории

В соответствии с действующим природоохранным законодательством дождевые и талые воды с территории лесных дорог и мостовых переходов должны быть очищены перед сбросом в водоохранах зонах рек, озер, болотных участков. Популярные на рынке конструкции гидротехнических очистных сооружений требуют подземного размещения с глубиной котлована от 1,5 до 3,5 м. Конструкция фильтров включает: распределительный колодец, песколовку, масло-бензоуловитель, проточный подземный резервуар, сорбционный фильтр, колодец для отбора проб, устройство выпуска очищенного стока на рельеф [26, 44, 111]. При подземном размещении заглубление очистных сооружений требует перепада уровней между водосборной поверхностью и точкой сброса очищенного стока до 2,5 м, поэтому, как правило, требуется насосная перекачка очищенного стока. Эксплуатация сооружений усложнена, кроме этого, выемкой уплотненных загрязнений высокой влажности [8].

Для многих равнинных регионов России лесные дороги разных назначений имеют следующие характерные особенности: - отсутствие электроснабжения;

- заболоченность территории до 40%;

- малое превышением полотна дороги над рельефом - от 0,3 м;

- высокий уровень грунтовых вод - от 0,1 м от поверхности.

Такие особенности потребовали применения ряда технических решений в конструктивном оформлении, в соответствии с которыми гидротехническое сооружений должно:

- использоваться для сбора и очистки поверхностных дождевых и талых стоков с участков лесных дорог, проездов, площадок, заправочных пунктов, складов ГСМ, мостов, промывных вод моек лесной техники, моек колесных пар;

-предназначаться для очистки взвешенных веществ (песка, крупных загрязнений, на которых оседают нефтепродукты) и нефтепродуктов;

- иметь наземное расположение, движение стоков самотечное, однонаправленное, автономное - не требуется применение электроэнергии;

-осуществлять безнапорное движение стоков безнапорное сверху-вниз;

-включать в схему устройство регулирования стоков - для сбора стоков с водосборных лотков;

-иметь в качестве основного очищающего элемента сорбционную загрузку, которая должна изыматься и меняться на новую после заполнения загрязняющими веществами;

-включать в схему элемента предочистки стоков - песколовку, совмещенную с крышкой корпуса сооружения, чтобы поверхность сорбентов не забивалась песком - наибольшее количество загрязнений из объема улавливаемых - 80 %;

-иметь фильтрующую загрузку в «сухом» состоянии в режиме ожидания дождевых или талых стоков для повышения эффективности сорбции нефтерподуктов;

-находясь в рабочем режиме (очистка стоков) находиться в «водозаполненном» состоянии;

-при глубокой очистке дождевых и талых стоков осуществляться с использованием многослойного сорбционного фильтра.

Выявленные параметры позволили разработать конструкцию гидротехнического очистного сооружения (рисунок 3.1). Вариант установки гидротехнического сооружения у дорожного полотна представлен на рисунке 3.2.

Ключевым устройством самотечной конструкции является сорбционный фильтр, основной особенностью которого является небольшая толщина активного фильтрующего слоя.

Рисунок 3.1 - Конструкция «сухого» многослойного однопоточного фильтра поверхностных и промывных нефтезагрязненных стоков

7?7 7?7 7?7 7?7 7?7 7/7 77/ 7/7 >7/ 7/7

Рисунок 3.2 - Схема размещения локального сооружения у лесной дороги

Технология очистки загрязненного стока происходит следующим образом: сооружение устанавливается в пониженной точке водосборной площадки или дорожного откоса, организуется поступление загрязненного нефтепродуктами стока, который отводится на крышку сооружения, оснащенного бортами образуя резервуар-пескоулавливатель; далее сток, загрязненный нефтепродуктами попадает внутрь сооружения через приемное отверстие, далее проходит проникновение стока через слои сорбционного материала, при этом загрязненные частицы задерживаются в нем; затем очищенный сток проникает в дренажное водосборное устройство и выводится из сооружения.

3.2. Разработка математической модели «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной

инфраструктуры

Для сформулированных условий разработана математическая модель «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков с выявленными параметрами.

При разработке модели фильтрования приняты во внимание три особенности процесса:

1. Фильтрование воды происходит в водо-воздушной, т.е. в трехфазной среде (твердое тело - жидкость - газ) и в поровом пространстве не образуется сплошного тока воды. Вода образует пленочное (а не струйное) течение.

2. Фильтрация происходит в пульсационном режиме: подача загрязненной порции воды чередуется паузами без подачи воды, когда пленка воды стекает, осадок и поверхность загрузки сооружения оказывается в воздушной среде;

3. Для фильтрования используется несколько различных слоев фильтрующей загрузки малой высоты.

Для первой особенности процесса, при рассмотрении прохождения стоков в слое, процесс массопередачи загрязняющего вещества к поверхности зерна проходит по следующей схеме:

- в фильтрующем слое формируются застойные и проточные зоны. Адвекция происходит, в основном, по проточным (струйным) зонам, которые составляют часть от порового объема.

- массоперенос загрязнений осуществляется сначала от проточных к застойным зонам, где далее совершается массоперенос к поверхности частиц.

дСJдt= Р1(С- Сзз), да/дГ= Р2(Сзз - Г\а)). (3.1)

где С(х, ^ - концентрация ЗВ в проточной зоне (г/дм3 воды), С 33(х, ^ - концентрация ЗВ в застойной зоне (г/дм3 воды), а(х, ^ - концентрация ЗВ в сорбенте (г/дм3 слоя

фильтра), а) - функция, обратная изотерме сорбции ЗВ на сорбенте, 01, вг -кинетические коэффициенты массопереноса между проточной и застойной зонами и застойной зоной и сорбентом соответственно (с-1).

Для оценки величины кинетического коэффициента р1, можно воспользоваться формулой

в = сЮж/Аг (3.2)

где Юж - коэффициент молекулярной диффузии загрязнений стока, см2/с; А, -

характерный размер каждой из зон, см; а - численный коэффициент, учитывающий

форму зон.

Суммарный путь диффузии Аs при наличии двух зон будет равен

Аs = А1 + Аг (3.3)

Величина коэффициента внешней диффузии при сплошном течении жидкости для фильтрующего слоя (средний размер частиц условной сферической формы й, см) рассчитывается по формуле:

в = 0,009у°М-15 (3.4)

где в - коэффициент внешней диффузии (с-1), й - средний размер частиц загрузки (см), V - средняя скорость тока жидкости, рассчитанная как отношение расхода к площади сечения фильтра (см/с). В формуле (3.3) средний путь турбулентной диффузии оценивается по формулам (3.2) и (3.3), т.е. имеет порядок размера частиц загрузки.

В случае капельного орошения фильтра внутри порового пространства формируется пленочное течение жидкости по поверхности частиц, т.е. внутри порового слоя имеется трехфазная система: частицы загрузки, воздушные зоны и пленочное течение воды по поверхности зерен.

При таком течении значительно уменьшается расстояние диффузии ЗВ к поверхности фильтра. Толщина этого диффузионного слоя Ап зависит от расхода воды. Ее величину можно оценить по отношению расхода воды при сплошном

течении к расходу воды при дождевании. Минимальная оценка при этом составляет порядок. Таким образом, из формулы (3.3) следует, что диффузионный путь при дождевании на порядок меньше, чем при струйном течении. Следовательно, на порядок возрастает величина коэффициента внешней диффузии р.

Вторая особенность - исследование влияние прерывистого режима водовоздушного фильтрования на сорбционную емкость сорбента.

Фильтрующий материал является гидрофобным и лиофильным, что обеспечивает прилипание загрязняющих частиц нефтепродуктов к поверхности частиц. При наличии сплошного потока воды, загрязненной нефтепродуктами, молекулы воды препятствуют действию межмолекулярных сил в направлении расширения пятен нефтепродуктов на поверхности загрузки.

При периодичности поступления стоков, которая возникает в перерывах между дождями, происходит стекание воды, а прилипшие частицы нефтепродукты остаются в слое, поскольку силы межмолекулярного взаимодействия НМП намного больше, чем у воды. Этот эффект различия сил молекулярного взаимодействия воды и нефтепродуктов способствует расширению пятен нефтепродуктов на поверхности частиц загрузки при отсутствии тока воды. Таким образом увеличивается емкость сорбционной загрузки. При этом, чем больше продолжительность паузы, тем меньшее количество воды остается на поверхности сорбента, тем меньше влияние сопротивления молекул воды расширению пятен нефтепродуктов и сорбционная емкость повышается.

Аналогия данного процесса мы определена в работе [189]. В ней приводится график зависимости эффективности удаления аммония от времени аэрации фильтра. Автором для изучения влияния аэрации на повышение эффективности развития нитрифицирующего бактериоценоза использовалась модель

л ~~к2 + с~(к5 + С2)(к0 + с)

и

йС2 к2С2 В1 к5С2СВх

(3.5)

где С2(1) - концентрация МН4; С - концентрация кислорода в воде;

- концентрация нитрификаторов, и - скорость фильтрации в слое,

- координата по длине фильтра; к, К - константы.

В1

В этом уравнении эффективность работы фильтра обеспечивается, в том числе, концентрацией нитрификаторов В1, которая входит в уравнение (3.5) в виде линейного члена. Аэрация способствует увеличению концентрации В1 и это единственный фактор, на который влияет аэрация.

При этом механизм увеличения емкости фильтра на стадии паузы в фильтровании аналогичен описанному выше механизму возрастания концентрации нитрификаторов. Предлагается следующая модель роста емкости фильтра при высушивании [21]:

йа°/й = а°тах - УО), (3.6)