К вопросу о влиянии лесосплава на качество воды водных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ ЛЕСОСПЛАВА НА КАЧЕСТВО ВОДЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Угрюмова С.Н., Даниленко О.К.

ГОУ ВПО «Братский государственный университет», г. Братск

Анализируются вопросы зависимости показателей качества воды от веществ, растворимых водой, скорости вымывания их из древесины, скорости окисления их в воде и скорости реаэрации воды.

На рубеже XX-XXI веков крайне обострились экологические и социальные проблемы на глобальном и региональном уровнях. Это происходит из-за все более ярче и контрастнее проявляющейся ошибочности господствующей долгие годы концепции покорения природы и ее преобразования по произволу человека с технократическим мышлением, ради призрачной цели - материального изобилия. В результате активной техногенной деятельности человека во многих регионах нашей планеты разрушена биосфера и создан новый тип среды обитания - техносфера.

По данным отечественных и зарубежных организаций, промышленное и транспортное загрязнение воздушной среды уже привело к тому, что, по меньшей мере, половина лесов в развитых странах больна, резко активизировались процессы окисления почвы и воды, возникают все новые и новые техногенные зоны.

Поэтому одна из острейших проблем нашего общества - сохранение лесов, водных экосистем и рациональное использование водных и лесных ресурсов. Особенно страдают при этом водные ресурсы, поскольку рано или поздно, на реках озерах и водохранилищах отражаются все виды негативных последствий жизнедеятельности человека. При этом наиболее интенсивному воздействию подвергаются пресные воды, в особенности реки Сибири и Дальнего Востока, зависящее от влияния на них гигантов металлургической, химической, горнодобывающей промышленности, гидроэнергетических сооружений и предприятий сельского и городского хозяйства.

Последствие истощения лесосырьевых баз из-за активного процесса лесозаготовок в лесных регионах России привели к тому, что лесные массивы удалены от мест переработки и потребления древесины лесоперерабатывающими предприятиями на значительное расстояние, что вызывает необходимость перевозок лесоматериалов наиболее экономичным и наименее энергоемким видом транспорта. Таким является водный транспорт леса, потребление энергии при котором в 4 раза меньше, чем при железнодорожном и в 17 раз меньше, чем при автомобильном виде транспорта лесоматериалов. В то же время предприятия лесопромышленного комплекса являются водопользователями и принимают участие в совместном водопользовании с другими техногенными структурами, к которым относятся промышленные и гидроэнергетические предприятия.

Актуальность этого направления в последнее время подчеркивается многими правительственными решениями в сфере экологии и рационального природопользования, одним из определяющих является постановление № 1414 от 11.11.96 г., утвержденное представителем правительственной комиссии по науке и технике «Критические технологии федерального уровня», в котором содержится раздел «Экология и рациональное природопользование», включающий следующие критические технологии: «Технологии реабилитации окружающей среды от техногенных воздействий» и «Технологии минимизации экологических последствий транспортных воздействий».

Таким образом, ресурсосберегающие и экологически чистые технологии по снижению негативного воздействия техногенных структур и лесосплава на водные объекты необходимо рассматривать как фрагмент критических технологий федерального уровня.

Качество воды характеризуется составом и количеством растворенных и взвешенных веществ, содержанием биомассы и микроорганизмов, температурой и рядом других физических характеристик. При затоплении древесной массы в воду выделяются: заболонь, ядро - моно - и олигосахариды и витамины (в том числе сахароза), смолистые вещества, алифатические жирные кислоты, многоатомные фенольные соединения (пирокатехин, резорцин), азотсодержащие соединения, минеральные соли, фосфорсодержащие соединения, красители.

Степень и продолжительность влияния затопленной древесной массы на качество воды определяется следующими факторами:

- объемом затопленной древесной массы;

- породой деревьев;

- зараженностью древостоя гнилью, ее преобладающим типом и степенью гниения;

- объемами водоема;

- проточностью водоема и отдельных масс воды в нем (застойных и мелководных зон, придонных слоев воды);

- температурой воды с учетом стратификации;

- временем нахождения древесины в полностью затопленном состоянии;

- температурой воздуха;

- содержанием растворенного кислорода в водоеме.

Процессы деструкции древесины, а также процессы вымывания водорастворимых веществ из коры, заболони, ядра отличаются по продолжительности, характеру и интенсивности в зависимости от того, затоплена древесина постоянно или затапливается периодически.

Суммарное содержание водорастворимых веществ в различных породах деревьев представлено в таблице 1, [3, 4].

Таблица 1

Собственно, древесина, состоящая в основном из нерастворимых в воде целлюлозы и лигнина, при полном постоянном затоплении, практически не разрушается. Из здоровой, не подверженной гнили затопленной древесины происходит длительное по времени вымывание водорастворимых веществ: прежде всего, из коры и заболони и, менее интенсивно и в меньших количествах, из ядра. Вымывание водорастворимых веществ из гнилой древесины происходит более интенсивно.

Кислородный режим водоемов и биологическая потребность в кислороде (БПК) наиболее изменчивые показатели качества воды, зависящие от многих факторов.

Из них наибольшее значение для лесосплава имеет вещества, растворимые водой (ВРВ), скорость вымывания их из древесины, скорость окисления их в воде и скорость реаэрации воды. Каждый их этих факторов, в свою очередь, зависит от ряда других, так что необходима точная оценка влияния их в каждом конкретном случае. Однако, на основе модельных опытов в лабораторных и природных условиях, а также с учетом некоторых сведений в литературе, приведем наиболее важные результаты:

1) содержание ВРВ, растворимых в горячей воде, в заболонной древесине основных лесообразующих пород (%): сосна - 1,4 - 3,5; ель - 1,5-2,3; кедр - 1,5-7,6; береза - 1,0-4,2; осина - 1,8-3,2. В холодной воде растворяется в 2-3 раза меньше. В коре содержание ВРВ намного больше. Так, в холодной воде их растворяется (%): в сосне ?12, ели ?22, березе ?18, осине ?21. Для коры составляет 5-12% от стволовой биомассы;

2) вымывание ВРВ происходит по экспоненциальному закону, если пренебречь некоторой первоначальной лаг-фазой (когда клетки коры еще живы и удерживают ВРВ) и ускорением в связи с отмиранием живых клеток. Удельная скорость вымывания k₀ варьируется от 0,02 до 0,06, в среднем равна 0,04 суток ^-1_. В хранившейся древесине в связи с отмиранием живых клеток луба и заболони скорость вымывания несколько повышается.

3) окисление ВРВ происходит по экспоненте с ограничением. Скорость окисления k₁ сильно варьируется в зависимости от температуры воды, состава и легкости окисления ВРВ, а также от видового состава и обилия микроорганизмов в воде. Величина k₁ в лабораторных условиях колеблется от 0,1 до 1 сутки ^-1. Необходимо уточнение величины для каждого водоема, используемого в целях лесосплава.

4) Скорость аэрации k₂ зависит, в значительной степени, от скорости потока и температуры. При температуре 15-20є С она равна 0,1 в слабопроточных водоемах и 0,7-0,8 в малых реках с быстрым течением.

В связи с экспоненциальным законом вымывания ВРВ основная масса, основная масса их попадает в воду в первые две недели, даже в первые сутки. Если древесина затонула, то в слабокислых водах происходит частичный гидролиз полисахаридов. Даже по истечении нескольких лет в заболони остается (вновь образуется в результате гидролиза) некоторое количество ВРВ, например, в сосне после 5 лет затопления - 36%, а через 18 лет - 18% от первоначального количества ВРВ. Еще медленнее ВРВ вымывается из ядровой части. Можно сказать, что малое количество ВРВ в затонувшей древесине и очень медленное их вымывание определяет их незначительное влияние на кислородный режим водоема. Вопреки распространенному мнению затонувшая древесина «не гниет», очень медленно изменяясь в химическом отношении. Таким образом, наиболее опасные ситуации для рыбы могут возникнуть в первые несколько декад пребывания древесины в воде.

Проведенное математическое моделирование данного процесса показало, что изменение БПК и дефицит кислорода описываются эскизной моделью на основе общепринятой модели Стритера-Фелпса с учетом того, что загрязнения поступают в воду не в виде разового сброса, а постепенно - в процессе вымывания их из неокоренной древесины. Расчеты сделаны, исходя из следующих предположений: биохимический показатель (количество О₂, расходуемое на окисление единицы массы ВЭВ) r = 1 (соответствует полисахаридам и низкомолекулярным углеводам), базисная плотность древесины с= 400кг/м^3.

Принимаем следующие ограничения БПКр ? 3 мг/л, концентрация кислорода >6мг/л. Обозначив содержание ВРВ в древесине через С_д, получим (табл.2.) значения объемных соотношений воды и древесины л (в скобках указано значение л при С_д = 2,5%).

Как показывают результаты исследования водопоглощения круглых лесоматериалов, наиболее опасно положение, кода скорость вымывания велика, а скорость окисления мала. Если принять за предельно допустимое соотношение по токсичности л ? 1: 250, то при С_д = 2,5% БПК является лимитирующим фактором при k₁ =0,3 и k₀ = 0,04 - 0,06, где л должна быть еще меньше.

Таблица 2 Значения объемных соотношений воды и древесины в зависимости от скорости окисления k₁ и скорости аэрации k₂

Ограничения по дефициту кислорода также возникают при определенных условиях. Например, при k₀ = 0,06, k₁ = 0,3 и k₂ = 0,1 максимальный дефицит наступает через 30 суток и при начальной концентрации кислорода 10 мг/л для выдерживания необходимой нормы л ? 1: 495. При k0 = 0,02, k1= 0,2 и k2 = 0,1 л ? 1: 268 (максимум дефицита через 41 сутки), т.е. при слабой проточности концентрация кислорода является лимитирующим фактором.

При длительном пребывании древесины в воде процесс поглощения кислорода из воды не прекращается, хотя и его интенсивность снижается.

Таблица 3 Поглощение растворенного в воде кислорода для различных частей дерева основных лесообразующих пород при различном содержании кислорода [5]

Таким образом, приняв за основу требования к составу и свойствам воды в водных объектах, предназначенных для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода, можно сделать следующие выводы:

- БПК и концентрация О₂ в воде зависит от ряда условий, в основном, от скорости вымывания экстрактивных веществ и скорости их окисления. Максимальное соотношение объемов древесины и воды - 1: 250 - установлено по результатам токсикологических испытаний по отношению к гидробионтам. Сравнительно большой скорости вымывания (после длительного хранения древесины) и малой скорости окисления (в холодных чистых прудах) требуется еще меньшее соотношение древесины и воды. Однако при сплаве свежей или окоренной древесины кислородный режим не является лимитирующим фактором (необходимо выдерживать токсикологическую норму 1: 250). Опасность возрастает в слабопроточных водоемах. В малых реках с быстрым течением изменением гидрохимического режима можно пренебречь, но возрастает роль эрозионных процессов.

лесосплав вода химический древесина

Список литературы

1. Угрюмов, Б.И., Новоселов, А.В.и др. Проблемы организации технологических процессов освоения «бесхозной» древесины/ Б.И.Угрюмов. Учебное пособие. - БрИИ, Братск, 1998. - 85с.

2. Угрюмов, Б.И., Патякин, В.И. Экологические и технологические проблемы водо- и лесопользования в условиях водохранилищ/Б.И.Угрюмов, В.И. Патякин. - С-Петербург, 1999, ЛТА. - с.57.

3. Непенин Ю.Н., Жалина В.А., Бобров Ю.А. Особенности физических свойств, химического состава и технологических свойств хвойных пород древесины Сибири/ Тезисы докладов «Теоретические и поисковые исследования. База ускорения технического прогресса ЦБП». Таллин, 1975.

4. Жалина В.А., Савинова В.И., Бобров Ю.А. и др. Химический состав древесины лесосырьевой базы Братского ЛПК/ Химия и технология целлюлозы/ Межвузовский сборник научных трудов. - вып.21. - Л.: ЛТА, 1975.

5. Исследовать деструкцию лесной биомассы и влияние ее на качество воды в водохранилищах/ Отчет по НИР. - Л., ЛТА, 1982.

Размещено на Allbest.ru