В комплексе мероприятий по снижению антропогенного загрязнения природной среды лежит экологический мониторинг водной среды, основным элементом которого следует считать мониторинг сточных вод предприятий. Эта деятельность осуществляется посредством анализа нормируемых и контролируемых показателей качества сточных вод на входе и выходе с очистных сооружений, а в случае необходимости – по стадиям очистки. Такого рода ретроспективный анализ не позволяет в полной мере прогнозировать и управлять процессами загрязнения природных водоемов. На наш взгляд, для совершенствования мероприятий по защите водной среды необходим также математический анализ так называемых временных рядов [1], т. е. динамики состояния сточных вод на входе и выходе из очистных сооружений. Установление закономерностей изменения качества сточных вод в течение достаточно продолжительного периода позволит прогнозировать уровень загрязнения водной среды, что создаст дополнительные возможности по уменьшению рисков при принятии решений производственного характера.
Традиционный подход к анализу результатов наблюдений связан с использованием статистических методов, основными из которых являются регрессионный и дисперсионный. Указанные методы зачастую не приводят к положительным результатам, поскольку далеко не всегда удается найти прямую взаимосвязь между производственными процессами и уровнем загрязнения промышленных стоков. Показано, что более перспективным подходом является применение современных методов нелинейной динамики [2, 5].
В данной работе для анализа данных мониторинга сточных вод в виде временных рядов использован аппарат фрактальной математики и химической синергетики с привлечением методов Паккарда и Грассберга-Прокаччиа. На первом этапе исследования в качестве критерия загрязненности сточных вод был использован так называемый показатель ХПК (химическое потребление кислорода), который дает суммарное количество загрязняющих веществ, способных к окислению.
Для математического анализа использовали аналитические данные ежесуточных определений показателя ХПК на одном из предприятий лесопромышленного комплекса за два периода: с мая 1994 г. по май 1999 г.; с мая 2012 г. по ноябрь 2012 г. Места отбора проб: приемная камера (ПК) и пруд-аэратор (ПА). Длина первого ряда для приемной камеры (ПК-1) составляла 1825 точек, второго ряда (ПК-2) – 183 точки; длины временных рядов для очищенных стоков ПА-1 – 1795 точек, ПА-2 – 191 точка.