Как экологи университета восстанавливают нарушенные земли

Чапаевск

Средневолжский завод химикатов в прошлом выпускал химические удобрения, ядохимикаты, а также продукцию оборонного назначения для всей страны. Само предприятие было образовано в 1913–1914 годах для отработки технологических процессов производства компонентов химического оружия. На протяжении последних 70 лет в шламоотстойнике Ш2, расположенном на территории предприятия, накапливались опасные отходы. В 2005 году завод признали банкротом. Заброшенная площадка представляла серьёзную экологическую угрозу для всего региона.

– В 1950-х годах русло реки Чапаевки было перенесено, а на месте старого в отсечённых бассейнах возникли три накопителя-шламоотстойника, один из которых – Ш2, – поясняет руководитель проекта, заведующая кафедрой «Химическая технология и промышленная экология», главный специалист научно-аналитического центра промышленной экологии Политеха, доктор технических наук Ольга Тупицына. – Там, на поверхности заболачиваемых территорий, мы и сейчас в тёплое время года можем увидеть выраженную растительность, например камыш. Это говорит о том, что сложившийся естественным образом гидрологический режим всё равно будет себя проявлять, как бы человек ни пытался победить природу.

Шламоотстойник Ш2 содержит около 400 тысяч тонн токсичных веществ, в том числе отходы производства пентахлорфенолята натрия, гексахлорана и гексахлорбензола. Помимо химикатов, там складировались строительные отходы, загрязнённые строительные конструкции и реактивы с истекшим сроком годности. А расстояние от кромки этих навалов до реки Чапаевки составляет не более 15 метров. Река, в свою очередь, впадает в протоку Сухая Самарка, а та несёт свои воды в Волгу, которая в любую минуту может «заразиться» от притока. Именно поэтому первым делом необходимо было предусмотреть меры защиты водоёма от потенциального источника распространения загрязняющих веществ, локализовать его.

– Во время проведения исследований мы выявили факторы, которые сильно ограничили нас в технических возможностях, – говорит Тупицына. – На глубине 10–15 метров залегают отходы II класса (высокоопасные) и III класса (умеренно опасные) различного физико-химического состава и свойств. Соседство с водоохранной зоной не позволяло нам планировать сооружения по их обработке и утилизации. Кроме того, гидрологическая связь Чапаевки с Волгой проявляется при паводке, и закладывать технические решения нужно было с учётом изменяющихся уровней поверхностного водного объекта.

Основной опасностью считается вымывание загрязняющих веществ из накопителя паводковым стоком и атмосферными осадками. Поэтому его надо было полностью изолировать по периметру, поверхности и глубине. Учёным Политеха предстояло найти такие проектные решения, чтобы в ближайшие 20–30 лет шламоотстойник не представлял опасности, а в случае надобности его можно было расконсервировать, извлечь и утилизировать отходы. На этот срок, кстати, дали гарантию производители антикоррозионного покрытия, нанесённого на шпунты – ограждающие конструкции, которые использовались при берегоукреплении.

– Нам повезло, что в основании отстойника при бурении на глубине 20–25 метров мы обнаружили слой плотных неогеновых глин, – продолжает Ольга Тупицына. – Такие породы практически нефильтруемы, они выступают в качестве естественного «замка» и слоя гидроизоляционной защиты, которая определила глубину заложения противофильтрационной завесы по периметру объекта.

При закрепления химически агрессивных просадочных грунтов экологи использовали технологию Jet-grouting – струйную цементацию грунтов, которую адаптировали для возведения водонепроницаемого экрана по периметру. Суть такова: для создания грунтоцементных свай от водоупора до поверхности земли в толщу накопителя за пределами зоны размещения отходов под большим давлением нагнетается специальный цементный состав с реагентами, подобранными в зависимости от типа геологического элемента. Всего понадобилось четыре с лишним тысячи свай, которые последовательно бурились с осени 2022 до весны 2024 года.

Таким образом, получилась капсула, заизолировавшая шламонакопитель со всех сторон. Снизу – глина, по периметру – завеса, а сверху – многослойный грунтоплёночный гидроизоляционный экран, который включает и армирующую геосинтетику, подстилающие и дренажные слои. Эта сложная технология нужна для того, чтобы на следующих этапах, если возникнет необходимость, вскрыть объект и извлечь оттуда накопленное.

– Тот опыт, который мы получили при проектировании, а затем и при реализации мероприятий, был уникальным – никто в России прежде такие технологии не применял, и нам не на кого и не на что было ориентироваться, кроме собственных знаний, – объясняет Ольга Тупицына. – Уже после того как наш проект прошёл экспертизу, такая технология была заложена на крупнейшем в стране полигоне промышленных отходов «Красный Бор» в Ленинградской области, на химическом комбинате «Усольехимпром» в Иркутской области.

Сейчас территория бывшего Средневолжского завода химикатов включена в федеральный реестр объектов накопленного вреда окружающей среде. На июнь 2024 года он был вторым по степени опасности в перечне из 1038 площадок, которые Минприроды России держит на контроле. Самый главный итог – за время реализации проекта роста содержания хлорорганических соединений в компонентах окружающей среды не зафиксировано.

Рождествено

Этот объект потребовал от наших учёных ещё более нестандартного подхода к решению сразу нескольких сложных задач. Бывшая территория бардохранилища спиртзавода ООО «Рождественское» представляет собой земляной амбар неправильной трапециевидной формы, разделённый дамбами на четыре секции. Отвалы из отходов спиртовой барды – это побочный продукт спиртовой промышленности, получаемый в результате переработки сырья, богатого крахмалом или сахаром, в данном случае – зерна. Поскольку барда содержит много клетчатки и протеина, её можно использовать как кормовую добавку для мясного и молочного скота. Но есть нюанс: на воздухе этот продукт начинает загнивать в течение двух суток. С начала 2000-х вся эта масса превратилась в настоящие авгиевы конюшни.

Хотя такие отходы органические и не считаются опасными, они обладают достаточно коварными бактериологическими характеристиками. В частности, в них содержатся яйца гельминтов и размножаются мухи. К слову, расстояние от барды до ближайших жилых домов составляет менее сотни метров. Местные жители летом нередко собирали у себя на участках по два-три ведра насекомых за день.

Учёные Политеха решили взять за основу технологию биотермического компостирования, которая применяется для «свежих» отходов, и адаптировали её под переработку перегнивающей субстанции. Важно было обойтись без вывоза грунта с территории: технически убрать его с правобережья Волги невозможно ни по суше (нет дороги), ни по воде (нет подходящего причала). Отсутствие транспортно-дорожного сообщения сильно ограничивало экологов во времени, учитывая, что федеральный проект нужно выполнить в строгие сроки. Ускорить процесс компостирования позволили предложенные решения по внесению порообразующих добавок и рециркуляционного компоста, в результате чего проект удалось выполнить в срок.

Сейчас весь участок полностью обработан, обеззаражен и обезврежен. Грунт полностью замещён, в том числе, на компост и природный грунт. Территория носит статус земель сельскохозяйственного назначения и входит в состав Национального парка «Самарская Лука».