Ликвидация накопленного вреда на территории г. Усолье-Сибирское
Автор: главный инженер проекта, Левашкин Сергей Анатольевич
Проблема ликвидации экологической катастрофы на территории г. Усолье-Сибирское по масштабу зараженных предприятием «Усольехимпром» земельных масс и подземных вод опасными химическими соединениями не имеет аналогов в мировой практике. Учитывая отсутствие промышленных мощностей, способных обеспечить переработку всего объема загрязнений в приемлемо короткий период, необходимо найти технические решения, которые как минимум приведут к локализации загрязнений и ограничению их миграции в сторону ближайших рек, а также дадут возможность обезвредить загрязнители и получить на данной площади «Гринфилд», т. е. абсолютно безопасную территорию.
ООО «Усольехимпром» построено в 1936 г. Предприятие производило химикаты по двум технологиям: путем электролиза водного раствора хлорида натрия на электролизерах с диафрагмой и с ртутным катодом. Общий объем произведенной продукции составил более 1 млрд т. Предприятие ликвидировано 1 ноября 2017 г. в результате банкротства.
Расчетная величина общих потерь ртути (в почву и атмосферный воздух, в р.р. Белая и Ангара, Братское водохранилище) предприятием «Усольехимпром» составила по разным оценкам 1640‒1700 т. Самое интенсивное загрязнение грунтовых вод ртутью отмечается в трех точках: на промплощадке ООО «Усольехимпром», вблизи шламохранилища, а также на территории канализационных очистных сооружений. Выявлено аномальное содержание ртути в отдельных пробах почвы свыше 1 г/кг. Содержание ртути на территории промплощадки за счет ее испарения достигало почти 1000 предельно допустимых концентраций (ПДК) в атмосферном воздухе даже спустя десятилетие после закрытия цеха. В 2018 г. территория объявлена зоной экологического бедствия.
Проектная организация ООО «ГеоТехПроект» столкнулась с экстремально-сложной задачей - предстояло провести проектно-изыскательские работы на площади более 1600 га, это сопоставимо с городом на 40 тыс. жителей. Согласно техническому заданию, это территории промышленных объектов «Усольехимпром» и прочая загрязненная территория согласно характеристикам, указанным в Государственном реестре объектов НВОС, включая устройство противомиграционной завесы (ПМЗ) по периметру территории.
Целью проектно-изыскательских работ было обнаружение загрязнителей на всей территории и отбор вариантов технических решений.
В качестве альтернативного решения проблемы защиты водных ресурсов рек Белой и Ангары рассматривался вариант сооружения противофильтрационных завес по периметру зоны загрязнения подземных вод первого водоносного горизонта. Сооружение подобного противофильтрационного экрана по периметру больших площадей приведет к повышению уровня грунтовых вод выше по потоку ориентировочно более чем на 10 м с последующим заболачиванием территории, что является недопустимым.
Рис.1 Схематичное изображение ПМЗ
Технические решения по ликвидации НВОС
«ГеоТехПроектом» было выбрано наиболее рациональное техническое решение – вертикальная ПМЗ высокой сорбционной способности и проницаемости, которая располагается поперек загрязненного потока грунтовых вод, задерживает ртуть и другие загрязнители, сорбирует их на себе и при этом дает возможность проходить сквозь себя воде, а это в свою очередь снимает вероятность заболачивания территории. Итогом строительства ПМЗ будет локализация основных источников загрязнения, защита рек, постепенное очищение грунтов территории объекта в результате сорбции вымываемых загрязнителей.
Специалистами Лаборатории охраны геологической среды (ЛОГС) геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова в составе команды «ГеоТехПроекта» был проведен эксперимент с целью определения оптимального состава материала для устройства ПМЗ, которая успешно задерживает на себе комплекс загрязнителей и не препятствует движению воды через себя.
ПМЗ прокладывается по периметру территории производственной площади «Усольехимпром».
Общая протяженность ПМЗ – 3 255 п. м, глубина ‒ от 4 до 24 м, активная ширина завесы составляет от 0,8 до 2,1 м.
Параметры ПМЗ определены на основании выявленного ореола распространения загрязняющих веществ по данным гидрогеологического моделирования. Т. е. завеса предусматривается на участках максимального переноса загрязняющих веществ подземными водами. Проектными решениями определен состав завесы из трех рядов скважин, располагающихся в шахматном порядке. Устройство ПМЗ выполняется шнековым бурением скважин с установкой обсадных труб. Диаметр бурения скважин – 0,8 м. Подготовленная скважина засыпается песчано-гелевым материалом, разработанным специалистами ЛОГС МГУ.
Ликвидация шламонакопителя предусматривает:
· устройство выравнивающего слоя по поверхности шламонакопителя с планировкой до проектных уклонов;
· планировку гребня ограждающей дамбы до отметок планировки поверхности с частичным уполаживанием низового откоса;
· устройство крепления от размыва на участке выхода поверхностного стока на рельеф;
· устройство верхнего изолирующего покрытия из геосинтетических материалов, устойчивых к химической и биологической агрессии, обладающие достаточной прочностью на растяжение, пластичностью и долговечностью, в числе которых геотекстиль нетканый (СТО 56910145-009-2014 или аналог) и комбинированный геосинтетический материал, включающий слои нетканого геотекстиля, являющегося фильтром, и слой, формирующий объемную структуру геосинтетического материала, для одновременного дренажа и гидроизоляции (СТО 56910145-032-2019 или аналог).
Основные назначения верхнего покрытия – это изоляция шламонакопителя от окружающей среды, предотвращения образования фильтрационных вод из-за атмосферных осадков, предотвращение пыления, обеспечение возможности укоренения растительности на финальном этапе рекультивации.
Заключение
Согласно прогнозным расчетам, период времени, на протяжении которого исключается выход ртути за пределы экрана мощностью 0,5 м, определяется сроком в 100 лет.
Контрольные работы сторонних организаций (ЦЛАТИ, г. Иркутск) подтвердили эффективность работы предложенного экрана в качестве геохимического барьера.
Результатом эксперимента, проведенного специалистами ЛОГС, явилось снижение до ПДК тяжелых металлов на внешней границе образцов ПМЗ при фильтрации раствора.
На проектные решения ООО «ГеоТехПроект» по ликвидации НВОС на территории г.о. Усолье-Сибирское, в том числе по устройству ПМЗ, получено экспертное научно-техническое заключение Научного совета РАН о том, что реализация предлагаемых технологических подходов и технологий в целом позволит обеспечить ликвидацию НВОС.
Использование уникальных и эффективных решений по ликвидации НВОС вкупе с технологиями по переработке и обезвреживанию химических отходов на территории будущего экотехнопарка Российская Федерация получит территорию, свободную от загрязнений, а также максимальное извлечение экономически-полезных химических компонентов для последующего вовлечения в хозяйственный оборот.
Проблема ликвидации экологической катастрофы на территории г. Усолье-Сибирское по масштабу зараженных предприятием «Усольехимпром» земельных масс и подземных вод опасными химическими соединениями не имеет аналогов в мировой практике. Учитывая отсутствие промышленных мощностей, способных обеспечить переработку всего объема загрязнений в приемлемо короткий период, необходимо найти технические решения, которые как минимум приведут к локализации загрязнений и ограничению их миграции в сторону ближайших рек, а также дадут возможность обезвредить загрязнители и получить на данной площади «Гринфилд», т. е. абсолютно безопасную территорию.
ООО «Усольехимпром» построено в 1936 г. Предприятие производило химикаты по двум технологиям: путем электролиза водного раствора хлорида натрия на электролизерах с диафрагмой и с ртутным катодом. Общий объем произведенной продукции составил более 1 млрд т. Предприятие ликвидировано 1 ноября 2017 г. в результате банкротства.
Расчетная величина общих потерь ртути (в почву и атмосферный воздух, в р.р. Белая и Ангара, Братское водохранилище) предприятием «Усольехимпром» составила по разным оценкам 1640‒1700 т. Самое интенсивное загрязнение грунтовых вод ртутью отмечается в трех точках: на промплощадке ООО «Усольехимпром», вблизи шламохранилища, а также на территории канализационных очистных сооружений. Выявлено аномальное содержание ртути в отдельных пробах почвы свыше 1 г/кг. Содержание ртути на территории промплощадки за счет ее испарения достигало почти 1000 предельно допустимых концентраций (ПДК) в атмосферном воздухе даже спустя десятилетие после закрытия цеха. В 2018 г. территория объявлена зоной экологического бедствия.
Проектная организация ООО «ГеоТехПроект» столкнулась с экстремально-сложной задачей - предстояло провести проектно-изыскательские работы на площади более 1600 га, это сопоставимо с городом на 40 тыс. жителей. Согласно техническому заданию, это территории промышленных объектов «Усольехимпром» и прочая загрязненная территория согласно характеристикам, указанным в Государственном реестре объектов НВОС, включая устройство противомиграционной завесы (ПМЗ) по периметру территории.
Целью проектно-изыскательских работ было обнаружение загрязнителей на всей территории и отбор вариантов технических решений.
В качестве альтернативного решения проблемы защиты водных ресурсов рек Белой и Ангары рассматривался вариант сооружения противофильтрационных завес по периметру зоны загрязнения подземных вод первого водоносного горизонта. Сооружение подобного противофильтрационного экрана по периметру больших площадей приведет к повышению уровня грунтовых вод выше по потоку ориентировочно более чем на 10 м с последующим заболачиванием территории, что является недопустимым.
Рис.1 Схематичное изображение ПМЗ
Технические решения по ликвидации НВОС
«ГеоТехПроектом» было выбрано наиболее рациональное техническое решение – вертикальная ПМЗ высокой сорбционной способности и проницаемости, которая располагается поперек загрязненного потока грунтовых вод, задерживает ртуть и другие загрязнители, сорбирует их на себе и при этом дает возможность проходить сквозь себя воде, а это в свою очередь снимает вероятность заболачивания территории. Итогом строительства ПМЗ будет локализация основных источников загрязнения, защита рек, постепенное очищение грунтов территории объекта в результате сорбции вымываемых загрязнителей.
Специалистами Лаборатории охраны геологической среды (ЛОГС) геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова в составе команды «ГеоТехПроекта» был проведен эксперимент с целью определения оптимального состава материала для устройства ПМЗ, которая успешно задерживает на себе комплекс загрязнителей и не препятствует движению воды через себя.
ПМЗ прокладывается по периметру территории производственной площади «Усольехимпром».
Общая протяженность ПМЗ – 3 255 п. м, глубина ‒ от 4 до 24 м, активная ширина завесы составляет от 0,8 до 2,1 м.
Параметры ПМЗ определены на основании выявленного ореола распространения загрязняющих веществ по данным гидрогеологического моделирования. Т. е. завеса предусматривается на участках максимального переноса загрязняющих веществ подземными водами. Проектными решениями определен состав завесы из трех рядов скважин, располагающихся в шахматном порядке. Устройство ПМЗ выполняется шнековым бурением скважин с установкой обсадных труб. Диаметр бурения скважин – 0,8 м. Подготовленная скважина засыпается песчано-гелевым материалом, разработанным специалистами ЛОГС МГУ.
Ликвидация шламонакопителя предусматривает:
· устройство выравнивающего слоя по поверхности шламонакопителя с планировкой до проектных уклонов;
· планировку гребня ограждающей дамбы до отметок планировки поверхности с частичным уполаживанием низового откоса;
· устройство крепления от размыва на участке выхода поверхностного стока на рельеф;
· устройство верхнего изолирующего покрытия из геосинтетических материалов, устойчивых к химической и биологической агрессии, обладающие достаточной прочностью на растяжение, пластичностью и долговечностью, в числе которых геотекстиль нетканый (СТО 56910145-009-2014 или аналог) и комбинированный геосинтетический материал, включающий слои нетканого геотекстиля, являющегося фильтром, и слой, формирующий объемную структуру геосинтетического материала, для одновременного дренажа и гидроизоляции (СТО 56910145-032-2019 или аналог).
Основные назначения верхнего покрытия – это изоляция шламонакопителя от окружающей среды, предотвращения образования фильтрационных вод из-за атмосферных осадков, предотвращение пыления, обеспечение возможности укоренения растительности на финальном этапе рекультивации.
Заключение
Согласно прогнозным расчетам, период времени, на протяжении которого исключается выход ртути за пределы экрана мощностью 0,5 м, определяется сроком в 100 лет.
Контрольные работы сторонних организаций (ЦЛАТИ, г. Иркутск) подтвердили эффективность работы предложенного экрана в качестве геохимического барьера.
Результатом эксперимента, проведенного специалистами ЛОГС, явилось снижение до ПДК тяжелых металлов на внешней границе образцов ПМЗ при фильтрации раствора.
На проектные решения ООО «ГеоТехПроект» по ликвидации НВОС на территории г.о. Усолье-Сибирское, в том числе по устройству ПМЗ, получено экспертное научно-техническое заключение Научного совета РАН о том, что реализация предлагаемых технологических подходов и технологий в целом позволит обеспечить ликвидацию НВОС.
Использование уникальных и эффективных решений по ликвидации НВОС вкупе с технологиями по переработке и обезвреживанию химических отходов на территории будущего экотехнопарка Российская Федерация получит территорию, свободную от загрязнений, а также максимальное извлечение экономически-полезных химических компонентов для последующего вовлечения в хозяйственный оборот.
Получено научно-техническое заключение Научного совета РАН о том, что реализация предлагаемых "ГеоТехПроектом" технологических подходов и технологий позволит обеспечить ликвидацию НВОС.