1 Октября 2019

Перспектива стать болотом

На двух предприятиях «Северстали» реализуются уникальные экологические проекты по доочистке сточных вод с помощью растений. Эксперимент еще продолжается – но уже сейчас понятно, что цели будут достигнуты. «Кислород.ЛАЙФ» – об опыте взаимодействия большой науки и черной металлургии.
Поделиться в социальных сетях

«Экологи «Северстали» реализуют интересный проект создания водно-болотного угодья в прудах-осветлителях. Используется механизм естественной фильтрации загрязненных вод растительностью. При этом такой водоем стал местом высокой концентрации птиц. За пару часов мы встретили не только много уток и лебедей, но и такие редкие виды как подорлик, орлан, белая цапля», - написал 30 августа у себя в Facebook глава WWFв России Алексей Книжников.

«Кислород.ЛАЙФ» стало интересно, о чем идет речь.

Поиск в Яндексе и общение с пресс-службой «Северстали» обогатили меня массой информации – оказалось, что речь идет об эксперименте, который стартовал на «Олконе» (Оленегорский горно-обогатительный комбинат в Мурманской области) еще в 2013 году. В 2017 году аналогичный проект начался и на главном предприятии холдинга – Череповецком металлургическом заводе в Вологодской области. В обоих случаях речь идет о доочистке сточных вод весьма нестандартным способом – как и написал Книжников, с помощью растений. За подробностями я съездил в Оленегорск.

Алексей Книжников
«Экологи «Северстали» реализуют интересный проект создания водно-болотного угодья в прудах-осветлителях».

Водоплавающие биоплато

«Олкон» – самый северный в России производитель железорудного концентрата, который одним из первых в отрасли освоил (в промышленных условиях) технологию глубокого обогащения бедных железистых кварцитов. Сейчас содержание железа в гематитовом концентрате здесь доведено до 68,4% – это очень высокий показатель для обогатительных фабрик в черной металлургии. В этом году «Олкону» исполнилось 70 лет, за прошедшие десятилетия советской и новейшей истории из недр месторождений железистых кварцитов Заимандровского железорудного района комбинатом было поднято 732 млн тонн руды, из которой, в свою очередь, выработано более 270 млн тонн концентрата. В среднем ГОК сейчас выпускает по 4,2 млн тонн концентрата ежегодно, обеспечивая сырьем Череповецкий меткомбинат той же «Северстали». 

Основа комбината – шесть карьеров и один подземный рудник (который запустили в 2004 году прямо в действующем карьере!), добыча на которых начиналась в разные годы, но продолжается и по сей день. Это Оленегорский (с 1949 года), Кировогорский (с 1978-го), карьер имени XV-летия Октября (с 1990-го), Комсомольский (с 1998-го), Куркенпахк (с 2010-го) и Восточный карьеры (с 2012-го). Практически все они расположены в пределах единой огромной территории под Оленегорском, соединенной ЛЭП и внутренними железнодорожными путями (длина последних превышает 70 км). 

Добыча руды порождает две больших и стандартных для всех ГОКов экологических проблемы. Первая – это пыление хвостохранилища обогатительной фабрики (действует сейчас одно, но есть еще и «старое», которое давно закрыто для приема отходов), возникающих при сильных ветрах. А они в Мурманской области – не редкость. Хвосты «Олкона» издалека похожи на серо-голубые песчаные поля, которые, к сожалению, сильно пересыхают. Чтобы убрать пылевой эффект, комбинат ежегодно закрепляет пылящие поверхности действующих участков с помощью реагента Nalco. А отработанные участки подвергают биологической рекультивации – так, откосы хвостохранилища закрепляются посевами волосенца песчанного, а на отработанном отвале Восточного карьера в прошлом году высадили 4 тыс. сеянцев сосны. Эти меры помогают, но совсем избежать пыления все-таки не удается.

http://inkarta.ol-cbs.ru/images/sampledata/Foto.Video/GOK/ol_karier.jpg
«Олкон» – самый северный в России производитель железорудного концентрата, выпускает по 4,2 млн тонн концентрата ежегодно, обеспечивая сырьем Череповецкий меткомбинат той же «Северстали».

Вторая проблема тоже типична для горнодобычи – речь про очистку карьерных стоков. «Любой карьер представляет собой депрессионную воронку, в которой скапливаются как грунтовые воды, так и дождевые. Для того, чтобы обеспечить безопасную работу карьера, воду из него нужно постоянно откачивать. Так как там работает различная техника, проводятся взрывы, эта вода загрязняется пылевыми частицами, химическими реагентами, нефтепродуктами и т.д. Поэтому не выходе насосных станций предусматриваются очистные сооружения», - объяснила «Кислород.ЛАЙФ» Елена Углова, эколог службы ОТиПБ «Олкона».

Два карьера – Восточный и Оленегорский - карьерные воды спускают в систему оборотного водоснабжения обогатительной фабрики. Остальные оборудованы прудами-отстойниками, как правило, разделенными на две секции фильтрующими дамбами. В первой части осаждаются взвешенные вещества и нефтепродукты, во второй происходит доочистка, после чего вода оттуда сбрасывается в естественные природные объекты. Поэтому на выходе карьерные стоки должны соответствовать действующим для таких водоемов нормативам ПДС - как бы странно это не звучало в случае с «Олконом», ведь его стоки сбрасываются в... болота!

Проблема с соблюдением ПДС возникла у «Олкона» только на Кировогорском карьере, который в среднем сбрасывает в расположенное по соседству болото до 80 тыс. кубометров в месяц! Площадь пруда-остойника у него 24 тыс. кв. метров, а объем воды - около 60 тыс. кубометров. 

Содержание в литре сточных карьерных вод минеральных соединений азота удалось значительно снизить, например, за счет перехода на использование эмульсионных взрывчатых веществ. Но до нормативов все равно оказалось далеко. А там, где речь идет о тонкой доочистке, технические решения всегда обходятся и дороже, и сложнее. За ответом горняки обратились к ученым – и в Институте проблем промышленности и экологии Севера Карельского научного центра РАН «Олкону» предложили попробовать инновационную и экспериментальную технологию естественной биологической очистки сточных вод. Опыт ее использования уже был, но в меньших масштабах и для других загрязнений - ранее его внедрили в небольшом мурманском поселке Шонгуй, и местному водоканалу удалось обеспечить доочистку канализационных стоков с помощью растительного фильтрационного блока.

По сути, задача стоит в том, чтобы в рукотворном режиме сформировать искусственную болотную экосистему, способную к самовозобновлению, не требующую значительных затрат энергии, не оказывающую дополнительного негативного воздействия на окружающую среду и эффективную даже при низких температурах Крайнего Севера. Ведь болото – это, строго говоря, естественная фильтрующая экосистема. Вторая секция пруда-остойника Кировогорского карьера и должна стать рукотворным болотом – таким же, как и расположенное по соседству естественное, в которое стоки и сбрасываются!

Ученые упомянутого выше института и сотрудники Полярно-альпийского ботанического сада-института КНЦ РАН им. Н.А. Аврорина создание фитоочистительной системы (ФОС) начали с освоения глубоководных частей пруда. В первые несколько лет на его водную гладь выпустили 480 плавучих плотиков, каждый площадью по два квадратных метра. Здесь их называют – биоплато. Лабораторные испытания показали, что для эффективного выполнения задачи по очищению воды пруд нужно покрыть этими устройствами примерно на 40%.

Растения на них размещались в фитоматах – сетчатых мешках, загруженных органо-минерально-растительной смесью (древесные опилки, термовермикулит и травосмесь; кстати, вермикулит, это ценное вторсырье, является отходом крупного химического предприятия холдинга «Апатит», расположенного в Кировске). «Технологий существует много, но все они дорогие, требующие строительства, эксплуатационных затрат. Наша технология более дружественна экологии. Вода с повышенным содержанием азотистых соединений — это питательный раствор для высаживаемых растений. Чтобы они лучше приживались, мы используем биоплато. На плавучие плотики высаживается основание — дернина, в нее подсаживаются водные растения, которые и создают болото. За два-три сезона растения укрепляются и размножаются. В первый год мы доказали, что за один сезон одно растение способно дать до двадцати молодых», — рассказывала местным СМИ доктор биологических наук, завлаб декоративного цветоводства и озеленения Полярно-альпийского ботанического сада-института КНЦ РАН Любовь Иванова.

В первые несколько лет на водную гладь выпустили 480 плавучих плотиков, каждый площадью по два квадратных метра. Здесь их называют – биоплато.

Однако управлять такими плотами оказалось не так уж и просто. Прежде всего, из-за постоянно и резко колеблющейся в пределах метра глубины пруда-остойника – и так не слишком большой (до трех метров). Быстрое течение, особенно в периоды паводков, тоже не помогало корням растений зацепиться за дно, и так в основном загроможденное валунами. За прошедшие несколько сезонов биоплато врезались в отмели и высыхали, их выбрасывало на берега сильными ветрами. Сказывались на эксперименте и условия Крайнего Севера, в которых любой растительности в принципе трудно жить – зимой, например, большая часть пруда-отстойника перемерзает. Лето 2019 года вышло чересчур холодным даже для Кольского полуострова, что сильно повлияло на рост растений. «Кислород.ЛАЙФ» увидел, чем это закончилось – биоплато не слишком радовали глаз зеленью. 

Естественно, неоднократно приходилось менять и само содержимое фитоматов – не все растения смогли прижиться в столь специфических условиях, а уж тем более оказаться эффективными для той задачи, ради которой все и затевалось. Например, пришлось решить проблему дисбаланса питательных веществ в воде – азота там много, а фосфора нет совсем; в каждый фитомат стали добавлять суперфостат. Но главный принцип остался неизменным в течение всех сезонов: для эксперимента ученые использовали исключительно местные виды растений, которые здесь исторически хорошо приживаются.

Сейчас на пруде-отстойнике используется порядка 30 видов. Среди них – осоки, сабельник, калужница, высаженные еще на старте эксперимента, а также добавленный к ним позже рогоз, устойчивый к условиям Крайнего Севера. В заводях, где формируется естественная заболоченность, в этом году высадили рдест с корешками по всему стеблю. Хорошо себя зарекомендовали и водные мхи. Иными словами, удалось исключить потенциальный негатив от нехарактерных для хрупких экосистем Заполярья инвазивных видов. 

С 2017 года фитоматы стали размещать не только на биоплато, но и отдельно. Это нужно было для того, чтобы обеспечить зарастание (или, как говорят ученые, «задернение») прибрежной полосы, откосов фильтрующих дамб и других наземных территорий, где отсутствуют естественные плодородные почвы. А с этим в Мурманской области в целом не очень… С помощью фитоматов получилось создавать растительные сообщества на неглубоких участках пруда, частично или полностью погружая их в воду (в таком случае они выполняют функцию дна с питательным субстратом, пригодным для произрастания растений). 

А в прошлом году ФОС пополнилась еще одним устройством – фитосадками. Если биоплато очищают верхнюю часть водоема, а фитоматы работают на прибрежной его части, то фитосадки охватывают самую глубокую часть отстойника. «Они представляют собой цилиндры из пластиковой сетки с погружными растениями, которые активно потребляют азотистые соединения. Их прикрепят к биоплато в вертикальном положении», - рассказывала местным СМИ Любовь Иванова. В прошлом году этот тип погружной конструкции опробовали в качестве эксперимента. Результат, по оценке ученых, оказался очень хорошим. И этим летом они добавили еще 15 фитосадков. Для них нашли новые наполнители-растения, которым не требуется укоренения: уруть, пузырчатка, несколько видов водных мхов. 

По оценке ученых, ФОС за шесть минувших сезонов уже начала развиваться без активного вмешательства человека. Теперь нужно только периодически следить за биоплато, добавлять наиболее жизнеспособные растения, а также оценивать степень очищения пруда-отстойника от вредных примесей. По данным «Олкона», содержание амонийного азота в воде удалось сократить на 90%, а нитратов – на 20%. Это уже успех, но нужно больше.

«В результате образуется искусственная болотная экосистема, состоящая из высших раститений, субстрата и связанных с ними микробных сообществ. Предлагаемая технология не требует затрат энергии, химикатов и дефицитных в регионе почвенных ресурсов. Внедрение данной технологии позволило на 22% повысить эффективность очистки сточных карьерных вод от минеральных соединений азота», - отмечают на предприятии. И с гордостью добавляют, что эксперимент, который в Оленегорске еще не окончен, уже отметила Ассамблея ООН по окружающей среде в Найроби. Его включили в публикацию International Chamber of Commerce.

Лето 2019 года вышло чересчур холодным даже для Кольского полуострова, что сильно повлияло на рост растений – биоплато не слишком радовали глаз зеленью.

Теперь и в Вологде 

Успешное течение эксперимента на «Олконе» подтолкнуло и запуск аналогичного проекта на Череповецком металлургическом комбинате – крупнейшем активе  «Северстали», расположенном в Вологодской области. Здесь с помощью растений попробуют организовать доочистку сточных вод на втором золошламонакопителе – гидротехническом сооружении, являющемся частью системы очистки сточных вод перед сбросом в водные объекты. 

Общий объем золошламонакопителей на «Северстали» — 41 млн кубометров. «У нас их два, но первый работает как отстойник: в нем оседают твердые взвешенные вещества, вода осветляется. 80% воды возвращается на производство, а 20% идет во второй накопитель, где снова проходит очистка. Затем эта вода нормативного качества сбрасывается в реку Кошту по выпуску №3. А вот нормативы, которые установлены на уровне рыбохозяйственных водоемов, не достигаются по ряду загрязняющих веществ. Одно из мероприятий для улучшения качества сбросов — доочистка воды с помощью растений. Необходимо доочистить воду от веществ азотной группы и металлов», - объяснила «Кислород.ЛАЙФ» менеджер по водоохранной деятельности ПАО «Северсталь» Рената Ефремова.

По данным вологодских СМИ, ученые Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, привлеченные комбинатом, выбрали для этого проекта четыре вида растений. Основа «фильтра» — эйхорния, или водяной гиацинт. Это тропическое растение, которое давно и широко используют в мире в качестве естественного очистителя водоемов от различных загрязнений. Оно может перерабатывать даже бензин и вредные бактерии, при этом обогащая водоем кислородом. Но в промышленной отрасли, в том числе в металлургии, эйхорнию раньше не применяли, подобные научные исследования для страны уникальны. «Эйхорния накапливает вещества в своих толстых ножках. За необычный внешний вид она получила название «водный поросенок», также ее называют водным гиацинтом», — рассказал заведующий лабораторией физиологии и токсикологии водных животных Института биологии внутренних вод Григорий Чуйко

Всего биологи этим летом высадили 350 эйхорний, которые привезли в Череповец из питомника в Подмосковье, а также 140 телорезов и по 100 кг элодеи и роголистника. Их разметили в специальное биоплато, состоящие из 32 модулей объемом по 2,5 кубометра каждый. Осенью ученые планируют оценить эффективность очистки по объему накопленных в биомассе загрязняющих веществ. А пока за эйхорнией, телорезом, элодеей и роголистником присматривают работники цеха водоснабжения «Северстали». Основная задача — следить за тем, чтобы биоплато не унесло ветром, чтобы растения из него не уплыли. 

Оба эксперимента – и на «Олконе», и в Череповце – мероприятие не дешевые. Затраты за три года на запуск проекта на ЧерМК составили около 4 млн рублей, на «Олконе» с 2013 года потратили уже 7 млн рублей. Однако другие технологии, например, тот же обратный осмос, обошлись бы существенно дороже. В данном же случае металлурги одним действием убивают двух зайцев – и решают собственные локальные задачи по попаданию в нормативы ПДС (что исключит риск штрафов), и обеспечивают изначально «грязные» звенья технологических процессов естественным механизмом самоочистки. Да еще и вклад в науку делают. Одни плюсы.

http://35media.ru/static/fullimage/c768409e-a781-4afd-9a99-8cd1d0f3741f.jpg
На Череповецком металлургическом комбинате «Северстали» с помощью растений попробуют организовать доочистку сточных вод на втором золошламонакопителе.
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект