Экологическое возрождение старого Демидовского завода
Нижнетагильский металлургический завод, построенный в 1725 году Никитой и Акинфием Демидовыми, в XVIII веке был одним из самых крупных, передовых по техническому оснащению не только на Урале, но и в России. Уже в 1760-е годы он имел полный технологический цикл выделки железа. Здесь действовали доменные печи, кричные и прокатные цеха, всего на заводе было 18 зданий, в которых размещалось 27 отдельных производств, а с средины 70-х годов XIX века развивалось сталелитейное производство. Старый демидовский завод отслужил Отечеству в общей сложности 262 года. Прекращение его работы происходило поэтапно: прокатный цех остановился в 1961-м, мартеновский – в 1980-м, доменный – в 1987 годах. В 1989 году у старопромышленного предприятия началась новая жизнь в качестве музея-завода.
Остановка производства произошла по экономическим и экологическим причинам в связи с развитием Нижнетагильского металлургического комбината. Остановимся на экологии.
Технологические процессы старого металлургического завода, находящегося в центре города, сопровождались образованием большого количества отходов в виде вредных газов и пыли, шлаков, шламов, сточных вод, содержащих различные химические компоненты, которые загрязняли атмосферу, воду и поверхность земли. По статистике, загрязнение окружающей среды вокруг предприятий черной металлургии в зависимости от господствующих ветров ощущается в радиусе 20-50 километров.
В процессе доменного производства образуется много доменного газа, который содержит оксиды углерода и серы, водород, азот, некоторые другие газы и большое количество колошниковой пыли (до 150 кг/т чугуна). Кроме того, выделяются сероводород и оксиды азота. Источником сернистых соединений, выбрасываемых в атмосферу, являются, главным образом, кокс (40-60%) и руда (5-30%). Именно в доменном производстве выбрасывается 30% всей пыли металлургического завода. Она содержит оксиды железа, кремния, марганца, кальция, магния, частицы шихтовых материалов. В результате вокруг металлургических предприятий образуются техногенные зоны, во всех поверхностных образованиях которых (почве, снеге, воде, растительности) содержится широкий набор вредных веществ.
Реконструкция демидовского завода в 1930-е в годы проводилась без учета экологических требований. Это обстоятельство в сочетании с быстрорастущим количеством автотранспорта в городе обуславливало значительные трудности в решении задачи защиты атмосферного воздуха в Нижнем Тагиле.
За 262 года деятельности предприятия выбросы из труб привели к загрязнению почв, водных объектов, уничтожению растительности и образованию техногенных пустошей вокруг него и на его территории.
Вредное воздействие обуславливается рядом причин:
– нахождение завода в непосредственной близости к жилым районам;
– использование устаревших технологических процессов и технологического оборудования, при работе которого в атмосферу выделялось б?льшее (по сравнению с современным производством) удельное количество загрязняющих веществ;
– недостаточная оснащенность технологических агрегатов системами очистки и обезвреживания и неэффективная работа действующих пыле- и газоочистных установок;
– значительное количество децентрализованных систем отвода и очистки газов и, соответственно, большое количество мелких источников загрязнения атмосферы с трубами относительно малой высоты.
Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется тем, что эти выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носят неорганизованный характер.
В 30-40 годы прошлого века домны Нижнетагильского металлургического завода не могли конкурировать с печами металлургических гигантов, вступивших в строй в годы первых пятилеток. Всё чаще его доменный цех старого использовался для проведения экспериментов, освоения новых технологий, а также для производства высококачественного литейного чугуна.
В 1933 году были проведены опытные плавки титаномагнетитовых руд, в 1934-м началась выплавка ферросилиция на коксе, в 1936-1937 гг. – опыты по получению в доменной печи шлаков с высоким содержанием глинозёма. Шлак становился товарным продуктом. В годы Великой Отечественной войны было освоено производство феррохрома и ферромарганца в доменных печах. В 1963 году проводились опытные плавки получения ванадиевого чугуна из руд Качканарского ГОКа, а также была отработана технология получения чугуна, легированного хромом и никелем. С 1958 года и до последнего рабочего дня домны завода выплавляли литейный чугун.
В зависимости от вида выплавляемого чугуна и мощности печей суммарное количество пыли, образующейся в результате технологических процессов, может составлять сотни тонн в сутки. При этом шестивалентный хром и пыль обнаруживают на расстоянии до 3 км от источника загрязнения. Завод при выплавке ферросилиция загрязнял атмосферный воздух в радиусе 2-3 км мельчайшими частицами оксида кремния, наибольшее содержание которых наблюдалось на расстоянии около 500 метров от предприятия.
Промвыбросы феррованадиевого производства загрязняли атмосферу пылью, окисидами ванадия, хлористого водорода на расстоянии до 2 км.
В мартеновском цехе при производстве стали отходящие газы содержат азот, оксид углерода и углекислый газ. Пылевыбросы состоят в основном из оксидов железа.
Основным источником вредных выбросов в цехах горячей прокатки являются нагревательные печи и колодцы.
Предприятие черной металлургии – один из крупнейших потребителей воды. Наибольшее ее количество требуется в прокатном, доменном и сталеплавильном производствах. Завод имени В. В. Куйбышева использовал воду Нижнетагильского пруда на всех стадиях металлургического производства. Две его доменные печи за сутки выпускали, примерно, около 5000 тонн чугуна, расход воды при этом составлял около 140 тысяч кубических метров.
На территории завода сегодня
В доменном и мартеновском цехах вода использовалась для охлаждения печей, арматуры кауперов (воздухонагревателей) и очистке изложниц – емкостей для разливки стали, проходила по сети напорных трубопроводов. Отработанная вода не загрязнялась в замкнутом пространстве трубопроводов, а только нагревалась до температуры 19-25 градусов и использовалась в обороте для тех же целей.
Отработанная вода других цехов, главным образом, прокатных, загрязнялась окалиной, маслами и механическими примесями. Она выпускалась без очистки в рабочий канал, а затем в реку Тагил. Самая грязная вода поступала из цеха газоочистки, загрязненная механическими примесями и ядовитыми растворёнными веществами.
В прокатном производстве вода используется для охлаждения валков, шеек валков и подшипников, смыва и транспортировки окалины, охлаждения вспомогательных механизмов. Это производство является источником загрязнения воды маслами, эмульсиями и травильными растворами.
Большое количество потребляемой воды металлургическими производствами требует создания на предприятии эффективных систем водоочистки, которые отсутствовали на старом заводе. Но, тем не менее, попытки решить эту проблему не раз предпринимались на заводе.
В 1937 году были рассмотрены вопросы реконструкции и ремонта Нижнетагильской и Черноисточинской плотины и были сделаны выводы о переводе предприятия на оборотное водоснабжение по нескольким схемам. Но проектное задание было составлено только в феврале 1940 года. В связи с начавшейся Великой Отечественной войной гидросооружения Нижнетагильской гидросистемы были реконструированы лишь частично, в сочетании с ремонтными работами.
В 1945 году было принято решение о разработке нового проектного задания по реконструкции водоснабжения завода с выделением трех систем с оборотным циклом. В результате длительного рассмотрения различных вариантов остановились на проектировании оборотного водоснабжения только для основных цехов: центральной электростанции, воздуходувок, мартеновского и доменного цехов, имеющих наибольшее водопотребление. Для цеха газоочистки было спроектировано оборотное водоснабжении с самостоятельным циклом.
Было принято решение о возврате отработанной воды по трубопроводу, проложенному по плотине, со сбросом в Нижнетагильский пруд. Пруд, площадь которого составляла 500 тысяч кв. м, использовался в качестве охладителя воды. В холодное время года температура воды рабочей площади равна 4,2 градуса. Отработанная вода поступала в приёмный резервуар. Далее насосами подавалась в трубу диаметром 1200 мм, которая проходила к паводковому водоспуску (вешнячему каналу), затем переходила через гребень плотины напорным трубопроводом длиной 685 м, проходящим по правому берегу пруда, в сторону парка культуры и отдыха имени Бондина, где и происходил выпуск отработанной воды в пруд. Охлаждённая и свежая вода поступала на завод через водозаборное устройство и трубу (ларь постройки 1899 года) диаметром 3800 мм.
Устройство оборотного водоснабжения дало экономию свежей воды в количестве 1 кубометр в секунду, или 3600 кубометров в час.
В 1927 году впервые начались исследования химического состава воды Нижнетагильского пруда лабораторией металлургического завода. По 1940 год было сделано 450 анализов. Отмечалось, что вода пруда слабо минерализована, содержит следы сероводорода, азотистую кислоту, аммиак, повышенное содержание магния и хлора, что свидетельствует о его загрязнении.
Несмотря на использование системы оборотного водоснабжения, количество сточных вод завода все равно было значительным. Они содержали механические примеси органического и минерального происхождения, в том числе нефтепродукты, токсические соединения, и без очистки сбрасывались через рабочий канал в реку Тагил.
Современные планы развития музея-завода предусматривают завершение его музеефикации и создание на основе восстановления естественного природного ландшафта музейно-парковой зоны. В 2001 году было произведено исследование почвы с помощью агрохимического анализа по критериям оценки загрязнения почв селитебных территорий. В ходе этого анализа изучались поверхностные горизонты почвы, слой, в котором находится большая часть корневых систем травянистых растений.
Агрохимический анализ показал следующее:
– верхний слой почвы всех участков заводской территории – преимущественно техногенного происхождения, участки с плодородной почвой встречаются редко;
– почва техногенного происхождения по составу на 44-81% состоит из механических примесей, которые представлены щебнем, шлаками, металлом, реже – растительными остатками, остальное – более мелкая фракция, рыхлая, не слеживающаяся в комки, с мизерным содержанием глинистых частиц.
Вывод: плодородие изученной почвы – низкое и для перспективного использования территории под лесонасаждения и травосеяние необходима биологическая рекультивация.
Было проведено исследование содержания в почве меди, хрома, кадмия, цинка, никеля, свинца, которые являются наиболее токсичными для людей, животных и растений. Оно показало значительно превышающее ПДК (предельно допустимой концентрации) содержание этих токсичных микроэлементов. При этом растения обычно устойчивы к повышенному содержанию микроэлементов и способны накапливать предельно высокие их концентрации.
Рекреационное использование почвы этих музейно-парковых зон опасения не вызывает при условии отсутствия в посадках видов растительности, аккумулирующих потенциально опасные вещества в съедобных частях. Опасность для здоровья людей возникает лишь в случае проникновения загрязнений в пищу при выращивании на загрязненной почве овощных и плодово-ягодных культур.
По всей территории старого завода встречаются локальные загрязнения нефтепродуктами, пропитавшими почву. Особое опасение вызывают большие по площади пятна нефтепродуктов в мартеновском цехе. При повышенной положительной температуре воздуха они довольно легко испаряются, загрязняя воздух и вызывая пожароопасную ситуацию.
Для очистки территории завода от нефтепродуктов необходима биологическая рекультивация поврежденных участков с использованием биотехнологической (микробиологической) методики их разложения. Все биологические методы очистки почвы – дорогостоящие мероприятия, поэтому на данном этапе выбраны иные методы реабилитации территории.
Сегодня проблема реабилитации и рекультивации территории старого завода актуальна, как никогда, потому что она является перспективной в плане развития индустриального туризма и реализации новых градостроительных решений. Выбор оптимального метода и технологии реабилитации и рекультивации загрязнённых территорий должен быть основан на соответствии законодательству, безопасных условиях эксплуатации территории, охране окружающей среды и здоровья населения, экономической эффективности, рациональном использовании земельных ресурсов.
После реабилитации территории старые производственные корпуса (механический, кузница и другие) планируется превратить в муниципальные выставочные залы или оранжереи, перед дымовыми трубами разбить скверы. Тогда промышленная площадка (старый металлургический завод) превратится в тихое и уютное место в центре города.
Прошли три десятилетия после прекращения деятельности старого демидовского завода. В настоящее время можно наблюдать, как происходит самовозрождение природы на его территории. Восстанавливается травянистый покров, всё меньше встречается техногенных пустошей. На бывших свободных от древесной растительности участках появились поросли сосны, ивы козьей (вербы), клёна ясеневидного, берёзы, рябинника и других растений. Возродиться природе на техногенной территории помогают студенты и школьники, которые участвуют в экспериментах, сажая разные виды деревьев и кустарников на изменённые почвенные профили: на отдельные участки завозятся почвогрунт, торф, вносятся минеральные удобрения и высаживаются разные виды растения.
Студенты и преподаватели НТГПИ участвовали в эксперименте по озеленению территории завода на средства гранта "Земля женщин" компании Ив Роше, полученного преподавателем кафедры биологии института Светланой Ивановной Гомжиной. Ими высажены травянистые растения и кустарники редких видов, приобретённые в Уральском ботаническом саду, а также растения, привезённые с берегов реки Чусовой.
Весной-летом 2013-2016 годов сотрудники музея-заповедника, учащиеся и преподаватели Городской станции юных натуралистов на территории старого завода высадили вяз мелколистный, клён канадский, ясень, яблони, чубушник, иву шаровидную и другие растения. К осени 2016 года большинство высаженных деревьев и кустарников, а также редких растений с берегов Чусовой находились в удовлетворительном состоянии. В результате проведённого эксперимента выявлено, какие виды растительности способны произрастать на техногенных территориях, а какие не выдерживают почвенных загрязнений.
В настоящее время территорию музея-завода можно назвать одним из самых зелёных уголков города с разнообразным видовым составом деревьев, кустарников и трав.
Животный мир здесь тоже возрождается. Особенно радуют обитатели водных объектов. Так, в рабочем канале гидросистемы завода можно услышать кваканье большой озёрной лягушки, увидеть плавающих или ныряющих уток крякв, а если тихо и осторожно подойти к берегу, можно наблюдать "купание" ондатры. Осенью 2016 года она "показала" пару рыженьких детёнышей.
На территории музея-завода живут разнообразные птицы. Раннюю весну на колошниках (самая высокая часть) доменных печей встречают две пары воронов, гнездящиеся здесь уже многие годы, они оглашают своим "брачным" криком ближайшие окрестности, а летом учат летать своих птенцов. Ежегодно о начале весны сообщает своей "дробью" большой пестрый дятел. В вершинах высоких деревьев гнездятся мелкие певчие птицы, их голоса радуют слух всю весну и первую половину лета, а затем интересно наблюдать, как родители ищут корм для своих детёнышей, уничтожая вредных насекомых. Тогда-то можно разглядеть красоту их оперения, сфотографировать и определить виды пернатых.
Зимующие и кочующие птицы также не облетают старопромышленную территорию стороной, их привлекают плоды рябины, боярышника, яблони, а также развешанные юными натуралистами кормушки с семенами подсолнечника, хлебными крошками и салом. Постоянные посетители кормушек – большие синицы, воробьи, поползни. Осенью прошлого года территорию завода посещали белки, которые несколько дней прыгали по крышам старых заводских корпусов, как по деревьям, и даже питались в птичьих кормушках.
Возрождающуюся флору и фауну старого демидовского завода ещё предстоит изучать, но главное – возрождение природы началось!
Галина КОТИНА, главный специалист музея-заповедника
Литература: Газета "Тагильский вариант" №35(312) от 20.10.2017.