Zbigniew Bzowski*, Jan Zawiślak

Transkrypt

WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 25 – 39
Zbigniew BZOWSKI*, Jan ZAWIŚLAK**
*Główny Instytut Górnictwa, Katowice
**Pomiar-GIG Sp. z o.o., Lublin
Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów górniczych
wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych w rejonie
Bogdanki
Streszczenie
W pracy zaprezentowano wynik badań karbońskich odpadów powęglowych z kopalni
„Bogdanka”, w różnym stopniu zwietrzałych, wykorzystanych do różnych zastosowań.
Wykazano, że w czasie wietrzenia tych odpadów następuje dezintegracja ziarnowa, czego
efektem jest naturalne zagęszczanie odpadów. Pod względem mineralogicznym zmiany
wietrzeniowe zachodzą stosunkowo wolno. Zagęszczanie odpadów ogranicza powstawanie
siarczanów na drodze wietrzenia (utleniania) siarczków żelaza, ale nie powoduje ograniczenia
wymywania z nich chlorków i sodu. W pracy wykazano, że wietrzenie odpadów powęglowych
prowadzi do wypłukiwania z nich w pierwszej kolejności chlorków i sodu, a następnie
siarczanów i potasu, a zjawiska te mogą być uciążliwe dla środowiska. Ponadto określono zasady
monitoringu odpadów i środowiska w miejscu ich gospodarczego wykorzystania.
1. Wstęp
Prezentowane wyniki prowadzonego monitoringu właściwości mechanicznych
i fizykochemicznych karbońskich odpadów powęglowych pochodzących z kopalni
„Bogdanka” w Lubelskim Zagłębiu Węglowym wskazują na liczne możliwości ich
gospodarczego wykorzystania (Gazda i in. 1988; Łyszczarz 1996; Zawiślak i Bzowski 1996;
Bzowski i Zawiślak 2000; Prace zbiorowe 2000, 2002; Borys i in. 2002; Bzowski 2004).
Odpady te zarówno pod względem mineralogicznym jak i fizykochemicznym stanowią
materiał przydatny dla wykorzystania w szeroko rozumianej rekultywacji. Szczególnie iłowce
i łupki ilaste łatwiej ulegające degradacji, równocześnie o dobrej zdolności buforowania
środowiska, są dobrym materiałem dla wykorzystania w rekultywacji bezglebowej (Bzowski
i Zawiślak 2000; Chaber i Bzowski 2002). Wszystko wskazuje na to, że zawartości metali
ciężkich w odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” nie stanowiły i nie stanowią
zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednak w myśl bezpieczeństwa ekologicznego podjęto
próbę oceny wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych odpadów karbońskich
kopalni „Bogdanka” z uwzględnieniem procesu wietrzenia.
_______________________________________________________________
25
Z. BZOWSKI, J. ZAWIŚLAK – Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów...
____________________________________________________________________________
2. Charakterystyka pobranych próbek do badań
Dla realizacji prezentowanej pracy dotyczącej oceny zmian właściwości fizykochemicznych
odpadów powęglowych o różnym stopniu wietrzenia pobrano cztery próbki oznaczone B-0,
B-1, B-2 i B-3. Próbka B-0 pochodziła bezpośrednio z kopalni „Bogdanka” i odpad ten
traktowano jako „świeży”. Pozostałe próbki karbońskich odpadów powęglowych pochodziły
z różnych miejsc wykorzystania tych odpadów w latach minionych. Poniżej przedstawiono
krótką charakterystykę pobranych próbek.
1) Próbka B-0:
– miejsce pobrania: taśmociąg z kopalni „Bogdanka” do punktu załadunku na samochody,
– wiek: bezpośrednio z wydobycia (odpad „świeży”),
– charakter (skład petrograficzny): mieszanina szarych iłowców o niewyraźnej łupliwości
z jasnoszarymi mułowcami bez warstwowania, z ciemnoszarymi łupkami ilastymi
laminowanymi substancją organiczną wraz z luźnym materiałem ilastym (gleby
stigmariowe) oraz z brunatno-szarymi syderytami ilastymi,
– uziarnienie: brak frakcji gruboziarnistej powyżej 25 mm, a frakcji powyżej 16 mm jest
1,6%, dominuje fakcja w przedziale 8 – 4 mm, ale sumarycznie udział frakcji
piaszczystej jest największy i stanowi 51,0%, frakcji najdrobniejszej poniżej 0,1 mm –
0,5%.
2) Próbka B-1:
– miejsce pobrania: Puchaczów, droga lokalna przy kanale Wieprz – Krzna,
– wiek: około 15 – 18 lat (informacja ustna mgr inż. Jerzego Zięby),
– charakter: mieszanina iłowców i mułowców spojonych materiałem ilastym, materiał
zwięzły, zbity (zagęszczony),
– uziarnienie: dominuje frakcja gruba (powyżej 16 mm) – 51,3%, frakcji najdrobniejszej
poniżej 0,1 mm jest 2,5%.
3) Próbka B-2:
– miejsce pobrania: wschodnia skarpa składowiska odpadów powęglowych w Bogdance,
– wiek: około 7 – 8 lat,
– charakter: zwietrzałe łupki ilaste i iłowce, zwarte mułowce i syderyty ilaste, mieszanina
lekko ubita (zagęszczona),
– uziarnienie: frakcja gruba (powyżej 16 mm) – 32,5% przy jednoczesnym udziale frakcji
piaskowej w ilości 33% i żwirowej – 22%; frakcji najdrobniejszej poniżej 0,1 mm –
2,5%.
4) Próbka B-3:
– miejsce pobrania: zrekultywowane z wykorzystaniem karbońskich odpadów
powęglowych wyrobisko odkrywkowe w Albertowie,
– wiek: około 6-7 lat,
– charakter: zwietrzałe łupki ilaste, iłowce w mieszaninie z twardymi mułowcami i syderytami ilastymi,
– uziarnienie: dominuje frakcja piaszczysta – 50,0% z równomiernym udziałem frakcji
grubej powyżej 16 mm – 21,9% i żwirowej – 25,1%; frakcji najdrobniejszej poniżej 0,1
mm jest 3,0%.
_______________________________________________________________
26
____________________________________________________________________________
3. Metody badań
Skład ziarnowy pobranych próbek karbońskich odpadów powęglowych oznaczono metodą
sitową zgodnie z PN-91/B-06714.15. Poprzez kwartowanie wydzielono próbki jednostkowe.
Badania mineralogiczne wykonano rentgenowską metodą dyfrakcyjną (XRD) używając
dyfraktometru firmy Philips PW 3710. Stosowano metodę proszkową (DSH), promieniowanie
CuK z monochromatorem grafitowym i program operacyjny X’Pert for WIN (X’Pert Plus
1999). Skład mineralny zidentyfikowano na podstawie danych z kartoteki ASTM. (Gaweł,
Muszyński 1992). oraz z bazy International Centre for Diffraction Data (JCPDS 1997)
sprzężonej z dyfraktometrem programem PCPDFWIN v.1.30. Badania wykonano w Pracowni
Rentgenograficznej Zakładu Mineralogii Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego
w Katowicach.
Podstawowy skład chemiczny oraz zawartość pierwiastków śladowych w badanych odpadach
oznaczono metodą spektrometrii fluorescencji rentgenowskiej (XRF). Wykorzystano
sekwencyjny spektrometr typu PW 1404 firmy Philips. Oznaczenia wykonano
w oparciu o opracowane metody w Zakładzie Monitoringu Środowiska GIG (Bojarska i Bzowski
1997, Bzowski i Bojarska 2003).
Wyciągi wodne z badanych karbońskich odpadów powęglowych wykonano w proporcji
1:10. Metodyka taka jest zgodna z wytycznymi zawartymi w Rozporządzeniu Rady Ministrów
z dnia 27.12.2000r. (Dz.U. Nr 120, poz. 1284) zalecanymi przez Państwową Inspekcję
Ochrony Środowiska. Wyciąg wodny (test wymywalności) jest jedną z najlepszych metod
określenia ilości zanieczyszczeń uruchamianych z odpadów do środowiska i preferowany jako
metodyka badawcza odpadów w krajach Unii Europejskiej (Report 1994, Heasman 1997).
Podstawowe składniki wyciągu wodnego: sód i potasu oznaczono fotometrycznie wg PN-ISO
9964-3:1994, azotany zmodyfikowaną metodą Kjeldahla (Ostrowska i in. 1991), chlorki metodą
Mohr'a wg PN-ISO 9297:1994, a siarczany wagowo wg PN-74/C-04566.09. Zawartości metali
ciężkich oznaczono metodą spektrometrii emisyjnej z plazmą wzbudzoną indukcyjnie (AESICP), wykorzystując spektrometr Optima 3000 DV Perkin Elmer.
Oznaczenia fizykochemiczne wykonano w Laboratoriach: „Pomiar-GIG”Sp. z o.o. w Lublinie
posiadającym wdrożony system jakości zgodny z PN-EN ISO/IEC 17025:2001 oraz
w posiadającym Certyfikat Akredytacji PCA Laboratorium Analiz Odpadów Stałych Zakładu
Monitoringu Środowiska GIG w Katowicach
4. Wyniki badań
4.1. Monitoring ilości karbońskich odpadów powęglowych
Monitoring odpadów karbońskich skał płonnych składa się z podsystemu obejmującego
badania, zbieranie i gromadzenie informacji dotyczących ich ilości i jakości oraz systemu
oceny w tych elementach. Uzyskane informacje na temat monitoringu ilości karbońskich
odpadów powęglowych wytwarzanych w kopalni węgla kamiennego „Bogdanka” wykazują,
że w latach 1993 – 2003 powstawało rocznie od 1186,9 do 2043,4 tys. ton odpadów. Zarówno
w 1993 jak i 2001 roku zagospodarowano ponad 98% odpadów a bardzo małe ilości
(16,8 i 17,88 tys. ton) umieszczono na składowisku. Natomiast w latach 2002 i 2003
gospodarczo wykorzystano 100% odpadów (tab. 4.1).
_______________________________________________________________
27
____________________________________________________________________________
Tabela 4.1
Monitoring ilości karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka”
Quantity Monitoring of wastes from Coal Mine “Bogdanka”
Rok
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004*
Table 4.1
ODPADY KARBOŃSKIE
ogółem
na składowisku
w tonach
w tonach
udział w %
1 186 900
16 800
1,42
1 534 000
1 107 700
72,21
1 669 677
1 097 713
65,74
1 769 820
1 181 279
66,75
1 909 873
1 218 549
63,80
1 924 101
933 023
48,49
1 824 440
373 950
20,50
2 043 399
494 091
24,18
1 672 113
17 880
1,07
1 808 447
0
0
2 035 718
0
0
1 445 939
41 886
2,90
* dotyczy danych za 9 miesięcy 2004 roku (styczeń-wrzesień).
4.2. Odpady powęglowe z kopalni „Bogdanka” po różnym czasie wietrzenia
W realizacji niniejszej pracy ujęto ocenę własności fizykochemicznych odpadów
powęglowych pochodzących bezpośrednio z kopalni „Bogdanka” (B-0) oraz pochodzących
z różnych czasowych etapów wietrzenia: B-1 (15 – 18 lat), B-2 (7 – 8 lat) i B-3 (6 – 7 lat).
4.2.1. Zmiany w składzie mineralnym
Dominującymi minerałami w badanej próbce „świeżych” (B-0) karbońskich odpadów
powęglowych z kopalni „Bogdanka” są minerały ilaste, których udział waha się od 60 do 65%.
Wśród nich wyróżnić należy zawartości kaolinitu (35 – 40%) i illitu (20 – 25%) oraz znacznie
mniejsze ilości minerałów mieszanopakietowych. Dopełnienie składu mineralnego stanowi
kwarc (20 – 25%), syderyt, skalenie, piryt i substancja organiczna. Graficznie wyniki badań
prezentuje rysunek 4.1.
Różnice występujące w składzie mineralnym odpadów powęglowych przekształcających się
pod wpływem wietrzenia uwidaczniają się w ilościach oznaczonych minerałów ilastych:
kaolinitu, chlorytów i smektytu oraz innych: kwarcu i syderytu. Zmienne ilości poszczególnych
minerałów ilastych mogą wynikać również z występowania tych minerałów w strukturach
mieszano-pakietowych podlegających rozpadowi na skutek wietrzenia. Natomiast zmienne ilości
syderytu związane są z miejscowym występowaniem oolitowej formy tego minerału w tzw.
glebach stigmariowych często ułożonych w stropach i spągach pokładów węgla (Cichoń 1977).
_______________________________________________________________
28
____________________________________________________________________________
Rys. 4.1. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” („świeże”)
Objaśnienia: I – illit; K – kaolinit; P – piryt; S – syderyt; Sk – skaleń; Q – kwarc
Fig. 4.1. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” (“fresh”)
1) Próbka B-1.
Puchaczów, droga lokalna przy kanale Wieprz-Krzna (ok. 15 – 18 lat),
W składzie mineralnym próbki dominują minerały ilaste tj. kaolinit, illit i chloryt. Kwarc
jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach skalenie i syderyt. W próbce
występuje również substancja organiczna o czym świadczy podwyższone tło na dyfraktogramie
(rys. 4.2). Efektem długotrwałego wietrzenia jest wzrost zawartości chlorytu po przeobrażeniu
skaleni, i illitu, który może być produktem przeobrażenia mik obecnych w odpadach.
Rys. 4.2. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych
w Puchaczowie na drodze lokalnej przy kanale Wieprz – Krzna,
Objaśnienia: Ch – chloryt, I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc
Fig. 4.2. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken in Puchaczow from
local road near Wieprz – Krzna canal
_______________________________________________________________
29
____________________________________________________________________________
2) Próbka B-2.
Wschodnia skarpa składowiska odpadów w Bogdance (ok. 7 – 8 lat).
W składzie mineralnym tej próbki dominują minerały ilaste tj. kaolinit, illit i chloryt. Kwarc
jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach syderyt i skalenie.
W próbce występuje również substancja organiczna o czym świadczy podwyższone tło na
dyfraktogramie (rys. 4.3). Pod względem mineralnym, odpad powęglowy zwałowany na
składowisku nie różni się od tego samego odpadu wykorzystanego do budowy drogi przy
kanale (B-1). Efekt wietrzeniowy wydaje się być podobny pomimo różnego wieku, co
prawdopodobnie jest rezultatem słabszego zagęszczenia.
Rys. 4.3. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych na
składowisku w Bogdance (część wschodnia skarpy składowiska)
Objaśnienia: Ch – chloryt, I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc
Fig. 4.3. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken from the dump
in Bogdanka (eastern part of dump slope)
3) Próbka B-3.
Zrekultywowane wyrobisko odkrywkowe w Albertowie (ok. 6 – 7 lat).
W składzie mineralnym próbki odpadów powęglowych pobranej w Albertowie dominują
minerały ilaste: kaolinit i illit. Możliwa jest również obecność minerałów o strukturach
mieszanopakietowych. Kwarc jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach
syderyt i skalenie (rys. 4.4). Prawdopodobnie skalenie nie ulegają chorytyzacji (brak chorytu).
Badana próbka wykazuje niewielkie efekty wietrzenia, ponieważ odpady karbońskie
pochodzące z kopalni „Bogdanka” zostały wykorzystane do rekultywacji wyrobiska
w Albertowie z okryciem glebowym. W porównaniu z poprzednio badanymi próbkami
wynika, że wykonane okrycie glebowe (gliniasto – piaszczyste) uwałowanej masy badanych
odpadów powęglowych znacznie ogranicza ich wietrzenie.
_______________________________________________________________
30
____________________________________________________________________________
Rys. 4.4. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych
na zrekultywowanym wyrobisku odkrywkowym w Albertowie
Objaśnienia: I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc
Fig. 4.4. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken from the
reclamated open cast in Albertow (eastern part of dump slope)
4.2.2. Zmiany w składzie chemicznym
Podstawowy skład chemiczny badanych próbek karbońskich odpadów powęglowych
pochodzących z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia jest odzwierciedleniem ich
składu mineralnego. Jak wcześniej stwierdzono, próbki oznaczone B-1, B-2 i B-3 wykazują
charakter ilasty, co obrazuje ponad 22% zawartość Al2O3. Wśród nich próbka B-3 pochodząca
z terenu rekultywacji w Albertowie, najbardziej ilasta, charakteryzuje się najwyższą
zawartością glinu przy najniższej ilości SiO2 (tab. 4.2).
Tabela 4.2.
Wyniki badań składu chemicznego karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka”
na różnych etapach wietrzenia w %
Table 4.2.
Research results of chemical composition of wastes from Coal Mine “Bogdanka”on different
weathering stages
Składnik
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
K2O
P2O5
SO3
Str. prażenia
Suma
B-0
44,03
1,08
25,42
3,65
0,32
1,19
0,24
2,45
0,12
0,35
20,82
99,67
B-1
52,54
1,09
22,32
4,39
0,37
1,33
0,20
2,33
0,14
0,39
14,50
99,60
B-2
46,93
1,08
22,79
5,37
0,20
1,21
0,14
2,36
0,11
0,37
19,10
99,66
B-3
42,71
1,05
23,40
4,70
0,24
1,09
0,16
2,29
0,11
0,31
23,53
99,58
_______________________________________________________________
31
____________________________________________________________________________
4.2.3. Aspekt środowiskowy wietrzenia – zawartości metali ciężkich
Uzupełnieniem składu chemicznego badanych odpadów powęglowych z kopalni
„Bogdanka” wykorzystywanych dla wielu sposobów zagospodarowania i na różnych etapach
wietrzenia są oznaczone ilości metali ciężkich. Według obowiązującego prawa dopuszczalne
zawartości zanieczyszczeń pierwiastków śladowych w odpadach zależą od miejsca ich
wykorzystania. Możliwe jest wykorzystanie odpadów powęglowych na terenach grupy B –
grunty użytków rolnych z wyłączeniem gruntów pod stawami i gruntów pod rowami, grunty
leśne oraz zadrzewione i zakrzewione, nieużytki, a także grunty zabudowane i zurbanizowane
z wyłączeniem terenów przemysłowych, użytków kopalnianych oraz terenów
komunikacyjnych oraz terenów zaliczonych do grupy C – tereny przemysłowe, użytki
kopalniane, tereny komunikacyjne. Zgodnie z takim podziałem próbki B-1 i B-2 pobrano na
terenach należących do grupy C z głębokości nie większej od 2 m. Porównanie wyników badań
zawartości zanieczyszczeń pierwiastkami śladowymi w tych próbkach odnieść należy do
wartości dopuszczalnych w gruntach terenów grupy C. Próbkę B-3 pobrano w Albertowie na
terenie rekultywacji leśnej sąsiadującym z obszarami użytków rolnych i miejsce tego pobrania
należy zaliczyć do terenów grupy B. W tym przypadku wyniki badań zawartości
zanieczyszczeń pierwiastkami śladowymi porównać należy do dopuszczalnych wartości gleb
terenów B. Porównanie w prezentowanym układzie przedstawia tabela 4.3.
Tabela 4.3.
Porównanie wartości dopuszczalnych zanieczyszczeń w glebie i ilości w karbońskich odpadach
powęglowych z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia w mg/kg (ppm)
Table 4.3.
Comparison of contaminants limit values in soils and the amounts of contaminants in wastes from
Coal Mine “Bogdanka” on different weathering stages in mg/kg (ppm)
Dopuszczalne ilości*
B-0
B-1
B-2
B-3
B 0-0,3m
C 0-2,0m
Arsen (As)
20
60
8
<2
<2
<2
Bar (Ba)
200
1000
457
488
680
659
Chrom (Cr)
150
500
112
150
104
97
Cyna (Sn)
20
350
<2
<2
<2
<2
Cynk (Zn)
300
1000
93
203
184
121
Kadm (Cd)
4
15
<2
<2
<2
<2
Kobalt (Co)
20
200
27
75
39
33
Miedź (Cu)
150
600
59
37
69
31
Molibden (Mo)
10
250
<2
<2
<2
<2
Nikiel (Ni)
100
300
65
49
12
24
Ołów (Pb)
100
600
26
55
55
43
Rtęć (Hg)
2
30
<1
<1
<1
<1
* - wg Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów jakości gleby oraz
standardów jakości ziemi (Dz.U.Nr 165, poz.1359)
- grupa B głębokość 0 – 0,3m.
- grupa C głębokość 0 – 2,0m.
Zanieczyszczenie
Objaśnienia:
B-0 – odpad „świeży” z kopalni „Bogdanka”,
B-1 – z Puchaczowa, droga lokalna przy kanale Wieprz-Krzna (ok. 15 – 18 lat),
B-2 – ze wschodniej skarpy składowiska odpadów powęglowych w Bogdance (ok. 7 – 8 lat),
B-3 – ze zrekultywowanego wyrobiska odkrywkowego w Albertowie (ok. 6 – 7 lat).
_______________________________________________________________
32
____________________________________________________________________________
Z zestawienia w tabeli 4.3 wynika, że zawartości zanieczyszczeń w postaci normowanych
ilości pierwiastków śladowych w próbkach B-1 i B-2 są niższe od wartości dopuszczalnych
(grunt przypowierzchniowy terenów C). Jednak podwyższone zawartości chromu, kobaltu
i cynku w próbkach odpadów B-1, B-2 i B-3 wynikają prawdopodobnie z procesu wietrzenia
(tab. 4.3). Próbka B-3 pobrana z rekultywowanego terenu w Albertowie (B-3) poza
oznaczonymi ilościami baru i kobaltu zawiera mniej zanieczyszczeń w postaci pierwiastków
śladowych w porównaniu do dopuszczalnych wartości gleb terenów B (tab. 4.3). W przypadku
stwierdzonych ilości baru i kobaltu w badanych odpadach powęglowych z Albertowa,
podobnie jak w prezentowanej interpretacji wyników monitoringu zawartości tych
pierwiastków w „świeżych” odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” zastosowanie ma
§ 1. ust. 4 - Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów
jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz.U.Nr 165, poz. 1359). Zgodnie z cytowanym
Rozporządzeniem, w porównaniu do gleb zaliczanych do terenów grupy B, badane odpady
powęglowe pochodzące z kopalni „Bogdanka” i pobrane na terenie rekultywacji w Albertowie
(B-3) wykazują podwyższone, ale naturalne zawartości baru i kobaltu, co nie należy traktować
jako przekroczenia ilości dopuszczalnych.
4.2.4. Aspekt środowiskowy wietrzenia – składniki wyciągów wodnych
Badania stężeń składników podstawowych w wyciągach wodnym i aspekcie środowiskowym
wykonano w celu uzyskaniu informacji czy i w jaki sposób możliwe jest zagrożenia
środowiska wodnego miejsc wykorzystania badanych odpadów. Otrzymane wyniki badań
wyciągów wodnych z próbek B-0, B-1, B-2 i B-3 prezentują rysunki 4.5, 4.6, 4.7, 4.8
i 4.9.
Rys. 4.5. Stężenia siarczanów w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni
„Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia
Fig. 4.5. Concentration of sulfates in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes
on different weathering stages
_______________________________________________________________
33
____________________________________________________________________________
Rys. 4.6. Stężenia chlorków w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni
Fig. 4.6. Concentration of chlorides in water eluates from Coal Mine “Bogdanka”
wastes on different weathering stages
Rys. 4.7. Stężenia sodu w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni
Fig. 4.7. Concentration of sodium in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes
Stężenia siarczanów w wyciągu wodnym z odpadów powęglowych występujących
w powierzchniowej części składowiska w Bogdance (B-1) są prawie dwukrotnie wyższe od
stwierdzonych ilości w „świeżych” odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” (B-0).
_______________________________________________________________
34
____________________________________________________________________________
Natomiast niskie stężenia siarczanów stwierdzono w wyciągu wodnym z odpadów
wykorzystanych przy kanale Wieprz – Krzna (rys. 4.5).
W przypadku badań stężeń potasu w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni
„Bogdanka” pobranych w różnych etapach wietrzenia, w porównaniu do wyników badań
wyciągów wodnych z odpadów „świeżych”, stwierdzono sytuację odwrotną do obserwowanej
dla stężeń siarczanów (rys. 4.5 i 4.8).
Rys. 4.8. Stężenia potasu w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni
Fig. 4.8. Concentration of potassium in water eluates from Coal Mine “Bogdanka”
wastes on different weathering stages
W przypadku stężeń w wyciągach wodnych siarczanów i potasu odwrotna sytuacja ilościowa
spowodowana jest tym samym procesem – zagęszczaniem. Stwierdzone największe stężenia
wymywanego potasu w odpadach wynikają z braku dostatecznego kontaktu woda – minerały
ilaste. Ogranicza to uwalnianie potasu w środowisku, a wymywa się ten pierwiastek dopiero
w warunkach badań laboratoryjnych. Zjawisko to tłumaczyć może również sposób uruchamiania
w wodzie występujących azotanów w badanych odpadach powęglowych (rys. 4.9).
W badanych wyciągach wodnych rozkład stężeń potasu i azotanów uwalnianych z odpadów
powęglowych jest bardzo podobny (rys. 4.8 i 4.9). Gdy odpady powęglowe są przemywane
wodami opadowymi w środowisku ich wykorzystania w wyciągach wodnych próbek pobranych
z tych miejsc obserwuje się niskie stężenia potasu i azotanów. Przypuszczać można, że niskie
stężenia potasu i azotanów w wyciągu wodnym wykonanym z próbki odpadów użytych do
rekultywacji w Albertowie (B-3) wynikają również z wykorzystania tych składników przez
rośliny wprowadzone w ramach rekultywacji biologicznej.
_______________________________________________________________
35
____________________________________________________________________________
Rys. 4.9. Stężenia azotanów w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni
Fig. 4.9. Concentration of nitrates in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes
4.3. Wietrzenie karbońskich odpadów powęglowych a środowisko wodne
Oddziaływanie wietrzejących karbońskich odpadów powęglowych na wody podziemne
i powierzchniowe jest udokumentowane (Twardowska 1981; Twardowska i in. 1988;
Smuszkiewicz 1995; Bzowski i Zawiślak 2000). Jednym ze sposobów oceny takiego
oddziaływania są wyniki analiz wyciągów wodnych z odpadów powęglowych. Takie oceny
kontrastują z wynikami badań terenowych. Jednym z miejsc gdzie monitorowane są wody
odciekowe z karbońskich odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” jest wyrobisko
Wesołówka. Miejsce to poddano rekultywacji, podobnie jak wyrobisko Albertów, z udziałem
odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka”. Po zakończeniu rekultywacji, ze zbiornika obok
wyrobiska pobierano wodę do badań (monitoring) dla oceny wpływu tej działalności na
środowisko. Wynik monitoringu w latach 1999 – 2004 wskazują, że wody odciekowe przy
spadającym odczynie do wartości 6,3 wykazywały coraz większe stężenia sodu, potasu
i siarczanów. Stężenia chlorków i azotanów wraz z upływającym czasem były coraz mniejsze
(tab. 4.4). Uzyskane wyniki empiryczne odcieków z wyrobiska w Wesołówce potwierdzają
obserwacje dotyczące stężeń w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych na różnych
etapach wietrzenia. Potwierdza się opinia, że zarówno zagęszczanie odpadów jak i ich
uziarnienie w stosowanych aplikacjach mają znaczący wpływ na szybkość wietrzenia odpadów
i równocześnie na różnorodny wpływ na środowisko wodno – gruntowe.
_______________________________________________________________
36
____________________________________________________________________________
Tabela 4.4.
Wielkość pH i skład chemiczny wód w zbiorniku obok rekultywowanego wyrobiska w Wesołówce
Table 4.4.
pH values and waters chemical composition in water of the reservoir near reclamated excavation
in Wesolowca
pH
Data badania
5.05.99.
7,65
27.10.99.
6,95
Na+
K+
NO3ClSO42-
69,20
7,50
0,50
56,74
147,32
151,04
13,12
0,21
92,20
186,61
Parametr
28.09.00.
7,30
mg/dm3
102,30
10,00
0,14
62,06
160,48
13.05.03.
6,53
25.03.04.
6,30
103,45
15,20
0,21
28,37
286,40
157,50
19,80
< 0,01
35,46
483,51
4.4. Wykorzystanie odpadów powęglowych do rekultywacji terenów pogórniczych – monitoring
środowiska
Gospodarcze wykorzystanie odpadów powęglowych oraz/lub ich składowanie wymaga
monitoringu na każdym etapie, zarówno samych odpadów jak i stanu środowiska
w miejscach zastosowania (Bojarska i Bzowski 1997; Bzowski 2000; Bzowski i Bojarska 2003).
Monitoring związany z wykorzystaniem powinien obejmować, właściwości fizykochemiczne
odpadów powęglowych, w szczególności zawartości substancji organicznej, siarczków
i węglanów. Natomiast miejsca wykorzystania powinny być objęte monitoringiem
zanieczyszczeń wód podziemnych i powierzchniowych. W przypadku składowania odpadów
karbońskich koniecznie jest prowadzenie monitoringu zgodnie z Rozporządzeniem Ministra
Środowiska z dnia 9 grudnia 2002 roku w sprawie zakresu, czasu, sposobu oraz warunków
prowadzenia monitoringu składowisk odpadów (Dz.U. Nr 220, poz. 1858).
5. Wnioski
Badania karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” wykorzystanych do
różnych zastosowań na wielu etapach wietrzenia wykazały że:
– w czasie wietrzenia tych odpadów następuje dezintegracja ziarnowa, czego efektem jest
wzrost ilości frakcji ziarnowych poniżej 4 mm, a proces ten powoduje naturalne zagęszczanie
odpadów, wzrost ich gęstości nasypowej oraz prawdopodobnie zmniejszenie
przepuszczalności wody.
– pod względem mineralogicznym zmiany wietrzeniowe zachodzą stosunkowo wolno
i obserwuje się wzrost ilości chlorytów, illitu i niekiedy kaolinitu, a spadek zawartości
skaleni oraz minerałów mieszanopakietowych,
– zagęszczanie tych odpadów ogranicza powstawanie siarczanów na drodze wietrzenia
(utleniania) siarczków żelaza, ale nie powoduje ograniczenia wymywania z nich chlorków
i sodu,
– w wyciągach wodnych z odpadów o różnym czasie wietrzenia, spadek wartości pH oraz
wzrost stężenia siarczanów potwierdza fakt chemicznego, a być może i biologicznego
utleniania pirytu,
_______________________________________________________________
37
____________________________________________________________________________
– efekt wietrzenia odpadów powęglowych może powodować wymywanie z nich, w pierwszej
kolejności chlorków i sodu, a następnie siarczanów oraz potasu, proces ten może być
niekiedy uciążliwy dla środowiska.
W przypadku wykorzystania karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” do
prac niwelacyjno – technicznych i rekultywacyjnych lub ich składowania konieczne jest
śledzenie zawartości substancji organicznej w tych odpadach oraz stosowanie prewencji
pożarowej przez zagęszczanie. Ponadto w aspekcie procesu wietrzenia tych odpadów i efektu
oddziaływania tego procesu na środowisko konieczny jest monitoring stanu środowiska miejsca
zastosowań w zakresie zanieczyszczeń wód podziemnych oraz powierzchniowych.
Podziękowania
Autorzy składają serdeczne podziękowania za pomoc w realizacji badań pracownikom
Laboratorium Analiz Odpadów Stałych Zakładu Monitoringu Środowiska GIG i Laboratorium
„Pomiar-GIG” oraz dr Grażynie Bzowskiej z Zakładu Mineralogii Wydziału Nauk o Ziemi
Uniwersytetu Śląskiego. Dziękujemy również za pomoc w realizacji pracy mgr inż. Laurze
Łyszczarz, mgr Andrzejowi Dawidowskiemu oraz mgr inż. Jerzemu Ziębie.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
Bojarska K., Bzowski Z. 1997: Monitoring analysis of major and trace elements in hard coal waste
by XRF and ICP methods. In Proc.6th Inter. Symp. on Mine Planning & Equipment Selection,
Ostrava, Czechy, 835–838.
Borys i in. 2002: Wytyczne stosowania odpadów pogórniczych z kopalni Bogdanka do budowy
wałów przeciwpowodziowych i innych budowli hydrotechnicznych. Wyd. IMUZ Falenty
k/Warszawy.
Bzowski Z. 1993: Kryteria oceny skał karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego dla
potrzeb rekultywacji biologicznej zwałowisk. Rozprawa doktorska. Instytut Podstaw Inżynierii
Środowiska PAN Zabrze.
Bzowski Z. 2000: Monitoring środowiska narzędziem oceny rekultywacji zwałowisk odpadów
górniczych. Wiadomości Górnicze nr 9, 380–385.
Bzowski Z. 2004: Wpływ na środowisko stosowania mieszanin osadu ściekowego z odpadami
mineralnymi na składowiskach odpadów komunalnych. Prace Naukowe GIG nr 857.
Bzowski Z., Bojarska K. 2003: XRD-XRF-ICP-GC/MS Analytical system in ecochemical
assessment for utilisation of carboniferous wastes from Silesian Coal Basin (Poland). In Proc.12th
Inter. Symp. „Mine Planning & Equipment Selection”, Kalgoorie WA, Australia, 497–500.
Bzowski Z., Zawiślak J. 2000: Ocena wykorzystania karbońskich skał płonnych kopalni
„Bogdanka” SA do rekultywacji bezglebowej. Wiadomości Górnicze nr 12, 541–552.
Chaber M., Bzowski Z. 2002: Rekultywacja składowisk odpadów powęglowych jako element
właściwej gospodarki odpadami. Wiadomości Górnicze nr 3, 107–111.
Cichoń G. 1977: Charakterystyka mineralogiczno-petrogradiczna karbońskh gleb stigmariowych
z Dorohuczy. Zesz. Nauk. AGH Geologia t.3; z.3. ic
Gaweł A., Muszyński M. 1992: Tablice do identyfikacji minerałów metodą rentgenograficzną. Wyd.
AGH Kraków.
Gazda i in. 1988: Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna oraz analiza możliwości wykorzystania
przeróbczych odpadów przywęglowych w kopalni w Bogdance. Przegl.Górn. nr 11–12, 16–18.
Heasman L. 1997: Leaching Testes to Assess the Environmental Impact of Waste. Proc. 6th Inter.
Landfill Symposium, Environmental Sanitary Engineering Centre Cagliari Sardinia, Italy; s.293–298.
JCPDS 1997. International Centre for Diffraction Data (ICDD) for PCPDFWIN v.1.30.
Łyszczarz L. 1996: Wykorzystanie odpadów powęglowych w aspekcie działalności górniczej na
Lubelszczyźnie. Ekoinżnieria nr 8, 14–17.
Ostrowska i in. 1991: Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. IOŚ Warszawa.
_______________________________________________________________
38
____________________________________________________________________________
[16] Praca zbiorowa 2000: pod red. Z. Bzowskiego: Badania właściwości fizyko-chemicznych skał
karbońskich lokowanych na składowisku w Bogdance i ocena ich przydatności do rekultywacji.
Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A. w Bogdance, arch. „Pomiar-GIG” Sp. z o.o. Lublin,
(niepublikowana).
[17] Praca zbiorowa 2002: Pod kier. J. Zawiślaka: Badania własności fizyko-chemicznych odpadowych
skał karbońskich z kopalni węgla kamiennego w Bogdance. Lubelski Węgiel „Bogdanka”
S.A./Pomiar-GIG, Lublin (niepublikowana).
[18] Report 1994. Characterisation of Wastes in Europe. State of the Art Report for Working
Group 6 CEN/TC/292, STB/94/28, Brukssels.
[19] Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2002 roku w sprawie zakresu, czasu, sposobu
oraz warunków prowadzenia monitoringu składowisk odpadów – Dz.U. Nr 220, poz. 1858.
[20] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów jakości gleby
oraz standardów jakości ziemi – Dz.U.Nr 165, poz.1359.
[21] Smuszkiewicz A. 1995: Wpływ składowiska skał płonnych KWK „Bogdanka” na wody podziemne
i powierzchniowe. Ekoinżynieria nr 2, 25–30.
[22] Twardowska I. 1981: Mechanizm i dynamika ługowania odpadów karbońskich na zwałowiskach.
Prace i Studia nr 25; IPIŚ PAN Zabrze.
[23] Twardowska I.,Szczepańska I.,Witczak S. 1988: Wpływ odpadów górnictwa węgla kamiennego na
środowisko wodne. Prace i Studia nr 35, Zabrze, IPIŚ PAN.
[24] X’Pert Plus 1999: Quick Start Guide. Philips Analytical, The Netherlands.
[25] Zawiślak J., Bzowski Z. 1996: Możliwości zagospodarowania osadów i innych materiałów na
składowiskach odpadów komunalnych. Mat. I Forum Inżynierii Ekologicznej, Nałęczów-Lublin,
179–182.
Environmental aspect of weathering of carboniferous mine wastes used for
reclamation of postmine areas in Bogdanka region
Research results of carboniferous wastes from Coal Mine “Bogdanka” being on a few
stages of weathering are presented in the paper. It was shown that during the process of
weathering the grain disintegration takes place. Natural waste consolidation results from it. The
weathering causes very slow mineralogical changes. The waste consolidation limits the iron
sulfides oxidation and the formation of sulfates but it doesn’t limit the leaching of sodium and
chlorides. It was proved in the work that mine wastes weathering causes first of all the leaching
of chlorides and sodium and then sulfates and potassium. These processes may be burdensome
for the environment. Moreover the rules of waste and environmental monitoring in the place of
wastes utilization were also determined.
Przekazano: 30 marca 2005 r.
_______________________________________________________________
39

Zbigniew Bzowski*, Jan Zawiślak

Transkrypt

Podobne dokumenty

Informacja Prasowa