Z. Strzyszcz, T. Magiera, A.Łukasik Prewencja i

PREWENCJA I OGRANICZENIE ZANIECZYSZCZEŃ POWODOWANYCH
PRZEZ ODPADY W PRZEMYŚLE GÓRNICZYM
PREVENTION AND ABATEMENT OF POLLUTION GENERATED BY
WASTES IN MINING INDUSTRY
Zygmunt Strzyszcz, Tadeusz Magiera, Adam Łukasik
Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze,
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
Information concerning methods of characterising mining waste, techniques used for prevention, storage
and remediation of areas polluted as a result of mining activities differs depending on the country. Safe
management of Mining Waste and Waste Facilities (SAFEMANMIN) was a project aimed to collect and
review information from different European countries, regarding waste management in extractive
industry and implementation of instructions according to EU Directive 2006/21/EC and amendments of
Directive 2004/35/EC. Old and abandoned mining sites such as waste dumps, tailing ponds, which are
uncontrolled sources of pollution, constitute significant issue that local authorities must face.
Key words: mining wastes, remediation, acid mine drainage
Wstęp
Problematyka dotycząca z zagospodarowania i
remediacji odpadów związanych z górnictwem
w Europie, pomimo spadku wydobycia w
przeciągu ostatnich kilku lat jest w dalszym
ciągu aktualna i wiąże się zarówno z
nowopowstającymi, jak i starymi obszarami
składowania odpadów. Miejsca te stanowią
poważne
zagrożenie
w
związku
z
występowaniem szeregu niekorzystnych zjawisk
takich
jak:
niestabilność
mechaniczna
składowisk, zagrożenie erozją wodną i wietrzną,
powstawanie kwaśnych odcieków i wzrost
zasolenia. Czynniki te powodują niekorzystne
zmiany w środowisku glebowym i wodach
gruntowych. Pomimo iż występujące zagrożenia
są wspólne dla danych gałęzi przemysłu
wydobywczego, podejście do ich rozwiązania w
poszczególnych krajach europejskich jest
zróżnicowane i oparte na odmiennych
kryteriach.
Większość
obecnie
wykorzystywanych w Europie norm służy
charakterystyce odpadów w szerokim tego
słowa znaczeniu i nie wszystkie znajdują
zastosowanie dla odpadów zawiązanych z
przemysłem wydobywczym.
Należy również podkreślić, iż w przypadku
metod analitycznych służących ocenie odpadów
wykorzystywana metodyka oraz terminologia
nie zawsze mieszczą się w ramach pojęć ogólnie
zrozumiałych
dla
środowisk
zarówno
inżynierskich jak i naukowych. Różnice w
metodycznym podejściu do oceny odpadów
występują
nie
tylko
na
poziomie
poszczególnych krajów europejskich [Tabela1],
ale także w skali danego kraju. Przykładowo,
ilość materiału pobieranego do analiz fizykochemicznych może być uzależniona od rodzaju
odpadów, ich składu granulometrycznego lub
stopnia
heterogeniczności,
kubatury
zwałowiska, na jakim są gromadzone,
dokładności, z jaką chcemy uzyskać wyniki.
Państwa takie jak Austria czy Niemcy
praktycznie całkowicie wprowadziły w życie
wytyczne związane z Dyrektywą 2006/21/EC,
podczas gdy nowi członkowie UE są na etapie
ich implementacji. Istotny problem w skali
europejskiej, stanowią stare i opuszczone
składowiska odpadów, które nie są objęte wyżej
wymienioną
dyrektywą,
a
ich
zagospodarowanie leży w gestii władz na
szczeblu lokalnym.
306
Tabela 1. Liczba stosowanych norm dla przykładowo wybranych analiz laboratoryjnych dotyczących
odpadów górniczych w poszczególnych krajach. (Dane na podstawie raportu SAFEMANMIN)
Normy
spełniające
l.p.
Normy wykorzystywane w poszczególnych krajach
Uwagi
standardy
europejskie
A
Opróbowanie
BDS ISO 3081:1986 Pobór próbek pierwotnych (increment
1
sampling) (rudy żelaza) Bułgaria
BDS ISO 3082 : 2000 Pobór i przygotowanie próbek (rudy
2
żelaza) Bułgaria
3 BDS ISO 3083
BDS ISO 12743 Cu, Zn, Pb, Ni, pobór w celu oznaczania
4
zawartości i wilgotności w koncentratach Bułgaria
BDS ISO 12744 Cu, Pb, i Zn koncentraty siarczkowe 5
metoda kontroli precyzji poboru próbek Bułgaria
ISO 3082
W Polsce
BDS 7159:1981 Pobór próbek, rudy, koncentraty i
2591-1
częściowo
6
D.M.
wykorzystywana
konglomeraty Mn Bułgaria
471/99
norma do
BDS ISO 13292 Cu, Pb, i Zn koncentraty siarczkowe 7
EN 932-1
poboru próbek
metoda kontroli odchyleń poboru próbek Bułgaria
glebowych ISO
BSS ISO 10381 Jakość gleby, pobór, przechowywanie
8
10381
Bułgaria
UNI 10802 Odpady ciekłe, płynne, granulaty osady- pobór
9
prób i analiza eluatów Włochy
D.M. 471/99 Techniczne regulacje służące remediacji
10
obszarów zanieczyszczonych Włochy
D.L. 152/06 Dekret prawny dotyczący ochrony i
11
oddziaływania na środowisko Włochy
NS-EN 932-1 Test dla podstawowych właściwości
12 agregatów, metody poboru próbek Anglia
ÖNORMS 2123 Pobór próbek odpadów stałych z
13
zwałowisk. Niemcy
Testy geotechniczne
B
Skład granulometryczny
1 BDS ISO 12866-80 Rozkład frakcji ziarn Bułgaria
2 BDS 2762-83 Analiza rozmiaru ziaren Bułgaria
NF P94-056- Analiza granulometryczna. Metoda suchego
3
przesiewu po przemyciu. Francja
4 NF P94-041 Metoda mokrego przesiewu. Francja
NF P94-040 Metoda identyfikacji materiału o frakcji
5
0/50mm. Francja
BS 1377-2
W Polsce
(1990)
6 UNI EN 933-1 Rozkład frakcji ziarnowej. Włochy
metody
EN 933NS-EN 933-1 Rozkład frakcji ziarnowej. Metoda sitowa.
areometryczna i
7
1DIN 4022
Norwegia
sitowa oraz
ISO 2591PN-ISO 13321:2000 Analiza granulometryczna.
oparte na
8
14701
Spektroskopia korelacyjna fotonów. Polska
spektroskopii
PN-88/B-04481 Badania właściwości gruntów metodą
fotonowej
9 makroskopową oraz badania w celu określenia rodzaju i
stanu gruntu. Polska
PN-R-04032:1998 Gleby i utwory mineralne. Pobieranie
10
próbek i oznaczanie składu granulometrycznego. Polska
PN-ISO11277:2005 Jakość gleby. Oznaczanie składu
11 granulometrycznego w mineralnym materiale glebowym.
Metoda sitowa i sedymentacyjna. Polska
Analizy chemiczne
C
Całkowita zawartość siarki
BDS ISO 4690; Rudy żelaza – Obliczanie zawartości siarki
ISO 4689Techniki
1
– Metoda spalania. Bułgaria
3
analityczne
307
2
3
4
5
6
7
8
BDS 4615; Całkowita zawartość siarki. Bułgaria
NS-EN 1744-1 Badania chemicznych właściwości kruszyw
– Analiza chemiczna. Norwegia
SINTEF STAS 1269-6:1983 Rudy i koncentraty miedzi,
ołowiu, cynku, bizmutu, molibdenu oraz piryt i zespoły
siarczków. Obliczanie zawartości siarki. Rumunia
STAS 1314/7 DIN 1975 Minerały i koncentraty manganu.
Obliczanie zawartości siarki. Rumunia
PN-ISO 351:1999 Paliwa stałe. Oznaczanie zawartości
siarki całkowitej. Metoda spalania w wysokiej temperaturze.
Polska
PN-ISO 334:1997 Paliwa stałe. Oznaczanie siarki
całkowitej. Metoda Eschki. Polska
PN-ISO 15178:2004 Jakość gleby. Oznaczanie siarki
całkowitej po suchym spalaniu. Polska
1. Zagrożenia dla środowiska powodowane
przez składowanie odpadów górniczych.
Na
podstawie
Europejskiego
Katalogu
Odpadów (European Waste Catalogue – EWC)
z listy 26 odpadów pochodzących z przemysłów
wydobywczego,
górniczego,
surowców
skalnych oraz fizycznej i chemicznej przeróbki
surowców mineralnych sześć spośród nich
zakwalifikowano jako odpady niebezpieczne.
Należą do nich:
• Odpady
generujące
zakwaszenie
i
pochodzące z przeróbki rud siarczkowych
• Odpady
zawierające
niebezpieczne
substancje i pochodzące z fizycznej bądź
chemicznej
przeróbki
minerałów
metalonośnych
• Odpady
zawierające
niebezpieczne
substancje i pochodzące z fizycznej bądź
chemicznej
przeróbki
minerałów
niemetalonośnych
• Odpady i zawierające ropę iłowe płuczki
wiertnicze
• Iłowe płuczki wiertnicze i odpady
wiertnicze
zawierające
niebezpieczne
substancje
• Inne odpady zawierające niebezpieczne
substancje
Negatywne oddziaływanie odpadów górniczych
wiąże się z zanieczyszczeniem środowiska,
powodowanym przez kwaśne odcieki i
zasolenie, groźbą samozapłonu wewnątrz
zwałowiska (odpady karbońskie), pyleniem do
atmosfery szkodliwych związków (osadniki
poflotacyjne rud Zn, Pb, Cu). Obecność
składowisk odpadów górniczych związana jest z
możliwością wystąpienia katastrofy na tych
obiektach (stabilność konstrukcji), czego
przykładem mogą być: rozpad osadnika
poflotacyjnego Zn, Pb, Cu, Ag w Aznalcollar
(Sevilla, Hiszpania 1988), w wyniku którego
uległ bezpośredniemu skażeniu obszar o
powierzchni ponad 4500 ha; katastrofa w Baia
oparte na
spalaniu w piecu
(LECO)
Mare (Rumunia 2000), w wyniku której 100
000 m3 bogatych w cyjanki i metale ciężkie
odpadów poflotacyjnych przedostało się do
strumieni i rzeki Cisa, a następnie do Dunaju;
pęknięcie osadnika poflotacyjnego rud miedzi w
Iwinach (1967), w wyniku którego przedostało
się na zewnątrz 12,3 Mm3 odpadów,
pozbawiając życia 18 osób. Ocena tego ryzyka,
zarówno w stosunku do czynnych bądź
zamkniętych składowisk odpadów górniczych w
poszczególnych krajach europejskich, wykazuje
zróżnicowane
podejście
metodologiczne.
Należy podkreślić, iż nie wszystkie kraje
dysponują stosownymi regulacjami prawnymi
umożliwiającymi taką ocenę. Specyfika
konstrukcji poszczególnych składowisk i rodzaj
odpadów składowanych na nich wymuszają
uwzględnienie odmiennych czynników, które
decydują o poziomie potencjalnego zagrożenia.
We wszystkich przypadkach należy uwzględnić
ryzyko związane z możliwością wystąpienia
zagrożenia dla życia i zdrowia człowieka oraz
dla otaczającego środowiska. Koncentracja
zanieczyszczeń występujących w danym
składowisku powinna być porównana z
poziomem zanieczyszczeń, jakie występują w
otaczającym je środowisku, w celu określenia
potencjalnego zagrożenia. W niektórych
przypadkach czynniki stanowiące realne
zagrożenie mogą być mierzone, szacowane lub
przewidywane z dużym prawdopodobieństwem
bądź analizowane jakościowo.
2. Metody wykorzystywane w ograniczeniu
zanieczyszczeń powstających w wyniku
działalności górniczej
Problem
ograniczenia
zanieczyszczeń
powodowanych przez odpady górnicze wymaga
kompleksowych rozwiązań od momentu ich
powstania do momentu zamknięcia zwałowiska
z procesem rekultywacji włącznie. Możliwości
ograniczenia ilości powstających odpadów w
308
górnictwie są związane z rodzajem surowca,
metodą jego wydobycia i ewentualnej
przeróbki. W przypadku górnictwa węgla
brunatnego
wydobywanego
metodą
odkrywkową będzie się to wiązać z tworzeniem
zwałowisk nadkładu wewnątrz odkrywki,
minimalizując udział zwałowisk zewnętrznych
oraz selektywną gospodarką nadkładem. W
górnictwie
węgla
kamiennego
skały
przywęglowe
mogą
być
częściowo
wykorzystane w celach podsadzkowych z
zastosowaniem
mechanicznych
bądź
hydraulicznych instalacji (Engels i DixonHardly 2008), a ich udział na zwałowiskach
może być znacznie ograniczony poprzez
zastosowanie
efektywnych
procesów
technologicznych
zwiększających
udział
wydobywanego węgla w stosunku do skały
płonej. Zagęszczanie mechaniczne materiału
odpadowego podczas usypywania zwałowiska
również w istotny sposób wpływa na
ograniczenie
jego
rozmiarów.
Obecnie
rozpatrywane są także możliwości podziemnej
gazyfikacji złóż węgla kamiennego, aczkolwiek
metoda ta może być zastosowana przy
spełnieniu
odpowiednich
warunków
geologicznych.
W
górnictwie
siarki
wydobywanie tego surowca metodą otworową
(Frach)
powoduje
powstawanie
mniej
rozległych
obszarów
przekształconych
geomechanicznie
i
hydrologicznie
w
porównaniu z działalnością odkrywkową
(wyrobiska, zwałowiska). W górnictwie metali
nieżelaznych przeważającą większość odpadów
stanowią materiały poflotacyjne deponowane w
nadpoziomowych osadnikach (94% odpadów w
przypadku Cu). Zmniejszenie ilości odpadów w
przemyśle wydobywczym i przeróbki rud Zn-Pb
oraz
ograniczenie
ich
uciążliwego
oddziaływania na środowisko, wiąże się z
wykorzystaniem bardziej zaawansowanych
technologii umożliwiających ich ponowny
odzysk z osadników (Rosik-Dulewska et al.
1998), jak również możliwością uzyskiwania
tych metali z form węglanowych (Strzyszcz Z.
2003). Istotnym elementem polegającym na
ograniczeniu ilości odpadów wytwarzanych w
górnictwie jest możliwość ich efektywnego
zagospodarowania,
zarówno
na
drodze
rekultywacji (w kierunku rolnym, leśnym,
tereny rekreacyjno – wypoczynkowe, plantacje
energetyczne),
bądź
też
bezpośrednio
wykorzystując materiał taki jak piasek, ił oraz
glina (górnictwo węgla brunatnego), w celach
rolniczych
lub
budowlanych
czy
w
budownictwie drogowym (odpady karbońskie
przepalone na zwałowiskach).
Składowanie
niebezpiecznych
odpadów
powstających w wyniku działalności górniczej
wymaga uwzględnienia ich specyficznych
właściwości, zarówno chemicznych jak i
fizycznych.
Zróżnicowany
skład
mineralogiczny czy też granulometryczny,
nawet w obrębie jednej grupy odpadów, istotnie
wpływa
na
możliwość
wystąpienia
potencjalnego zagrożenia dla środowiska.
Obecnie w procesie budowy zwałowiska,
zarówno na powierzchni, jak i wewnątrz lub w
podłożu,
wykorzystywane
są
warstwy
izolacyjne. Warstwy nieprzepuszczalne mogą
być pochodzenia naturalnego (iły), bądź
syntetycznego (membrany).
Stosuje
się
odpowiednio
rozległy
system
drenażu,
umożliwiający kontrolowane odprowadzanie
powstających zanieczyszczeń (odcieki). W
przypadku odpadów zawierających siarczki,
ograniczenie negatywnych skutków działalności
górniczej powinno się wiązać z przyjęciem
następujących zasad:
• Eksploatacja surowców górniczych w
sposób ograniczający do minimum
powstawanie odpadów
• Budowa zwałowisk poniżej poziomu wód
gruntowych w celu ograniczenia dostępu
tlenu
• Uszczelnianie bryły zwałowiska w trakcie
jego budowy poprzez naprzemianległy
układ warstw odpadów i materiału
izolującego
• Wykorzystanie w budowie zwałowiska
popiołów elektrownianych, które oprócz
właściwości uszczelniających neutralizują
kwaśny odczyn i znacząco poprawiają
stosunki wilgotnościowe w podłożu
• Pokrycie wierzchniej warstwy zwałowiska
materiałem o odpowiedniej miąższości
tworzonym przez utwory glebowe o
składzie granulometrycznym glin ciężkich,
iłów
• Mieszanie składowanych odpadów z
materiałem alkalicznym, niekorzystnym dla
bakterii chemolitotroficznych
• Zmniejszenie
udziału
pirytu
w
powstających odpadach już podczas
procesu technologicznego (flotacja)
• Połączenie
wszystkich
wyżej
wymienionych zasad w celu uzyskania jak
najlepszych rezultatów.
3. Zagrożenia związane z powstawaniem
kwaśnych odcieków i zabiegi profilaktyczne
Utlenianie pirytu i innych minerałów
siarczkowych,
oprócz
intensywnego
zakwaszenia,
powoduje
uwalnianie
do
środowiska metali ciężkich. Ma to miejsce
zarówno w górnictwie odkrywkowym węgla
brunatnego, górnictwie węgla kamiennego jak i
uranu. Z występowaniem niekorzystnego
zjawiska wiąże się obecność bakterii
309
Acidithiobacillus
ferrooxidans
oraz
A.
thiooxidans, katalizujących reakcje utleniania
siarczków i tworzenie kwasu siarkowego. W
zakresie odczynu pH poniżej 2,0 zaczyna
przeważać udział bakterii Leptospirillum
ferrooxidans, która jest zdolna do rozwoju
nawet w warunkach pH 0,6 (Norris et al. 1988,
Groudev i Groudeva, 1991). Negatywna
działalność
bakterii
chemolitotroficznych
uaktywnia się i nasila wraz ze spadkiem
odczynu. Prognoza potencjalnego zagrożenia
oraz działalność profilaktyczna odgrywają
kluczową rolę w zagospodarowaniu zwałowisk
odpadów, w których istotny udział stanowią
siarczki, w tym głównie piryt (FeS2), w
mniejszym stopniu markasyt, chalkopiryt
(CuFeS2). Metoda prognozowania spadku
odczynu pH w H2O i H2O2 (Strzyszcz 1985)
pozwala
na
oszacowanie
potencjalnego
zagrożenia i wybór odpowiednich działań
profilaktycznych. Odcieki powstające w
składowiskach odpadów górniczych stanowią
realne zagrożenie dla środowiska glebowego
oraz wód gruntowych na skutek kwaśnego
odczynu, oraz potencjalnie wysokich ładunków
metali ciężkich (Tabela 2).
Tabela 2. Skład kwaśnych odcieków jako rezultat wietrzenia siarczków w odpadach górniczych różnego
pochodzenia w Bułgarii (uran – składowisko Curilo, miedź – kopalnia Elshitza, węgiel kamienny –
kopalnie Thukurovo) [Groudev at al. 2008]
Parametr
Kwaśne odcieki
Kopalnia rud uranu
pH
Siarczki [mg/l]
Żelazo [mg/l]
Mangan [mg/l]
Miedź [mg/l]
Cynk [mg/l]
Kadm [mg/l]
Ołów [mg/l]
Arsen [mg/l]
Uran [mg/l]
Rad [mg/l]
Rozpuszczalny C org [mg/l]
Związki rozpuszczalne [mg/l]
Związki nierozpuszczalne [mg/l]
Rozpuszczalny tlen [mg/l]
2,71-4,10
361 -1520
91 - 1070
1,9 - 44
1,04 – 12,5
1,90 – 24,4
0,02 – 0,10
0,15 – 0,70
0,01 – 0,32
0,44 – 2,80
0,08 – 0,45
0,7 – 2,8
659 - 2750
23 - 125
1,05 – 4,8
Metody służące neutralizacji skażonych
odcieków możemy podzielić na dwie kategorie:
pasywne oraz aktywne. Metody aktywne
opierają się na wykorzystaniu zaawansowanych
technologii, systemu urządzeń oczyszczających
oraz
zaangażowaniu
wysoko
wykwalifikowanego personelu. Zaletami tych
metod są wysoka skuteczność procesu
oczyszczania oraz stosunkowo krótki czas jego
realizacji. Wadę stanowi wysoki koszt instalacji
Kwaśne odcieki
Kopalnia rud
miedzi
2,8-4,5
824 – 1540
145 - 325
0,80 – 8,20
2,84 – 17,0
4,10 – 12,5
0,15 – 1,20
0,08 – 0,41
0,37 – 2,80
0,7 – 3,2
710 - 2480
32 - 212
1,2 – 4,1
Kwaśne odcieki
Kopalnia węgla
kamiennego
1,45-2,03
3250 - 8141
1142 - 3074
32 - 95
0,07 – 0,19
0,14 – 0,41
0,02 – 0,08
0,05 – 0,14
0,01 – 0,14
3,2 – 10,4
5571 - 14072
81 - 194
1,4 – 4,8
i eksploatacji całego systemu. Metody pasywne
opierają się na wykorzystaniu zjawisk i
procesów
naturalnych
przy
niewielkim
wykorzystaniu zaawansowanych urządzeń i
technologii. Obsługa systemów opartych na
metodach pasywnych nie wymaga wysoko
wykwalifikowanego personelu i jest relatywnie
tania. Szerszy podział metod służących
neutralizacji odcieków może uwzględniać
dodatkowo podział na metody abiotyczne i
biotyczne (Johnson i Hallberg, 2005),
(Rysunek1).
310
Metody neutralizacji
kwaśnych odcieków
Abiotyczne
Systemy aktywne:
napowietrzanie,
wapnowanie
Systemy pasywne:
beztlenowy drenaż
wapienny
Biotyczne
Systemy
aktywne:
niezależne
bioreaktory
siarczkowe
Systemy pasywne:
aerobowe mokradła,
kompostowe
reaktory/mokradła,
przepuszczalne bariery
reaktywne
Rys. 1. Biotyczne i abiotyczne strategie dla remediacji kwaśnych odcieków (Johnson i Hallberg 2005)
Pośród metod abiotycznych możemy wyróżnić:
• Chemiczną neutralizację i strącanie metali
ciężkich polegającą na dodawaniu czynnika
alkalizującego (CaO, Ca(OH)2, CaCO3).
• Chemiczne procesy utleniania i redukcji.
Metoda ta może być wykorzystywana w
przypadku odcieków zanieczyszczonych
metalami
występującymi
z
różną
wartościowością i polega na utlenianiu
(Fe2+ do Fe3+, Mn2+ do Mn4+), bądź redukcji
(U6+ do U4+, Cr6+ do Cr3+) w warunkach
odpowiedniego
pH.
Neutralny
lub
zasadowy odczyn sprzyja wytrącaniu żelaza
jako
Fe(OH)3, natomiast
utlenianie
manganu wymaga odczynu powyżej 9 pH.
Uran ulega rozpuszczeniu zarówno w
warunkach
kwaśnych
z
jonami
siarczanowymi, tworząc siarczan uranylu
(UO2SO4), jak i w warunkach alkalicznych
tworząc węglan uranylu. Jony chromu Cr6+,
ulegając redukcji do formy Cr3+, są wiązane
w postaci wodorotlenku chromu Cr(OH)3.
• Sorpcję i wymianę jonów polegającą na
wykorzystaniu
różnic
w
ładunku
elektrycznym pomiędzy jonami metali a
wymiennymi
funkcyjnymi
grupami
sorbentów. W metodzie tej wykorzystuje
się
zarówno
organiczne,
jak
i
nieorganiczne, materiały takie jak, żywe
lub
martwe
szczątki
roślin,
mikroorganizmy, minerały ilaste, naturalne
(haloizyt) i modyfikowane zeolity, węgiel
aktywny, wodorotlenki żelaza, które
skutecznie sorbują metale ciężkie.
• Membrany półprzepuszczalne mogą być
skutecznie wykorzystywane w procesie
oczyszczania
odcieków,
aczkolwiek
wymagają
wysokich
nakładów
finansowych.
Pośród metod biotycznych możemy wyróżnić
zarówno metody aktywne jak i pasywne.
Metody aktywne oparte są na:
• Wykorzystaniu
mikroorganizmów
w
procesie strącania metali. Proces może
odbywać się na drodze tworzenia
nierozpuszczalnych siarczków metali lub
strącania fosforanów metali.
• Mikrobiologicznej transformacji metali na
drodze utleniania, redukcji, metylowania i
dezalkilowania.
• Biosorpcji i bioakumulacji metali z
udziałem martwych lub żywych roślin bądź
mikroorganizmów.
• Jednoczesnym usuwaniu siarczanów i
metali
ciężkich
przy
pomocy
mikroorganizmów. Główną cechą tej
metody jest generacja in situ H2S oraz
alkalicznego środowiska poprzez bakterie
redukujące siarczany i współwystępujące
metale ciężkie jako nierozpuszczalne
siarczki.
• Wykorzystaniu bioreaktorów opartych na
procesach innych niż mikrobiologiczna
redukcja siarczanów. W metodzie tej
wykorzystuje się bakterie zdolne do
wiązania lub strącania metali ciężkich,
rozwijające się na powierzchniach ziaren
piasku i tworzące cienkie błony, oraz
grzyby. Spośród bakterii wykorzystuje się
m.in.
rodzaj
Pseudomonas
w
zanieczyszczonych
rtęcią
odciekach
(Wagner – Döbler et al.,2000), Escherichia
coli oraz grzyb Schizophyllum commune w
odciekach zanieczyszczonych uranem
(Merten et al., 2004).
W metodach biologicznych pasywnych stosuje
się budowle oparte na systemach mokradeł w
warunkach tlenowych, beztlenowych oraz
311
mieszanych.
W
mokradłach
tlenowych
wykorzystywane jest zjawisko utleniania form
żelaza Fe2+, a następnie hydrolizy żelaza Fe3+.
W związku z zakwaszaniem środowiska na
skutek hydrolizy, metoda znajduje zastosowanie
w przypadku odcieków o odczynie zasadowym.
W procesie tym biorą udział bakterie
heterotroficzne,
z
rodzaju
Thiomonas,
Leptothrix, Crenothrix, Toxothrix, zdolne do
utleniania Fe2+, wykazujące się najwyższą
aktywnością w zakresie pH 5,0-7,5. W tego
typu mokradłach ulegają utlenianiu również
związki manganu Mn2+ do Mn4+ oraz arsenu
As3+ do As5+. W mokradłach beztlenowych
wykorzystywane
jest
zjawisko redukcji
siarczanów przez mikroorganizmy oraz
biosorpcji. Konstrukcje te są instalowane pod
poziomem gruntu i uszczelnione plastikiem lub
betonem. W metodach tych wykorzystywane są
również półprzepuszczalne bariery reaktywne.
3. Techniki służące oczyszczaniu gleb
skażonych w wyniku działalności górniczej
Głównym źródłem zanieczyszczeń gleb
powodowanym przez działalność górniczą są
nieorganiczne związki, takie jak metale ciężkie,
radionuklidy, substancje powodujące wzrost
zasolenia, zakwaszenia bądź alkalizację. Każda
z grup polutantów wymaga odmiennego
traktowania w procesie remediacji bądź
rekultywacji, a głównym celem tych działań jest
obniżenie ich zawartości do poziomu
bezpiecznego dla środowiska i człowieka.
W oczyszczaniu gleb objętych działalnością
górniczą znajdują zastosowanie (Gworek et al.,
2004):
• Metody chemiczne, które oparte są na:
utlenianiu i redukcji, ekstrakcji, wytrącaniu
w formach trudno rozpuszczalnych
związków chemicznych oraz stabilizacji
odczynu. Wykorzystuje się w nich techniki
ex situ (płukanie ziemi, unieruchomienie
zanieczyszczeń, chemiczna i fotochemiczna
redukcja) oraz in situ (przemywanie ziemi,
unieruchomienie zanieczyszczeń).
• Metody fizyczne nie zmieniają zasadniczo
fizyko-chemicznych
właściwości
polutantów
występujących
w
zanieczyszczonym podłożu. Wykorzystuje
się w nich techniki ex situ (mechaniczne
rozdzielanie, wydobycie, oczyszczenie i
składowanie)
oraz
in
situ
(elektrooczyszczanie,
system
ścianek
szczelnych,
przykrywanie
warstwą
izolacyjną, usuwanie zanieczyszczeń z
wykorzystaniem
naturalnych
bądź
syntetycznych zeolitów).
• Metody
biologiczne
wykorzystują
aktywność mikroorganizmów i roślin
wyższych.
Wyróżnia
się
tutaj
bioremediację opartą na aktywności
mikroorganizmów oraz fitoremediację
opartą na działalności roślin wyższych w
ramach fitostabilizacji, fitoekstrakcji bądź
fitodegradacji. Pośród metod ex situ stosuje
się kompostowanie oraz biologiczne filtry i
bioreaktory, natomiast w metodach in situ,
stosuje się bioremediację, fitostabilizację,
fitoekstrakcję oraz pokrywy roślinne.
4. Remediacja terenów pogórniczych
Obszary objęte górniczą działalnością bądź
obszary pogórnicze cechują się znacznym
stopniem
degradacji
i
zniekształcenia
środowiska. Rodzaj wydobywanego surowca i
technologie
wykorzystywane
do
jego
wydobycia i obróbki wpływają zarówno na
wielkość obszaru wymagającego remediacji, jak
i na sam jej proces. Występowanie licznych
niekorzystnych
zjawisk
związanych
ze
składowaniem odpadów górniczych determinuje
wybór odpowiednich metod zagospodarowania i
rekultywacji. Pierwszym etapem związanym z
zagospodarowaniem tego typu nieużytków jest
ograniczenie do minimum ich negatywnego
oddziaływania na środowisko. W toku
konstruowania nowych składowisk istnieje
możliwość
zastosowania
technologii
ograniczających zagrożenie
związane
z
powstawaniem kwaśnych odcieków, pyleniem
czy samozapłonem. Wykorzystanie odpadów
pochodzących z różnych gałęzi przemysłu w
rekultywacji (np. popioły elektrowniane i
odpady karbońskie), po ich wnikliwym
przebadaniu (Twardowska I. i Szczepańska J.
2002), oprócz ograniczenia powierzchni
zwałowisk, zmniejsza zagrożenie spowodowane
powstawaniem kwaśnych odcieków lub
możliwością samozapłonu w przypadku
odpadów karbońskich. W przypadku osadników
poflotacyjnych rud Zn-Pb istnieje możliwość
ich rekultywacji na drodze przykrycia
odpowiedniej miąższości warstwą odpadów
karbońskich o korzystnych właściwościach
fizyko-chemicznych (Strzyszcz
i Łukasik,
2008). Stare i opuszczone zwałowiska mogą być
wykorzystane do ponownej eksploatacji pod
warunkiem ekonomicznej opłacalności. Ma to
miejsce w przypadku zwałowisk odpadów
karbońskich, gdzie udział węgla powyżej 10%
gwarantuje opłacalność przedsięwzięcia oraz w
przypadku osadników poflotacyjnych rud ZnPb.
Podsumowanie
Metody
wykorzystywane
zarówno
do
charakterystyki, jak i remediacji zwałowisk
312
odpadów cechują się odmiennym podejściem
metodycznym w poszczególnych krajach.
Ograniczenie ilości powstających odpadów i
wypracowanie wspólnych rozwiązań w skali
europejskiej dotyczących składowania i
remediacji odpadów jest niezbędne nie tylko z
punktu widzenia ochrony środowiska, ale
również
aspektów
ekonomicznych.
Ujednolicone zasady traktowania tych samych
odpadów w poszczególnych krajach wymagają
rozwiązania problemu już istniejących, często
zamkniętych składowisk, w których procedury
wykonawcze nie odpowiadały obecnym
kryteriom. Dostosowanie gospodarki odpadami
górniczymi do wymogów zawartych w
aktualnej dyrektywie 2006/21/EC wiąże się z
wysokimi
nakładami
finansowymi
na
nowoczesne technologie składowania odpadów,
zarządzanie ryzykiem związanym z tymi
odpadami, kompleksowym monitoringiem oraz
remediacją, nie tylko nowo powstających
składowisk, ale również tych starych, często z
nieuregulowanym stanem własności.
LITERATURA
DIRECTIVE 2006/21/EC of the European
Parliament and of the Council on the
management of waste from extractive industries
and amending Directive 2004/35/EC- Statement
by the European Parliament, the Council and the
Commission
ENGELS J., DIXON - HARDLY D., 2008
Źródło
internetowe
http://www.tailings.info/backfill.htm
EUROPEAN WASTE CATALOGUE AND
HAZARDOUS
WASTE
LIST
2002,
Environmental Protection Agency, Ireland
GROUDEV S. N., GROUDEVA V.I., 1991
Bacterial pretreatment of a gold-bearing pyrite
concentrate.
XVII International Mineral
Processing Congres, Dresden 23-28 September
Vol. V, pp. 105-110 Bergakademie, Freiberg
GROUDEV S., NICOLOVA M., SPASOVA I.,
Review of the techniques used to prevent the
generation of polluted mine drainage,
SAFEMANMIN
RAPORT
WP3.
2008.
www.safemanmin.eu
GWOREK
B.,
BARAŃSKI
A.,
KONDZIELSKI I., KUCHARSKI R., SASNOWOSIELSKA A., MAŁKOWSKI E.,
NOGAJ
K.,
RZYCHOŃ
D.,
WORSZTYNOWICZ A., 2004 Technologie
rekultywacji gleb. Monografia pod redakcją
Prof. Barbary Gworek. Instytut Ochrony
Środowiska. Warszawa
JOHNSON D.B. and HALLBERG K.B., 2005.
Acid mine drainage remediation options: a
review, Science of the total Environment, 338,
pp. 3 - 14.
MERTEN D., KOTHE E., BÜCHNEL G., 2004
Studies on microbial heavy metal retention from
uranium mine drainage water with special
emphasis on rare earth elements, Mine Water and
the Environment 23, pp. 34 - 43
NORRIS P.R., BARR D.W., HINSON D. 1988.
Iron and mineral oxidation by acidophilic
bacteria: affinities for iron and attachment to
pyrite. Biohydrometallurgy Science and
Technology Letters, pp. 43 - 59 Kew, Surrey,
UK
ROSIK- DULEWSKA C., KARWACZYŃSKA
U., CICHY K., WRÓBEL R., 1998 Ocena
zagrożenia środowiska naturalnego odpadami
poflotacyjnymi rud cynku i ołowiu ze
składowiska w Piekarach Śląskich oraz
odpadami powtórnej flotacji. Archiwum
Ochrony Środowiska vol. 24 nr 2, pp. 119 - 130
STRZYSZCZ Z. 1985 Verwitterungsprozesse
und Verwitterungsprognostik in BergbauHalden für die Rekultivierung. Mitteilungen der
DBG, Göttingen
STRZYSZCZ Z. 2003 Some problems of the
reclamation of waste heaps of zinc and lead ore
exploitation in southern Poland. Z.geol. Wiss.,
Berlin 31, 2: pp.167 - 173
STRZYSZCZ Z., 2004, Ocena przydatności i
zasady stosowania różnorodnych odpadów do
rekultywacji
zwałowisk
oraz
terenów
zdegradowanych działalnością przemysłową,
Prace i Studia, 60, IPIŚ PAN Zabrze, s. 82.
STRZYSZCZ Z., ŁUKASIK A., 2008 Zasady
stosowania
różnorodnych
odpadów
do
rekultywacji
biologicznej
terenów
poprzemysłowych na Śląsku. Gospodarka
surowcami mineralnymi IGSMiE PAN,
Kraków. Tom 24, Zeszyt 2/3 pp. 41 - 49
TWARDOWSKA I., SZCZEPAŃSKA J., Solid
waste:
terminological
and
long-term
environmental risk assessment problems
exemplified in a power plant fly ash study. The
science of the Total Environment 285 (2002)
pp.29 - 51
WAGNER – DÖBLER I., van CANSTEIN H.,
Li, Y., TIMNIS K.N., and DECKWER, W.D.,
2000 Removal of mercury from chemical
wastewater by microorganisms in technical
scale, Environ. Sci. Technol., 43(21) pp. 4628 4634