Politechnika Wrocławska Wrocław dn.

Wydział Geoinżynierii,

Górnictwa i Geologii

Referat z przedmiotu:

PODZIEMNE MAGAZYNY I SKŁADOWISKA

[17] Systemy barier izolujących podziemne składowiska odpadów- bariery naturalne

Wykonali:

1. Wstęp:

Składowanie odpadów niebezpiecznych, innych niż niebezpieczne i obojętne oraz obojętnych, zgodnie z Ustawą o odpadach z dnia 27.04.2001 r. jest jedną z metod ich unieszkodliwiania. Składowanie odpadów musi odbywać się z zastosowaniem barier geologicznych naturalnych lub

sztucznych. Bariery te powinny izolować środowisko przed przenikaniem szkodliwych substancji w postaci stałej, ciekłej lub gazowej. Izolacje te, w odróżnieniu od powszechnie stosowanych izolacji syntetycznych, muszą być barierą praktycznie niezniszczalną, nie podlegającą rozszczelnieniu lub utracie właściwości izolacyjnych z upływem lat.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24.03.2003r. w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących lokalizacji, budowy, eksploatacji i zamknięcia, jakim powinny odpowiadać poszczególne typy składowisk odpadów uznaje, że bariery geologiczne powinny stanowić podstawowy element izolacji, uzupełnieniem którego mogły być izolacje syntetyczne typu geomembrany. Barierę mogą stanowić: naturalnie występujące grunty spoiste o określonych cechach (bariery naturalne), jak również sztucznie formowane, z odpowiednio dobranych gruntów o określonych właściwościach po uformowaniu i tworzące jednorodną warstwę izolującą (bariery sztuczne). W tym referacie zostanie omówiony system barier naturalnych.

2. Ogólna definicja bariery izolującej naturalnej:

Barierą izolującą naturalną można nazwać istniejącą w warunkach naturalnych barierę chroniącą środowisko (wody podziemne, gleby, fauna i flora) przed zanieczyszczeniem i skażeniem dzięki sorpcji zanieczyszczeń (np. iły), biodegradacji (bariera glebowa) oraz zmniejszeniu szybkości migracji (warstwy słabo przepuszczalne).

Rys.1. Usytuowanie odpadu w wyrobisku stanowiącym barierę naturalną

Na powyższym rysunku widać, że niebezpieczny odpad został umieszczony w wyrobisku wydrążonym w warstwie nieprzepuszczalnej, gdzie infiltracja wód powierzchniowych, przepływ wód podziemnych oraz wyciek odpadu do warstw przepuszczalnych jest niemożliwy. Do takich warstw nieprzepuszczalnych, mogących pełnić funkcję barier izolujących naturalnych możemy zaliczyć skały ilaste oraz gniazda solne.

3. Rodzaje barier naturalnych:

do naturalnych barier izolujących możemy zaliczyć tylko takie warstwy nieprzepuszczalne, które stanowią caliznę ochronną ze skały macierzystej. Jakość tych barier określają następujące czynniki:

• izolacja od wód opadowych, powierzchniowych i podziemnych

(obecność zbiorników wodnych, kierunki i szybkość przepływu wód gruntowych,

fluktuacja zwierciadła wód),

• własności złoża decydujące o szybkości migracji składników odpadów (przepuszczalność, własności sorpcyjne).

• Głębokość posadowienia złoża oraz obecność w jego pobliżu uskoków.

• Aktywność sejsmiczna mogąca zachwiać pierwotny stan geotektoniczny.

Powyższe czynniki mają decydujący wpływ na zakwalifikowanie rozpatrywanych warstw do barier izolujących naturalnych. Izolacja od wód opadowych gwarantuje niemożliwość dostawania się wody do wyrobiska, co mogłoby spowodować zmiany chemiczne zmagazynowanych odpadów. Im większa głębokość ulokowania warstwy tym wyrobisko jest mniej podatne na zmiany środowiskowe zachodzące na powierzchni. Podobnie, aktywność sejsmiczna może rozszczelnić skalną, naturalną otulinę. Stosując powyższe kryteria wybiera się odpowiednie, istniejące już wyrobiska lub (rzadkość) drąży się nowe. W Polsce są głównie dwa rodzaje wyrobisk, mogących służyć jako naturalne bariery izolujące:

• Złoża iłów

• Złoża soli

3.1. Złoża iłów jako bariera izolująca naturalna:

Gruntami, które potencjalnie, w świetle przeprowadzonych badań mogłyby spełniać powyższe kryteria są iły neogeńskie, występujące szeroko w środkowej Polsce. Z badań tych wynika, że zawartość frakcji iłowej waha się w granicach od 26 do 78%, dominującym jej składnikiem są smektyty, a w mniejszych ilościach występuje kaolinit i illit. Barwa tych osadów zależy od składników drugorzędnych: brązowa od getytu, szara i czarna od substancji organicznej.
Parametry plastyczności, pęcznienie, skurcz, spójność, kąt tarcia wewnętrznego, świadczą że grunty te mogłyby być wykorzystane do budowy poziomych warstw mineralnego uszczelnienia. Niestety nie wszystkie warstwy iłowe nadają się do zakwalifikowania ich do barier izolujących. Tylko warstwy gdzie jest zachowany ciągły wysoki stopień wilgotności. W przeciwnym razie warstwy iłowe byłyby narażone na powstawanie szczelin w czasie wysychania, co w rezultacie umożliwiłoby składowanemu odpadowi penetrację warstwy pierwotnie nieprzepuszczalnej. Podobnie, poprzez niekiedy ekspansywny charakter i parametry wytrzymałościowe iły nie zawsze dają gwarancję pełnej izolacji złożonego odpadu.

3.2. Złoża soli jako bariera izolująca naturalna:

Warunek trwałej izolacji niebezpiecznych odpadów od biosfery może być spełniony również przez niektóre, korzystnie usytuowane i wykształcone złoża soli, w których wykonano wyrobiska w odpowiedniej strukturze przestrzennej. Prof. Kłeczek podkreśla, że szybowa kopalnia soli, która ma być przeznaczona na składowiska odpadów niebezpiecznych, musi być zlokalizowana w złożu spełniającym warunek trwałej izolacji wyrobisk kopalnianych od wód podziemnych. Muszą wszak być spełnione podstawowe warunki. Złoże soli musi się charakteryzować jednorodnością oraz brakiem ciągłych przewarstwień łatwo rozpuszczalnych soli potasowo- magnezowych, które mogłyby ułatwić migrację wód podziemnych. Usytuowanie kopalni w złożu musi uwzględniać pozostawienie odpowiedniej grubości calizn ochronnych.

Złoże musi znajdować się na znacznej głębokości ( najlepiej większej niż 500m.), na której skała solna zachowuje się plastycznie pod wpływem ciężaru nakładu, co jest korzystne dla trwałego, samoczynnego zaciśnięcia komór składowych i uszczelnienia wszystkich, wewnętrznych otamowań. Usytuowanie szybów kopalnianych oraz ich obudowa muszą umożliwiać wodoszczelne i trwałe zamknięcie ( poniżej poziomu wód podziemnych), po zakończeniu pracy składowiska. Do gromadzenia odpadów niezbędne jest wyodrębnione pole górnicze, w których zaprzestano eksploatacji. Składowanie odpadów w czynnym polu górniczym jest niemożliwe z powodu wzajemnego, negatywnego oddziaływania wydobycia soli i składowania odpadów ( wentylacja, roboty strzałowe, zagrożenie wodne). Pole składowania odpadów należy oddzielić od pola eksploatacji tamami, zaś wyrobiska poeksploatacyjne muszą wykazywać cechy stateczności i być dostępne dla oceny ich jakości.

Kopalnia, w której zlokalizowane będą odpady, musi być sucha, zaś po zaprzestaniu składowania musi być zagwarantowana stała kontrola i nadzór nad składowiskiem. Przykładem ważniejszych, europejskich składowisk odpadów niebezpiecznych, spełniających wszystkie wymienione warunki, są niemieckie składowiska w Herfa- Neurode oraz Heilbronn. Również w Polsce opracowano projekt podziemnego składowania odpadów w złożu soli O/ZG "Polkowice- Sieroszowice", autorstwa zespołu prof. Zdzisława Kłeczka. W pracy na ten temat profesor przedstawił koncepcję podziemnego składowiska odpadów uciążliwych i niebezpiecznych, z jednoczesnym wykorzystaniem urobku solnego dla celów handlowych.

4. Zalety i wady naturalnych barier izolacyjnych:

Zalety:

• Opuszczone wyrobisko jest już praktycznie gotowe do składowania odpadów. Brak konieczności tworzenia dodatkowych barier, czy odwodnienia.

• Zazwyczaj, złoże tworzące barierę jest usytuowane na dużej głębokości, wyrobisko jest dobrze uszczelnione ze wszystkich stron a duża miąższość warstwy izolującej praktycznie uniemożliwia jakiekolwiek oddziaływanie odpadu na środowisko.

• Mniejsze koszty związane z przygotowaniem wyrobisk do składowania odpadów

• Nie traci swoich właściwości izolacyjnych z biegiem lat.

Wady:

• Lokalizacja składowiska uzależniona jest od lokalizacji wyrobiska

• Brak możliwości wpływania na parametry geotechn. przy stosowaniu barier naturalnych.

• Powierzchnia składowiska ograniczona powierzchnią złoża

• Konieczność dostosowania rodzaju odpadu do składowiska a nie odwrotnie.

5. Podsumowanie:

Z powyższych przykładów wynika, że stosowanie wyrobisk górniczych w warstwach nieprzepuszczalnych, stanowiących naturalną barierę izolacyjną dla magazynowania odpadów jest najbardziej praktycznym, a przy okazji ekologicznym sposobem utylizacji odpadów. Po pierwsze doskonałe parametry, którymi charakteryzują się złoża soli i skał ilastych, pozwalają doskonale „otulić” niebezpieczne materiały. Po drugie, duża głębokość sprawia, że nie poświęca się drogiej, pod względem przyrodniczym oraz ekonomicznym, przestrzeni na powierzchni. Po trzecie, tak zabezpieczone składowisko jest nieczułe na zmiany polityczne i wojny. I wreszcie, wypełnianie pustek naturalnego, naruszonego górotworu zmniejsza ryzyko deformacji poeksploatacyjnych, poeksploatacyjnych a kopalnia przynosi dochody pomimo zakończonej działalności wydobywczej.

6. Literatura:

strony internetowe:

http://www.ptbr.org.pl/skladowanie%20odpadow.pdf

www.mos.gov.pl/dgikg/slownik/ipol.htm

http://www.pgi.gov.pl/pdf/pg_2006_04_34.pdf

http://www.giph.com.pl/bg/2001_5-6/podziemne.html

www.gorn.agh.edu.pl/egz_dypl/is/is_zswio_stm.doc

www.odpady.pl/aktualnosci_pliki/Streszczenie%20raportu.pdf

Przegląd geologiczny vol.53 nr8, 2005

---