MIGRACJA

ZANIECZYSZCZEŃ Z

PODZIEMNYCH

SKŁADOWISK ODPADÓW

Zanieczyszczenia

Zanieczyszczenia

to substancje, które

przez swoją obecność w środowisku lub
odpowiednio wysoką koncentrację mogą
wywoływać zagrożenia ekologiczne, w
szczególności są to substancje niebezpieczne
dla organizmów żywych.

Procesy fizykochemiczne

hamujące rozprzestrzenianie się

zanieczyszczeń w

górotworze

• Sorpcja,
• Wymiana jonowa,
• Procesy rozpadu i rozkładu,
• Reakcje rozpuszczania i strącania.

Charakterystyka zjawisk

fizykochemicznych hamujących

rozprzestrzenianie się

zanieczyszczeń w górotworze

Sorpcja

Zjawisko

sorpcji

polega na przejmowaniu

przez skały górotworu przepływających wraz z
wodą zanieczyszczeń (

adsorpcja

) lub na

przechodzeniu substancji ze skał do przepływającej
wody (

desorpcja

).

• Zjawiska sorpcji zachodzą zgodnie z prawem
zachowania masy.
• Sumaryczna masa zanieczyszczenia w
rozpatrywanej masie ośrodka skalnego jest stała,
• Ilość substancji, która może być związana
fizycznie lub chemicznie przez ośrodek skalny w
głównej mierze zależy od powierzchni właściwej
skały.
• Największe ilości zanieczyszczeń mogą zostać
pochłonięte w drobnoziarnistych utworach sypkich,
jak iły i gliny.

Adsorpcja

Adsorpcja

ma charakter odwracalny, tzn.

zanieczyszczenia zatrzymywane na powierzchni
szkieletu skalnego mogą ponownie powrócić do
roztworu wodnego.

• Zjawisko takie może wystąpić w momencie
spadku stężenia danego zanieczyszczenia w
wodzie podziemnej.
• Procesy adsorpcji w środowisku wód
podziemnych przebiegają na tyle szybko w
porównaniu z transportem związanym z
przepływem wody, że najczęściej proces ten
przyjmuje się jako natychmiastowy.

Model Freundlicha

Najczęściej przytaczanym opisem zjawiska
sorpcji jest

model Freundlicha:

F

n

F

g

a

C

K

m

m



a

m

- masa sorbatu zaadsorbowanego na
powierzchni
sorbentu (szkieletu skalnego) [g],

gdzie:

g

m

- masa szkieletu
skalnego [g],

F

K

C

F

n

- stała równowagi
[dm

3

/mg],

- stężęnie zanieczyszczenia w wodzie
[mg/dm

3

],

- współczynnik
[-].

Wartości K

F

i n

F

są zależne od rodzaju

zanieczyszczeń i rodzaju skał.

Model Freundlicha

zakłada, że:

- Szkielet skalny ma nieograniczoną pojemność
sorpcyjną,
- Stężenia zanieczyszczenia (sorbatu) może być
dowolne,
- Występuje równowaga między sorbatem i
sorbentem,
- Zjawiska sorpcji mają charakter
natychmiastowy.

Założenia takie są słuszne jedynie w przypadku
niskich stężeń zanieczyszczenia, występujących w
niedługim czasie, ponieważ każdy sorbent
(szkielet skalny) posiada ograniczoną
powierzchnię i może zaadsorbować określoną
maksymalną ilość sorbatu (zanieczyszczenia).

Model sorpcji uwzględniający

maksymalną ilość pochłoniętego

zanieczyszczenia

Wymiana jonowa

Wymiana jonowa

jest procesem

zachodzącym w przypowierzchniowej warstwie
szkieletu skalnego.

Wymiana jonowa

polega na

zastępowaniu jednego rodzaju jonów
znajdujących się na powierzchni szkieletu
skalnego na inny jon znajdujący się w
roztworze wodnym.

• Wymianie jonowej podlegają kationy dwóch
substancji.
• Kationy wyparte ze szkieletu skalnego
przechodzą do roztworu wodnego.

Procesy rozpadu i rozkładu

Procesy rozpadu i rozkładu

powodują

zmniejszenie masy określonej substancji w
określonej objętości ośrodka skalnego.
W wyniku procesów rozpadu i rozkładu
powstają inne substancje będące produktami
rozpadu.
Przykładem takich substancji są pierwiastki
radioaktywne podlegające nieodwracalnemu
rozpadowi.

Reakcje rozpuszczania i

strącania

Reakcje rozpuszczania

mogą wystąpić

jako rezultat naruszenia pierwotnego stanu
równowagi stężenia danej substancji w
roztworze wodnym.
W wyniku tego niektóre sole zawarte w
szkielecie skalnym mogą ulec rozpuszczeniu.

Strącanie i powstawanie osadów

może

pojawić się, gdy wystąpi przesycenie roztworu
lub zajdą reakcje chemiczne pomiędzy
poszczególnymi składnikami roztworu wodnego,
w wyniku czego mogą powstać związki
nierozpuszczalne.

Monitoring zanieczyszczeń

w podziemnym składowisku

odpadów

Prowadzenie monitoringu

podziemnego składowania

odpadów

• Monitoring podziemnych składowisk powinien być prowadzony

zarówno w trakcie trwania składowania, jak i po jego zakończeniu,

• Ważne jest przeprowadzenie monitoringu w okresie

poprzedzającym składowanie, aby umożliwić w przyszłości

właściwą interpretację wyników monitoringu,

• Monitorowanie podziemnych składowisk w czasie trwania procesu

składowania musi być prowadzone zarówno w rejonie składowiska,

jak i w innych istotnych ze względów bezpieczeństwa

ekologicznego miejscach,

• Monitoring składowiska po zakończeniu procesu składowania

obejmuje głównie skład chemiczny oraz temperaturę wód

ujmowanych w nie zlikwidowanych jeszcze wyrobiskach oraz wód

pobieranych z otworów wiertniczych stanowiących punkty

pomiarowe.

Powody prowadzenia monitoringu

podziemnego składowania odpadów

Prowadzenie monitoringu podziemnego
składowania odpadów powinno:
• Zapewnić bezpieczeństwo załodze prowadzącej
składowanie;
• Zminimalizować negatywne wpływy procesu
składowania odpadów na środowisko;
• Sprawdzić racjonalność stosowanego sposobu i
lokalizacji składowania odpadów.

Monitorowanie podziemnych

składowisk w czasie trwania procesu

składowania powinno obejmować:

• Ilość i rodzaj składowanych odpadów;
• Przebieg technologii składowania,
• Odstępstwa od wymogów przyjętej technologii i

techniki składowania,

• Ilość i jakość wód mogących oddziaływać na

bryłę składowiska,

• Ilość i jakość wód, które miały kontakt ze

składowiskiem,

• Deformacje górotworu wokół składowiska i

pomiar oddziaływania ich na odpady,

• Temperaturę, wilgotność i skład powietrza w

rejonie prowadzenia składowania.

Rodzaje zanieczyszczeń w

wodach podziemnych

• Substancje rozpuszczone w wodzie,
• Substancje zawieszone (zawiesiny substancji

stałych),

• Emulsje (ciecze nierozpuszczalne w wodzie).

Procesy za pośrednictwem

których rozprzestrzeniają się

zanieczyszczenia w wodach

podziemnych

• Dyfuzja,
• Adwekcja,
• Dyspersja mechaniczna.

Dyfuzja

Przy braku przepływu, w wodzie stojącej,
zanieczyszczenia przemieszczają się na drodze
dyfuzji molekularnej, która jest zjawiskiem natury
fizykochemicznej.
Proces ten opisany jest I prawem Ficka:

x

C

D

J

d

D









gdzie:

D

J

- strumień dyfuzyjny [gs

-1

m

-2

],

d

D

C

- współczynnik dyfuzji molekularnej w
wodzie [m

2

s

-1

] ,

- stężenie zanieczyszczenia w wodzie
[mg/dm

3

] ,

W

V

m

C 

gdzie:
m – masa substancji
rozpuszczonej w wodzie [g], V

W

-

objętość wody [m

3

]m,

W przypadku gdy zjawisko dyfuzji zachodzi w
wodzie podziemnej, wypełniającej pory skalne,
proces dyfuzji utrudniony jest przez krętość
połączeń międzyporowych.
Prawo Ficka na ośrodki porowate, uwzględniające
ilość wody w porach  i współczynnika krętości

porów wówczas ma postać:

x

C

D

J

d

D













Adwekcja

W przypadku przepływu wody zanieczyszczonej
przenoszone jest poprzez adwekcję, czyli
unoszenie zanieczyszczeń stałych, emulsji lub
rozpuszczonych w wodzie przez migrujący
strumień w ośrodku porowatym.
Strumień zanieczyszczeń transportowanych na
drodze adwekcji opisuje się następującym
równaniem:

C

u

J

A









gdzie:
 - objętościowa wilgotność,

u – rzeczywista prędkość przepływu wody [m/s],

C - stężenie zanieczyszczenia w wodzie

[mg/dm

3

] ,

Dyspersja mechaniczna

Zjawisko dyspersji mechanicznej polega na tym,
że w czasie przepływu wody obłok
zanieczyszczeń ulega rozmywaniu, zwiększając
swoją objętość, jednocześnie zmniejszając
stężenia zanieczyszczenia. Zjawisko to może się
nasilać w zależności od wielkości i geometrii
systemu kanalików porowych, którymi
przepływa woda. Proces
dyspersji mechanicznej opisuje się II prawem
Ficka, które ma postać:

x

C

D

J

M

M











gdzie: D

M

– współczynnik dyspersji mechanicznej [m

2

/s] ,

u

D

M





gdzie:  - stała dyspersji [m] ,

DYSPERSJA MECHANICZNA

DYSPERSJA PODŁUŻNA

wzdłuż kierunku przepływu wody

DYSPERSJA POPRZECZNA

w pozostałych kierunkach

Podział dyspersji mechanicznej

Podział dyspersji

hydrodynamicznej

• Mikrodyspersja –

wywołana jest zmienna

prędkością poszczególnych strumieni wody
przepływającej przez pory górotworu oraz
różnymi drogami, jakimi one przepływają;

• Makrodyspersja –

wywołana jest

niejednorodnością górotworu, np. warstwową
budową ośrodka wodonośnego lub istnieniem
spękań, przez które woda przepływa dużo
szybciej niż przez pory skał.

Przyczyny powstawania zjawiska mikrodyspersji
mechanicznej a) przepływ przez mikrokanaliki,
b) wpływ wielkości kanalika na rozkład prędkości,
c) wpływ różnych kierunków przepływu
mikrostrumieni

Makrodyspersja w wodonośnym ośrodku

warstwowym