Zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych przez górnictwo

Slajd 2

Woda jest głównym składnikiem środowiska, który jest niezbędny dla życia biologicznego oraz dla prawidłowego działania procesów na Ziemi. Dlatego też tak ważne jest, aby o nią dbać. Jak już wspomniałam tematem mojej prezentacji są zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych przez górnictwo. [1] Temat ten zacznę od omawiania dominujących rodzajów negatywnych skutków w środowisku wodnym.

Slajd 3

Głównymi negatywnymi skutkami są przekształcenia hydrogeologiczne i hydrologiczne.

Slajd 4

Przekształcenia hydrogeologiczne związane są z: odwadnianiem kopalń, deformacjami górotworu, ze składowaniem urobku, odpadów i różnych materiałów technologicznych oraz z eksploatacją górniczą prowadzoną metodą otworową. [2]

a) odwadnianie kopalni- jest niezbędne zarówno przed jak i w trakcie eksploatacji złoża ze względu na niepożądane, naturalne i sztuczne dopływy wody do wyrobisk górniczych. Dopływy naturalne są wynikiem przesiąkania opadów atmosferycznych do wnętrza górotworu. Dopływy sztuczne to głównie woda transportująca (np. piasek posadzkowy) oraz wody grzewcze. Odprowadzanie wód ze sztucznych dopływów powoduje wiele negatywnych skutków, m.in.:

- zmniejszenie się zasobów wód podziemnych co powoduje osuszanie się górotworu i powstawanie leja depresji

- zmiany gradientów ciśnienia, kierunku i prędkości przepływu wód podziemnych

- zanieczyszczenie wód podziemnych solami sodu, wapnia i magnezu

Slajd 5

b) deformacje górotworu- powodują zmiany struktury górotworu, czego skutkiem jest przerywanie ciągłości warstw nieprzepuszczalnych i przemieszczanie się wód do wyrobisk górniczych. Szczególne znaczenie mają przekształcenia hydrogeologiczne w wodach powierzchniowych glebowych i gruntowych, ponieważ stan i właściwości tych wód decydują o warunkach wegetacji roślin, a także o właściwościach podłoża. Na skutek deformacji górotworu przekształcenia wód glebowych i gruntowych polegają na zmianach poziomu ich zwierciadła.

Slajd 6

c) zanieczyszczenia pochodzące ze składowisk urobku, odpadów i materiałów technologicznych przedostają się do wód przez wymywanie, ługowanie i infiltrację.

Slajd 7

Kolejnymi przekształceniami są przekształcenia hydrologiczne. Nierównomierne obniżanie się powierzchni terenu, które jest wynikiem podziemnej eksploatacji górniczej , powoduje zakłócenia w przepływie wód powierzchniowych, a także lokalne zmiany spadków cieków i granic zlewni. Prowadzi to do powstawania zawodnień rozlewiskowych i napływowych oraz do zmian układu sieci hydrograficznej danego rejonu. Zarówno stopień mineralizacji wód powierzchniowych, jak i niekorzystne zmiany chemizmu spowodowane są zrzutami wód dołowych pochodzących z odwadniania kopalń, a także zrzutami ścieków, które są płynnymi odpadami z przeróbki kopalin. Procesy przeróbcze, w których stosowane jest wzbogacanie kopalin w środowisku wodnym wpływają negatywnie na środowisko przez oddziaływania związane bezpośrednio z procesami technologicznymi, a także przez oddziaływanie składowisk odpadów. W wyniku procesów przeróbczych powstaje wiele odpadów. I tak:

- odpady stałe- umieszcza się na składowiskach. Powoduje to, że pyły, które wywiewane są do powietrza atmosferycznego opadają i zanieczyszczają wody powierzchniowe

- odpady ciekłe (ścieki)- zrzuca się do wód powierzchniowych. Poprzez bezpośrednie zrzucanie tych opadów do wód, powodujemy ich zanieczyszczenie.

- odpady półpłynne- odprowadzane są do stawów osadowych. Na skutek infiltracji w podłoże wysokozmineralizowanych wód nadosadowych ze zbiornika odpadów półpłynnych, wody powierzchniowe są zanieczyszczane.

Zrzuty wód kopalnianych- w związku z tym, iż w Polsce eksploatowane są duże ilości złóż surowców (zarówno energetycznych, metalicznych czy też chemicznych) przepompowywane są bardzo duże ilości wody, które następnie odprowadzane są do rzek. Według statystyk na jedną tonę wydobywanego węgla przypada około 4m³ wody, która jest przepompowywana. Możemy sobie, więc tylko wyobrazić jakie ilości zanieczyszczeń dostają się do wody skoro dziennie wydobywa się około 12 000 ton węgla (na przykładzie KWK Budryk w Ornontowicach). Na obszarze aglomeracji Górnego Śląska z kopalń odprowadza się do rzek ogromne ilości soli, co powoduje, że zasolenie wód na niektórych odcinkach powoduje wyłączenie ich z użytkowania publicznego.

Slajd 8

TABELA (ZRZUTY WÓD DOŁOWYCH DO CIEKÓW POWIERZCHNIOWYCH W ZLEWNI BIERAWKI)

Slajd 9
Przekształcenia hydrologiczne powodują:

• zakłócenia w przepływie wód powierzchniowych

• zmiany spadków cieków

• powstawanie zawodnień rozlewiskowych

Slajd 10

Wody pochodzące z kopalni są bogate w: jony baru, zawiesiny, pył węglowy, magnetyt, materiały o podwyższonej promieniotwórczości (głównie radon) czy też metale ciężkie.

Slajd 11

Radon jest promieniotwórczym gazem szlachetnym, stanowiącym jeden z produktów rozpadu uranu i toru. W wyrobiskach górniczych kopalń podziemnych stężenia radonu i krótkożyciowych produktów jego rozpadu często są znacznie większe niż gdzie indziej, gdyż jest to przestrzeń z ograniczoną wentylacją, otoczona skałami. Radon dostaje się do wód poprzez:

a) wydobycie i przeróbkę węgla. Odpady powstające przy tych procesach mają znacznie podwyższoną zawartość naturalnych izotopów promieniotwórczych i mogą powodować poważne skażenie środowiska naturalnego

b) odprowadzanie na powierzchnię materiałów odpadowych o podwyższonej promieniotwórczości (wód, szlamów, pyłów)

c) spalanie węgla- powstawanie odpadów o podwyższonej promieniotwórczości, gdyż pierwiastki takie kumulują się w popiele

Slajd 12

Stężenie radu w wodzie związane jest z ich zasoleniem. Jako, że zasolenie wód kopalnianych rośnie zazwyczaj z głębokością eksploatacji, wody o wyższych stężeniach spotykane są na większych głębokościach. Wyróżniamy dwa typy wód radowych występujących w kopalniach węgla. Wody jednego typu (zwane wodami typu A) zawierają rad i bar, a nie zawierają jonów siarczanowych, podczas gdy wody drugiego typu (typu B) zawierają rad i jony siarczanowe, ale nie zawierają baru. Zrzucanie wód radowych z kopalń węgla powoduje rozległe skażenia małych cieków wodnych i większych rzek w rejonie zrzutu wód słonych. Skażenia te są wywołane zarówno przez izotopy radu występujących w wodach w formie jonowej jak i w postaci zawiesiny oraz jako osadzone na dnie cieków. Osady promieniotwórcze w wodach powstają na skutek współtrącania radu i baru w postaci siarczanu radowo-barowego z wód radowych typu A.

Slajd 13 i slajd 14

Slajd 15

Wysokie zasolenie wód jest spowodowane odprowadzaniem wód dołowych. Wszystkie kopalnie mają obowiązek odwadniać pokłady węgla kamiennego. Zasada jest taka, że im głębiej sięgamy po węgiel tym możemy zaobserwować wyższe zasolenie. Ponieważ pozyskiwanie soli z tych wód (z punktu ekonomicznego) jest nieopłacalne są one odprowadzane w całości do wód powierzchniowych.

Jeśli rzeka znajduje się nieopodal kopalni, to najczęściej dostają się do niej ścieki pochodzące z flotacji węgla. Głównym składnikiem takich ścieków są pył węglowy oraz magnetyt. Dodatkowo stężenia tych składników często osiągają wielkość dużo większą niż jest to wskazanie. Np. najwyższe odnotowane stężenie zawiesiny w Czarniawce wynosiło 30 000mg/L, a typowe stężenie dla tej rzeki powinno wynosić od 2000-6000mg/L.

Magnetyt może powodować także szereg innych szkód związanych z życiem codziennym. Czarne zanieczyszczenia magnetytu tworzą gęste osady- szlam w grzejnikach i kotłach. Zatykają pompy i zmniejszają przepływ wody przez rury i grzejniki.

Slajd 16

Na przykładzie aglomeracji katowickiej zawartość zawiesin jest bardzo zmienna. W górnych odcinkach rzeki stężenie zawiesin jest częściej mniejsza niż w niższych partiach. Razem z zawiesiną transportowane są także inne zanieczyszczenia np. metale ciężkie. ” Sedymentująca zawiesina przemieszcza związane z nią zanieczyszczenia do osadów dennych, przyczyniając się do ich skażenia. Na drodze procesów biochemicznych oraz w trakcie wezbrań powodziowych zanieczyszczenia skumulowane w osadach są przyczyną wtórnego zanieczyszczenia rzeki”.

Slajd 17

Jony baru dostające się do wód mogą być bardzo niebezpieczne głównie dla zdrowia człowieka. Rozpuszczalne w wodzie sole baru mogą być przyczyną zaburzeń sercowo-naczyniowych i układu nerwowego. Jony baru determinują także odczyn pH wody oraz decydują o twardości wody.

Slajd 18

Sposoby oczyszczania wód z zanieczyszczeń górniczych

Slajd 19

Oczyszczanie wód radowych

a) Oczyszczanie wykorzystujące warunki naturalne

b) Oczyszczanie przy użyciu odpadów przemysłowych

Slajd 20

Technika reaktywujących ścian

Koncepcję tej techniki oparto na założeniu możliwości zainstalowania w ekosystemie wód nieprzepuszczalnych barier, aby zapobiec dalszemu rozprzestrzenianiu się skażonej wody . Dla oczyszczenia wody z substancji skażającej w obrębie barier lokalizuje się reaktywujące przepuszczalne bramy, do których przy pomocy manipulacji hydraulicznych kieruje się tak płynące strumienie wody, aby wpływały wprost do nich. Istotnym walorem tej technologii jest możliwość oczyszczania wody ze skażeń nieorganicznych takich jak np. metale ciężkie.

Slajd 21

Bioremediacja (in situ)

Technologia wykorzystująca narzędzia biologiczne do oczyszczania środowiska wód podziemnych z substancji skażających. Składniki substancji skażających nie ulegają w strefie wody podziemnej biochemicznej degradacji bowiem nie sprzyjają temu procesowi warunki środowiskowe, Dla zoptymalizowania warunków wprowadza się do strefy podziemnej reagenty, potrzebne mikroorganizmowi i miesza się je z substancją skażającą. Proces biologiczny prowadzi do modyfikacji struktury i toksykologicznych właściwości substancji skażających.

Slajd 22

Napowietrzanie warstwy wodonośnej na drodze injekcji sprzężonego powietrza

Cały proces w terenie odbywać się musi pod ścisłą kontrolą określonego ciśnienia i objętości powietrza wtłaczanego do punktu lub kilku punktów, położonych poniżej strefy skażenia, w celu przekształcenia różnych faz substancji w fazę lotną. Przez dostarczenie w ten sposób odpowiedniej ilości tlenu zostaje zintensyfikowany proces biodegradacji aerobowej w wodzie gruntowej a także zwiększona faza rozpuszczalna substancji.

Slajd 23 PODSUMOWANIE i slajd 24 LITERATURA