REKULTYWACJA GRUNTÓW

TEMAT 15. MATERIAŁY STOSOWANE W REKULTYWACJI GRUNTÓW

Spis treści

15. MATERIAŁY STOSOWANE W REKULTYWACJI GRUNTÓW .........

15.1. Materiały pochodzenia geologicznego.......................................................

15.2. Odpady organiczne......................................................................................

15.3. Odpady mineralne........................................................................................

15.4. Nawozy.........................................................................................................

15.5. Tworzywa przemysłowe................................................................................

15. MATERIAŁY STOSOWANE W REKULTYWACJI GRUNTÓW

15.1. MATERIAŁY POCHODZENIA GEOLOGICZNEGO

Torf to utwór geologiczny, powstały z masy roślinnej ekosystemów mokradłowych, zwanych bagiennymi. Fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości torfu zależą, od żyzności środowiska i gatunków roślin torfotwórczych oraz od stopnia zamulenia złoża i rozkładu masy roślinnej.

Dostęp tlenu atmosferycznego do złoża torfowego powoduje, że podlega ono przemia­nom biochemicznym, które pomniejszaj ą zawartość części organicznych, a zwiększaj ą udział części mineralnych. Struktura masy torfowej zmienia się z tkankowo-roślinnej w gruzełkowatą, przeobrażając tym samym złoże torfowe w glebę torfową. Postępujący rozkład tlenowy (mineralizacja) masy torfowej prowadzi do powstania gleby torfowo-murszowej i murszowej. Wyróżnia się torfy niskie, przejściowe i wysokie. Torfy niskie są najzasobniejsze, a wysokie najuboższe w składniki mineralne. Odwrotnie kształtuje się w nich udział masy organicznej.

W Polsce dominują torfy niskie, ale i one są bardzo zróżnicowane pod względem składu chemicznego. W rekultywacji gruntów stosuje się masę torfową, zwaną umownie torfem, zwykle zmurszałą lub specjalnie przekompostowaną na potrzeby rekultywacji. Rekultywacyjna efektywność surowej masy torfowej, wydobytej z głębszej (stale zawodnionej) części złoża, jest znacznie mniejsza od masy zmurszałej. Kompostowanie torfu surowego wraz z dodatkiem nawozów mineralnych lub masy roślinnej jest więc zabiegiem wskazanym. Zmie­nia ono bryłową strukturę torfu w grudkowatą lub gruzełkowatą oraz zwiększa zasób skład­ników przyswajalnych dla roślin. Wartość podstawową torfu stanowi próchniczotwórcza substancja organiczna i azot.

Torfy niskie zawierają najczęściej 75-90% substancji organicznej oraz 2-3% azotu, a torfy wysokie - 90-99% substancji organicznej oraz 0,4-0,8% azotu. Wierzchnie warstwy gleb tor­fowych (zmurszałe w różnym stopniu) posiadaj ą mniej substancji organicznej i azotu, a więcej części popielnych (mineralnych). Torf stosuje się do ukształtowania próchniczotwórczej war­stwy w gruncie mineralnym. Intensywne nawożenie rekultywowanego gruntu azotem i fosfo­rem zwiększa próchniczotwórcza efektywność torfu.

Mursz jest produktem naturalnego rozkładu torfu w warunkach dostępu powietrza at­mosferycznego. Struktury murszu i kompostu są do siebie podobne. Zawartość substancji organicznej i azotu w murszu zależy od jakości torfu (w tym zamulenia) oraz od stopnia jego rozkładu (mineralizacji). Ubywa ich w miarę postępu murszenia, ale nie zmniejsza to próchni­czotwórczej (rekultywacyjnej) efektywności murszu. Substancja organiczna stanowi w nim przeważnie 35-60% suchej masy. Mursz stosuje się do ukształtowania próchniczotwórczej warstwy w gruncie mineralnym. Intensywne nawożenie rekultywowanego gruntu azotem i fosforem zwiększa próchniczotwórcza efektywność murszu.

Muły organiczne i mineralno-organiczne zbiorników wodnych, zawierające ponad 25% sub­stancji organicznej, są zasobne w składniki próchniczotwórcze i nawozowe. Większość z nich obfituje w związki azotu, fosforu, wapnia, magnezu, mikroelementy. Rekultywacyjna wartość mułów organicznych i mineralno-organicznych j est bliska kompostom. Nie zależy ona tylko od zawartości substancji organicznej, ponieważ kolidy mineralne i węglan wapniowy są również bardzo użyteczne w rekultywacji gruntów bezglebowych. Zmurszała gytia detrytusowa zawiera 80-90% substancji organicznej oraz 4,5-5,0% azotu, a stosunek węgla organicznego do azotu (C:N) wynosi około 7 [Dobrzański i in. 1981]. Współczesne osady denne, zwłaszcza usuwane w celu pogłębiania torów wodnych oraz odnawiania zbiorników wodnych, sąprzeważnie zanieczyszczone metalami ciężkimi, ropopochodnymi składnikami, różnymi związkami chemicznymi. Osadów tych nie można stosować do kształtowania próchniczotwórczej warstwy bez wykonania odpowiedniej ekspertyzy.

Ziemia próchniczna to masa ziemna o składzie ziarnowym (mechanicznym) piasku glinia­stego, gliny, lessu, pyłu ilastego, iłu pylastego, zawierająca co najmniej 1,5% substancji organicznej (próchnicy). Może być ona zdjęta z gleby mineralnej lub mineralno-organicznej, powstać w wyniku zmieszania ziemi mineralnej i kompostu lub ziemi mineralnej i osadu z biologicznego oczyszczania ścieków. Stanowić j ą mogą także osady denne z odnawianych zbiorników wodnych. Ziemię próchniczna stosuje się do formowania warstwy biologicznie czynnej (próchnicznej) na gruncie bezglebowym, odtwarzania poziomu próchnicznego w gle­bach silnie zdegradowanych, wzmocnienia poziomu próchnicznego w glebach słabej jakości. Ziemia próchniczna nie może być zanieczyszczona metalami ciężkimi, chorobotwórczymi or­ganizmami, składnikami ropopochodnymi i toksycznymi w stopniu pomniejszającym sanitar­ne oraz użytkowe wartości rekultywowanych gruntów.

Lessy (w tym utwory lessowate) mająpyłowoilasty (drobnoziarnisty) skład mechanicz­ny, dużą porowatość, pochłaniają znaczne ilość wody, są łatwe w uprawie mechanicznej.

Skład chemiczny lessów jest podobny do składu chemicznego glin lekkich i średnich (tab. 3.1,15.1). Lessy wykazuj ą zwykle obecność CaCO₃, a wierzchnie ich warstwy sąprze­ważnie odwęglanowione. Znaczna zasobność lessów w składniki pokarmowe (oprócz azotu), korzystne warunki wodne i powietrzne oraz umiarkowana zwięzłość sprawiają, że grunt lesso­wy tworzy dobre warunki do wzrostu roślin, jeżeli jest odpowiednio zasilany w składniki pokarmowe. Grunt lessowy łatwo nabywa właściwości gleby dzięki intensywnemu nawoże­niu organicznemu i mineralnemu. Masy utworów lessowych wykorzystuje się do budowy glebotwórczych gruntów, nakładania glebotwórczych warstw na inne podłoża, ulepszania fizycznych i chemicznych właściwości gruntów (i gleb) piaskowych, ulepszania fizycznych właściwości gruntów nadmiernie zwięzłych (iłów, glin ciężkich).

Gliny to utwory geologiczne zwięzłe. Zależnie od procentowej zawartości części ilastych, pyłowych, piaskowych, żwirowych wyróżnia się gliny: lekkie, średnie, ciężkie pylaste. Gliny lekkie i średnie, zwłaszcza pylaste i zasobne w węglan wapniowy, są dobrym materiałem glebotwórczym. Zawierają one znaczne ilości składników pokarmowych roślin oprócz azotu. Magazynują dużo wody opadowej, która jest łatwo dostępna dla roślin. Gliny ciężkie są zasobniejsze od glin lekkich i średnich w składniki pokarmowe, ale ze względu na nadmiar koloidów tworzą gorsze warunki do wzrostu roślin i uprawy mechanicznej. Glebotwórcza (rekultywacyjna) efek­tywność gliny zależy w dużym stopniu od zawartości w niej węglanu wapniowego, który stabi­lizuje odczyn środowiska i zapewnia korzystną strukturę. Odwęglanowione gliny kwaśne są znacznie gorsze od glin zawierających CaCO₃. Przykładem tego są gliny poznańskie szare, zasobne w CaCO₃ i gliny poznańskie brązowe, które nie zawierają CaCO₃. Pierwsze posiadają ponadto pewne ilości substancji organicznej. Stanowią więc bardzo dobre tworzywo glebowe.

Tabela 15.1. Skład chemiczny iłów, lessów i mułków mających zastosowanie w rekultywacji gruntów; opracowano na podstawie danych Kozydry i Wyrwickiego [ 1970]

Nazwy utworów geologicznych	Zawartość w procentach
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	K2O	Na2O	SO3	strata prażenia
Lessy	66,3-83,3	5,4- 13,1	1,0-4,8	0,18-1,50	0,27-12,1	0,30-2,89	1,38- 2,70	0,58- 1,52	0,00--0,52	1,47- 16,10
Iły zastoiskowe	41,0-67,0	9,2- 21,5	1,8- 13,4	12,0	1,44-11,56	0,26-4,39	1,90-3,45	0,58-1,18	0,01-0,98	4,24- 19,07
Mułki zastoiskowe	51,0- 74,7	8,1- 14,7	2,3- 5,7	11,0	0,38-2,01	0,73-3,41	2,13-3,54	0,60-0,94	0,02-1,12	3,49- 18,46
Iły elbląskie	49,0-68,7	11,4-17,7	5,0- -9,0	0,37-0,84	0,38-7,38	1,52-3,90	2,54-4,72	0,50-1,39	0,00-0,55	2,70- 11,23
Iły turoszowskie trzeciorzędowe, pokład środkowy	43,1-64,9	19,7-34,8	2,1- 7,5	1,11- 4,47	0,52-1,89	do 0,34	0,48-3,08	0,13-0,25	11,0	7,20- 16,18
Iły turoszowskie trzeciorzędowe, pokład górny	46,7-70,1	18,4-34,9	1,4- 11,0	0,87-2,71	0,41-1,86	do 0,51	0,61-3,30	0,05-0,30	n.o.	5,18- 14,49

Gliny lekkie i średnie nadają się do budowy glebotwórczych gruntów o grubości co najmniej 80 cm (np. w wyrobiskach pokopalnianych, na zwałowiskach nadkładu lub na składowiskach odpa­dów) oraz do nakładania glebotwórczej warstwy (grubości do 80 cm) na inne grunty rekultywowa­ne. Gliny ciężkie są mniej przydatne do budowy warstw glebotwórczych, ale są bardzo dobre - tak jak iły - na warstwy izolujące glebotwórcze warstwy od pokrytego złoża odpadów szkodliwych dla środowiska. Każdy rodzaj gliny można wykorzystać do zapełniania wyrobisk pokopalnianych (oprócz potorfii) oraz do poprawiania składu mechanicznego (piasku lub gleb piaskowych).

Iły zawierają głównie części koloidalne i pyłowe, duże ilości składników pokarmo­wych (oprócz azotu), mają bardzo dużą pojemność wodną. Nadmierna zwięzłość oraz wyni­kająca stąd bardzo mała przepuszczalność wody i powietrza pomniejszają glebotwórcze znaczenie iłów w rekultywacji gruntów. Iły obfitujące w węglan wapniowy, zwłaszcza za­wierające jednocześnie pewne ilości substancji organicznej, tworzą korzystne warunki do szybkiego rozwoju gleby oraz intensywnego wzrostu roślin charakterystycznych gleb żyznych. Przykładem tego są trzeciorzędowe iły krakowieckie, które po przemieszczeniu na zwałowisko zewnętrzne Kopalni Siarki „Machów", dały glebę odpowiednią dla uprawy lucerny, pszenicy, drzew i krzewów owocowych. Wprowadzenie iłu do gruntu piaskowego zwiększa jego glebotwórczą wartość. Stosuje się też iłowanie gleb piaskowych w celu po­lepszenia ich żyzności. Iły stanowią dobry materiał izolacyjny w rekultywacji terenów skła­dowania odpadów zawierających rozpuszczalne składniki chemiczne, zwłaszcza toksyczne.

Mułki - warstwy błotnych namułów w czwartorzędowych i trzeciorzędowych osadach geo­logicznych - składają się głównie z części pyłowych, koloidalnych i piaskowych, zawierają znaczne ilości substancji organicznych. Pojęcie mułków jest stosowane w badaniach geolo­gicznych i działalności górniczej. Geneza oraz właściwości fizyczne i chemiczne mułków, py­łów wodnego pochodzenia oraz utworów mułowych (mułów) są podobne. Glebotwórczą uży­teczność mułków jest bardzo duża, ponieważ oprócz korzystnego składu mechanicznego zawie­rają znaczne ilości próchniczotwórczej substancji organicznej, która stanowi pożywkę dla mi­kroorganizmów nasilających procesy glebotwórcze. Mułki są bardzo dobrym materiałem do budowy glebotwórczego gruntu i warstwy glebotwórczej pokrywającej inne podłoża, formowa­nia próchnicotwórczej warstwy na gruncie bezglebowym, ulepszania gleb piaskowych.

Węgiel brunatny może występować jako miał węgla brunatnego, rozdrobnionego jak do spalania w elektrowni lub jako odpad z wydobywania i uzdatniania kopaliny. Miał węgla brunatnego można stosować do:

• ochrony rekultywowanego gruntu przed erozyjnym działaniem wody i wiatru oraz przed nadmiernym parowaniem i wahaniami temperatury,

• formowania biologicznie czynnej warstwy (podłoża dla roślin) na podłożach osadowych o konsystencji mazistej,

• wzbogacenia gruntu bezglebowego w próchnicotwórczą substancję organiczną,

• kompostowania wraz z osadami ściekowymi i innymi odpadami zasobnymi w organiczne związki azotu (np. wywarami z utylizacji odpadów zwierzęcych).

15.2. ODPADY ORGANICZNE

Osady z biologicznego oczyszczania ścieków zawierają głównie substancję organiczną. Obfitują one też w azot, fosfor, wapń, magnez, siarkę - mikroskładniki pokarmowe roślin (tab. 15.2,15.3). Spośród tych składników tylko zawartość potasu w osadzie ściekowym nie jest dostateczna do zaspokojenia potrzeb pokarmowych roślin uprawianych na podłożu osadowym przez dłuższy okres czasu. Osady z oczyszczania ścieków miejskich zawierają często nadmierne ilości metali ciężkich (tab. 15.3), pochodzących głównie z zakładów prze­mysłowych i usługowych. W osadach surowych z oczyszczania ścieków bytowych znaj­dują się chorobotwórcze mikroorganizmy oraz jaja pasożytów przewodu pokarmowego. Ogranicza to ich użyteczność nawozową i rekultywacyjną.

Fermentacja (tlenowa lub beztle­nowa) osadu surowego:

• zmniejsza wydatnie zawartość substancji organicznej, wskutek częściowej jej mineraliza­cji i wydzielania metanu;

• niszczy częściowo chorobotwórcze organizmy;

• ułatwia zagęszczanie się (odwadnianie) osadu.

Zagęszczenie osadu do konsystencji ziemistej ułatwia jego rekultywacyjne użytko­wanie, a jednocześnie poprawia biologiczno-sanitarne wskaźniki. Nie zmniejsza nato­miast, lecz zwiększa zawartość metali ciężkich i pozostałych składników mineralnych. Osad można odwodnić różnymi sposobami. Termiczne odwadnianie (suszenie) niszczy chorobotwórcze organizmy, ale ze względu na duże koszty, jest stosowane bardzo rzadko.

Dzięki mechanicznemu odwadnianiu (prasy, wirówki) uzyskuje się przeważnie mazistą konsystencję osadu, którą można przekształcić do postaci ziemistej przez odwadnianie roślinne prowadzonego na utwardzonym lub gruntowym placu. Właściwości chemiczne i fizyczne substancji organicznej w dobrze przefermentowanym osadzie ściekowym i w próchnicy glebowej są zbliżone. Zawartość azotu, fosforu, wapnia, magnezu i mikroele­mentów jest znacznie większa niż w kompostach. Wprowadzenie osadu ściekowego do gruntu bezglebowego tworzy od zaraz dobre (bardzo dobre) warunki wzrostu roślin oraz rozwoju mikroorganizmów i fauny glebowej.

Aby uzyskać pożądaną ilość próchniczotwórczej substancji organicznej, należy wprowadzić do gruntu odpowiednią masę osadu ściekowego. Rekultywacyjną dawkę osadu można zastoso­wać jednorazowo lub podzielić ją na części wprowadzane w odpowiednich odstępach czasu.

Dopuszczalne zawartości metali ciężkich w osadach ściekowych w przyrodniczym ich użytko­waniu przedstawia tabela 15.4, a dawki osadów na hektar rekultywowanego gruntu tabela 15.5.

Trociny drzewne mają pokaźny potencjał próchniczotwórczy, ale ze względu na bardzo mały zasób składników mineralnych (zwłaszcza azotu i fosforu) oraz znaczną odporność na biologiczne przemiany, nie nadaj ą się bezpośrednio do rekultywacji gruntów bezglebowych i gleb zdegradowanych, są natomiast bardzo użyteczne:

• w uzdatnianiu (w tym sanitacji) osadów ściekowych na potrzeby rekultywacji;

• w rekultywacji gruntów wylewiskowych, zatopionych odpadami obfitującymi w azot, fosfor, potas;

• do osłonowego pokrywania (mulczowania) powierzchni gruntów rekultywowanych.

Kora drzewna (rozdrobniona) posiada bardzo duży potencjał próchniczotwórczy, ale znikomą ilość składników mineralnych. Ma ona takie samo zastosowanie jak trociny. Jest lepsza od nich do mulczowania.

Masa łapana to zawiesina włóknista wydzielana ze ścieków przemysłu celulozowego i papierniczego. Potencjał próchniczotwórczy tej masy jest bardzo duży, lecz może być spożyt­kowany tylko w warunkach dostępności azotu, fosforu i innych składników niezbędnych do życia mikroorganizmów. Kompostowanie masy łapanej z odpadami obfitującymi m.in. w azot, fosfor daje wartościowy próchniczotwórczy produkt, bardzo skuteczny w ochronie powierzchni gruntów przed erozją wodną i wietrzną.

15.3. ODPADY MINERALNE

Ziemia spławiakowa (błoto spławiakowe) powstaje podczas mycia buraków w cukrow­niach. Jej skład ziarnowy (mechaniczny) jest zbliżony do składu próchnicznej warstwy tych gleb, z których pochodzą buraki. Wiadomo, że uprawia sieje na glebach zwięzłych (lesso­wych, gliniastych, ilastych) zasobnych w próchnicę i składniki pokarmowe. Ziemia spławia­kowa jest więc ziemią próchniczną, wzbogaconą w próchniczotwórcze części organiczne i składniki pokarmowe zawarte w pozostałościach masy korzeniowej.

Zależnie od jakości gleb, na której wyrosły buraki, ziemia spławiakowa zawiera przeważ­nie 2,5-5,0% substancji organicznej.

Efektywność glebotwórcza (rekultywacyjna) ziemi spławiakowej jest duża. Biologicznie czynną (próchniczną) warstwę gleby można ukształtować przez nałożenie ziemi spławiakowej na grunt bezglebowy. Można też mieszać ziemię spławiakowa z wierzchnią warstwą gruntu bezglebowego (np. w proporcji 1:1). Ziemia spławiakowa stanowi też bardzo dobry materiał do rekultywacji gleb wyjałowionych z próchnicy i składników pokarmowych oraz do trwałego ulepszania gleb piaskowych. Walory rekultywacyjne ziemi spławiakowej są zwykle większe niż ziemi próchnicznej zdejmowanej z gleby dobrej jakości. Ziemia spławiakowa nie zawiera składników zanieczyszczających środowisko gruntu rekultywowanego.

Tabela 15.2. Zawartość składników organicznych i mineralnych w osadach ściekowych

Pochodzenie osadów	N	P2O5	CaO	MgO	K2O	Na2O	Substancja organiczna
	zawartość procentowa w s. m.
29 oczyszczalni ścieków komunalnych	1,74-8,35	1,53-4,91	0,63-13,49	0,19-0,98	0,06-0,69	0,05-0,69	26,9-79,1
8 oczyszczalni ścieków mleczarnianych	2,90-8,20	0,50-5,90	4,70-8,70	0,25-1,00	0,30-0,90	0,04-0,60	28,7-88,7
Oczyszczalnia miejska w Puławach^2	1,21-5,07	26,3-30,9	19,0-37,1	0,23-0,85	0,08-2,16	0,19-0,26	27,0
Fabryka żelatyny w Puławach^2	1,27 i 1,61	22,0 i 25,2	21,1 i 30,1	0,08-0,22	0,01-0,02	0,13-0,30	30,8
Oczyszczalnia „Hajdów" w Lublinie	1,75-3,62	0,62-2,06	2,66-8,72	0,38-1,73	0,10-0,57	n.o.	n.o.
Oczyszczalnia „Czajka" w Warszawie	1,86-3,22	n.o.	n.o.	n.o.	n.o.	n.o.	45,8-56,7

¹ Wg Cz. Maćkowiak, 1996 r. ²WgSz. Lekan, 1996 r.

Tabela 15.3. Zawartość metali ciężkich w osadach ściekowych

Pochodzenie osadów	Zn	Pb	Cu	Cd	Cr	Ni
		mg/k			s. m.
29 oczyszczalni ścieków komunalnych	270-4260	15-308	0,9-146	3,595	17-490	7-254
8 oczyszczalni ścieków mleczarnianych	83-1308	12-37	0,2-13	11-51	11-32	5-12
Oczyszczalnia miejska w Puławach^2	456-1325	15-99	1,0-9	28-71	20-35	8-19
Fabryka żelatyny w Puławach^2	144-215	7,25	0,4-3	7-18	5-15	2-17
Oczyszczalni „Hajdów" w Lublinie	739-2620	49-205	33-192	69-356	59-338	32-164
Oczyszczalnia „Czajka" w Warszawie 1996 r.	2012-3212	131-198	40-52	459-667	668-787	116-152
Oczyszczalnia „Czajka" w Warszawie 1993-1995 r.	348_5184	60-364	43-103	434-1196	539-1363	115-331
Oczyszczalnia miejska w Częstochowie	1100-2663	100-258	5-11,5	110-235	190-545	70-220
Oczyszczalnia „Intercell" Ostrołęka	175-331	25-42	1,6-3,0	44-142	17-38	6-11

¹ Wg Cz. Maćkowiak, 1996 r. ²WgSz. Lekan, 1996 r.

Tabela 15.4. Dopuszczalne zawartości metali ciężkich w osadach ściekowych przeznaczonych do przyrodniczego użytkowania

Metale	Sposób przyrodniczego użytkowania osadów
	nawożenie, użyźnianie, rekultywacja gruntów		agrotechniczne przetwarzanie osadów na kompost, roślinne utrwalanie powierzchni gruntów
	przeznaczonych do rolniczego użytkowania	przeznaczonych do nierolniczego użytkowania
	mg/kg s. m.
1	2	3	4
1 . Ołów (Pb)	500	1000	1500
2. Kadm (Cd)	10	25	50
3. Chrom (Cr)	500	1000	2500
4. Miedź (Cu)	800	1200	2000
5. Nikiel (Ni)	100	200	500
6. Rtęć (Hg)	5	10	25

Tabela 15.5. Dawki osadów przy różnych sposobach ich przyrodniczego użytkowania

Sposoby przyrodniczego użytkowania	Dawka osadu t s. m. /ha	Uwagi
1.Rekultywacja gruntów przeznaczonych do użytkowania rolniczego	40-220	Zabiegi jednorazowe z jedno lub wielokrotnym wprowadzaniem osadu ściekowego do gruntu
2. Rekultywacja gruntów przeznaczonych do użytkowania nierolniczego	40-220
3. Roślinne utrwalanie powierzchni gruntów	do 450	Zabiegi jednorazowe
4. Użyźnianie gleb przeznaczonych do użytkowania rolniczego	22-65	Zabiegi jednorazowe z jedno lub wielokrotnym wprowadzaniem osadu ściekowego do gleby
5. Użyźnianie gleb przeznaczonych do użytkowania nierolniczego	40-220
6. Nawożenie użytków rolnych	10	Zabiegi jednorazowe lub wielokrotne; dawka na 3-4 lata
7. Agrotechniczne przetwarzanie osadów ściekowych na kompost	250	Zabiegi wielokrotne; w ciągu pierwszych 3 lat; co rok w kolejnych latach
		10

Odpady paleniskowe, zwane popiołami i żużlami, powstają ze spalania węgla ka­miennego i brunatnego w elektrowniach, elektrociepłowniach, kotłowniach. Te pro­dukty spalania węgla składają się:

• z mineralnych składników roślin węglotwórczych,

• z namułów i soli mineralnych osadzonych w złożach węglotwórczych,

• z fragmentów skał przywęglowych wydobytych wraz z węglem,

• z pozostałości nie dopalonych części węgla.

Skład chemiczny odpadów paleniskowych zależy więc od:

• geochemicznych warunków wzrostu roślin,

• składu gatunkowego roślin,

• warunków formowania się złoża węglotwórczego,

• metody wydobycia i uzdatnienia (wzbogacenia) węgla,

• sposobu spalania węgla.

Niezależnie od tego, odpady paleniskowe stanowią mineralną część byłych roślin oraz ich naturalnego środowiska. Z tego względu skład chemiczny odpadów paleniskowych jest zbliżony do składu większości glebotwórczych gruntów w Polsce. Głównymi składnikami tych odpadów są krzem, glin, żelazo, wapń, magnez i potas.

Udział tlenków wymienionych pierwiastków w całej masie odpadów paleniskowych z węgla kamiennego energetyki polskiej przedstawia się następująco:

• SiO 40-65%, przeważnie 45-55%;

• A1₂O₃ 15-30%, przeważnie 20-25%:

• Fe₂O₃ 6- 15%, przeważnie 7- 1 2%;

• CaO 2-5%, przeważnie 2,5-3,5%;

• MgO l,5-3,5, przeważnie około 2%;

• K₂O 0,5-3,0%, przeważnie około 2%.

Odpady paleniskowe są też zasobne w fosfor i inne składniki pokarmowe roślin, oprócz azotu. Zawartość metali ciężkich waha się znacznie, zależnie od pochodzenia węgla. W więk­szości przypadków nie przekracza poziomu dopuszczalnego w glebach użytkowanych rolni­czo.

W popiołach lotnych Austrii, Niemiec, Belgii i USA stwierdzono następujące ilości metali ciężkich:

• kadmu (Cd) -0,20-6,00 mg/kg (0,30- 1, 20 mg w Polsce),

• ołowiu (Pb) -32-505 mg/kg (29-1 87 mg w Polsce),

• cynku (Zn) - 60-890 mg/kg (90-440 mg w Polsce),

• niklu (Ni) -26-1 56 mg/kg (12-93 mg w Polsce),

• miedzi(Cu) -33-260mg/kg(19-198mgwPolsce).

Alkaliczny odczyn odpadów paleniskowych powoduje bardzo małą rozpuszczalność metali ciężkich i pozostałych składników. Wyjątek stanowiąłatwo rozpuszczalne chlorki i siarczany oraz wodorotlenki, których duże koncentracje i alkaliczność odczynu stanowią zasadniczą barierę w początkowej fazie kształtowania gleby z odpadów paleniskowych.

Alkaliczny odczyn środowiska można zneutralizować stosunkowo łatwo przez nawożenie organiczne. Ustępuje on też wskutek naturalnego działania dwutlenku węgla. Wyjątkowo duża porowatość odpadów paleniskowych (zwłaszcza popiołów lotnych) sprawia, że ukształtowana z nich gleba pochłania dużo wody opa­dowej, którą łatwo oddaje roślinom podczas suchej pogody. Pod tym względem popiołowe grunty są efektywniejsze od wszystkich pozostałych utworów glebotwórczych w Polsce.

Wapno poflotacyjne - odpad z flotacji rozdrobnionej rudy siarkowej o składzie ziarnowym (mechanicznym) gliny lekkiej pylastej - zawiera: 45-60% CaCO₃, około 1% strontu i 0,2% magnezu, do l ,5% siarki rodzimej, a także niewielkie ilości potasu, sodu, żelaza i manganu (tab. 15.6). Zawartości cynku (15-35 mg/kg), miedzi (10-45 mg/kg), ołowiu (0,5-3,5mg/kg) i kadmu (0,2-0,7 mg/kg) są podobne jak w podpróchnicznych warstwach gleb polskich.

Wapno poflotacyjne może być stosowane, jako materiał gruntotwórczy, do zapełniania wyrobisk i niecek osiadania lub do regulowania odczynu w gruntach kwaśnych (w tym potencjalnie kwaśnych). Znaczna zawartość siarki elementarnej sprawia, że część CaCO₃ zostaje przekształcona w CaSO₄. Bakterie utleniające siarkę rodzimą do kwasu siarkowego zużywaj ą związki azotu mi­neralnego i fosforu, powodując ostry niedobór tych składników dla roślin. Fakt pomniejsze­nia potencjału odkwaszającego (zawartości CaCO₃) oraz nadmiernego zużycia składników pokarmowych trzeba uwzględnić przy stosowaniu wapna poflotacyjnego do formowania glebotwórczego gruntu oraz do odkwaszania innych gruntów.

15.4. NAWOZY

Obornik obfituje w próchniczotwórczą substancję oraz we wszystkie składniki pokarmo­we dla roślin i mikroorganizmów glebowych. Nadaje się więc do rekultywacji gruntów bezglebowych i gleb zdegradowanych. Skład chemiczny obornika zależy od wielu czynników, głów­nie od gatunku zwierząt (bydło, trzoda chlewna, konie, owce, drób), od ich wieku i paszy oraz od warunków i czasu przechowywania. Najzasobniejszy w składniki pokarmowe jest pomiot ptasi, a najuboższy obornik owczy. Obornik z gospodarstw rolnych zawiera około 75% wody i 25% suchej masy. Sucha masa różnych rodzajów obornika ma następujące składniki nawo­zowe [Maćkowiak 1986]:

• azotu (N) 0,04-2,99% (średnio 0,5%);

• fosforu (w przeliczeniu na P₂O₅) 0,03-1,88% (średnio 0,3%);

• potasu (w przeliczeniu naK₂O) 0,06-3,42% (średnio 0,7%);

• wapnia (w przeliczeniu na CaO) 0,08-2,75% (średnio 0,5%);

• magnezu (w przeliczeniu na MgO) 0,04-0,45% (średnio 0,19%);

• żelaza (Fe) średnio 2293 mg/kg;

• manganu (Mn) średnio 259 mg/kg;

• cynku (Zn) średnio 142 mg/kg;

• miedzi (Cu) średnio 20,3 mg/kg.

Kompost - produkt biochemicznego rozkładu masy organicznej (głównie roślinnej) -jest koncentratem próchnicy glebowej oraz próchniczotwórczej substancji organicznej. Wartość rekultywacyjna i nawozowa kompostu zależy od jakości surowca i sposobu przygotowania. Komposty z odpadów bytowo-gospodarczych (komunalnych) zbiorczych są znacznie gorsze niż z odpadów organicznych gromadzonych selektywnie. Zawierają one mniej substancji próchniczotwórczej i składników pokarmowych oraz nadmierne ilości metali ciężkich, szkła, ceramiki, tworzyw sztucznych i innych części nieużytecznych. Kompostowanie masy roślin­nej usuwanej z terenów zieleni miejskiej, plantacji i punktów dystrybucji warzyw, gospo­darstw domowych, zakładów żywienia zbiorowego daje produkt wysokiej jakości, wolny od nadmiaru metali ciężkich (tab. 15.7) i chorobotwórczych organizmów.

Komposty produkowa­ne z osadów ściekowych lub z ich dodatkiem są zasobne w składniki pokarmowe roślin, ale mogą zawierać zbyt dużo metali ciężkich. Komposty wytwarzane w gospodarstwach rolnych z odpadów własnych mają dużą wartość nawozową, nie zawierając nadmiaru metali ciężkich.

Tabela 15.6. Skład chemiczny odpadów wapniowych różnego pochodzenia

Rodzaj (pochodzenie) wapna	CaO	MgO		K2O		Na2O		P2O5	SiO2			F2O3		S	Źródło danych
	zawartość procentowa w s. m.
Wapno z flotacji siarki (poflotacyjne)	37,4-46,7		0,36-1,00		0,05-0,09	0,03-0,06	0,02-0,05			9,5-15,7	0,06-0,45		2,42-3,00		IUNG [1988]
Wapno pokarbidowe (różnych zakładów)	69,5- 72,2		n.o.		0,3-0,7	0,6-1,4	n.o.			n.o.	1,6-2,2		0,1-0,3		Zięba [1982]
Wapno posodowe (z 3 zakładów)	45,7-46,5		4,1-4,5		1,2-1,4	0,2-0,4	n.o.			8,7-9,2	2,1-2,4		0,1-0,2		Zięba [1982]
Wapno pocelulozowe (z 3 zakładów)	37,8-41,0		0,1-0,2		n.o.	n.o.	n.o.			0,8-1,0	0,6		0,2		Zięba [1982]
Wapno defekacyjne (z cukrowni)	21-30		0,3-0,9		0,1-0,3	0,1-0,3	0,5-2,5			n.o.	n.o.		n.o.		Zięba [1982]
Pyły z 7 cementowni	32-49		0,6-1,7		3,2-5,2	0,64-0,88	0,12-0,46			n.o.	n.o.		0,25-3,3		Zięba [1982]
Wapno z Huty Cynku „Miasteczko Śl."	35,2		15,4		n.o.	n.o.	n.o.			11,7	10,6		n.o.		Zięba [1982]
Odpady z floatacji rudy miedziowej w LGOM	23,7-26,5		3,3-4,4		2,1-2,9	0,9-1,2	n.o.			29,1	n.o.		n.o.		Zięba [1982]
Wapno podekarbonizacyjne (z 2 zakładów)	41,2i 41,9		3,2 i 3,6		0,14 i 0,16	0,41 i 0,43	0,04			2,0 i 2,4	1,1 i 1,7		n.o.		Gajek [1981]

Tabela 15.7. Zawartość metali ciężkich w kompostach roślinnych i z odpadów miejskich

Źródła surowca kompostowanego	Fe	Mn		Zn				Pb		Cu		Cd		Cr		Ni
	mg/kg s. m.
Komposty z roślin uprawianych na gruntach użyźnionych osadami ściekowymi
Składowisko popiołu w Puławach	1444--1784		52-80		54-89		10-13		7-9		0,40- -0,60		4,4-7,8		2,8- -5,5
Składowisko popiołu w Łodzi	274		40		15		4		15		0,80		3,5		4,2
Grunt rekultywowany w Kopalni „Jeziorko"	2874		310		375		27		35		1,44		8,0		25,4
Komposty z roślin uprawianych na osadach ściekowych
Osad na gruncie oczyszczalni w Lublinie	3750		247		573		33		59		21,40		39		26,0
Osad na gruncie oczyszczalni w Łasku	150		161		456		6		11		0,88		3,3		20,2
Kompost z roślin zieleni miejskiej
Zieleń Warszawy	n.o.		n.o.		82-112		21-26		13-19		0,40--0,50		2-12		7,0- -27,0
Kompost z odpadów organicznych miejskich gromadzonych selektywnie
Osiedla Warszawy	n.o.		n.o.		200- -340		48-62		28-64		0,60- -1,00		18-22		10,0- -12,0
Kompost z odpadów miejskich zbiorczych (nieselekcjonowanych)
Warszawa	n.o.		n.o.		660- -2321		230- -1040		100-505		1,0- -13,9		28-389		10-189

Kompost roślinny dojrzały zawiera 40-60% substancji organicznej. Stosunek zawartości wę­gla organicznego (C) do azotu (N) w takim kompoście jest podobny jak w poziomie próchnicznym gleby uprawnej. Wprowadzając do bezglebowego gruntu odpowiednią masę kompostu roślinne­go dojrzałego nadaje mu się właściwości gleby. Przeciętna zawartość próchnicy w większości gleb mineralnych (ornych) wynosi 50-80 t/ha. Takie ilości substancji organicznej ma 100-1601 suchej masy kompostu posiadającego 50% części organicznych. W kompoście świeżym zawartość su­chej masy wynosi średnio około 50%. Wprowadzana do ziemi organiczna masa kompostu podle­ga dalszym przemianom. Znaczna część tej masy zostanie zmineralizowana w ciągu kilku lat. Upra­wiane rośliny będą natomiast dostarczały nowych próchniczotwórczych zasobów organicznych.

Dopuszczalną zawartość metali ciężkich w kompoście przeznaczonym do rekultywacyjnego użytkowania przedstawia tabela 15.8, a dawki kompostu na hektar tabela 15.9.

Wapno stosowane do odkwaszania gleby może być pochodzenia naturalnego lub prze­mysłowego . Głównym j ego składnikiem jest wapń (tab. 15.6) w postaci węglanu wapniowego (CaCO₃), tlenku wapniowego (CaO) lub wodorotlenku wapniowego Ca(OH)₂. Ustabilizowa­nym związkiem jest CaCO₃. Tlenek wapniowy (CaO) w obecności wody przekształca się w wodorotlenek wapniowy Ca(OH)₂ o silnie alkalicznym odczynie, a w obecności dwutlenku węgla Ca(OH)₂ - w węglan wapniowy CaCO₃.

Wyróżnia się następujące rodzaje wapna dostępne na rynku jako nawozy lub pozyskiwa­ne z miejscowych złóż naturalnych i zakładów przemysłowych:

• wapno nawozowe węglanowe lub tlenkowo-węglanowe,

• kreda jeziorna (wapno łąkowe),

• pyły przemysłu wapienno-cementowego,

• wapno defekacyjne z cukrowni,

• wapno posodowe z przemysłu sodowego,

• wapno pokarbidowe,

• wapno pocelulozowe,

• wapno dekarbonizacyjne (z uzdatniania wody dla przemysłu),

• wapno poflotacyjne z flotacji rudy siarkowej.

Odpady wapienne są często uzdatniane (suszone, mielone) do powszechnego stosowa­nia w rolnictwie. Wtedy stają się wapnem nawozowym. W rekultywacji gruntów stosuje się duże, a nawet bardzo duże ilości wapna, zwłaszcza w przypadku gruntów silnie zasiarczonych na terenach otworowej eksploatacji siarki oraz na składowiskach odpadów górniczych obfi­tujących w siarczki (głównie piryt).

15.5. TWORZYWA PRZEMYSŁOWE

Biowłóknina to tkanina z włókien naturalnych, produkowana z odpadów przemysłu tek­stylnego, a stosowana do osłony powierzchni gruntu przed erozyjnym działaniem wody i wiatru oraz do biologicznej (roślinnej) zabudowy skarp wkopów i nasypów ziemnych w toku rekultywacji gruntów, melioracji wodnych, budowy dróg.

Biowłóknina może zawierać nasiona roślin przeznaczonych do biologicznej zabudowy powierzchni ukształtowanych podczas rekultywacji gruntu lub pozostałych robót ziemnych. Biowłóknina tworzy warunki korzystne do kiełkowania i wzrostu roślin, podlega biologicznemu rozkładowi (biodegradacji) i humifikacji.

Tabela 15.8. Dopuszczalne zawartości metali ciężkich w kompoście przeznaczonym do przyrodniczego użytkowania

Metale	Sposób przyrodniczego użytkowania kompostu
	nawożenie, użyźnianie, rekultywacja gruntów		roślinne utrwalanie powierzchni gruntów
	przeznaczonych do rolniczego użytkowania	przeznaczonych do nierolniczego użytkowania
	mg/kg s. m.
1	2	3	4
Ołów	350	600	800
Kadm	5	10	15
Chrom	300	500	800
Miedź	300	600	800
Nikiel	100	200	300
Rtęć	5	10	15
Cynk	1500	2000	3000

Tabela 15.9. Tony suchej masy (m³) kompostu na hektar, stosowane w różnych sposobach przyrodniczego użytkowania

Sposób użytkowania kompostu		Dawka na hektar			Informacje uzupełniające
		t s. m.		m^3*
Nawożenie gruntów rolnych		10-20		20-40	kompost stosowany tak jak obornik raz na kilka lat
Melioracyjne użyźnianie gruntów:					Kompost stosowany jednorazowo w celu zwiększenia żyzności gleby
• rolnych	50-150		100-300
• zieleni miejskiej i przemysłowej	100-250		200-500
• zadrzewianych (w tym zalesianych)	50-100		100-200
Rekultywacja gruntów bezglebowych:					kompost stosowany do ukształtowania próchniczej warstwy w gruncie bezglebowym
• przeznaczonych do użytkowania rolniczego	50-250		100-500
• przeznaczonych do użytkowania nierolniczego	50-300		100-600
Roślinne zagospodarowanie					kompost stosowany do ukształtowania glebotwórczego podłoża i szaty roślinnej na składowiska odpadów oraz w wykopach i nasypach ziemnych
• wysypisk odpadów komunalnych	100-500		200-1000
• składowisk odpadów mineralnych	100-400		200-800
• skarp wykopów i nasypów ziemnych	100-300		200-600
Zazielenianie powierzchni:					kompost stosowany do czasowego (przejściowego) zazieleniania powierzchni narażonych na erozyjne działanie wody i wiatru
• wysypisk odpadów komunalnych	100-250		200-500
• składowisk odpadów mineralnych	100-250		200-500
• zwałów ziemi i odpadów przeznaczonych do zagospodarowania w określonym miejscu i w czasie	75-150		200-300

* Gęstość objętościowa kompostu - 0,5 t/m³.

Geotekstylia (geowłókniny) - tkaniny z włókien organicznych naturalnych lub synte­tycznych, rzadziej z włókien mineralnych - stosuje się do osłony powierzchni gruntów przed erozją wodną i wietrzną oraz przed uszkodzeniami mechanicznymi. Geowłókniny wykorzystu­je się też do wspomagania biologicznej zabudowy powierzchni gruntu oraz do produkcji dywaników trawiastych, przeznaczonych do zadarniania powierzchni gruntu. Geowłókninami łatwo rozkładalnymi są biowłókniny; produkty ich rozkładu nie zanieczyszczają środowiska.

Geomembrany są materiałami wykładzinowymi służącymi do uszczelniania zbiorników wodnych oraz do izolowania odpadów stałych i ciekłych gromadzonych (składowanych) w zbiornikach, w basenach lub na powierzchni ziemi: w stawach (lagunach) osadowych, wysy­piskach odpadów komunalnych, składowiskach odpadów przemysłowych, zwałowiskach odpadów górniczych. Geomembrany produkuje się z tworzyw sztucznych lub ilastych utwo­rów geologicznych o bardzo dużej pojemności sorpcyjnej (np. bentomatów).

---