7090997221

Patrycja Kima-Gwoździewicz/J. Susi. Min. Vol. 12 (2013), No 1

2007; Różański, Parchański 2009), z czego 15 czynnych termicznie (Projekt COOL’S 2007-2013) położonych jest w centralnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW), w rejonie Rudy Śląskiej, Zabrza oraz w Rybnickim Okręgu Węglowym. Obiektem badań było jedno z tego typu składowisk odpadów wydobywczych, zlokalizowane w Rybniku, zrekultywowane w latach 1994-1999, na którym wznowienie zjawisk termicznych nastąpiło w roku 2001. Na jego obszarze obserwuje się szczeliny z wyziewami gazów, tworzące tzw. strefy ekshalacyjne (fot. 1), będące antropogenicznymi odpowiednikami wulkanicznych solfatarów (Buchta, Molenda 2007). W niniejszym artykule przedstawiono wyniki analiz przeprowadzonych w roku 2012, które miały na celu ustalenie zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w powstających tam gazach.

Fot 1. Przykładowa strefa ekshalacyjna (fot P. Kuna-Gwożdziewicz)

Podjęcie badań wydaje się uzasadnione ze względu na właściwości genotoksyczne, mutagenne i kancerogenne związków WWA, a także z uwagi na brak danych w literaturze dotyczących zapotarowania składowisk odpadów wydobywczych i ich wpływu na środowisko. Są one zatem z jednej strony próbą wypełnienia luki we wskazanym obszarze badawczym (wszak problem występowania WWA w gazach emitowanych na zapożarowanych hałdach od dawna wymaga szczegółowego zbadania i opisania), a z drugiej - odpowiedzią na postulaty Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (U.S. EPA 1999), która, mając na względzie silne właściwości genotoksyczne, mutagenne oraz kancerogenne węglowodorów, zaleca kontrolowanie ich zawartości w głównych elementach środowiska, np. w wodzie, glebie, powietrzu. Związki te, obecne w powietrzu atmosferycznym, mogą ulegać przemianom oraz wchodzić w reakcje zarówno między sobą jak i z innymi substancjami emitowanymi z zapożarowanych składowisk wydobywczych, np. dwutlenkiem siarki, tlenkami azotu, tlenkiem węgla oraz siarkowodorem (Krogulski, Borkowska, Strusiński 1997). W efekcie tych przemian mogą powstawać substancje o zmniejszonej lub podwyższonej aktywności mutagennej czy też toksyczności. Określenie poziomu stężeń występujących zanieczyszczeń jest istotne dla właściwej oceny ryzyka środowiskowego, jakie może się pojawić i na jakie mogą być narażeni np. mieszkańcy pobliskich terenów.

2. CHARAKTERYSTYKA ZAPOŻAROWANYCH SKŁADOWISK ODPADÓW WYDOBYWCZYCH Z GÓRNICTWA WĘGLA KAMIENNEGO

2.1.    Zjawisko samozapłonu odpadów wydobywczych

Problem związany z występowaniem aktywności termicznej dotyczy tylko pewnej części odpadów wydobywczych, a mianowicie odpadów z górnictwa węgla kamiennego (Dulew-ski, Madej, Uzarowicz 2010). Odpady kopalniane charakteryzują się dużą zmiennością składu, zawierając zwykle: iłowce, mu-łowce, piaskowce i łupki węglowe (Misz-Kennan, Fabiańska 2010). Według Różańskiego i Parchańskiego (2009) zawartość głównych składników palnych w odpadach kopalnianych w Polsce zdeponowanych na składowiskach, może dochodzić nawet do 30% substancji węglowej oraz do 8% pirytu.

Jak piszą Buchta i Molenda (2007), zapożarowanie zgromadzonych na zwałowiskach odpadów może być następstwem dwóch rodzajów procesów:

•    egzogenicznego, powstającego na skutek zewnętrznego źródła ciepła,

•    endogenicznego, zachodzącego jako wynik niskotemperaturowego procesu utleniania się węgla i pirytu w stosunku do ilości dostępnego tlenu, charakteryzującego się wydzielaniem znacznych ilości ciepła.

Należy jednak pokreślić fakt, że mechanizm powstawania pożarów endogenicznych jest zjawiskiem złożonym i nie do końca wyjaśnionym. Opracowano szereg teorii na temat czynników aktywujących proces samozapalenia węgla. Do ważniejszych należą: teoria pirytowa, katalityczno-bakteryjna, nadtlenkowa oraz fenolowa. Na rysunku 1 przedstawiono w sposób schematyczny najistotniejsze czynniki inicjujące pożar odpadów wydobywczych deponowanych na składowisku.

2.2.    Powstawanie stref ekshalacyjnych na terenie termicznie czynnych składowisk odpadów wydobywczych

Ilość węgla kamiennego w odpadach jest jednym z czynników, który może inicjować powstanie ogniska pożarowego lub sprzyjać jego rozwojowi. Węgiel występuje w postaci brył, przerostów czy też substancji organicznej rozproszonej w skałach przywęglowych. Kolejnymi czynnikami wspomagającymi lub ograniczającymi możliwość powstania ognisk pożarowych są sposób deponowania odpadów i technologia ich składowania oraz wskaźnik zagęszczenia w bryle składowiska. Odpady o niskim zagęszczeniu mają większą skłonność do samozapłonu, dzięki łatwej penetracji powietrza i wody atmosferycznej (porowatość efektywna bryły składowiska). W konsekwencji dochodzi do intensywnych procesów wietrzeniowych i utleniających w bryle odpadów. Ponadto niski stopień zagęszczenia i sprzyjający kształt składowiska ułatwiają powstawanie wewnątrz jego bryły ciągu konwekcyjnego, który predysponuje je do samozapłonu - częstsze występowanie samozapłonu w strefach przysto-kowych składowisk potwierdza to zjawisko (rys. 2). Nałożenie się kilku przyczyn sprzyjających powstawaniu zjawisk samozapłonu, a dodatkowo reakcje egzotermiczne towarzyszące działalności bakteryjnej oraz chemicznej podczas utleniania pirytu, podnoszą temperaturę wewnątrz składowiska.