Zbigniew Bzowski*, Jan Zawiślak** - Warsztaty Górniczewarsztatygornicze.pl/wp-content/uploads/2005-2.pdf · 2014. 2. 11. · Zbigniew BZOWSKI*, Jan ZAWIŚLAK** *Główny Instytut

WARSZTATY 2005 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie

____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

25

Mat. Symp. str. 25 – 39

Zbigniew BZOWSKI*, Jan ZAWIŚLAK** *Główny Instytut Górnictwa, Katowice

**Pomiar-GIG Sp. z o.o., Lublin

Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów górniczych

wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych w rejonie

Bogdanki

Streszczenie

W pracy zaprezentowano wynik badań karbońskich odpadów powęglowych z kopalni

„Bogdanka”, w różnym stopniu zwietrzałych, wykorzystanych do różnych zastosowań. Wykazano, że w czasie wietrzenia tych odpadów następuje dezintegracja ziarnowa, czego efektem jest naturalne zagęszczanie odpadów. Pod względem mineralogicznym zmiany wietrzeniowe zachodzą stosunkowo wolno. Zagęszczanie odpadów ogranicza powstawanie siarczanów na drodze wietrzenia (utleniania) siarczków żelaza, ale nie powoduje ograniczenia wymywania z nich chlorków i sodu. W pracy wykazano, że wietrzenie odpadów powęglowych prowadzi do wypłukiwania z nich w pierwszej kolejności chlorków i sodu, a następnie siarczanów i potasu, a zjawiska te mogą być uciążliwe dla środowiska. Ponadto określono zasady monitoringu odpadów i środowiska w miejscu ich gospodarczego wykorzystania.

1. Wstęp

Prezentowane wyniki prowadzonego monitoringu właściwości mechanicznych

i fizykochemicznych karbońskich odpadów powęglowych pochodzących z kopalni

„Bogdanka” w Lubelskim Zagłębiu Węglowym wskazują na liczne możliwości ich

gospodarczego wykorzystania (Gazda i in. 1988; Łyszczarz 1996; Zawiślak i Bzowski 1996;

Bzowski i Zawiślak 2000; Prace zbiorowe 2000, 2002; Borys i in. 2002; Bzowski 2004).

Odpady te zarówno pod względem mineralogicznym jak i fizykochemicznym stanowią

materiał przydatny dla wykorzystania w szeroko rozumianej rekultywacji. Szczególnie iłowce

i łupki ilaste łatwiej ulegające degradacji, równocześnie o dobrej zdolności buforowania

środowiska, są dobrym materiałem dla wykorzystania w rekultywacji bezglebowej (Bzowski

i Zawiślak 2000; Chaber i Bzowski 2002). Wszystko wskazuje na to, że zawartości metali

ciężkich w odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” nie stanowiły i nie stanowią

zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednak w myśl bezpieczeństwa ekologicznego podjęto

próbę oceny wykorzystywanych do rekultywacji terenów pogórniczych odpadów karbońskich

kopalni „Bogdanka” z uwzględnieniem procesu wietrzenia.

Z. BZOWSKI, J. ZAWIŚLAK – Aspekt środowiskowy wietrzenia karbońskich odpadów...

____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

26

2. Charakterystyka pobranych próbek do badań

Dla realizacji prezentowanej pracy dotyczącej oceny zmian właściwości fizykochemicznych

odpadów powęglowych o różnym stopniu wietrzenia pobrano cztery próbki oznaczone B-0,

B-1, B-2 i B-3. Próbka B-0 pochodziła bezpośrednio z kopalni „Bogdanka” i odpad ten

traktowano jako „świeży”. Pozostałe próbki karbońskich odpadów powęglowych pochodziły

z różnych miejsc wykorzystania tych odpadów w latach minionych. Poniżej przedstawiono

krótką charakterystykę pobranych próbek.

1) Próbka B-0:

– miejsce pobrania: taśmociąg z kopalni „Bogdanka” do punktu załadunku na samochody,

– wiek: bezpośrednio z wydobycia (odpad „świeży”),

– charakter (skład petrograficzny): mieszanina szarych iłowców o niewyraźnej łupliwości

z jasnoszarymi mułowcami bez warstwowania, z ciemnoszarymi łupkami ilastymi

laminowanymi substancją organiczną wraz z luźnym materiałem ilastym (gleby

stigmariowe) oraz z brunatno-szarymi syderytami ilastymi,

– uziarnienie: brak frakcji gruboziarnistej powyżej 25 mm, a frakcji powyżej 16 mm jest

1,6%, dominuje fakcja w przedziale 8 – 4 mm, ale sumarycznie udział frakcji

piaszczystej jest największy i stanowi 51,0%, frakcji najdrobniejszej poniżej 0,1 mm –

0,5%.

2) Próbka B-1:

– miejsce pobrania: Puchaczów, droga lokalna przy kanale Wieprz – Krzna,

– wiek: około 15 – 18 lat (informacja ustna mgr inż. Jerzego Zięby),

– charakter: mieszanina iłowców i mułowców spojonych materiałem ilastym, materiał

zwięzły, zbity (zagęszczony),

– uziarnienie: dominuje frakcja gruba (powyżej 16 mm) – 51,3%, frakcji najdrobniejszej

poniżej 0,1 mm jest 2,5%.

3) Próbka B-2:

– miejsce pobrania: wschodnia skarpa składowiska odpadów powęglowych w Bogdance,

– wiek: około 7 – 8 lat,

– charakter: zwietrzałe łupki ilaste i iłowce, zwarte mułowce i syderyty ilaste, mieszanina

lekko ubita (zagęszczona), – uziarnienie: frakcja gruba (powyżej 16 mm) – 32,5% przy jednoczesnym udziale frakcji

piaskowej w ilości 33% i żwirowej – 22%; frakcji najdrobniejszej poniżej 0,1 mm –

2,5%.

4) Próbka B-3:

– miejsce pobrania: zrekultywowane z wykorzystaniem karbońskich odpadów

powęglowych wyrobisko odkrywkowe w Albertowie,

– wiek: około 6-7 lat,

– charakter: zwietrzałe łupki ilaste, iłowce w mieszaninie z twardymi mułowcami i sydery-

tami ilastymi,

– uziarnienie: dominuje frakcja piaszczysta – 50,0% z równomiernym udziałem frakcji

grubej powyżej 16 mm – 21,9% i żwirowej – 25,1%; frakcji najdrobniejszej poniżej 0,1

mm jest 3,0%.


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

27

3. Metody badań

Skład ziarnowy pobranych próbek karbońskich odpadów powęglowych oznaczono metodą

sitową zgodnie z PN-91/B-06714.15. Poprzez kwartowanie wydzielono próbki jednostkowe.

Badania mineralogiczne wykonano rentgenowską metodą dyfrakcyjną (XRD) używając

dyfraktometru firmy Philips PW 3710. Stosowano metodę proszkową (DSH), promieniowanie

CuK z monochromatorem grafitowym i program operacyjny X’Pert for WIN (X’Pert Plus

1999). Skład mineralny zidentyfikowano na podstawie danych z kartoteki ASTM. (Gaweł,

Muszyński 1992). oraz z bazy International Centre for Diffraction Data (JCPDS 1997)

sprzężonej z dyfraktometrem programem PCPDFWIN v.1.30. Badania wykonano w Pracowni

Rentgenograficznej Zakładu Mineralogii Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego

w Katowicach.

Podstawowy skład chemiczny oraz zawartość pierwiastków śladowych w badanych odpadach

oznaczono metodą spektrometrii fluorescencji rentgenowskiej (XRF). Wykorzystano

sekwencyjny spektrometr typu PW 1404 firmy Philips. Oznaczenia wykonano

w oparciu o opracowane metody w Zakładzie Monitoringu Środowiska GIG (Bojarska i Bzowski

1997, Bzowski i Bojarska 2003).

Wyciągi wodne z badanych karbońskich odpadów powęglowych wykonano w proporcji

1:10. Metodyka taka jest zgodna z wytycznymi zawartymi w Rozporządzeniu Rady Ministrów

z dnia 27.12.2000r. (Dz.U. Nr 120, poz. 1284) zalecanymi przez Państwową Inspekcję

Ochrony Środowiska. Wyciąg wodny (test wymywalności) jest jedną z najlepszych metod

określenia ilości zanieczyszczeń uruchamianych z odpadów do środowiska i preferowany jako

metodyka badawcza odpadów w krajach Unii Europejskiej (Report 1994, Heasman 1997).

Podstawowe składniki wyciągu wodnego: sód i potasu oznaczono fotometrycznie wg PN-ISO

9964-3:1994, azotany zmodyfikowaną metodą Kjeldahla (Ostrowska i in. 1991), chlorki metodą

Mohr'a wg PN-ISO 9297:1994, a siarczany wagowo wg PN-74/C-04566.09. Zawartości metali

ciężkich oznaczono metodą spektrometrii emisyjnej z plazmą wzbudzoną indukcyjnie (AES-

ICP), wykorzystując spektrometr Optima 3000 DV Perkin Elmer.

Oznaczenia fizykochemiczne wykonano w Laboratoriach: „Pomiar-GIG”Sp. z o.o. w Lublinie

posiadającym wdrożony system jakości zgodny z PN-EN ISO/IEC 17025:2001 oraz

w posiadającym Certyfikat Akredytacji PCA Laboratorium Analiz Odpadów Stałych Zakładu

Monitoringu Środowiska GIG w Katowicach

4. Wyniki badań

4.1. Monitoring ilości karbońskich odpadów powęglowych

Monitoring odpadów karbońskich skał płonnych składa się z podsystemu obejmującego

badania, zbieranie i gromadzenie informacji dotyczących ich ilości i jakości oraz systemu

oceny w tych elementach. Uzyskane informacje na temat monitoringu ilości karbońskich

odpadów powęglowych wytwarzanych w kopalni węgla kamiennego „Bogdanka” wykazują,

że w latach 1993 – 2003 powstawało rocznie od 1186,9 do 2043,4 tys. ton odpadów. Zarówno

w 1993 jak i 2001 roku zagospodarowano ponad 98% odpadów a bardzo małe ilości

(16,8 i 17,88 tys. ton) umieszczono na składowisku. Natomiast w latach 2002 i 2003

gospodarczo wykorzystano 100% odpadów (tab. 4.1).


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

28

Tabela 4.1

Monitoring ilości karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” Table 4.1

Quantity Monitoring of wastes from Coal Mine “Bogdanka”

Rok ODPADY KARBOŃSKIE

ogółem na składowisku

w tonach w tonach udział w %

1993 1 186 900 16 800 1,42

1994 1 534 000 1 107 700 72,21

1995 1 669 677 1 097 713 65,74

1996 1 769 820 1 181 279 66,75

1997 1 909 873 1 218 549 63,80

1998 1 924 101 933 023 48,49

1999 1 824 440 373 950 20,50

2000 2 043 399 494 091 24,18

2001 1 672 113 17 880 1,07

2002 1 808 447 0 0

2003 2 035 718 0 0

2004* 1 445 939 41 886 2,90

* dotyczy danych za 9 miesięcy 2004 roku (styczeń-wrzesień).

4.2. Odpady powęglowe z kopalni „Bogdanka” po różnym czasie wietrzenia

W realizacji niniejszej pracy ujęto ocenę własności fizykochemicznych odpadów

powęglowych pochodzących bezpośrednio z kopalni „Bogdanka” (B-0) oraz pochodzących

z różnych czasowych etapów wietrzenia: B-1 (15 – 18 lat), B-2 (7 – 8 lat) i B-3 (6 – 7 lat).

4.2.1. Zmiany w składzie mineralnym

Dominującymi minerałami w badanej próbce „świeżych” (B-0) karbońskich odpadów

powęglowych z kopalni „Bogdanka” są minerały ilaste, których udział waha się od 60 do 65%.

Wśród nich wyróżnić należy zawartości kaolinitu (35 – 40%) i illitu (20 – 25%) oraz znacznie

mniejsze ilości minerałów mieszanopakietowych. Dopełnienie składu mineralnego stanowi

kwarc (20 – 25%), syderyt, skalenie, piryt i substancja organiczna. Graficznie wyniki badań

prezentuje rysunek 4.1.

Różnice występujące w składzie mineralnym odpadów powęglowych przekształcających się

pod wpływem wietrzenia uwidaczniają się w ilościach oznaczonych minerałów ilastych:

kaolinitu, chlorytów i smektytu oraz innych: kwarcu i syderytu. Zmienne ilości poszczególnych

minerałów ilastych mogą wynikać również z występowania tych minerałów w strukturach

mieszano-pakietowych podlegających rozpadowi na skutek wietrzenia. Natomiast zmienne ilości

syderytu związane są z miejscowym występowaniem oolitowej formy tego minerału w tzw.

glebach stigmariowych często ułożonych w stropach i spągach pokładów węgla (Cichoń 1977).


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

29

Rys. 4.1. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” („świeże”)

Objaśnienia: I – illit; K – kaolinit; P – piryt; S – syderyt; Sk – skaleń; Q – kwarc Fig. 4.1. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” (“fresh”)

1) Próbka B-1.

Puchaczów, droga lokalna przy kanale Wieprz-Krzna (ok. 15 – 18 lat),

W składzie mineralnym próbki dominują minerały ilaste tj. kaolinit, illit i chloryt. Kwarc

jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach skalenie i syderyt. W próbce

występuje również substancja organiczna o czym świadczy podwyższone tło na dyfraktogramie

(rys. 4.2). Efektem długotrwałego wietrzenia jest wzrost zawartości chlorytu po przeobrażeniu

skaleni, i illitu, który może być produktem przeobrażenia mik obecnych w odpadach.

Rys. 4.2. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych w Puchaczowie na drodze lokalnej przy kanale Wieprz – Krzna,

Objaśnienia: Ch – chloryt, I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc Fig. 4.2. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken in Puchaczow from

local road near Wieprz – Krzna canal


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

30

2) Próbka B-2.

Wschodnia skarpa składowiska odpadów w Bogdance (ok. 7 – 8 lat).

W składzie mineralnym tej próbki dominują minerały ilaste tj. kaolinit, illit i chloryt. Kwarc

jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach syderyt i skalenie.

W próbce występuje również substancja organiczna o czym świadczy podwyższone tło na

dyfraktogramie (rys. 4.3). Pod względem mineralnym, odpad powęglowy zwałowany na

składowisku nie różni się od tego samego odpadu wykorzystanego do budowy drogi przy

kanale (B-1). Efekt wietrzeniowy wydaje się być podobny pomimo różnego wieku, co

prawdopodobnie jest rezultatem słabszego zagęszczenia.

Rys. 4.3. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych na składowisku w Bogdance (część wschodnia skarpy składowiska)

Objaśnienia: Ch – chloryt, I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc Fig. 4.3. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken from the dump

in Bogdanka (eastern part of dump slope)

3) Próbka B-3.

Zrekultywowane wyrobisko odkrywkowe w Albertowie (ok. 6 – 7 lat).

W składzie mineralnym próbki odpadów powęglowych pobranej w Albertowie dominują

minerały ilaste: kaolinit i illit. Możliwa jest również obecność minerałów o strukturach

mieszanopakietowych. Kwarc jest uzupełnieniem składu, podobnie, ale w mniejszych ilościach

syderyt i skalenie (rys. 4.4). Prawdopodobnie skalenie nie ulegają chorytyzacji (brak chorytu).

Badana próbka wykazuje niewielkie efekty wietrzenia, ponieważ odpady karbońskie

pochodzące z kopalni „Bogdanka” zostały wykorzystane do rekultywacji wyrobiska

w Albertowie z okryciem glebowym. W porównaniu z poprzednio badanymi próbkami

wynika, że wykonane okrycie glebowe (gliniasto – piaszczyste) uwałowanej masy badanych

odpadów powęglowych znacznie ogranicza ich wietrzenie.


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

31

Rys. 4.4. Dyfraktogram próbki odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” pobranych na zrekultywowanym wyrobisku odkrywkowym w Albertowie

Objaśnienia: I – illit, K – kaolinit, S – syderyt, Sk – skaleń, Q – kwarc Fig. 4.4. Diffraction pattern of wastes from Coal Mine “Bogdanka” taken from the

reclamated open cast in Albertow (eastern part of dump slope)

4.2.2. Zmiany w składzie chemicznym

Podstawowy skład chemiczny badanych próbek karbońskich odpadów powęglowych

pochodzących z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia jest odzwierciedleniem ich

składu mineralnego. Jak wcześniej stwierdzono, próbki oznaczone B-1, B-2 i B-3 wykazują

charakter ilasty, co obrazuje ponad 22% zawartość Al2O3. Wśród nich próbka B-3 pochodząca

z terenu rekultywacji w Albertowie, najbardziej ilasta, charakteryzuje się najwyższą

zawartością glinu przy najniższej ilości SiO2 (tab. 4.2).

Tabela 4.2.

Wyniki badań składu chemicznego karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia w %

Table 4.2. Research results of chemical composition of wastes from Coal Mine “Bogdanka”on different

weathering stages

Składnik B-0 B-1 B-2 B-3

SiO2 44,03 52,54 46,93 42,71

TiO2 1,08 1,09 1,08 1,05

Al2O3 25,42 22,32 22,79 23,40

Fe2O3 3,65 4,39 5,37 4,70

CaO 0,32 0,37 0,20 0,24

MgO 1,19 1,33 1,21 1,09

Na2O 0,24 0,20 0,14 0,16

K2O 2,45 2,33 2,36 2,29

P2O5 0,12 0,14 0,11 0,11

SO3 0,35 0,39 0,37 0,31

Str. prażenia 20,82 14,50 19,10 23,53

Suma 99,67 99,60 99,66 99,58


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

32

4.2.3. Aspekt środowiskowy wietrzenia – zawartości metali ciężkich

Uzupełnieniem składu chemicznego badanych odpadów powęglowych z kopalni

„Bogdanka” wykorzystywanych dla wielu sposobów zagospodarowania i na różnych etapach

wietrzenia są oznaczone ilości metali ciężkich. Według obowiązującego prawa dopuszczalne

zawartości zanieczyszczeń pierwiastków śladowych w odpadach zależą od miejsca ich

wykorzystania. Możliwe jest wykorzystanie odpadów powęglowych na terenach grupy B –

grunty użytków rolnych z wyłączeniem gruntów pod stawami i gruntów pod rowami, grunty

leśne oraz zadrzewione i zakrzewione, nieużytki, a także grunty zabudowane i zurbanizowane

z wyłączeniem terenów przemysłowych, użytków kopalnianych oraz terenów

komunikacyjnych oraz terenów zaliczonych do grupy C – tereny przemysłowe, użytki

kopalniane, tereny komunikacyjne. Zgodnie z takim podziałem próbki B-1 i B-2 pobrano na

terenach należących do grupy C z głębokości nie większej od 2 m. Porównanie wyników badań

zawartości zanieczyszczeń pierwiastkami śladowymi w tych próbkach odnieść należy do

wartości dopuszczalnych w gruntach terenów grupy C. Próbkę B-3 pobrano w Albertowie na

terenie rekultywacji leśnej sąsiadującym z obszarami użytków rolnych i miejsce tego pobrania

należy zaliczyć do terenów grupy B. W tym przypadku wyniki badań zawartości

zanieczyszczeń pierwiastkami śladowymi porównać należy do dopuszczalnych wartości gleb

terenów B. Porównanie w prezentowanym układzie przedstawia tabela 4.3.

Tabela 4.3.

Porównanie wartości dopuszczalnych zanieczyszczeń w glebie i ilości w karbońskich odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia w mg/kg (ppm)

Table 4.3. Comparison of contaminants limit values in soils and the amounts of contaminants in wastes from

Coal Mine “Bogdanka” on different weathering stages in mg/kg (ppm)

Zanieczyszczenie Dopuszczalne ilości* B-0 B-1 B-2 B-3

B 0-0,3m C 0-2,0m

Arsen (As) 20 60 8 < 2 < 2 < 2

Bar (Ba) 200 1000 457 488 680 659

Chrom (Cr) 150 500 112 150 104 97

Cyna (Sn) 20 350 < 2 < 2 < 2 < 2

Cynk (Zn) 300 1000 93 203 184 121

Kadm (Cd) 4 15 < 2 < 2 < 2 < 2

Kobalt (Co) 20 200 27 75 39 33

Miedź (Cu) 150 600 59 37 69 31

Molibden (Mo) 10 250 < 2 < 2 < 2 < 2

Nikiel (Ni) 100 300 65 49 12 24

Ołów (Pb) 100 600 26 55 55 43

Rtęć (Hg) 2 30 < 1 < 1 < 1 < 1

* - wg Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów jakości gleby oraz

standardów jakości ziemi (Dz.U.Nr 165, poz.1359)

- grupa B głębokość 0 – 0,3m.

- grupa C głębokość 0 – 2,0m.

Objaśnienia:

B-0 – odpad „świeży” z kopalni „Bogdanka”,

B-1 – z Puchaczowa, droga lokalna przy kanale Wieprz-Krzna (ok. 15 – 18 lat),

B-2 – ze wschodniej skarpy składowiska odpadów powęglowych w Bogdance (ok. 7 – 8 lat),

B-3 – ze zrekultywowanego wyrobiska odkrywkowego w Albertowie (ok. 6 – 7 lat).


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

33

Z zestawienia w tabeli 4.3 wynika, że zawartości zanieczyszczeń w postaci normowanych

ilości pierwiastków śladowych w próbkach B-1 i B-2 są niższe od wartości dopuszczalnych

(grunt przypowierzchniowy terenów C). Jednak podwyższone zawartości chromu, kobaltu

i cynku w próbkach odpadów B-1, B-2 i B-3 wynikają prawdopodobnie z procesu wietrzenia

(tab. 4.3). Próbka B-3 pobrana z rekultywowanego terenu w Albertowie (B-3) poza

oznaczonymi ilościami baru i kobaltu zawiera mniej zanieczyszczeń w postaci pierwiastków

śladowych w porównaniu do dopuszczalnych wartości gleb terenów B (tab. 4.3). W przypadku

stwierdzonych ilości baru i kobaltu w badanych odpadach powęglowych z Albertowa,

podobnie jak w prezentowanej interpretacji wyników monitoringu zawartości tych

pierwiastków w „świeżych” odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” zastosowanie ma

§ 1. ust. 4 - Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów

jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz.U.Nr 165, poz. 1359). Zgodnie z cytowanym

Rozporządzeniem, w porównaniu do gleb zaliczanych do terenów grupy B, badane odpady

powęglowe pochodzące z kopalni „Bogdanka” i pobrane na terenie rekultywacji w Albertowie

(B-3) wykazują podwyższone, ale naturalne zawartości baru i kobaltu, co nie należy traktować

jako przekroczenia ilości dopuszczalnych.

4.2.4. Aspekt środowiskowy wietrzenia – składniki wyciągów wodnych

Badania stężeń składników podstawowych w wyciągach wodnym i aspekcie środowiskowym

wykonano w celu uzyskaniu informacji czy i w jaki sposób możliwe jest zagrożenia

środowiska wodnego miejsc wykorzystania badanych odpadów. Otrzymane wyniki badań

wyciągów wodnych z próbek B-0, B-1, B-2 i B-3 prezentują rysunki 4.5, 4.6, 4.7, 4.8

i 4.9.

Rys. 4.5. Stężenia siarczanów w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia

Fig. 4.5. Concentration of sulfates in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes on different weathering stages


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

34

Rys. 4.6. Stężenia chlorków w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia

Fig. 4.6. Concentration of chlorides in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes on different weathering stages

Rys. 4.7. Stężenia sodu w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia

Fig. 4.7. Concentration of sodium in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes on different weathering stages

Stężenia siarczanów w wyciągu wodnym z odpadów powęglowych występujących

w powierzchniowej części składowiska w Bogdance (B-1) są prawie dwukrotnie wyższe od

stwierdzonych ilości w „świeżych” odpadach powęglowych z kopalni „Bogdanka” (B-0).


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

35

Natomiast niskie stężenia siarczanów stwierdzono w wyciągu wodnym z odpadów

wykorzystanych przy kanale Wieprz – Krzna (rys. 4.5).

W przypadku badań stężeń potasu w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni

„Bogdanka” pobranych w różnych etapach wietrzenia, w porównaniu do wyników badań

wyciągów wodnych z odpadów „świeżych”, stwierdzono sytuację odwrotną do obserwowanej

dla stężeń siarczanów (rys. 4.5 i 4.8).

Rys. 4.8. Stężenia potasu w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia

Fig. 4.8. Concentration of potassium in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes on different weathering stages

W przypadku stężeń w wyciągach wodnych siarczanów i potasu odwrotna sytuacja ilościowa

spowodowana jest tym samym procesem – zagęszczaniem. Stwierdzone największe stężenia

wymywanego potasu w odpadach wynikają z braku dostatecznego kontaktu woda – minerały

ilaste. Ogranicza to uwalnianie potasu w środowisku, a wymywa się ten pierwiastek dopiero

w warunkach badań laboratoryjnych. Zjawisko to tłumaczyć może również sposób uruchamiania

w wodzie występujących azotanów w badanych odpadach powęglowych (rys. 4.9).

W badanych wyciągach wodnych rozkład stężeń potasu i azotanów uwalnianych z odpadów

powęglowych jest bardzo podobny (rys. 4.8 i 4.9). Gdy odpady powęglowe są przemywane

wodami opadowymi w środowisku ich wykorzystania w wyciągach wodnych próbek pobranych

z tych miejsc obserwuje się niskie stężenia potasu i azotanów. Przypuszczać można, że niskie

stężenia potasu i azotanów w wyciągu wodnym wykonanym z próbki odpadów użytych do

rekultywacji w Albertowie (B-3) wynikają również z wykorzystania tych składników przez

rośliny wprowadzone w ramach rekultywacji biologicznej.


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

36

Rys. 4.9. Stężenia azotanów w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” na różnych etapach wietrzenia

Fig. 4.9. Concentration of nitrates in water eluates from Coal Mine “Bogdanka” wastes on different weathering stages

4.3. Wietrzenie karbońskich odpadów powęglowych a środowisko wodne

Oddziaływanie wietrzejących karbońskich odpadów powęglowych na wody podziemne

i powierzchniowe jest udokumentowane (Twardowska 1981; Twardowska i in. 1988;

Smuszkiewicz 1995; Bzowski i Zawiślak 2000). Jednym ze sposobów oceny takiego

oddziaływania są wyniki analiz wyciągów wodnych z odpadów powęglowych. Takie oceny

kontrastują z wynikami badań terenowych. Jednym z miejsc gdzie monitorowane są wody

odciekowe z karbońskich odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka” jest wyrobisko

Wesołówka. Miejsce to poddano rekultywacji, podobnie jak wyrobisko Albertów, z udziałem

odpadów powęglowych kopalni „Bogdanka”. Po zakończeniu rekultywacji, ze zbiornika obok

wyrobiska pobierano wodę do badań (monitoring) dla oceny wpływu tej działalności na

środowisko. Wynik monitoringu w latach 1999 – 2004 wskazują, że wody odciekowe przy

spadającym odczynie do wartości 6,3 wykazywały coraz większe stężenia sodu, potasu

i siarczanów. Stężenia chlorków i azotanów wraz z upływającym czasem były coraz mniejsze

(tab. 4.4). Uzyskane wyniki empiryczne odcieków z wyrobiska w Wesołówce potwierdzają

obserwacje dotyczące stężeń w wyciągach wodnych z odpadów powęglowych na różnych

etapach wietrzenia. Potwierdza się opinia, że zarówno zagęszczanie odpadów jak i ich

uziarnienie w stosowanych aplikacjach mają znaczący wpływ na szybkość wietrzenia odpadów

i równocześnie na różnorodny wpływ na środowisko wodno – gruntowe.


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

37

Tabela 4.4. Wielkość pH i skład chemiczny wód w zbiorniku obok rekultywowanego wyrobiska w Wesołówce

Table 4.4. pH values and waters chemical composition in water of the reservoir near reclamated excavation

in Wesolowca

Parametr Data badania

5.05.99. 27.10.99. 28.09.00. 13.05.03. 25.03.04.

pH 7,65 6,95 7,30 6,53 6,30

mg/dm3

Na+ 69,20 151,04 102,30 103,45 157,50

K+ 7,50 13,12 10,00 15,20 19,80

NO3- 0,50 0,21 0,14 0,21 < 0,01

Cl- 56,74 92,20 62,06 28,37 35,46

SO42- 147,32 186,61 160,48 286,40 483,51

4.4. Wykorzystanie odpadów powęglowych do rekultywacji terenów pogórniczych – monitoring

środowiska

Gospodarcze wykorzystanie odpadów powęglowych oraz/lub ich składowanie wymaga

monitoringu na każdym etapie, zarówno samych odpadów jak i stanu środowiska

w miejscach zastosowania (Bojarska i Bzowski 1997; Bzowski 2000; Bzowski i Bojarska 2003).

Monitoring związany z wykorzystaniem powinien obejmować, właściwości fizykochemiczne

odpadów powęglowych, w szczególności zawartości substancji organicznej, siarczków

i węglanów. Natomiast miejsca wykorzystania powinny być objęte monitoringiem

zanieczyszczeń wód podziemnych i powierzchniowych. W przypadku składowania odpadów

karbońskich koniecznie jest prowadzenie monitoringu zgodnie z Rozporządzeniem Ministra

Środowiska z dnia 9 grudnia 2002 roku w sprawie zakresu, czasu, sposobu oraz warunków

prowadzenia monitoringu składowisk odpadów (Dz.U. Nr 220, poz. 1858).

5. Wnioski

Badania karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” wykorzystanych do

różnych zastosowań na wielu etapach wietrzenia wykazały że:

– w czasie wietrzenia tych odpadów następuje dezintegracja ziarnowa, czego efektem jest

wzrost ilości frakcji ziarnowych poniżej 4 mm, a proces ten powoduje naturalne zagęszczanie

odpadów, wzrost ich gęstości nasypowej oraz prawdopodobnie zmniejszenie

przepuszczalności wody.

– pod względem mineralogicznym zmiany wietrzeniowe zachodzą stosunkowo wolno

i obserwuje się wzrost ilości chlorytów, illitu i niekiedy kaolinitu, a spadek zawartości

skaleni oraz minerałów mieszanopakietowych,

– zagęszczanie tych odpadów ogranicza powstawanie siarczanów na drodze wietrzenia

(utleniania) siarczków żelaza, ale nie powoduje ograniczenia wymywania z nich chlorków

i sodu,

– w wyciągach wodnych z odpadów o różnym czasie wietrzenia, spadek wartości pH oraz

wzrost stężenia siarczanów potwierdza fakt chemicznego, a być może i biologicznego

utleniania pirytu,


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

38

– efekt wietrzenia odpadów powęglowych może powodować wymywanie z nich, w pierwszej

kolejności chlorków i sodu, a następnie siarczanów oraz potasu, proces ten może być

niekiedy uciążliwy dla środowiska.

W przypadku wykorzystania karbońskich odpadów powęglowych z kopalni „Bogdanka” do

prac niwelacyjno – technicznych i rekultywacyjnych lub ich składowania konieczne jest

śledzenie zawartości substancji organicznej w tych odpadach oraz stosowanie prewencji

pożarowej przez zagęszczanie. Ponadto w aspekcie procesu wietrzenia tych odpadów i efektu

oddziaływania tego procesu na środowisko konieczny jest monitoring stanu środowiska miejsca

zastosowań w zakresie zanieczyszczeń wód podziemnych oraz powierzchniowych.

Podziękowania

Autorzy składają serdeczne podziękowania za pomoc w realizacji badań pracownikom

Laboratorium Analiz Odpadów Stałych Zakładu Monitoringu Środowiska GIG i Laboratorium

„Pomiar-GIG” oraz dr Grażynie Bzowskiej z Zakładu Mineralogii Wydziału Nauk o Ziemi

Uniwersytetu Śląskiego. Dziękujemy również za pomoc w realizacji pracy mgr inż. Laurze

Łyszczarz, mgr Andrzejowi Dawidowskiemu oraz mgr inż. Jerzemu Ziębie.

Literatura

[1] Bojarska K., Bzowski Z. 1997: Monitoring analysis of major and trace elements in hard coal waste

by XRF and ICP methods. In Proc.6th Inter. Symp. on Mine Planning & Equipment Selection, Ostrava, Czechy, 835–838.

[2] Borys i in. 2002: Wytyczne stosowania odpadów pogórniczych z kopalni Bogdanka do budowy wałów przeciwpowodziowych i innych budowli hydrotechnicznych. Wyd. IMUZ Falenty k/Warszawy.

[3] Bzowski Z. 1993: Kryteria oceny skał karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego dla potrzeb rekultywacji biologicznej zwałowisk. Rozprawa doktorska. Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN Zabrze.

[4] Bzowski Z. 2000: Monitoring środowiska narzędziem oceny rekultywacji zwałowisk odpadów górniczych. Wiadomości Górnicze nr 9, 380–385.

[5] Bzowski Z. 2004: Wpływ na środowisko stosowania mieszanin osadu ściekowego z odpadami mineralnymi na składowiskach odpadów komunalnych. Prace Naukowe GIG nr 857.

[6] Bzowski Z., Bojarska K. 2003: XRD-XRF-ICP-GC/MS Analytical system in ecochemical assessment for utilisation of carboniferous wastes from Silesian Coal Basin (Poland). In Proc.12th Inter. Symp. „Mine Planning & Equipment Selection”, Kalgoorie WA, Australia, 497–500.

[7] Bzowski Z., Zawiślak J. 2000: Ocena wykorzystania karbońskich skał płonnych kopalni „Bogdanka” SA do rekultywacji bezglebowej. Wiadomości Górnicze nr 12, 541–552.

[8] Chaber M., Bzowski Z. 2002: Rekultywacja składowisk odpadów powęglowych jako element właściwej gospodarki odpadami. Wiadomości Górnicze nr 3, 107–111.

[9] Cichoń G. 1977: Charakterystyka mineralogiczno-petrogradiczna karbońskh gleb stigmariowych z Dorohuczy. Zesz. Nauk. AGH Geologia t.3; z.3. ic

[10] Gaweł A., Muszyński M. 1992: Tablice do identyfikacji minerałów metodą rentgenograficzną. Wyd. AGH Kraków.

[11] Gazda i in. 1988: Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna oraz analiza możliwości wykorzystania przeróbczych odpadów przywęglowych w kopalni w Bogdance. Przegl.Górn. nr 11–12, 16–18.

[12] Heasman L. 1997: Leaching Testes to Assess the Environmental Impact of Waste. Proc. 6th Inter. Landfill Symposium, Environmental Sanitary Engineering Centre Cagliari Sardinia, Italy; s.293–298.

[13] JCPDS 1997. International Centre for Diffraction Data (ICDD) for PCPDFWIN v.1.30. [14] Łyszczarz L. 1996: Wykorzystanie odpadów powęglowych w aspekcie działalności górniczej na

Lubelszczyźnie. Ekoinżnieria nr 8, 14–17. [15] Ostrowska i in. 1991: Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. IOŚ Warszawa.


____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

39

[16] Praca zbiorowa 2000: pod red. Z. Bzowskiego: Badania właściwości fizyko-chemicznych skał karbońskich lokowanych na składowisku w Bogdance i ocena ich przydatności do rekultywacji. Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A. w Bogdance, arch. „Pomiar-GIG” Sp. z o.o. Lublin, (niepublikowana).

[17] Praca zbiorowa 2002: Pod kier. J. Zawiślaka: Badania własności fizyko-chemicznych odpadowych skał karbońskich z kopalni węgla kamiennego w Bogdance. Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A./Pomiar-GIG, Lublin (niepublikowana).

[18] Report 1994. Characterisation of Wastes in Europe. State of the Art Report for Working Group 6 CEN/TC/292, STB/94/28, Brukssels.

[19] Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2002 roku w sprawie zakresu, czasu, sposobu oraz warunków prowadzenia monitoringu składowisk odpadów – Dz.U. Nr 220, poz. 1858.

[20] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi – Dz.U.Nr 165, poz.1359.

[21] Smuszkiewicz A. 1995: Wpływ składowiska skał płonnych KWK „Bogdanka” na wody podziemne i powierzchniowe. Ekoinżynieria nr 2, 25–30.

[22] Twardowska I. 1981: Mechanizm i dynamika ługowania odpadów karbońskich na zwałowiskach. Prace i Studia nr 25; IPIŚ PAN Zabrze.

[23] Twardowska I.,Szczepańska I.,Witczak S. 1988: Wpływ odpadów górnictwa węgla kamiennego na środowisko wodne. Prace i Studia nr 35, Zabrze, IPIŚ PAN.

[24] X’Pert Plus 1999: Quick Start Guide. Philips Analytical, The Netherlands. [25] Zawiślak J., Bzowski Z. 1996: Możliwości zagospodarowania osadów i innych materiałów na

składowiskach odpadów komunalnych. Mat. I Forum Inżynierii Ekologicznej, Nałęczów-Lublin, 179–182.

Environmental aspect of weathering of carboniferous mine wastes used for

reclamation of postmine areas in Bogdanka region

Research results of carboniferous wastes from Coal Mine “Bogdanka” being on a few stages of weathering are presented in the paper. It was shown that during the process of weathering the grain disintegration takes place. Natural waste consolidation results from it. The weathering causes very slow mineralogical changes. The waste consolidation limits the iron sulfides oxidation and the formation of sulfates but it doesn’t limit the leaching of sodium and chlorides. It was proved in the work that mine wastes weathering causes first of all the leaching of chlorides and sodium and then sulfates and potassium. These processes may be burdensome for the environment. Moreover the rules of waste and environmental monitoring in the place of wastes utilization were also determined.

Przekazano: 30 marca 2005 r.

Documents

Zbigniew Bzowski*, Jan Zawiślak** - Warsztaty Górniczewarsztatygornicze.pl/wp-content/uploads/2005-2.pdf · 2014. 2. 11. · Zbigniew BZOWSKI*, Jan ZAWIŚLAK** *Główny Instytut