Główne Ogniska Zanieczyszczeń Wód Podziemnych W Rejonie Trzebińskim.

Transkrypt

1 Główne Ogniska Zanieczyszczeń Wód Podziemnych W Rejonie Trzebińskim. Barbara Syposz Koło Naukowe RX Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. J. Motyka Opiekun koła: mgr inż. Anna Ostręga Rejon chrzanowski zaliczany był w przeszłości do jednych z najbardziej uprzemysłowionych terenów między Krakowem a Katowicami. Istniały na tym obszarze m.in. Zakłady Metalurgiczne Trzebinia, Kopalnia Węgla Kamiennego Siersza, Zakłady Surowców Ogniotrwałych Górka. Do dnia dzisiejszego działa Elektrownia Siersza, Rafineria Trzebinia oraz Zakłady Górnicze Trzebionka. Tak wielkie zagęszczenie przemysłu na stosunkowo niewielkim obszarze spowodowało wiele zmian w środowisku naturalnym, począwszy od zniekształceń walorów krajobrazu składowiskami odpadów poflotacyjnych i po produkcji surowców ogniotrwałych oraz hałdami po działalności KWK Siersza, a skończywszy na zanieczyszczeniu takich elementów środowiska jak powietrze, woda i gleba. W referacie przedstawiono wpływ ognisk zanieczyszczeń na środowisko wodne. Na terenie trzebińskim utwory triasowe budują Główny Zbiornik Wód Podziemnych (GZWP) nr 452 Chrzanów. Skład chemiczny wód w zbiorniku warunkuje możliwość zaopatrywania ludności w wodę zdatną do picia. 1. WSTĘP O rozpoczętym końcu świata w Trzebini mogliśmy czytać w niejednej gazecie. Zanieczyszczenie środowiska w tym rejonie jest duże, ale apokaliptyczne wizje nie spełnią się jeżeli priorytetem stanie się ochrona środowiska naturalnego. Zakłady przemysłowe, pozostawiły po swojej działalności składowiska odpadów poprodukcyjnych. W związku z tym koniecznym stało się zidentyfikowanie położenia ognisk zanieczyszczeń oraz wielkości ich wpływów na różne komponenty środowiska. Negatywny wpływ substancji toksycznych pochodzących ze składowisk bardzo silnie oddziałuje na wody podziemne. Do zanieczyszczenia środowiska dochodzi w wyniku infiltracji wód opadowych przez składowane odpady oraz dzięki niekorzystnym warunkom geologicznym w tym licznym uskokom występującym w rejonie trzebińskim. Zakłady prężnie rozwijające się, jak np. Elektrownia Siersza, robią wszystko, aby zminimalizować swój wpływ na

2 środowisko i to właśnie one w znaczny sposób ograniczyły ilość zanieczyszczonych ładunków dostających się do wód. Jednak istnieją składowiska, których właściciele zakończyli działalność, a samorząd i państwo nie interesuje się ich losem. Bezpańskie składowiska odpadów poprodukcyjnych stanowią poważne zagrożenie przede wszystkim dla wód podziemnych z triasowego, jurajskiego i czwartorzędowego piętra wodonośnego. Fakt ten jest groźny nie tylko dla środowiska, ale również dla zdrowia i życia mieszkańców rejonu trzebińskiego, ponieważ w utworach triasowych zlokalizowany został GZWP nr 452 Chrzanów, który jest źródłem wód pitnych. 2. ZANIECZYSZCZENIE WÓD CZWARTORZĘDOWEGO PIĘTRA WODONOŚNEGO Elektrownia Siersza oraz nieistniejące już Zakłady Metalurgiczne Trzebinia poprzez składowanie odpadów na utworach dobrze przepuszczalnych zanieczyściły wody pochodzące z czwartorzędowego piętra wodonośnego. Zasilanie owego piętra wodonośnego, w związku z jego lokalizacją w piaszczysto żwirowych utworach holocenu i plejstocenu, odbywa się na drodze infiltracji opadów atmosferycznych oraz z cieków powierzchniowych. Zarówno Zakład Metalurgiczny jak i Elektrownia Siersza przyczyniła się do zanieczyszczenia tego piętra wodami infiltracyjnymi ze składowisk odpadów przemysłowych. 2.1 Zakłady Metalurgiczne Trzebinia Początki istnienia Zakładów Metalurgicznych Trzebinia datuje się na 1890 rok. Wówczas podstawowym kierunkiem działalności zakładu były wielkotonażowe procesy hutnicze. W czasie istnienia huty cynku, magnezu i miedzi konwektorowej powstawały niezliczone ilości odpadów poprodukcyjnych, które zostały zeskładowane na terenie zakładu. Pod koniec 1965 r. zmieniono linię produkcyjną i uruchomiono elektrorafinację aluminium hutniczego. Na dzień dzisiejszy Zakłady Metalurgiczne Trzebinia jest w stanie upadłości. Mimo wyburzenia zbędnych budowli technologicznych na terenie zakładu istnieje niezrekultywowana hałda, z której wymywane są różne związki chemiczne zanieczyszczające wody czwartorzędowego piętra wodonośnego. Jest to składowisko odpadów cynkowo ołowiowo miedzianych (ZM I), którego masa osiąga wartość 260 tys. ton i zajmuje powierzchnię 3,13 ha. Hałdę budują takie materiały jak żużel hutniczy, piasek, dolomit i wapień. Oprócz napowierzchniowego składowiska odpadów zbudowane zostały również betonowe zbiorniki, w których gromadzone były pozostałości po elektrorafinacji aluminium. Składowany jest w nich zużyty elektrolit, zwany solami porafinacyjnymi, zgary aluminiowe oraz zużyty stop anodowy. Wyciąg wodny 1:10 wykonany w celu przestawienia szkodliwości odpadów poprodukcyjnych, pozwolił określić hipotetyczne zanieczyszczenie wód podziemnych odpadami pochodzącymi zarówno ze zwału cynkowo

3 ołowiowo miedziowego, jak i odpadów po elektrorafinacji aluminium. Odpady zgromadzone na składowisku ZM I (cynkowo ołowiowo miedziowy) poddane działaniu wody, zawierały niski poziom cynku (1,5 mg/l) i ołowiu (0,01 mg/l) oraz niskie zawartości metali ciężkich, tj. chrom, nikiel, miedź i kadm. Jedynie mangan przekraczał wartości dopuszczalne stawiane wodom pitnym [1]. Natomiast odpady po elektrorafinacji aluminium (ZM II) zostały podzielone na trzy rodzaje odpadów, których składniki w różnym ilościach istniały w badanych wyciągach wodnych: zużyty stop anodowy wysokie zanieczyszczenie chlorkami, jonem amonowym, a także fluorkami; zgary aluminiowe wysoki poziom osiągają chlorki, jon amonowy, fluorki oraz bar; sole porafinacyjne duża zawartość jonu amonowego, chlorków, fluorków, siarczanów, baru oraz metali ciężkich w szczególności glinu [1]. Wpływ składowiska ZM II na wody wydaje się ogromny, ale w rzeczywistości infiltracja wód opadowych przez podłoże składowiska nie jest znaczące, ponieważ powierzchnia składowiska osiąga wartość 250 m 2 oraz posiada uszczelnione dno, co przyczynia się w znaczny sposób do minimalizacji negatywnego wpływu zanieczyszczeń na wody podziemne. Natomiast wymywanie siarczanów i metali ciężkich ze składowiska ZM I można uznać za fakt istotny. W czasie funkcjonowania zakładu pobierane były próbki wody pochodzące z piezometrów oraz ze studni. Tabela nr 1 Wyniki oznaczeń wód z piezometrów i studzien [1] Oznaczenie Otwór położony najbliżej składowiska (1975) Otwór położony najdalej od składowiska (1975) Studnia 1 (1985) Studnia 2 (1985) Twardość og.(mval/l) ,0 12,6 12,55 Twardość nw. (mval/l) 118,8 8,2 7,7 7,25 Sucha pozostałość (mg/l) Wapń (mg/l) ,2 Magnez (mg/l) ,8 32,1 29,15 Chlorki (mg/l) Siarczany (mg/l) Piezometry i studnie, z których pompowane były wody podziemne pozwoliły na określenie pewnych zależności co do wpływu składowiska na wody podziemne oraz wielkości migracji zanieczyszczeń w czwartorzędowym piętrze wodonośnym. 2.2 Elektrownia Siersza Elektrownia Siersza została wybudowana w 1958 r. dla potrzeb Kopalni Węgla Kamiennego Siersza, która wydobywała węgiel zawierający znaczną ilość popiołu i siarki. Elektrownia wytwarza energię elektryczną o napięciu 110 i 220 kv i energię cieplną. Istnienie zakładu przyczyniło się do powstania dużej ilości odpadów paleniskowych, których składowanie w postaci

4 pulpy popiołowej dokonywane było w wyeksploatowanym wyrobisku kopalni piasku podsadzkowego. Deponowanie tych odpadów rozpoczęto w 1962 r., a zakończono w 1995 r. w związku ze znacznym zanieczyszczeniem wód pietra czwartorzędowego związkami wymywanymi z odpadów. Składowisko składa się z 3 kwater o łącznej powierzchni 50 ha. W części południowo zachodniej składowiska wyodrębniony został osadnik wód dołowych z KWK Siersza. W związku z deponowaniem popiołów w postaci pulpy, powstawały znaczne ilości wód nadosadowych [2]. Analizy fizyko chemiczne tych wód charakteryzowały się przede wszystkim odczynem silnie alkalicznym o ph wahającym się w granicach 8,6 9,3, wysoką zawartością zawiesin mineralnych, twardością ogólną z przedziału 19,08 22,68 mval/l, ilością siarczanów wynoszącą mval/l, węglanów mval/l oraz znacznymi ilościami takich kationów jak wapń, magnez, sód i potas. Oprócz tego woda ta wykazywała wysoką radioaktywność promieniotwórczą przekraczającą dopuszczalna normę dla radioizotopów w wodach otwartych zbiorników i źródeł zaopatrzenia w wodę. Tabela nr 2 Analizy chemiczne wód podziemnych zlokalizowanych na składowisku pobrane w czerwcu 1984 r. [2] Wskaźniki P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 ph 7,2 7,0 7,10 6,80 7,40 7,50 7,60 7,60 Substancje 272,0 731,0 541,0 217,00 144,0 213,0 298,0 906,0 rozp. Siarczany 127,53 434,85 307,09 89,68 65,41 67,72 141,11 510,95 Chlorki 14,00 19,00 14,00 9,0 11,00 11,00 12,00 23,00 Twardość ogólna 3,60 9,54 7,20 2,88 2,37 3,60 3,85 12,09 Analizy chemiczne wpływu składowiska odpadów paleniskowych na wody podziemne przyczyniły się do podjęcia działań zmierzających do ograniczenia zanieczyszczeń pochodzących ze zbiornika. W 1995 r. postanowiono zakończyć deponowanie odpadów na mokro. Po budowie Instalacji Odsiarczania Spalin powstał nowy problem, mianowicie składowanie odpadów poprocesowych. Produkt powstały z metody półsuchej, dla zneutralizowania szkodliwego działania, jest mieszany z popiołami lotnymi, wapnem i wodą. W związku z zachodzącą reakcją następuje cementacja materiału i wówczas zestalony stabilizat osiąga parametry miękkich skał. Pod składowisko awaryjne została wydzielona kwatera 2B, po wcześniejszym uszczelnieniu dna oraz skarp wewnętrznych. Powierzchnia tej kwatery wynosi 5,3 ha, a pojemność około 212 tys. m 3. Po zakończeniu wypełniania kwatery zostanie ona zrekultywowana biologicznie. Składowisko awaryjne emulgatu popiołowo wodnego jest inwestycją w znaczny sposób zmniejszający wpływ odpadów na wody podziemne. Optymalny stosunek popiołu do wody wynosi 2,5:1, co nie należy traktować jakoby zestalony emulgat był warstwą nieprzepuszczalną. W związku z tym powstał

5 system odprowadzania wód opadowych z powierzchni składowiska oraz wykonano warstwę wierzchnią o grubości około 1 m w postaci emulgatu zagęszczonego gliną dla obniżenia wodoprzepuszczalności. Badania wyciągu wodnego określiły, że emulgat posiada znacznie mniejszą skłonność do ługowania składników rozpuszczonych niż popiół zestalony, a poza tym stężenie niektórych jonów osiąga wartość: węglany do 186 mg/l, siarczany do 23 mg/l, żelazo do 0,69 mg/l, kadm 0,02 mg/l, ołów do 0,1 mg/l, cynk do 0,44 mg/l, miedź do 0,1 mg/l i chrom do 0,38 mg/l [3]. 3. ZANIECZYSZCZENIE WÓD TRIASOWEGO PIĘTRA WODONOŚNEGO Do zanieczyszczenia wód z triasowego piętra wodonośnego przyczyniają się dwa zakłady przemysłowe: Zakłady Surowców Ogniotrwałych Górka oraz Zakłady Górnicze Trzebionka. W pierwszym z przypadków mamy do czynienia z oddziaływaniem na wody podziemne zbiornika odpadów po produkcji wodorotlenku, a w drugim z wpływem działalności górniczej. W triasowym piętrze wodonośnym wyróżnia się dwa poziomy, które przedzielone są utworami słabo przepuszczalnymi, czyli marglisto wapiennymi. 3.1 Zakłady Górnicze Trzebionka Kopalnia Trzebionka powstała w latach jako zakład górniczy eksploatujący rudy cynku i ołowiu. Roczne wydobycie osiąga wartość 2,4 mln ton rudy, a jej eksploatacja odbywa się na głębokości 200 m. Obecnie szyb Włodzimierz służy do zjazdu ludzi, natomiast szyby Aleksander, Andrzej i Balin używane są jako szyby wydechowe. Odwodnienie kopalni odbywa się dzięki pompom zlokalizowanym w szybie Włodzimierz, a wypompowana woda w części zostaje zawracana do Zakładu Wzbogacania Rudy, a reszta kierowana jest do Stacji Uzdatniania wody RPWiK w Chrzanowie. Wydobycie w kopalni ma trwać do 2006 r., a jej likwidacja nastąpi poprzez zatopienie wyrobisk poeksploatacyjnych. Na dzień dzisiejszy funkcjonuje i jest przyczyną zmiany położenia zwierciadła wód podziemnych i składu chemicznego wód z piętra triasowego. Owa zmiana położenia zwierciadła wody osiąga wartość m i stała się przyczyną powiększenia strefy aeracji. W związku z tym mają miejsce procesy wietrzenia minerałów siarczkowych oraz zanieczyszczenia wód metalami ciężkimi. Za przyczynę przedostania się siarczanów do wód podziemnych uważa się: wody opadowe wprowadzane do warstwy wodonośnej poprzez wychodnie skał triasowych fakt ten związany jest z zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego tlenkami siarki, ale można powiedzieć, że wpływ ten jest stosunkowo niewielki (30 mg/l) [4]; zasilanie poziomu wodami z pięter zalegających powyżej triasu, czyli wody z utworów karbonu, kajpru i jury [4];

6 procesy wietrzenia minerałów siarczkowych takich jak sfaleryt (ZnS) i galena (PbS), piryt i markasyt (FeS 2 ); w strefie drenażu kopalni powstały warunki korzystne dla utleniania się wyżej wymienionych minerałów: utlenianie pirytu wzrost stężenia jonów wodorowych oraz podniesienie zawartości żelaza i siarczanów; utlenianie sfalerytu i galeny procesy utleniania przebiegają w obecności żelaza, który wytwarza duże ilości jonów wodorowych; utlenianie siarczków dzięki obecności tlenu z powietrza atmosferycznego proces ten pociąga za sobą zmiany zawartości ph [4]. Dynamika zmian zawartości siarczanów w wodach pietra triasowego charakteryzuje etapy działalności kopalni Trzebionka : 1. Etap pierwszy 100 mg/l siarczanów okres trwający od 1952 r. do końca lat 80. [4] 2. Etap drugi powyżej 200 mg/l siarczanów etap, który trwał od początku lat 90., do 1997 r., w którym to roku zanotowano najwyższy poziom siarczanów o wartości 400 mg/l [4]. 3. Etap trzeci trwa on od 1997 r. do dnia dzisiejszego; w okresie tym nastąpił gwałtowny spadek zawartości siarczanów poniżej 200 mg/l [4]. Siarczany są podstawowym elementem zanieczyszczającym, ale nie jedynym. Widoczny jest również wpływ górnictwa ze względu na zawartość metali ciężkich w wodach podziemnych w ilościach przekraczających wartości dopuszczalne: Ołów w latach zostało wykonanych 2975 oznaczeń ołowiu i stwierdzono, że aż 88% posiada 0,01 0,25 mg/l ołowiu, 0,5% spełnia wymagania stawiane wodom pitnym, natomiast 1% próbek charakteryzuje się stężeniem wyższym niż 1 mg/l tego pierwiastka [4]; Mangan wykonano 380 oznaczeń i określono, że 1/3 wyników zawiera się w normie stawianej wodom pitnym, 38% próbek przekracza wartość 0,05 mg/l, natomiast 12% próbek przekroczyło zawartość 0,2 mg/l manganu [4]; Żelazo wykonano 600 analiz chemicznych ze względu na zawartość tego pierwiastka i określono, że 65% próbek nie wykazało podwyższonej zawartości żelaza, natomiast pozostałe oznaczenia przekroczyły wartość 0,2 mg/l [4]. 3.2 Zakłady Surowców Ogniotrwałych ZSO Górka Zakłady Surowców Ogniotrwałych po swojej działalności pozostawiły składowisko odpadów, które w połowie lat 70. zostało zlokalizowane w nieczynnym kamieniołomie, powstałym w wyniku eksploatacji marglistych wapieni. Podstawowym składnikiem lokowanym na składowisku była pozostałość po wytwarzaniu tlenku glinu z surowców nieboksytowych w postaci granulatu o uziarnieniu 5 mm. Składowany materiał stwarza zagrożenie dla wód podziemnych,

7 ponieważ podczas procesu ługowania odpadów przez infiltrujące wody opadowe, powstają silnie zmineralizowane odcieki. I to właśnie one stanowią zagrożenie dla wód z triasowego oraz dla wód z jurajskiego piętra wodonośnego, w którym drogami przepływu są szczeliny i kawerny. Zasilanie tego piętra odbywa się bezpośrednio przez infiltrację opadów atmosferycznych oraz przez przesiąkanie wody z czwartorzędu. Początkowo zanieczyszczone odcieki transportowane były do kamieniołomu miejskiego w Trzebini, a następnie zrzucano je do wód powierzchniowych. Konieczność ochrony środowiska naturalnego wymusiła konieczność przegrodzenia składowiska i kamieniołomu miejskiego tamą, co spowodowało zwiększenie spiętrzenia wód na terenie zbiornika. Nadmiar wód początkowo był pompowany do oczyszczalni w Chrzanowie, jednak wytrącanie się osadu węglanowo siarczanowego spowodował, że koniecznym stał się fakt zaprzestania tego rodzaju transportu zanieczyszczone wody. W związku z tym powstał zbiornik o objętości 600 tys. m 3. W 2000 r. miało miejsce przelanie się zanieczyszczonej wody przez koronę kamieniołomu wprost do stary zrobów porudnych. Nadmiar wody zrzucano do zlewni rzeki Chechło. Nie była to jedyna katastrofa ekologiczna jaka miała miejsce w związku z istnieniem składowiska. W 1997 r. doszło do wycieku wód silnie zmineralizowanych. Związany on był z intensywnymi opadami atmosferycznymi. Miejsce, z którego wypłynęła zanieczyszczona woda oznaczono symbolem TR- 86 i określono jej powiązanie z wodami ze składowiska dzięki wysokiej wartości ph i zawartości metali ciężkich. Odciek TR-86 stwarza bezpośrednie zagrożenie dla wód pitnych, ponieważ środowisko skalne, przez które przepływa, posiada sieć spękań i kawern, co umożliwia przedostanie się skażonych wód do wód podziemnych. Tabela nr 3 Zawartość metali ciężkich w odciekach ze składowiska [5] Pierwiastek Al (mg/l) As (mg/l) Cr (mg/l) Mo (mg/l) P (mg/l) V (mg/l) Liczba danych Minimum 0,06 0,214 0,018 0,039 0,100 0,010 Maksimum 16,208 1,021 0,883 0,655 1,458 0,991 Średnia 5,186 0,539 0,240 0,230 0,413 0,467 Norma dla wód pitnych 0,2 0,01 0,05 0,07 1,1 - Badania potwierdziły fakt, że odcieki ze składowiska są zanieczyszczone oraz że w zasadniczy sposób wpływają na jurajskie piętro wodonośne. Owo stwierdzenie potwierdzone może być przez obserwacje zmian składu chemicznego wód pochodzących ze źródła wypływającego ze skał jurajskich położonych w kamieniołomie miejskim Balaton. W 1995 r. ph wahało się w granicach 7,1 7,2. Natomiast odcieki powstałe w 1997 r., przyczyniły się do zmianu odczynu w Balatonie na bardziej zasadowy (ph = 8). Fakt ten wskazuje na migrację w strefie utworów jurajskich zasadowych odcieków ze składowiska Górka [5].

8 4. WNIOSKI: Istniejące składowiska odpadów przemysłowych oraz działalność górnicza doprowadziły do zanieczyszczeń pięter wodonośnych rejonu trzebińskiego. W związku z występowaniem licznych uskoków, wywołanych działalnością górniczą, możliwy jest kontakt hydrauliczny pomiędzy piętrami wodonośnymi, co powoduje penetrację zanieczyszczonej wody w głąb skorupy ziemskiej. Składowiska przemysłowe oraz działalność górnicza przyczyniły się do zanieczyszczenia wód triasowego piętra wodonośnego, w którym ulokowany został Główny Zbiornik Wód Podziemnych nr 452 Chrzanów. 5. LITERATURA 1) Sprawozdanie IMN nr 5364/96 pt. Ocena oddziaływania na środowisko odpadów ZM Trzebinia oraz propozycja ich zagospodarowania, Gliwice, grudzień 1996 r. 2) Kobuś A. Prognoza wpływu składowiska odpadów paleniskowych Elektrowni Siersza na jakość wód podziemnych, Gliwice, 1984 r. 3) Huć J., Gubała E. Opinia ekologiczna odnośnie sposobów uszczelniania projektowanego składowiska emulgatu popiołowo wodnego Elektrowni Siersza, Katowice, 1995 r. 4) Czop M., Motyka J., Szuwarzyński M. Siarczany w wodach dołowych kopalni Trzebionka, Współczesne Problemy Hydrogeologii, Wrocław, 2001 r. 5) Czop M., Motyka J., Szuwarzyński M. Zagrożenie jakości wód podziemnych w zbiorniku GZWP 452 (Chrzanów) odciekami ze składowiska odpadów Górka w Trzebini, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, czerwiec 2002 r.