Problematika těžby Se zaměřením na důlní vody Vymezení pojmu Horní zákon č. 44/1988 Sb. • Hlavním kritériem, kterým důlní vody lze charakterizovat, je důlní prostor (ať již povrchový nebo hlubinný), do kterého „všechny podzemní, povrchové a srážkové vody“ vnikly, a to bez ohledu na to, zda se tak stalo „průsakem nebo gravitací z nadloží, podloží nebo boku, nebo prostým vtékáním srážkové vody, a to až do jejího spojení s jinými stálými povrchovými nebo podzemními vodami“. • Kvalita a množství vody se často liší při zahájení, průběhu a po skončení těžby ložiska - je potřebné vidět různé odborné aspekty, týkající se např. lokalizace a charakteru důlních děl, jejich odvodňovacího účinku a vlivu na změny hydrogeologických a hydrochemických poměrů ložiskového území • Legislativa – střety zájmů - báňské, vodohospodářské, odpadové i environmentální • Vodní zákon č. 254/2001 Sb. – Dle vodního zákona č. 254/2001 Sb. jsou důlní vody pro účel tohoto zákona považovány za povrchové nebo podzemní vody a vodní zákon se na ně vztahuje, pokud horní zákon nestanoví jinak. Mohou být vypouštěny do povrchových či podzemních vod, pokud splní podmínky stanovené vodoprávním úřadem. Vymezení pojmu Charakteristika důlních vod - analýza • pH, teplota, zákal, rozpuštěný kyslík (mg/l) • Eh (mV) • Konduktivita (μS/cm) • TDS (mg/l) • hlavní kationty (Al3+, Si4+, Fe, Mn2+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+) • hlavní anionty (Cl-, SO42-, CO32-, HCO3-, NO3-) • (sloučeniny N, kyanidy, TOC, DOC, těžké kovy a metaloidy, bakterie, Fe2+/Fe3+) Změřené pH a klasifikace důlních vod Typy důlních vod dle původu • Důlní vody freaticko – atmosférického typu – Největší podíl tvoří vody infiltrované z povrchu, srážkové vody a vody povrchových recipientů. V menším zastoupení jsou to pak vody ložiskové a provozní – Celková mineralizace: 300 – 1 000 mg/l – Hydrochemický typ: smíšený Ca – Mg – HCO3 – SO4. – Typický výskyt: lomy nerudních surovin, štěrkovny a pískovny, jíloviště a kaoliniště, mělké železnorudné doly, rašeliniště – Charakteristika: ložiskové vody a produkty zvětrávání hornin neovlivňují hydrogeochemický typ základního zdroje směsných vod. • Důlní vody alterované freaticko – atmosférického typu – Přes polovinu jsou obsaženy infiltrované vody z povrchu, provozní vody již mají větší zastoupení, nejmenší podíl tvoří vody ložiskové – Celková mineralizace: 300 – 1 200 mg/l – Hydrochemický typ: smíšený Ca – HCO3 – SO4 s podílem specifických iontů, případně se specifickými fyzikálně – senzorickými vlastnostmi – Typický výskyt: sádrovcové lomy, doly polymetalických rud, lomy a mělké doly uhelných ložisek – Charakteristika: ložiskové vody a produkty zvětrávání hornin ovlivňují hydrochemický typ základního zdroje směsných vod. Typy důlních vod dle původu Typy důlních vod dle původu • Důlní vody provozně technologického typu – Vody provozní jsou zastoupeny v největším, téměř tříčtvrtečním, množství srážkové vody a vody z povrchu jsou obsaženy ve větší míře než vody ložiskové. – Celková mineralizace: 300 – 1 000 mg/l – Hydrochemický typ: smíšený Ca – Mg – HCO3 – SO4, odpovídající hydrochemickému typu používaných provozních vod – Typický výskyt: velmi nízko zvodnělé hlubinné doly polymetalických rud, uhelných ložisek a jiných nerudních surovin, štoly a povrchové doly nad úrovní místní erozní báze. – Charakteristika: provozní vody tvoří dominantní podíl směsných důlních vod. Typy důlních vod dle původu • Důlní vody ložiskového typu – Největším podílem jsou zastoupeny vody ložiskové, v menší míře se pak vyskytují vody infiltrované z povrchu. – Celková mineralizace: 1 000 – 10 000 mg.l-1 – Hydrochemický typ: základní výrazný Na – Cl – SO4 s podílem specifických iontů, případně se specifickými fyzikálně – senzorickými vlastnostmi – Typický výskyt: hlubinné doly polymetalických rud, hlubinné doly uhelných ložisek, těžba evaporitů – Charakteristika: produkty zvětrávání hornin, ložiskové a mimoložiskové vody utváří hydrochemický typ směsných vod – Důlní vody jsou charakteristické svým pH. Nízké pH a zvýšenou aciditu důlních vod způsobuje především oxidace téměř všudypřítomných sulfidů, nízké pH ale není podmínkou! • Vztah ložiska k podzemním a povrchovým vodám a atmosférickým srážkám • Množství čerpaných důlních vod záleží na mnoha faktorech, jedním z nich je poloha ložiska vůči místní erozní základně Vliv HG podmínek na množství a charakter důlních vod Vliv HG podmínek na množství a charakter důlních vod • Petrografické a hydrogeologické vlastnosti hornin v okolí ložiska • Tektonické poměry v okolí ložiska ve vztahu k podzemním vodám • Inženýrsko-geologické vlastnosti hornin ložiska a okolí ve vztahu k vodám – Horniny jsou stabilní X rozbřídavé/bobtnavé X Chemické složení důlních vod dle způsobu dobývání • Vody z hlubinných šachet – bývají neutrální nebo slabě alkalické. U hlubinných uhelných (především hnědouhelných) šachet jsou důlní vody často kyselé, mají vysoký obsah síranů, iontů železa a dalších rozpuštěných látek. • Vody z povrchových lomů – vykazují nízké pH jako důsledek vyluhování a oxidace přítomných složek Důlní vody čerpané z povrchových nebo hlubinných dolů jsou zatíženy zvýšenými obsahy iontů SO 2− 4 , Fe2+, Fe 3+, RL, NL a kyselým pH, především jako důsledek oxidace sulfidů železa (pyrit, markazit) a přechodu jejich rozpustných složek do roztoku . Mezi nejhojnější typ důlních vod patří kyselé důlní vody, které mají nízkou hodnotu pH a vysoké obsahy železa, zinku, mědi, olova a jiných kovů. Mají nedostatek organických látek a velmi silné korozivní účinky, které rozpouštějí i strojní zařízení a po výtoku z dolu nepříznivě okyselují povrchové vody Vliv těžby na povrchové a podzemní vody • Změna hydrologického režimu • Propojení zvodnělých kolektorů • Kontaminace podzemních vod • Jaký další vliv? Důlní vody - mikrobiologická aktivita • Zdroje energie (heterotrofní x autotrofní) • Teplota (psychrofilní x mesofilní x termofilní) • pH (ideální 5 - 8,5 – výjimečně žijí i v 1,5 – acidofilní bakterie - Acidithiobacillus, alkalické v 9-10) • Kyslík (aerobní x anaerobní (redukce síranů na sulfidy) x fakultativní x mikroaerofilní) • Bakterie mají účinek • Redukují Fe3+ -> rozpouštění goethitu, jarositu, Fe3+ arzeničnanů atd..(skorodit) • Jiné bakterie oxidují Fe2+ a sráží FeOH, některé sráží ferrihydrit, schwertmannit, hydrozinkit, … • některé produkují kyslík, některé redukují síran na sulfid, některé akumulují kovy ve svém těle (tvoří negativně nabité sacharidy tvořící biofilmy) • odumřelé organismy na dně bazénů navíc vytváří redukční podmínky Procesy v důlních vodách • odstraňování rozpuštěných minoritních prvků během srážení minerálů • vlivem adsorbce a substituce např. substituce velkých iontů (Al, Cr, Ga, V, Mn, Co, Pb, Zn, Ni, Cd) za Fe v goethitu nebo (Cu, Zn, Pb, As, K, Na, Ca) v jarositu ADSORBCE A DESORBCE • nahromadění rozpuštěného iontu na povrchu pevné látky - (ad)sorbentu • organický nebo anorganický sorbent s pozitivním nebo negativním povrchovým nábojem přitahující kationty nebo anionty • obecné pravidlo: sorbenty adsorbují více aniontů při nižším pH a kationty při neutrálním pH • při nízkém pH se nejlépe adsorbuje As a Mo • při neutrálním pH se nejlépe adsorbuje Zn, Cd, Pb a Ni • sorbce závisí na (1) pH roztoku, (2) přítomnosti komplexotvorných ligandů, (3) koncentraci rozpuštěného iontu a (4) teplotě Eh-pH podmínky • Oxidačně-redukční potenciál (Eh) ovlivňuje mobilitu prvků, které se vyskytují ve více oxidačních stavech • kovy (Cr, Mo, Se, V, U) jsou více mobilní v oxidovaném stavu (např. U6+, Cr6+) než v redukovaném (U4+, Cr3+) • metaloid As je více mobilní v redukovaném stavu (As3+) než v oxidovaném stavu (As5+) • vytváří se Eh-pH diagramy • Eh-pH podmínky • nejvyšší koncentrace rozpuštěných kovů je obvykle v oxidačních prostředích s nízkým pH (vysoká rozpustnost sekundárních minerálů, slabá adsorbce) • neutralizace (míšení vod, interakce s alkalickým materiálem) vede k sorbci kovů na nově vzniklé sekundární minerály a sediment • neutrální až alkalické vody však mohou obsahovat vysoké koncentrace kovů (Cd, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Se, U, Zn) a metaloidů (As, Sb)