Nr 7 - 8 (145-146) Lipiec - Sierpień 2007 r.

Z KOPALŃ I ELEKTROWNI
ODPADY WYKORZYSTANE

Odpady przemysłowe to uboczne produkty działalności człowieka, powstające na terenie zakładu przemysłowego i niepożądane w miejscu ich powstawania. Są szkodliwe lub uciążliwe dla środowiska.

Najwięcej odpadów wytwarzają: energetyka, górnictwo i przemysł metalurgiczny Są to przede wszystkim: odpady górnicze, głównie skalne, z kopalń podziemnych i odkrywkowych; szlamy poflotacyjne i odpady popłuczkowe przetwórstwa węglowego, siarkowego, miedziowego i cynkowo-ołowiowego; popioły lotne i żużle z elektrowni i elektrociepłowni. Wytwarzanie energii elektrycznej w elektrowniach opalanych węglem powoduje powstanie stałych produktów spalania - popiołu i żużla. Są to odpady paleniskowe - elektrowniane. Udział węgla kamiennego w produkcji energii elektrycznej wynosi 55,8%, węgla brunatnego 43,7%., a paliwa ciekłego (olej opałowy - stosowany do rozpalania kotłów) ok. 0, 5%. Ilość odpadów stałych powstających w paleniskach elektrownianych zależy od jakości i kaloryczności węgla, a także zawartości w nim popiołu. Odpady elektrowaniane są transportowane na składowisko w sposób mechaniczny - (wagonami, samochodami, taśmociągami), pneumatycznie albo hydraulicznie. Rodzaj transportu zależy od położenia składowiska w stosunku do elektrowni. Wszystkie składowiska ze względu na położenie dzieli się na: podpoziomowe (wgłębne) - budowane w wyrobiskach kopalń odkrywkowych węgla brunatnego, piasku lub materiałów budowlanych; nadpoziomowe (terenowe) - budowane na terenach o małej wartości użytkowej. Właściwości odpadów paleniskowych zależą od rodzaju spalanego paliwa, technologii spalania oraz rodzaju transportu i składowania. W latach 90 nastąpiła poprawa jakości węgla i zwiększenie wykorzystania odpadów w gospodarce, głównie w górnictwie. W wyniku wystąpienia tych korzystnych czynników w bilansie odpadów, roczna ilość wytworzonych i składowanych odpadów radykalnie się zmniejszyła. Niemniej problem ich zagospodarowania nadal pozostał. Właśnie do projektowanych prac rekultywacyjnych pola Bór – Wschód Kopalni Piasku CTL Maczki Bór zastosowane mają być odpady eklektrowniane. Na temat zasadności odzyskiwania odpadów elektrownianych i ich wykorzystania, w swojej pracy ( wykonanej na zlecenie CTL Maczki Bór Sp. z o. o.) wypowiada się prof. dr hab. inż. Jacek Łączny, kierownik Zakładu Terenów Poprzemysłowych i Gospodarki Odpadami Głównego Instytutu Górnictwa. 

Opinia na temat zasadności odzyskiwania odpadów elektrownianych i ich wykorzystania wykonana zastała w odniesieniu do projektowanych prac rekultywacyjnych pola Bór-Wschód Kopalni Piasku CTLMaczki-Bór. Celem pracy jest wykonanie opinii dotyczącej zasadności stosowania odpadów elektrownianych w celu likwidacji wyrobisk górniczych. Uwzględnia ona wymogi oraz zmiany legislacyjne dotyczące wykorzystywania odpadów elektrownianych, a także techniczne aspekty wykorzystania odpadów, takich jak: prewencja pożarowa bryły zdeponowanych odpadów powęglowych; budowa dróg technologicznych, nasypów kolejowych, placów magazynowych i składowych; poprawa parametrów geotechnicznych bryły zwałowiska uformowanej z odpadów powęglowych oraz odwęglonej skały płonnej Opinia na temat zasadności stosowania odpadów elektrownianych do rekultywacji wyrobisk powstałych na skutek odkrywkowej eksploatacji górniczej wykonana zastała w odniesieniu do projektowanych prac rekultywacyjnych pola Bór-Wschód Kopalni Piasku CTL Maczki-Bór. Poza wymogami technologicznymi rekultywacji oraz wymogami dotyczącymi odzysku a następnie wykorzystania odpadów elektrownianych, opinia uwzględnia również problemy związane z oddziaływaniem zdeponowanych odpadów elektrownianych na środowisko wodno-gruntowe. 

Projekt rekultywacji wyrobiska Pola Bór-Wschód Kopalni Piasku CTL Maczki Bór przewiduje, że podstawowym rodzajem odpadów jakim zostanie wypełniona przestrzeń wyrobiska będą odpady górnicze w ilości około 2 mln ton/rok, a w tym około 750 tys.ton/rok odwęglonych odpadów górniczych. Odpady górnicze przeznaczone do rekultywacji terenu to odpady sklasyfikowane jako odpady z wydobycia kopalin innych niż rudy metali, żwiru lub skruszonej skały. Istotnym problemem związanym z likwidacją wyrobisk poeksploatacyjnych materiałami pochodzącymi z wydobycia węgla kamiennego jest ryzyko powstania pożaru. Pustki międzyziarnowe umożliwiają dostęp i ruch natlenionego powietrza wewnątrz bryły likwidowanego wyrobiska, co umożliwia utlenianie się substancji organicznej czyli węglowej. W skrajnych przypadkach doprowadzić to może do wystąpienia pożaru. Przejawami tego typu niekorzystnych zjawisk jest podwyższona aktywność termiczna bryły zlikwidowanego wyrobiska. Powszechnie stosowanym rozwiązaniem w zakresie zmniejszania ryzyka zapożarowania substancji organicznej rozproszonej w bryle wyrobiska zlikwidowanego ubocznymi produktami górnictwa węgla kamiennego jest zastosowanie ubocznych produktów spalania paliw stałych – UPS. Rozwiązania takie stosowane są w wielu obiektach, gdzie do likwidacji wyrobisk zastosowano odpady górnicze, w tym na Polu Bór-Zachód. Celem stosowania tego typu materiałów jest uszczelnienie bryły likwidowanego wyrobiska, aby ograniczyć jej przewietrzanie i doprowadzanie tlenu do miejsc potencjalnego wystąpienia samozapalenia substancji organicznej. W celu minimalizacji zagrożenia pożarowego związanego z lokowanym w wyrobisku rekultywowanym przez CTL „Maczki–Bór” materiałem, przewidziano działania profilaktyczne. Profilaktyka przeciwpożarowa oparta jest o wykorzystanie do likwidacji wyrobiska ubocznych produktów spalania w ilości nie przekraczającej 20%. 

Technologia prewencji pożarowej z wykorzystaniem mieszaniny ubocznych produktów spalania z wodą zakłada, że odpady będą dostarczane cysternami kolejowymi lub cysternami samochodowymi bezpośrednio na stanowiska wytwarzania pulpy, przy zastosowaniu mobilnych stanowisk wytwarzania pulpy. Mieszanki popiołowo-wodne rozprowadzane będą następnie rowami przyskarpowymi tak, by wnikała w bryłę zwałowiska utworzoną z odpadów górniczych. Ze względów technologicznych prewencji przeciwpożarowej projekt rekultywacji dopuszcza również dostarczanie do likwidowanego wyrobiska odpadów energetycznych w formie szlamów. Nadmiar wód odciekających z pulpy zawracany będzie do ponownego wykorzystania na stanowiskach wytwarzania pulpy. W procesie likwidacji wyrobiska przewidywana jest również możliwość wypełniania wyrobiska odpadami energetycznymi w formie suchej. Technika lokowania UPS w formie pulpy i szlamów umożliwia wnikanie drobnoziarnistych odpadów energetycznych w przestrzeń porową odpadów górniczych i zapewnia odpowiednie uszczelnienie struktury bryły zlikwidowanego wyrobiska. Uwodnione popioły oraz inne uboczne produkty spalania wylewane są na strop uformowanej warstwy odpadów górniczych. 

Uszczelniona w ten sposób bryła wykazuje zmniejszona porowatość efektywną co minimalizuje dostępną objętość powietrza, przepływ gazów przez bryłę oraz ogranicza, jej przewietrzanie i dostarczanie tlenu do miejsc potencjalnego zapożarowania. Dodatkowo popioły wykazują aktywność hydrauliczną (puculanowatość – zdolność do tworzenia wiązań chemicznych typu cementowego, czyli spoiwowego tworzywa hydraulicznego), czego efektem jest cementowanie odpadów górniczych i podwyższenie parametrów geotechnicznych bryły. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest ograniczenie pylenia tylko do wyrobiska, a dodatkowo może być zminimalizowane przez wtłaczanie sprężonego powietrza do cystern lub silosów wraz z przechwytywaniem wydmuchiwanych frakcji pylastych i mieszania ich z wodą. W pracach makroniwelacyjnych i wypełnianiu wyrobisk mogą być wykorzystywane popioły, żużle i mieszaniny popiołowo-żużlowe, które spełniają wymagania techniczne, ustalane w zależności od przewidywanego wykorzystania terenu i zabezpieczenia przed niekorzystnym oddziaływaniem na środowisko. Stosowane są szeroko do niwelacji terenów środkowej, zachodniej i północnej Polski oraz do wypełniania wyrobisk po surowcach naturalnych. Z punktu widzenia geotechniki, popioły lotne są gruntami antropogenicznymi, zbliżonymi swoimi właściwościami do takich gruntów naturalnych jak pyły, pyły piaszczyste, czy piaski pylaste. Od gruntów naturalnych różnią je właściwości geochemiczne. Wśród terenów wymagających prac rekultywacyjnych , w których istnieją możliwości zastosowania technologii bazujących na wykorzystaniu odpadów paleniskowych, wymienić należy: niektóre suche wyrobiska po surowcach naturalnych, jak piasek i żwir, gliny i iły; wyrobiska poeksploatacyjne kredy jeziornej i torfu; składowiska odpadów komunalnych i przemysłowych oraz wylewiska, których rekultywacja wymaga formowania warstw wyrównujących, uszczelniających i przykrywających; niektóre tereny poprzemysłowe, po starych, zlikwidowanych lub będących w likwidacji zakładach przemysłowych, dla których przewidziano przyszłe zagospodarowanie jako teren leśny, parkowy lub sportowo- rekreacyjny; tereny komunikacyjne, w tym nieczynne drogi lub linie kolejowe; niektóre odcinki przekopów tras komunikacyjnych, których pozostawienie nie jest pożądane dla funkcjonowania terenów przyległych. Stosowanie UPS do prac rekultywacyjnych w przypadku wyrobisk i terenów zawodnionych, szczególnie z wodą w ruchu, a także terenów położonych blisko jezior i zbiorników wodnych lub w strefach ochronnych tych akwenów powinno być wykonywane metodą emulgatu. Dla minimalizacji skutków środowiskowych wykorzystywania odpadów paleniskowych należy ponadto każdorazowo wykonać ocenę oddziaływania danych odpadów na środowisko. Również przy budowie dróg i nasypów konstrukcyjnych stosuje się popioły, żużle i mieszaniny popiołowo-żużlowe jako dodatek o korzystnych parametrach mechanicznych. Charakterystyczne właściwości tych odpadów, które determinują ich wykorzystanie w tym zakresie to: drobne uziarnienie, zawartość krzemionki oraz tlenku wapnia, w tym aktywnego CaO, zawartość niespalonego węgla, niska gęstość nasypowa i wilgotność oraz skład mineralny. W budownictwie drogowym, bez potrzeby uzyskania aprobat technicznych, w oparciu o znowelizowane przez IBDiM normy, popioły ze spalania węgla kamiennego i brunatnego mogą być wykorzystywane m.in. do stabilizacji gruntu, w robotach ziemnych do budowy nasypów, do stabilizacji gruntów wapnem do celów drogowych, do podbudów z betonu popiołowego jako składniki kruszywa, lub wypełniacz oraz popioły z węgla brunatnego - jako spoiwo. Projekt rekultywacji Pola Bór-Wschód zakłada wykorzystanie tych odpadów do budowy dróg i nasypów kolejowych dla potrzeb technologicznych i utrzymania ruchu kopalni. Dopuszczenie wykorzystania materiałów pochodzących z odzysku odpadów do budowy dróg technologicznych, podtorzy kolejowych, parkingów, placów magazynowych i placów manewrowych w przypadku prac prowadzonych w CTL „Maczki Bór” zostało zatwierdzone decyzją Wojewody Śląskiego z dnia 3 grudnia 2004 roku. Bardzo ważnym problemem jest wpływ rekultywacji prowadzonej przy użyciu odpadów elektrownianych na środowisko naturalne, w szczególności wodno-gruntowe. Po zakończeniu likwidacji wyrobisk i zaprzestaniu utrzymywania się leja depresji wokół obszaru górniczego, w wyniku odtworzenia się pierwotnego układu hydrodynamicznego w istotny sposób ulegną zmianie warunki depozycji materiału wypełniającego pustkę poeksploatacyjną. Może to wpłynąć na uwalnianie się związków chemicznych i ich emisję do wód. Z tego punktu widzenia szczególnie ważne są własności uszczelniające ubocznych produktów spalania. Zachodzą tu różne niepożądane procesy fizykochemiczne. Jednakże uboczne produkty spalania mogą być wykorzystane nie tylko do stabilizacji i ograniczania szkodliwego wpływu na środowisko innych rodzajów odpadów, np. górniczych ale nawet jako warstwy zabezpieczające składowiska. Natomiast ze względu na własności izolacyjne zdeponowane w wyrobisku UPS mogą mieć istotny wpływ na obieg wód wewnątrz struktury bryły zlikwidowanego wyrobiska. Niskie współczynniki filtracji i tworzenie się jednolitych przewarstwień wewnątrz bryły stanowią warstwy izolujące a jednocześnie powierzchnie determinujące uprzywilejowane kierunki przepływu wód w sytuacji wysycenia wody po zakończeniu rekultywacji. W przypadku ulokowania warstwy popiołowej na powierzchni zlikwidowanego wyrobiska znacznie ograniczona zostanie infiltracja wód opadowych do wnętrza bryły, co istotnie ograniczy proces wymywania związków chemicznych.

MB Kolumna dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Katowicach