|
Słone wody występujące w kopalniach węgla kamiennego Górnego Śląska, ze względu na ich wysoką mineralizację powodują znaczące szkody w środowisku naturalnym. Dodatkowo często zawierają naturalne izotopy promieniotwórcze, przede wszystkim izotopy radu. W wodach polskich kopalń węgla odkryto podwyższone stężenia izotopów 226Ra z szeregu uranowego i 228Ra z szeregu torowego.
Stężenia 226Ra w wodach dopływających do wyrobisk podziemnych mogą sięgać nawet 390 kBq/m3, a w wodach odprowadzanych na powierzchnię osiągało wartość 20 kBq/m3. Tak wysokie stężenia radu występujące w polskich kopalniach są rzadko spotykane w przyrodzie. Wody ze zbliżonymi stężeniami radu znaleziono w Iranie , Australii , Ukrainie i w Niemczech.
Niekiedy radonośne wody kopalniane zawierają również jony baru, których stężenie może sięgać 1.5 kg/m3. Wody zawierające zarówno rad jak i bar zostały nazwane wodami radowymi typu A, które były odprowadzane na powierzchnię przez 7 kopalń węgla kamiennego. Drugi typ wód radowych, dla odróżnienia nazwany typem B, nie zawiera jonów baru, tylko jony siarczanowe. Wody takie są odprowadzane na powierzchnię przez trzy kopalnie, ale całkowity ładunek Ra jest znacznie wyższy niż w wodach typu A.
Obecność baru w wodach odgrywa kluczową rolę w zachowaniu się radu. Z wód typu A rad prędzej czy później ulega współstrąceniu wraz z barem. Następuje to po zmieszaniu się tych wód z wodami siarczanowymi, które są bardzo pospolite w przyrodzie. Wody tego typu mogą wywoływać poważne problemy techniczne i ekologiczne, gdyż wytrącanie się promieniotwórczych osadów może zachodzić nie tylko pod ziemią, ale także na powierzchni w osadnikach, rurociągach, małych ciekach powierzchniowych. W ten sposób mogą one powodować skażenia promieniotwórcze środowiska naturalnego.
Natomiast z wód typu B rad nie wytrąca się, a obniżanie stężeń radu w tych wodach następuje przede wszystkim na skutek rozcieńczenia w rzekach oraz adsorpcji radu na osadach dennych.
Od początku lat siedemdziesiątych w Głównym Instytucie Górnictwa w Katowicach prowadzone były badania występowania wód radowych w kopalniach węgla, a pod koniec lat osiemdziesiątych podjęto badania nad metodami oczyszczania wód słonych z radu. Rozporządzenie Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki w sprawie odpadów promieniotwórczych i jego wykładnia dla wód zawierających rad ustaliły bowiem dopuszczalne stężenie radu w wodach odprowadzanych do środowiska naturalnego.
-Za ciekły odpad o podwyższonej promieniotwórczości uważa się wody o stężeniu izotopów radu przekraczającym wartość 0.7 kBq/m3 – wyjaśnia dr inż. Stanisław Chałupnik, adiunkt w Laboratorium Radiometrii Zakładu Akustyki Technicznej, Techniki Laserowej i Radiometrii GIG-u.- Początkowo problem ten dotyczył 10 kopalń węgla, z których 7 odprowadzało na powierzchnię wody typu A, a 3 kopalnie wody typu B. Obecnie sytuacja jest jednak znacznie lepsza dzięki działaniom podjętym przez niektóre z kopalń. Zastosowały one metody techniczne ograniczania stężeń radu, polegające na mieszaniu różnych typów wód występujących w danej kopalni i kontrolowanym wytrącaniu radu (najczęściej w starych zrobach). Taki sposób zastosowano do oczyszczania wód typu A w kopalniach Jankowice, Marcel i Morcinek. W kilku innych oczyszczanie następuje samorzutnie w chodnikach wodnych jak na przykład w kopalniach Wesoła i Staszic. Z kolei w kopalni Silesia do oczyszczania wód z radu zastosowano stare zroby, w których prawdopodobnie przebiega reakcja z pirytami. Jednakże tak stosunkowo proste rozwiązania nie były możliwe do zastosowania we wszystkich kopalniach.
Dotyczy to zarówno kopalń, w których występują wody radowe typu A jak i kopalń z wodami typu B. Należy także podkreślić, że wysokie stężenia radu w słonych wodach kopalnianych powodują czasem specyficzne problemy jak np. z zarastanie osadami rurociągów transportujących takie wody, promieniotwórcze skażenia powierzchni, skażenia gleby i roślinności, podwyższone stężenia radonu i jego produktów rozpadu w powietrzu a także podwyższenie mocy dawki promieniowania gamma, i co za tym idzie dodatkowe dawki promieniowania otrzymywane przez mieszkańców skażonych terenów. Także promieniotwórcze osady dołowe (przede wszystkim powstające w chodnikach wodnych) lokowane na powierzchni mogą powodować skażenia powierzchni. Dlatego też lokowanie promieniotwórczych osadów w wyeksploatowanych wyrobiskach górniczych lub oczyszczanie wód z radu są bardzo istotne z punktu widzenia ochrony środowiska naturalnego.
Dr Chałupnik zwraca uwagę, iż jednym z powodów oczyszczania wód radowych typu A były problemy z eksploatacją kolektora wód słonych OLZA, za pośrednictwem którego 11 kopalń z Rybnickiego Okręgu Węglowego odprowadza swoje słone wody do rzeki Leśnicy. W kolektorze następowało w przeszłości mieszanie wód radowych typu A z wodami siarczanowymi. Spowodowało to bardzo szybkie zarastanie kolektora na niektórych odcinkach. Oszacowano, że całkowita masa zebranych w kolektorze osadów wynosi około 20000 ton o całkowitej aktywności 226Ra około 500 GBq. Spowodowało to poważne uszkodzenia i częste awarie kolektora.
Jako że z wód typu A rad łatwo współstrąca się wraz z barem w postaci siarczanów, najprostszą metodą oczyszczenia takich wód było po prostu dodawanie do nich substancji zawierających rozpuszczalne siarczany. Ze względu na specyficzne uwarunkowania górnicze i dużą ilość wód jakie należało oczyszczać, zastosowana metoda musiała spełniać określone wymagania :
końcowe stężenie radu w oczyszczonych wodach nie mogło być wyższe niż 0.7 kBq/m3,
powstające promieniotwórcze osady nie mogą powodować skażeń środowiska naturalnego,
technologia oczyszczania musi być tania i łatwa do zastosowania na dużą skalę,
oczyszczanie wód z radu i baru nie może pogorszyć innych parametrów wody,
technologia musi zapewniać bezpieczeństwo załóg górniczych.
Badania laboratoryjne rozpoczęto w roku 1989. W trakcie ich prowadzenia zbadano skuteczność działania wielu różnych odczynników i substancji - w różnych warunkach temperaturowych, pH, przy zmiennych dawkach sorbentów i dla różnych wód. Okazało się, że wymagania stawiane metodzie oczyszczania wód są spełnione poprzez zastosowanie do fosfogipsów lub innych odpadów przemysłowych zawierających wolno rozpuszczające się siarczany. Możliwe okazało się i prowadzenie oczyszczania pod ziemią, najlepiej w starych zrobach. Fosfogipsy są odpadem powstającym przy produkcji nawozów fosforowych, których produkcja w Polsce była bardzo wysoka. Tym samym rozwiązano problem zagospodarowania fosfogipsów co było korzystne dla środowiska naturalnego.
W kopalni Krupiński w czerwcu 1990 roku rozpoczęto wdrażanie technologii oczyszczania wód typu A których odprowadzano 6000 m3 dziennie o aktywności około 20 kBq/m3 Przebiegało ono w dwóch etapach. Początkowo oczyszczanie prowadzono na powierzchni w osadniku wód dołowych, do którego dawkowano fosfogipsy. Stężenie radu w wodach odprowadzanych do kolektora zaczęło spadać, jednakże jedynie do około 5 kBq/m3. Spowodowane to było stratami sorbentu w procesie na tak dużą skalę. Po podwyższeniu dawkowania stężenie radu spadło do około 2 kBq/m3. Poniżej tej wartości nie udało się już zejść przy takim systemie oczyszczania. Drugi etap polegał na rozpoczęciu oczyszczania wód pod ziemią, w starych zrobach co spowodowało prawie natychmiastowy spadek stężenia izotopów radu w wodach odprowadzanych na powierzchnię. Po ujęciu wszystkich dopływów wód radowych i skierowanie ich do oczyszczania stężenie radu w wodach odprowadzanych z osadnika na powierzchni spadło poniżej wartości 0.7 kBq/m3. Pozwoliło to na zaniechanie dodatkowego oczyszczania w osadniku na powierzchni. Natomiast w roku 1991 rozpoczęto wdrażanie metody oczyszczania wód z radu za pomocą fosfogipsów w kopalni 1 Maja. Kopalnia ta odprowadzała około 2000 m3 na dobę wód słonych, w których stężenia izotopów radu wynosiły odpowiednio: 226Ra - 14 kBq/m3 (ładunek 40 MBq/dobę) i 228Ra - 7 kBq/m3. Dodatkowo wody te zawierały bar w ilości około 2 kg/m3. Kopalnia nie dysponowała jednak możliwością oczyszczania wód w starych zrobach. Konieczne było więc wykorzystanie chodników wodnych do tego celu, ponadto z powodu małej objętości osadnika na powierzchni nie było możliwe dodatkowe oczyszczanie przed zrzutem wód do kolektora OLZA. Jak podkreśla dr Chałupnik, na początku wyniki oczyszczania były bardzo obiecujące i wydawało się, że po przeszkoleniu załogi prowadzącej oczyszczanie uzyskane zostaną podobne efekty jak w kopalni Krupiński. Jednak pod koniec 1992 i na początku 1993 roku rezultaty oczyszczania zaczęły się stopniowo pogarszać. Po kilkumiesięcznych badaniach okazało się, że w kopalni pojawiły się nowe dopływy wód radowych i konieczne było zwiększenie dawki fosfogipsów. Po zwiększeniu dawkowania stężenie izotopów radu spadło poniżej wartości 0.7 kBq/m3. W tym przypadku zmieniająca się sytuacja dotycząca dopływów wód słonych wymagała odpowiedniego dostosowania ilości dawkowanych fosfogipsów. Utrudnieniem był długi okres oczekiwania na wyniki analiz radiometrycznych wód. Aby uzyskać przybliżone informacje o stopniu oczyszczenia wód z radu i baru zalecono wykonywanie jakościowych analiz na zawartość baru, co zdało egzamin, pozwalając ustalić, czy dawka fosfogipsu jest wystarczająca.
W wyniku zastosowania tej metody oczyszczania jest bardzo znaczące obniżenie ilości radu i baru odprowadzanych na powierzchnię. KWK Krupiński odprowadza około 6000 m3 wód słonych dziennie. Przed zastosowaniem oczyszczania wód stężenie 226Ra wynosiło około 17-20 kBq/m3 a obecnie spadło poniżej 0.3 kBq/m3. Z kolei w KWK 1 Maja stężenie 226Ra spadło z około 14 kBq/m3 do wartości poniżej 0.7 kBq/m3, przy ilości wód odprowadzanych przez kopalnię w wysokości 2000 m3 na dobę. Tym samym kopalnie wypełniły wymagania Wydziału Ekologii Urzędu Wojewódzkiego w Katowicach aby obniżyć stężenia radu w wodach zrzutowych poniżej poziomu dopuszczalnego dla ciekłych odpadów promieniotwórczych czyli 0.7 kBq/m3. W sumie oczyszczanie wód w obu kopalniach spowodowało obniżenie ilości radu odprowadzanego na powierzchnię o około 130 MBq dziennie i baru o około 3000 kilogramów dziennie.
(Na podstawie Stanisław Chałupnik; Oczyszczanie wód kopalnianych typu A z radu)
|
