|
Radonośne wody odprowadzane z kopalń węgla kamiennego oraz powstające z nich promieniotwórcze osady są źródłem skażeń środowiska naturalnego na Górnym Śląsku. Znajomość występowania i wielkości skażeń jest potrzebna dla oszacowania dawek, jakie mogą otrzymać mieszkańcy terenów skażonych. Dla oceny narażenia mieszkańców Śląska opracowany został system kontroli skażeń środowiska wokół kopalń. Stosowany jest on przez wszystkie kopalnie węgla kamiennego w Polsce, co jednak nie rozwiązuje problemu, bowiem należy go likwidować u źródła.
W kopalniach śląskich występują dopływy silnie zmineralizowanych wód o zawartości soli przewyższających 200 kg/m3 i wysokich stężeniach izotopów radu sięgających 400 kBq/m3. Całkowity ładunek izotopu radu 226Ra dopływającego do wyrobisk wynosi ok. 725 MBq dziennie, izotopu 228Ra 700 MBq dziennie. Stwierdzono, że jedynie ok. 40 radu obecnego w wodach kopalnianych pozostaje w wyrobiskach podziemnych w postaci osadów, pozostałe 60 proc. radu trafia na powierzchnię, a następnie do rzek, powodując
skażenia środowiska
naturalnego.
Jak wyjaśnia dr inż. Stanisław Chałupnik, adiunkt w Laboratorium Radiometrii Zakładu Akustyki Technicznej, Techniki Laserowej i Radiometrii Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach, badania wykazały, że stężenie radu w wodzie jest powiązane z ich zasoleniem. Zjawisko to określono anomalią radiohydrogeologiczną. Wyróżniono dwa typy wód radowych występujących w kopalniach. Do wód typu A zaliczono wody zawierające rad i bar, a nie zawierające jonów siarczanowych, do wód typu B - zawierające rad i jony siarczanowe, ale nie zawierające baru. Stwierdzono, że z wód typu A rad łatwo współstrąca się z barem w postaci siarczanów po zmieszaniu z innymi wodami, zawierającymi jony siarczanowe. Proces ten nie zachodzi w przypadku wód radowych typu B, ponieważ nie występuje w nich nośnik radu tj. bar .
Dalsze badania wykazały, że czasami zrzucanie wód radowych z kopalń węgla powoduje rozległe skażenie małych cieków wodnych i większych rzek w rejonie zrzutu wód słonych Stan ten wywołują osady promieniotwórcze powstające przede wszystkim na skutek współstrącania radu i baru jako siarczanu radowo-barowego z wód typu A. Proces ten powoduje obniżenie całkowitej aktywności radu zrzucanego do rzek, gdy wytrącanie zachodzi w wyrobiskach podziemnych w sposób samoczynny lub jako rezultat zastosowania celowej technologii (kopalnie Krupiński, 1-Maja, Jankowice, Staszic). W sytuacji braku takich możliwości, osady te trafiają na powierzchnię, będąc dodatkowym źródłem skażeń.
Na początku lat 90. wody typu A do rzek odprowadzało 7 kopalń. Na skutek zastosowania metod oczyszczania, liczba ich spadła do trzech. Całkowita aktywność 226Ra zrzucanego z tymi wodami wynosi obecnie 30 MBq dziennie .
Natomiast mimo, iż wody radowe typu B odprowadzane były tylko z trzech kopalń: Piast, Czeczott i Ziemowit, to jednak ze względu na dużą ich ilość, niosły całkowity ładunek radu 226Ra znaczenie wyższy niż dla wód typu A: ok. 200 MBq/dzień.
Problem oczyszczanie wód radowych typu B okazał się znacznie trudniejszy niż wód typu A.
W wodach tych nie ma bowiem jonów baru, a więc nośnika dla wytrącania radu w postaci siarczanu. Konieczne było więc znalezienie substancji zawierającej nośnik / tzw. sorbentów /, pozwalających na usuwanie radu. Badania rozpoczęte w Laboratorium Radiometrii GIG, pozwoliły na wyselekcjonowanie tego typu substancji oraz określenie ich działania. Na tej podstawie wybrano dwa typy sorbentów do badań modelowych pod ziemią. Badania takie przeprowadzono w roku 1994 w KWK Piast i w 1996 w KWK Czeczott. Pozwoliły one na sformułowanie podstaw technicznego rozwiązania problemu usuwania radu bezpośrednio na dole kopalni /na poziomie wydobywczym / i opracowanie projektu stanowiska docelowego oczyszczania wód typu B. Metoda ta została także opatentowana. Jako podstawowy - wybrano sorbent Ra2, oparty na chlorku baru /łatwo rozpuszczalny w wodzie/ i sorbent Ra1 /baryt/ jako zapasowy /awaryjny.
Rozpoczęcie badań nad możliwością oczyszczania wód radowych było związane z wejściem w życie rozporządzenia Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki w sprawie odpadów promieniotwórczych. Zgodnie z nim, nie można odprowadzać do środowiska wód, w których stężenie izotopu radu 226Ra przekracza poziom 0.7 kBq/m3. Na tej podstawie, w roku 1990 Wojewoda Katowicki wydał decyzję, zgodnie z którą KWK PIAST zobowiązana została do wykonania działań, zapewniających
ograniczenie poziomu stężeń
substancji promieniotwórczych w wodach odprowadzanych do środowiska naturalnego.
W maju 1999r w Nadwiślańskiej Spółce Węglowej - KWK PIAST w Bieruniu - rozpoczęła pracę Centralna Stacja Oczyszczania Wód Kopalnianych z radu na poziomie 650 metrów. Jest to unikalna, pierwsza na świecie tego typu instalacja, przeznaczona do oczyszczania z radu wód dołowych i wykonana w pełnej skali technicznej w kopalni nieuranowej. Obecnie instalacja oczyszczania pracuje już w sposób rutynowy , usuwając rad z około 5 m3/min. tj. 7 200 m3/d wód dołowych.
Przygotowania do rozruchu stanowiska oczyszczania i wdrożenia metody oczyszczania z radu wód typu B rozpoczęto pod koniec 1998 roku. Pierwszym etapem inwestycji było oczyszczanie wód dołowych z poziomu 650 metrów KWK Piast. Drugi etap obejmuje się usuwanie radu z wód z poziomu 500m. Pozwoli to na znaczące ograniczenie skażeń środowiska naturalnego izotopami radu.
W ramach grantu celowego Komitetu Badań Naukowych, zatytułowanego "Metoda i technologia oczyszczania z radu wód typu B", przeprowadzono badania laboratoryjne i modelowe nad oczyszczaniem wód KWK Piast z radu. Wyniki tych badań stanowiły podstawę do zaprojektowania przez Biuro Studiów i Projektów Górniczych w Krakowie przy współpracy z Laboratorium Radiometrii Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach i służbami KWK PIAST stanowiska oczyszczania wód kopalnianych z radu. W roku 1996 w KWK Piast rozpoczęto budowę instalacji w partii centralnej pokładu 208 na poziomie 650 metrów pod ziemią.
Przedsięwzięcie to w ponad 50 proc. dofinansowane przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej ,zakończono w I kwartale 1999r, a następnie przekazano do rozruchu i eksploatacji.
Stacja oczyszczania wód
z radu w KWK Piast została zlokalizowana w partii centralnej pokładu 208 na poziomie 650 metrów i obejmuje następujące elementy:
- komorę dozowania sorbentów ze stanowiskami dozowników dla sorbentu Ra2 i Ra1,
- system pięciu wyrobisk - osadników sedymentacyjnych /równoległych/ o łącznej długości ponad 5km i pojemności ponad 100 tys. m3,
- tamy regulacyjne - 4 i tamy wodno-izolacyjne - 5,
- kanały ściekowe i rurociągi i przepompownie ,
- magazyn sorbentów - na powierzchni .
Sorbent na dół sprowadzany jest w specjalnych pojemnikach /wypełnianych u producenta sorbentu/. Dozowanie odbywa się mechanicznie i w sposób ciągły. Woda wraz z sorbentem grawitacyjnie spływa do osadników sedymentacyjnych, w których dzięki właściwemu rozpływowi i maksymalnemu wytłumieniu prędkości, zachodzi proces usuwania radu w postaci osadu siarczanu radowo-barowego oraz zawiesin mechanicznych.
Pojemność osadników sedymentacyjnych wraz z systemem tam regulacyjnych i izolacyjnych zapewnia kilkunastoletnią ich bezpieczną eksploatację.
Z systemu, woda oczyszczona wypływa grawitacyjnie rurociągiem, a następnie kierowana jest do chodników odwodnienia głównego i wypompowywana na powierzchnię.
Rozruch instalacji i oczyszczanie wód z radu rozpoczęto w maju 1999r. W czasie wdrażania technologii wody badane od wypływu z wyrobisk górniczych, poprzez stanowisko dozowania sorbentu, na wylocie rurociągu odbierającego wody z systemu, w chodnikach odwadniania głównego oraz na powierzchni, na wlocie i wylocie z osadnika Bojszowy.
Już w początkowym okresie rozruchu osiągnięto efektywność oczyszczania rzędu 90 - 95 proc. w stosunku do wartości początkowej, przed oczyszczaniem. Potwierdziło to zalety metody, dzięki której w krótkim czasie udało się uzyskać pozytywne wyniki i znaczący efekt ekologiczny.
Zbiorcze dane efektywności oczyszczania obrazuje zmienność stężeń izotopów radu w wodach przed i po oczyszczaniu w okresie maj 1999r grudzień 2000r. Efektywność oczyszczania wód dla obu izotopów radu w tym czasie wyniosła średnio 90%. Oznacza to, że ładunek radu odprowadzany do środowiska naturalnego poprzez osadnik Bojszowy i rzekę Gostynkę, zmniejszył się o ponad 40 MBq/dobę w przypadku 226Ra i około 65 MBq/ dobę dla 228Ra.
Przed wdrożeniem metody i technologii usuwania radu z wód dołowych w kopalni Piast, stężenie 226Ra w wodach zbiorczych wynosiło ponad 4 kBq/m3, z czego 2/3 ładunku stanowił rad z poziomu 650 metrów, a 1/3 rad z poziomu 500 metrów. Po wdrożeniu metody oczyszczania sytuacja jest odwrotna nie więcej niż 25 proc. radu trafia na powierzchnię z wodami z poziomu 650m. W trakcie wstępnej fazy wdrażania metody osiągnięty efekt oczyszczania był dość stabilny w wodach zbiorczych z poziomu 650 stężenie 226Ra wynosiło około 1.0 kBq/m3, podczas gdy przed oczyszczaniem wynosiło w przybliżeniu 6.0 kBq/m3. Tak więc ładunek radu odprowadzany na powierzchnię z wodami z poziomu 650 metrów zmniejszył się prawie 10-krotnie.
Uruchomienie instalacji oczyszczania wód radowych spowodowało także
duże zmiany stężeń
i ładunku izotopów radu w osadniku Bojszowy. Dane wykazują bowiem, że ładunek izotopów radu, odprowadzanych przez kopalnię PIAST do zbiornika Bojszowy, zmniejszył się o prawie 60 proc. w porównaniu z okresem przed wdrożeniem oczyszczania. Początkowo na wylocie ze zbiornika zaobserwowano około 50 proc. zmniejszenie stężeń izotopów radu w wodach zrzucanych do Gostynki. Po zaprzestaniu zrzutu wód dołowych z KWK Czeczott do osadnika, stężenie radu jeszcze bardziej zmalało i jest porównywalne do stężenia radu w wodach odpompowywanych z kopalni do osadnika.
Najważniejszym efektem uruchomienia systemu oczyszczania wód dołowych z radu na poziomie 650 m w kopalni Piast jest prawie całkowite oczyszczenie dopływających wód dołowych z naturalnych radionuklidów.
Za pracę pt.:"Opracowanie metody i technologii oczyszczania z radu słonych wód kopalnianych w wyrobiskach podziemnych" w czerwcu 2000r. jako szczególne osiągnięcie w dziedzinie nauki i wdrażania postępu naukowo-technicznego w dziedzinie ochrony środowiska, gospodarki wodnej, geologii, leśnictwa i ochrony przyrody minister środowiska przyznał dyplom uznania. Także w 2000r w Ogólnopolskim Konkursie Poprawy Warunków Pracy, w kategorii rozwiązania techniczne i organizacyjne zastosowane w praktyce w zakładach pracy, sposób oczyszczania wód z radu zdobył nagrodę II stopnia.
W marcu 2001r Główny Instytut Górnictwa w Katowicach otrzymał w ramach Konkursu Ekologicznego Przyjaźni Środowisku Certyfikat Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej za Technologię Oczyszczania Wód Kopalnianych z Radu, tytuł "TECHNOLOGIA GODNA POLECENIA".
(Na podstawie artykułu S.Chałupnika i E.Molendy; Oczyszczanie wód kopalnianych z radu. Podziemna instalacja oczyszczania wód KWK Piast)
|
