Ing. Vratislav Řehoř, Ing. Ladislav Kramář
DIAMO, s. p., o. z. SUL Příbram
RNDr. Karel Lusk
DIAMO, s. p., Stráž pod Ralskem

Čištění důlních vod střední a východní části příbramského ložiska uranové rudy

     Příbramské uranové ložisko patřilo svým rozsahem k nejvýznamnějším hydrotermálním žilným ložiskům nejen v Čechách, ale i ve světě. Rozkládá se v centrální části příbramského rudného revíru na rozhraní středočeského plutonu na jihovýchodě a kambria na severozápadě v délce cca 24 km při šířce 1 – 2 km (viz obrázek č.1).


Obr.č.1:  Uran-polymetalické ložisko Příbram

Rudné žíly byly v ložisku vyvinuty nerovnoměrně a tvořily tzv. žilné uzly, kterých bylo celkem rozlišováno 20 v rámci 9 úseků. Hlavním uranovým minerálem byl uraninit,  s rostoucí hloubkou potom rostl i podíl uranového antraxolitu a částečně coffinitu.

     Uranové minerály se ve formě žilek, ledvinovitých agregátů, hnízd apod., koncentrovaly do plochých čoček nepravidelného tvaru o ploše od několika dm2 až po stovky m2 (výjimečně i tisíce m2).

     Celkem bylo v rámci dobývacích prací otevřeno v období let 1949 – 1991 přes 2 500 žil, z nichž 1 601 obsahovalo uranové zrudnění. Při průzkumu a těžbě bylo (mimo šachtic a štol) na ložisku vyhloubeno 41 jam (z toho 14 slepých) a vyraženo 300 km komínů, 837 km překopů a 1 314 km sledných chodeb a štol.

     Vertikálně bylo ložisko otevřeno do hloubky 1 800 m (nejhlubší jáma č. 16 dosáhla hloubky 1 838 m).

     V rámci dobývacích prací bylo z ložiska získáno 48 432 t uranu (tj. 96,5 % z celkové tonáže) a dále 6 195 t olova, 2 417 t zinku a 17 790 kg stříbra. Těžba byla ukončena v roce 1991.

 

     Po tomto roce pokračovaly na ložisku likvidační práce v podzemí včetně likvidace úvodních důlních děl s výjimkou jam č. 11 A, 13 a 16. Tato důlní díla sloužila k výstavbě podzemního zásobníku plynu raženého na 21. patře v hloubce 1 000 m pod povrchem v nerozfáraném důlním poli jámy č. 16 (obrázek č.2). Vlastní stavba, jejímž investorem byl Transgas Praha s. p. a generálním dodavatelem státní podnik DIAMO, odštěpný závod Správa uranových ložisek Příbram, byla zahájena 1. 4. 1992 a zkušební napouštění zemního plynu začalo 14. 7. 1998. Celkem bylo vyraženo 107 zásobníkových chodeb při průměrném profilu 13,77 m2.

     Využitelná skladovací kapacita při max. projektovaném tlaku (12,5 MPa) je 82 mil. m3 plynu, max. denní odběr je 6 mil. m3, což představovalo skoro 10 % spotřeby plynu celé ČR. Zásobník má tedy charakter významného špičkového zdroje pro vyrovnávání dodávek v období maximálních odběrů a ve své době se jednalo o první dílo tohoto typu na světě.


Obr. č.2:   Podzemní zásobník plynu - schéma

     V době těžební činnosti byly přítoky důlní vody do ložiska okolo 70 l/s, což představuje více jak 2,1 mil. m3 čerpaných a čištěných důlních vod za rok. Čištění bylo zajišťováno provozem 4 dekontaminačních stanic na šachtách č. 2, 9, 15 a 11 A), které s více než 90 % účinností odstraňovaly rozpuštěný uran. V souvislosti se zatápěním hlubokých horizontů ložiska a výstavbou plynového zásobníku toto množství postupně klesalo na 1,6 mil. m3 za rok a po předání zásobníku investorovi bylo zahájeno trvalé zatápění příbramského ložiska uranové rudy.

     Původní prognózy předpokládaly, že k zatopení ložiska dojde nejdříve po roce 2012. Postup zatápění a stoupání hladiny důlní vody bylo pravidelně monitorováno a aktualizovanou prognózou v roce 2001 byl upřesněn a stanoven termín zatopení ložiska na rok 2008. V roce 2002, kdy i tato oblast byla zasažena přívalovými dešti, došlo k podstatnému nárůstu hladiny důlní vody a i upřesněný termín (rok 2008) musel být na počátku roku 2003 revidován. Nová prognóza stanovila termín nastoupání hladiny důlní vody na začátek roku 2006.

     Toto upřesnění znamenalo okamžitě zahájit práce na stavbě nové čistící stanice důlních vod (ČDV) včetně doprovodných staveb, tzn. čerpání a přívod kontaminovaných vod na ČDV, odvedení vyčištěných vod do veřejné vodoteče, kazety pro ukládání vzniklých kalů na odkališti Bytíz I.

 Zpracování projektové dokumentace včetně vyřízení legislativy a provedení výběrového řízení formou veřejné zakázky dle zákona 199/1994 Sb. v platném znění potřebné k vlastnímu zahájení stavby trvalo 18 měsíců a bylo zajištěno k 1. červenci 2004. V tuto dobu se nacházela hladina důlní vody v ložisku cca 160 m pod přelivnou hranou. Vlastní práce na stavbě byly zahájeny v srpnu 2004 s termínem dokončení k 31.12.2005. Toto datum odpovídalo potřebné rezervě pro spuštění čistící stanice dle předpokladů vycházejících ze sledovaného stoupání hladiny důlní vody v ložisku v daném období. V průběhu výstavby bylo pravidelně měřeno stoupání hladiny a až do 1. čtvrtletí roku 2005 vše naznačovalo, že stavba i stoupání hladiny je v souladu s prognózami a harmonogramem výstavby. Koncem 1. čtvrtletí roku 2005 ovšem nastal zlom, kdy stoupání hladiny přestalo kopírovat aktualizované předpoklady a docházelo k vyšším přírůstkům. V návaznosti na tyto skutečnosti bylo reálné, že dostoupání hladiny důlní vody na přelivnou hranu může dojít již v měsíci září 2005. Z těchto důvodů byly urychleny veškeré práce na stavbě tak, aby pro případ naplnění tohoto katastrofického termínu byla připravena technologie k náhradnímu způsobu čištění důlních vod. Současně se hledal způsob omezení stoupání hadiny důlních vod v ložisku.

     Jedinou možností, jak snížit stoupání hladiny důlních vod v ložisku bylo odčerpávat část důlních vod z podzemí a dekontaminovat je na stávající čistící stanici průsakových vod v oblasti Bytíz. Problém ale byl, že tato čistící stanice byla projektována na čištění průsakových vod o objemu 6, max. 12 l/s. K omezení stoupání hladiny však bylo nutno zpracovávat cca 25 l/s čerpaných důlních vod z jámy č. 11 A s podstatně vyššími koncentracemi a současně nepřekračovat limity stanovené SÚJB a vodohospodářských orgánů pro vypouštění vod do vodoteče. I tento problém se však podařilo vyřešit. Ve spolupráci s firmou Lhoist, která zapůjčila zařízení na náhradní dávkování vápna bez nutnosti složitého vápenného hospodářství, které se zkoušelo shodou okolností za jiným účelem na lokalitě Kutná Hora k naprosto odlišnému složení důlních vod. Těmito opatřeními a využitím veškerého intelektuálního i fyzického potenciálu se podařilo omezit stoupání hladiny důlní vody v ložisku a tím vytvořit předpoklad k řádnému dokončení stavby a spuštění technologie do zkušebního provozu bez prozatímních řešení a opatření. Hlavní sledovaný cíl, tj. dostavba a uvedení nové ČDV Příbram II do zkušebního provozu v 10/2005, byl nakonec za úzké spolupráce odštěpných závodů SUL Příbram a GEAM Dolní Rožínka (dodavatel projektu a technologie ČDV-obrázek č.4) včetně dodavatele stavební části SMP CZ, a. s., Praha (obrázek č.,3) splněn.


Obr. č.3:  Budova ČDV  Příbram II


Obr.č.4:  Část technologie ČDV Příbram II

     Čistírna důlních vod Příbram II slouží k odstraňování především uranu a radia z důlní vody tak, aby mohly být tyto vody vypouštěny do veřejné vodoteče v souladu s platným rozhodnutím vodohospodářských orgánů a SÚJB.

 

     Navržená technologie je založena na principu iontové výměny a vracení iontů těžkých kovů do nerozpustných (event. omezeně rozpustných) sloučenin tzn., že umožňuje:

 

- snížení koncentrace uranu jeho sorpcí na iontoměniči a následnou regeneraci – eluci iontoměniče. Jedná se o technologii již několik desítek let používanou při získávání uranu na o. z. TÚU ve Stráži pod Ralskem, kapacitně upravenou pro obsah uranu v čištěných důlních vodách,

-  odstranění přítomných iontů železa oxidací,

-  snížení koncentrace radia spolusrážením síranu radnatého se síranem barnatým,

- eliminaci případných zvýšených koncentrací ostatních iontů těžkých kovů přídavkem suspenze vápenného hydrátu,

-  sedimentaci vznikajících sraženin v usazovacích nádržích s následnou filtrací na kalolisu.

 

     ČDV je projektována na maximální výkon cca 80 l/s, což je zajištěno soustavou čerpadel Grundfos SP 160/2 umístěných v jámě č. 19, kterými je důlní voda dopravena do akumulační nádrže v objektu ČDV. Odtud je voda čerpána na kolony s náplní ionexu, kde dochází k sorpci uranu. Důlní voda zbavená uranu odtéká do rozdělovače nátoku před areačními reaktory, kde je dávkován roztok chloridu barnatého (pro snížení koncentrace radia) a dle potřeby (podle měřených hodnot pH) vápenný roztok. Chemicky upravená důlní voda natéká do dvojice zahušťovačů typu Dorr, kde dochází k sedimentaci nerozpuštěných látek a vyčeřená důlní voda přepadá do předlohy pískových filtrů. Zde je dočištěna a potrubím odvedena zpět do jámy č. 19 a dále podzemním přivaděčem uloženým ve štole o délce 314 m do potrubí umístěném ve výkopu v délce 494 m přes výpustný objekt do toku Kocába.

     Usazený kal ze zahušťovačů je na komorovém kalolisu odvodněn a následně odvážen a ukládán do vybudovaných kazet na odkaliště Bytíz I.

     Podobně je dále prováděna eluce (regenerace) promytého ionexu, který je následně vracen zpět do technologického procesu. Eluční roztok je dále upravován do konečné suspenze (diuranát sodný), který je ze zásobníkových nádrží odvážen autocisternou k dopracování na o. z. TÚU Stráž pod Ralskem.


Obr. č. 5:  Technologie ČDV-půdorys

 

 

 

     V rámci dosavadního skoro již ročního zkušebního provozu byly postupně odstraňovány zjištěné odchylky např. zaústění některých aparátů do jiných částí technologie, nasazení jiných typů sond na měření výšek hladiny, instalace zklidňovacích válců u obou zahušťovačů, výměna topných pasů u nádrží elučních roztoků, úpravy řídícího softwaru apod. včetně osvojení vlastního provozu ze strany zaměstnanců obsluhy tak, aby vyčištěná důlní voda mohla být bez obav vypouštěna do veřejné vodoteče.

 

Níže jsou uvedeny kvalitativní parametry čerpané důlní vody před vstupem do ČDV a porovnány s ukazateli stanovenými v rozhodnutích příslušnými orgány ochrany ŽP:

 

 

pH

Fe

Zn

Nl     

Cu

As

RL

SO4

Cl

U

Ra     

Q                

 

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mBg/l

l/s

DV vstup

průměr 1.- 8. 06

7,53

13,1

0,05

36,9

0,09

0,26

3 744

2 160

114,6

8,43

1 293

 

Limit         „p“

                  „m“

6-9

 

  5

  6

0,5

1,0

30

40

0,2

0,4

0,1

0,2

5 000

6 000

3 000

4 000

800

900

0,75

1,0

   350

   500

35

DV výstup

průměr 1.- 8. 06

7,8

1,8

0,05

23

0,087

0,03

3 965

1 919

259

0,49

  153

81,4

Jak bylo konstatováno výše, dolové pole příbramského ložiska se trvale zatápí od července 1998. V průběhu zatápění byl pravidelně sledován pohyb hladiny v dolovém poli. Hydrogeologická studie zpracovaná v roce 2002 uvádí maximální hodnoty přítoků důlních vod při nastoupání hladiny ke kótě 434 m n.m. v rozmezí 29,45 – 57,16 l/s, v závislosti na ročním srážkovém úhrnu (pro 688 mm/m²),  přičemž je srovnává s popsanými přítoky, které byly evidovány v průběhu těžby na ložisku do 11.patra. Tyto přítoky představovaly 58,90 l/s.

Dosavadní zkušební provoz ČDV Příbram II dále bohužel ukázal, že i když je průměrné čerpané množství důlní vody za  leden – červenec t.r. 75,4 l/s, nedochází ke snižování hladiny důlní vody v podzemí příbramského ložiska uranové rudy tak, jak bylo prognozováno.

K ustálení hladiny důlních vod bylo v období jarního tání a dlouhotrvajících deštích v průběhu dubna a května 2006, kdy spadlo v úhrnu 234,8 mm/m² dešťových srážek, nutno čerpat cca 95-100 l/s.

Stávající čerpací systém na ložisku (j.č.19 a 15) umožňuje nárazově čerpat a zpracovat maximálně do 110 l/s. Při tomto maximálním čerpání dochází po odeznění prvotního nárůstu k dennímu odčerpání hladiny v průměru o 3-4 cm (obrázek č.6).

Provoz ČDV Příbram II při výkonu 80 l/s čištěné důlní vody je na hranici technologických možností bez možnosti jakékoli odstávky. V současné době je navíc před vydáním nové rozhodnutí SÚJB, kde budou sníženy limitní hodnoty u ukazatele uran („p“=0,6 a „m“=0,7 mg/l) ve vypouštěné důlní vodě, což nutně povede ke snížení provozního výkonu ČDV z důvodu častější regenerace ionexu.   

Vzhledem k tomu, že nelze do budoucna předpokládat, že by se tato situace každoročně neopakovala a bude problematické podchytit tyto zvýšené přítoky v rámci retence dolového pole – viz rok 2006, je nutné řešit tyto nadbilanční vody  intenzifikací stávající „ČDV Příbram I“ a to spolu s využitím možnosti akumulace těchto vod na kalovém poli (odkaliště Bytíz I). Uvažovaná kapacita intenzifikované ČDV Příbram I  bude  40  l/s.


Obr. č. 6: Vývoj hladiny důlní vody  v  j.č. 19  v 1. pololetí 2006

V neposlední řadě je nutno zmínit další ukazatel, který při stanovení způsobu a podmínek vypouštění důlní vody do veřejné vodoteče (tok Kocába) nebyl vzat v úvahu a tím je teplota vypouštěné důlní vody. Na obrázku č.7 je zachycen teplotní gradient v jámě č. 19 v rámci zonálního monitoringu z března 2004, jehož cílem bylo získat znalosti o vertikální a horizontální geochemické zonálnosti důlních vod, základních rysech jejího vývoje a porovnání s vývojem u různých typů ložisek.


Obr.č.7: Vývoj teploty důlní vody  v  j.č.19 s klesající hloubkou

Důlní voda o teplotě cca 18 o C vstupující do technologického procesu čištění získá ještě další

2 – 2,5 o C, takže při spojení s veřejnou vodotečí (tok Kocába)  neklesne teplota vypouštěné důlní vody pod 20 o C  včetně zimního období. Vzhledem k tomu, že cca po 100 m se tok Kocába vlévá do chovného rybníka Červený, dochází v zimním období k jeho částečnému nezamrznutí a z toho plynou problémy s ochranou  nasazené rybí obsádky např. ve vztahu ke kormoránům, kteří jsou potom schopni provést její naprostou devastaci.

Znamená to, že i tato problematika bude muset být v blízké době řešena stejně zodpovědně jako odstraňování radionuklidů, těžkých kovů a dalších.