Bilancování vyváděných kontaminantů v rámci sanace horninového prostředí na ložisku Stráž

Jiří Mužák DIAMO, státní podnik, odštěpný závod TÚU, středisko matematického modelování

Máchova 201, 471 27 Stráž pod Ralskem muzak@diamo.cz

Jiří Charvát DIAMO, státní podnik, odštěpný závod TÚU, středisko matematického modelování

Pavel Kolář DIAMO, státní podnik, odštěpný závod TÚU, středisko matematického modelování

Abstrakt

V úvodní části příspěvku je kvantifikována míra ovlivnění podzemních vod v důsledku chemické těžby uranu na ložisku Stráž a uveden schematický přehled řetězce sanačních technologií provozovaných k 1.1.2004. Průběh sanace je ilustrován bilancí vyvedeného množství kontaminantů z cenomanského i turonského kolektoru. Je popsán postup bilance vyváděných látek, sloupcové grafy dokumentují vývoj množství látek vyvedených do roku 2004. Závěr článku naznačuje postup sanace do dosažení cílových parametrů.

Ovlivnění podzemních vod v důsledku chemické těžby uranu

Chemická těžba uranu na ložisku Stráž byla ukončena rozhodnutím vlády ČR k 1.4.1996. K tomuto datu bylo na Dole chemické těžby spotřebováno více než 4 120 000 t kyseliny sírové, téměř 313 000 t kyseliny dusičné, 112 000 t čpavku a přes 26 000 t kyseliny fluorovodíkové. Téměř všechny tyto látky přešly během exploatace ložiska do systému podzemních vod, přičemž ke kontaminaci přispěly i složky vyloužené vlivem silně kyselého prostředí z přítomných minerálů. Jedná se zejména o Al, Fe, U, As, Be a další rozpuštěné látky.

Podzemní vody ve strážském bloku a přilehlých křídových územích jsou vázány na uranonosný cenomanský kolektor a nadložní turonský kolektor. Obě souvrství jsou na velkých plochách zřetelně izolována, místy však nelze vyloučit hydraulickou spojitost v důsledku tektonických poruch či explozivního vulkanismu, ale i jako následek průzkumné a těžební činnosti.

Více než 99% z celkem přítomných kontaminantů je soustředěno v pórových roztocích cenomanské zvodně. V současné době je v nejvíce propustných vrstvách cenomanské zvodně kontaminováno 160 až 180 milionů m³ podzemních vod. Celkový objem ovlivněných cenomanských vod dosahuje cca 350 milionů m³.

Zbývající část kontaminace se nachází v ploše vyluhovacích polí v turonské zvodni. Turonská zvodeň představuje v zájmovém území Severočeské křídy jeden z nejvýznamnějších zdrojů pitné vody v ČR a byla stanovena nařízením vlády chráněnou oblastí přirozené akumulace vod.

Kontaminované podzemní vody nejsou přirozeně stabilizovány, V současné době je proudění podzemních vod v cenomanském kolektoru omezeno činností SLKR I tak, že nedochází k dalšímu rozptylu kontaminantů a výtlačná úroveň cenomanské zvodně je udržována pod úrovní hladiny zvodně turonské. Po ukončení aktivních sanačních zásahů vystoupá výtlačná výška na původní úroveň, která je v části prostoru vyluhovacích polí a dále k JZ vyšší než úroveň hladiny turonské zvodně. Pak mohou roztoky z cenomanu pronikat přes oslabenou vrstvu spodnoturonského izolátoru a ohrozit tak zdroje pitné vody v turonské zvodni.

Koncepce sanace horninového prostředí po chemické těžbě uranu na ložisku Stráž, přijatá v roce 1995, spočívá ve vyvedení kontaminantů z podzemí a v jejich následném přepracování na hospodářsky využitelné produkty či ekologickém uložení na povrchu. V závěrečné fázi se předpokládá imobilizace zbytkových kontaminantů v podzemí ložiska. Prozatím stanovený předběžný cílový parametr sanace předpokládá u ovlivněných cenomanských vod dosažení konečné průměrné koncentrace rozpuštěných látek 8 g.l^-1. Ke splnění tohoto cíle je z cenomanské zvodně třeba vyvést cca 3,4 milionu t rozpuštěných látek.

Provoz povrchových sanačních technologií

Při sanaci horninového prostředí je možno využít dvou následujících technologických postupů:

– čerpání roztoků a separace uranu, odpaření roztoků, separace kamence amonnohlinitého a jeho přepracování na využitelné produkty, likvidace roztoků po krystalizaci kamence,

– čerpání roztoků a separace uranu, neutralizace roztoků na povrchu s uložením neutralizačních kalů do odkaliště.

Blokové schéma řetězce sanačních technologií provozovaných k 1.1.2004 je uvedeno na obrázku č. 1.

Obr. č. 1: Blokové schéma sanačních technologií k 1.1.2004

Z odčerpávaných cenomanských roztoků je na chemické stanici separován rozpuštěný uran. Část roztoků po sorpci uranu je čerpána na stanici pro likvidaci kyselých roztoků. Z koncentrátu produkovaného odpařovacími kolonami na SLKR I je separován kamenec amonnohlinitý. Ten je přepracován na síran hlinitý a síran amonný, který je vracen do krystalizace. Kondenzát z odparky je vypouštěn do toku Ploučnice. Matečné louhy po krystalizaci kamence jsou dosud vraceny zpět do ložiska.

Další část cenomanských roztoků po sorpci uranu je likvidována na stávající neutralizační stanici NDS 6, která byla před lety vybudována pro čištění odčerpávaných kyselých důlních vod. Stanice vedle likvidace menšího množství kontaminovaných cenomanských roztoků zajišťuje i likvidaci části odčerpávaných kontaminovaných turonských vod a kontaminovaných vod z oblasti odkaliště. Neutralizační kaly jsou ukládány do prostoru odkaliště ve Stráži pod Ralskem.

Bilance vyváděných kontaminantů

Průběh sanace je dokladován bilancí objemů čerpaných, vtláčených, čištěných a vypouštěných vod i bilancí vyvedeného množství kontaminantů. Nejpodrobněji je dosud sledován pohyb SO₄^2-, NH₄⁺ a celkem rozpuštěných látek.

Celková bilance vyvedených látek je dána rozdílem mezi látkami vyčerpanými sanačními vrty a vtlačenými zpět do podzemí. Při podrobnějším členění se bilancují látky vyvedené jednotlivými sanačními technologiemi, s jejichž provozem se počítá na o.z. TÚU, s.p. DIAMO (chemická stanice, odparka, krystalizace a přepracování kamence, likvidace matečných louhů, neutralizační stanice).

Látky vyvedené z cenomanského kolektoru

Bilanci látek vyváděných z cenomanského kolektoru uvádíme od roku 1996, kdy bylo na Dole chemické těžby ukončeno dávkování kyseliny sírové do loužícího roztoku. Časový vývoj množství ročně vyváděných rozpuštěných látek, síranů, hliníku a amonných iontů shrnuje tabulka č. 1.

Tabulka č. 1: Látky vyvedené z cenomanského kolektoru v období 1996 až 2004

Z údajů v tabulce je zřejmé, že v letech 1996 až 1998 byly z cenomanského kolektoru vyváděny rozpuštěné látky pouze v procesu čištění důlních vod odčerpávaných z překopů hlubinného dolu. Tyto vody byly před vypouštěním do toku Ploučnice čištěny na neutralizačních stanicích NDS 6 a NSP i na centrální dekontaminační stanici (CDS). V souvislosti se zatápěním dolu Hamr I bylo toto čerpání a čištění důlních vod ukončeno v roce 2001.

Ve sloupci příslušejícím roku 1999 je v tabulce zachycen počátek produkce kamence amonnohlinitého, který krystaluje po ochlazení z koncentrátu odparky. Kamenec není možno vyrábět „na sklad“, veškerá produkce byla určena k ověření možností jeho dalšího přepracování včetně produkce síranu hlinitého. Od roku 2003 je možno pozorovat nárůst množství vyváděných látek v důsledku využití neutralizační stanice NDS 6 pro čištění kyselých cenomanských roztoků.

Postup při bilancování vyváděných látek během sanace cenomanského kolektoru na ložisku Stráž je dokumentován na obrázcích č. 2 až 9.

Látky vyvedené z podzemí ložiska Stráž mohou být bilancovány buď z rozdílu mezi látkami vyčerpanými a vtlačenými jednotlivými vrty nebo z rozdílu mezi množstvím látek vstupujících a vystupujících z jednotlivých sanačních technologií.

Obr. č. 2 znázorňuje schéma bilance vyváděných látek sestavené z rozdílu mezi množstvím látek čerpaným či vtláčeným jednotlivými vrty.

Obr. č. 2: Bilance vyvedených látek z rozdílu mezi čerpanými a vtláčenými látkami

Při hodnocení množství látek vyvedených jednotlivými sanačními technologiemi se bilancuje rozdíl mezi množstvím látek ve vstupních a ve výstupních roztocích těchto technologií. V rámci těchto bilancí je na obr. č. 3 hodnocena technologie chemických stanic, na obr. č. 4 odparka a na obr. č. 5 neutralizační stanice.

Obr. č. 3: Bilance vyvedených látek (chemická stanice)

Obr. č. 4: Bilance vyvedených látek (odparka)

Obr. č. 5: Bilance vyvedených látek (neutralizační stanice)

Postup a hodnocení bilance vyvedených látek můžeme sledovat na obr. č. 6 až 9.

Obr. č. 6: Bilance látek vyváděných odparkou

Obr. č. 7: Bilance látek vyváděných neutralizační stanicí NDS 6

Obr. č. 8: Celková bilance vyvedených látek podle sanačních technologií

Obr. č. 9: Postup při bilancování vyvedených látek

Sloupcové grafy ilustrující vývoj množství vyvedených látek z cenomanského kolektoru v letech 1996 až 2004 jsou uvedeny na obrázcích č. 10 až 12.

Obr. č. 10: Sírany vyvedené z cenomanského kolektoru v letech 1996 až 2004

Obr. č. 11: Amonné ionty vyvedené z cenomanského kolektoru v letech 1996 až 2004

Obr. č. 12: Hliník vyvedený z cenomanského kolektoru v letech 1996 až 2004

Množství vyváděných látek prochází minimem v roce 2002. V této době bylo již ukončeno odčerpávání a čištění kyselých důlních vod z prostoru hlubinného dolu a produkce kamence na SLKR nedosáhla zatím z hlediska sanace významnější úrovně. Počínaje rokem 2003 dochází již v produkci kamence k mírnému oživení a vyvádění látek z cenomanu je posilováno čištěním části roztoků po sorpci uranu na neutralizační stanici NDS 6. Během roku 2004 je očekáván v množství vyváděných látek další nárůst.

Látky vyvedené z turonského kolektoru

Vyvádění kontaminantů z turonského kolektoru je bilancováno již od roku 1988. Časový vývoj množství ročně vyváděných rozpuštěných látek, síranů a amonných iontů shrnuje tabulka č. 2.

Tabulka č. 2: Látky vyvedené z turonského kolektoru v období 1988 až 2004

Největší podíl rozpuštěných látek dosud odčerpaných z turonského kolektoru byl zlikvidován vtláčením do hydraulické bariéry Stráž. Významnou úlohu při likvidaci turonské kontaminace zastává v období po ukončení čištění důlních vod z Dolu Hamr I neutralizační stanice NDS 6. Část odčerpávaných turonských vod je rovněž vedena do technologie chemických stanic, toto množství se v posledních letech podařilo snížit.

Sloupcové grafy ilustrující vývoj množství vyvedených SO₄^2- a NH₄⁺ z turonského kolektoru v letech 1988 až 2004 jsou uvedeny na obrázcích č. 13 a 14.

Obr. č. 13: Sírany vyvedené z turonského kolektoru v letech 1988 až 2004

V současné době byla z turonského kolektoru vyvedena již polovina původně přítomné kontaminace a je předpoklad, že sanace turonu bude ukončena do roku 2013.

Obr. č. 14: Amonné ionty vyvedené z turonského kolektoru v letech 1988 až 2004

Postup sanace do dosažení cílových parametrů

Blokové schema řetězce sanačních technologií k 1.1.2009 zachycuje obr. č. 19. Proti předchozímu stavu je doplněno o přepracování kamence na sanační materiály a o technologii pro neutralizaci matečných louhů, které od tohoto okamžiku přestanou být vedeny zpět do podzemí.

Obr. č. 15: Blokové schéma sanačních technologií k 1.1.2009

Od roku 2009 vzroste ročně vyváděné množství látek na 170 000 t. Maximální intenzity vyvádění látek z podzemí bude dosaženo v následujících obdobích plným využitím kapacity neutralizačních stanic. Tak bude možno vyvádět až cca 200 000 t látek ročně. Časem se bude roční množství vyváděných látek s poklesem koncentrace kontaminantů v roztocích snižovat. Sanace bude pokračovat až do dosažení cílových parametrů v roce 2030.