XIV POGLAVLJE RUDNIČKE VODE I ŽIVOTNA SREDINA

Transcript

1 Osnovi hidrogeologije XIV POGLAVLJE RUDNIČKE VODE I ŽIVOTNA SREDINA

2 UTICAJ EKSPLOATACIJE I ODVODNJAVANJA LEŽIŠTA MINERALNIH SIROVINA NA ŽIVOTNU SREDINU POJAM ŽIVOTNE SREDINE I HIDROSFERE Životna sredina. Pod životnom sredinom podrazumeva se sve ono što nas okružuje, uje, odnosno sve ono sa čime je direktno ili indirektno vezana čovekova životna i proizvodna aktivnost. Životnu sredinu po svojoj strukturi možemo posmatrati kao šestokomponentni sistem (Plotnikov( i Roginec,, 1987): Atmosfera - Hidrosfera - Litosfera - Zemljište - Životinjski svet - Biljni svet

3 Usled tehnogenih aktivnosti koje se odvijaju u gornjim delovima zemljine kore (geološka sredina), neposredno pod uticajem inženjerske delatnosti čoveka, usmerene na iskorišćavanje prirodnih resursa (ležišta mineralnih sirovina), dolazi do brojnih i raznovrsnih izmena životne sredine. U ogromnom kompleksu industrijskog uticaja na čovekovu okolinu, najrealnija opasnost za biosferu Zemlje predstavlja narušavanje avanje hemijske ravnoteže, e, nesavršenom enom tehnologijom eksploatacije, transporta, prerade i pripreme različitih itih mineralnih sirovina. EKSPLOATACIJA MINERALNIH SIROVINA I HIDROSFERA Eksploataciju ležišta mineralnih sirovina prati je niz negativnih pojava koje dovode do procesa degradacije životne sredine i to u vidu iscrpljivanja resursa, razaranja geološke sredine, zagađivanja podzemnih i površinskih voda i dr. Eksploatacija metaličnih i nemetaličnih nih ruda i uglja nalaze se na prvom mestu u dugom lancu industrijske proizvodnje, a eksploatacija metaličnih ruda polazeći od mogućih razmera i nivoa zagađivača životne sredine, sigurno je najopasnija (Grujić,, 1996). Naime mineralne sirovine po svojim prirodnim svojstvima sadrže organska i neorganska jedinjenja koja kao i otpad, zagađuju ađuju prirodnu sredinu.

4 Zavisno od veličine ine ležišta i primenjene metode eksploatacije, životna sredina može e biti ugrožena na više e načina od koji su najvažniji: niji: formiranje deformacija loma u vidu pragova ugiba i smicanja u zoni rudarskih radova, pojava gorskih udara usled izvođenja podzemnih rudarskih radova, degradacija površine terena zahvaćenih površinskim kopovima, degradacija površine terena zahvaćenih odlaganjem materijala rudne jalovine, izmena prirodnog reljefa terena i dr. (Vu( Vušović i Vidulović,, 1996). Područje Bora i Velikog Krivelja predstavlja klasičan an primer degradacije primarnog reljefa usled eksploatacije bakrovih ruda i odlaganja rudne i flotacijske jalovine.

5 Svi navedeni procesi direktno ili indirektno utiču u na izmenu opšteg vodnog bilansa i kvalitet podzemnih i površinskih voda u široj i bližoj okolini ležišta. Pri analizi uticaja rudarskih radova na podzemne i površinske vode, treba imati u vidu da u preobražaju aju hidrogeoloških uslova postoje tri etape: etapa pripreme ležišta za eksploataciju, etapa neposredno posle završene eksploatacije i etapa stabilizacije novog hidrogeološkog modela.

6 UTICAJ ODVODNJAVANJA NA ŽIVOTNU SREDINU Uopšte uzev procesi vezani za kretanje i dreniranje podzemnih voda i njihovo dejstvo na životnu sredinu mogu se svrstati u nekoliko grupa (Plotnikov( Plotnikov,1989): odvodnjavanje ležišta i okolorudnih stena, procesi sekundarne konsolidacije izdreniranih stena, sufozno-karstni procesi pri odvodnjavanju karbonatnih i drugih stena rastvorljivih u vodi, procesi pomeranja stenskih masa u zoni rudarskih aktivnosti, procesi filtracionih deformacija stena na kosinama površinskih otkopa, procesi bubrenja glinovitih i tečenja enja peskovitih stena i hidrogeohemijski procesi u zoni aeracije, neposredno u rudarskim radovima i rudnim jalovištima tima. ODVODNJAVANJE LEŽIŠTA I ŽIVOTNA SREDINA Najveći i uticaj na izmene svojstava geološke sredine i životne sredine uopšte pri eksploataciji ležišta mineralnih sirovina, ima odvodnjavanje ležišta, odnosno rudarskih radova. Pri intenzivnom odvodnjavanju menjaju se: hidrogeološki ki, hidrološki, morfološki i biološki uslovi.

7 U procesu odvodnjavanja ležišta mineralnih sirovina vrši i se dreniranje podzemnih voda na jednoj značajnoj ajnoj površini. Proces odvodnjavanja ležišta mineralnih sirovina karakterišu u dve faze (slika( XIV.1). Slika XIV.1. Šematski prikaz faza odvodnjavanja ležišta mineralnih sirovina (Plotnikov,, 1989) 1. aluvijalni šljunkovi i peskovi; ; 2. okolorudne vodonosne stene; 3. nivo podzemnih voda pre eksploatacije; 4. nivo podzemnih voda u prvoj fazi eksploatacije; 5. nivo podzemnih voda u drugoj fazi eksploatacije; 6. izvor; 7. rudarski radovi; 8. pravac kretanja podzemnih voda

8 Slika XIV.2. Grafički prikaz povećanja površine depresionog levka u procesu eksploatacije i odvodnjavanja rudarskih radova (Plotnikov,, 1989)

9 Intenzivno odvodnjavanje ležišta mineralnih sirovina i rudarskih radova uopšte, utiče e na korenite izmene: hidrološkog režima lokalne hidrografske mreže e pri infiltraciji površinskih voda u rudarske radove, hidrodinamičkog režima podzemnih voda kada dolazi do promene nivoa, gradijenta pritiska filtracionog toka i precrpljivanja rezervi podzemnih voda, hidrohemijskog režima podzemnih i površinskih voda pod uticajem mineralizovanih rudničkih voda i voda jalovišta i geodinamičkog režima u sferi uticaja rudarskih aktivnosti i odvodnjavanja.

10 PROCESI SEKUNDARNE KONSOLIDACIJE IZDRENIRANIH STENA Ovi procesi izazivaju deformacije površine terena sa čestim stvaranjem pukotina, što izaziva sleganje i ošteo tećenje enje objekata i komunikacija. Kao posledica sleganja terena vrlo često nastaje zabarivanje terena u novonastalim uslovima. SUFOZNO-KARSTNI PROCESI PRI ODVODNJAVANJU STENA RASTVORLJIVIH U VODI Pri odvodnjavanju vodonosnih karbonatnih,, hloridnih i sulfatnih stena dolazi do stvaranja provalnih vrtača a na površini terena, deformacija površine terena i komunikacija, degradacije hidrografske mreže e i formiranja tipičnog karstnog reljefa (slika( VIII.5).

11 Slika XIV. V.3. Šematski prikaz pojave karstno-sufozionih sufozionih procesa u rudarskim radovima (Plotnikov i Roginec,, 1987) 1. karstifikovani krečnjaci; 2. rastresita peskovito-glinovita zapuna u paleokarstnim vrtačama ama i kanalima; 3. aluvijalni šljunkovi; ; 4. linija obrušavanja; 5. pravac kretanja rastresite (tiksotropne( tiksotropne) mase 6. podzemni rudarski radovi (jama); 7. nivo podzemnih voda pre početka eksploatacije; 8. nivo podzemnih voda u toku eksploatacije

12 PROCESI POMERANJA STENSKIH MASA U ZONI RUDARSKIH AKTIVNOSTI Kao negativni po čovekovu okolinu tokom eksploatacije čvrstih mineralnih sirovina, javljaju se sledeći i procesi pomeranja stenskih masa: zarušavanje avanje rudarskih radova i neposredne krovine, obrušavanje i lomovi. Pored toga, pri podzemnoj eksploataciji mineralnih sirovina, javljaju se i procesi nadimanja (bubrenja( bubrenja) ) glinovitih masa, podzemni udari, prodori podzemnih voda i tečljivih masa, koji dodatno utiču u na izmenu prirodne sredine. U rezultatu navedenih procesa, na površini se javlja sleganje terena.

13 HIDROGEOHEMIJSKI PROCESI U zoni aeracije i neposredno u rudarskim radovima i rudnim jalovištima tima,, odvijaju se hidrogeohemijski procesi pod uticajem degradacije pojedinih mineralnih materija, što za posledicu ima zagađivanje podzemnih i površinskih voda u slučaju nekontrolisanog isticanja, odnosno odstranjivanja rudničkih voda iz rudarskih radova. Rudničke vode koje se formiraju neposredno u rudarskim radovima, pod uticajem procesa oksidacije rudnih minerala, često zadobijaju izuzetnu mineralizaciju i nepovoljna hemijska svojstva i kao takve utiču u na zagađenje okolnih površinskih i podzemnih voda.

14 Komponente hemijskog sastava Vrednosti Organoleptička svojstva Temperatura ( o C) 8.8 Boja Bez Mutnoća Bistra Prozračnost Prozračna Miris Bez Osnovni pokazatelji hemijskog sastava Ukupna mineralizacija (mg/l) Električna provodljivost (μs/cm) 2400 ph vrednost 2.83 Eh (mv) 307 Opšta tvrdoća ( o dh) Prolazna tvrdoća ( o dh) 0 Stalna tvrdoća ( o dh) Primarne makrokomponente (mg/l) Hloridi (Cl - ) Hidrokarbonati (HCO 3- ) 0.0 Sulfati (SO 2-4 ) Natrijum (Na + ) Kalcijum (Ca 2+ ) Magnezijum (Mg 2+ ) Silicijum (SiO 2 ) Sekundarne makrokomponente (mg/l) Kalijum (K) 6.30 Gvožđe (Fe) 1080 Bor (B) 0.04 Stroncijum (Sr) 1.71 Nitriti (NO 2 ) Nitrati (NO 3 ) 7.20 Mikrokomponente (mg/l) Bakar (Cu) 4.20 Barijum (Ba) 0.01 Cink (Zn) Aluminijum (Al) Arsen (As) 4.20 Olovo (Pb) 0.60 Gasovi (mg/l) Rastvoren O Rastvoren CO Tabela XIV.1.1. Tabelarni prikaz hemijskog sastava podzemnih voda iz potkopa Gornja Lipa u istočnoj Srbiji (Dragišić,, 1997)

15 Foto XIV.1.1. Potkop Gornja Lipa u istočnoj Srbiji

16 Obimna istraživanja ivanja u SAD pokazuju da se u rudničkim vodama nalazi veliki broj štetnih elemenata, koji mogu da dospeju u slobodne vodoto-kove ili pojedine izdani, ukoliko se ne preduzmu odgovarajuće e mere. U tabeli VIII.2.. prikazani su elementi u rudničkim vodama ležišta uglja, koji štetno deluju na životnu sredinu, a u tabeli VIII.3. elementi iz voda prethodno izluženih jalovišta ta. Elemenat Površinski kopovi Alkalne vode Kisele vode Podzemna eksploatacija Alkalne vode Kisele vode ph 7,6 6 7,7 6 Fe Mn Sb 6-2 2,5 As Be Cd Cr Cu Pb 2, Hg 1,09 1,3 0,7 0,51 Ni Se Ag Ti Zn Tabela XIV.2.2. Prosečan sadržaj aj štetnih i opasnih elemenata (μg/l)( g/l) u rudničkim vodama iz ležišta uglja u USA (EPA, 1981; EPA, 1982; Gržeti etić,, 1996)

17 Parametar Broj proba Srednja vrednost Standardna devijacija Alkalnost Aluminijum 148 0,218 0,439 Antimon 140 0,105 0,768 Arsen 186 0,469 0,874 Barijum 179 0,042 0,095 Berilijum 148 0,057 0,145 Bizmut 148 0,308 1,945 Kadmijum 186 0,100 0,245 Kalcijum Hloridi Hrom 180 0,343 0,816 Kobalt 148 1, Bakar Fluor ,72 79,12 Galijum 148 0,013 0,070 Gvožđe Olovo 186 0,029 0,217 Litijum 148 0,354 1,006 Magnezijum Mangan ,05 33,94 Živa 184 1,194 2,901 Molibden Nikl 148 1,026 2,618 Nitrati ,36 70,17 Fosfati ,61 258,76 Kalijum ,29 85,74 Skandijum 146 0,078 0,195 Selen 186 1,597 5,054 Srebro 178 1,695 5,974 Natrijum Stroncijum 148 3,757 4,869 Sulfati Talijum 148 0,006 0,029 Kalaj 148 0,074 0,805 Titan 148 0,627 1,801 Vanadijum 129 0,037 0,115 Cijanidi ,22 83,65 Cink ,33 77,52 ph 186 8,71 2,70 Ukupne rastvorene materije Tabela XIV.3.3. Rezultati hemijskih ispitivanja važnijih zagađivača a u rudničkim vodama izluženih rudnih jalovišta (EPA, 1990)

18 Najčešće e se u procesu eksploatacije i flotiranja čvrstih mineralnih sirovina emituju sledeći i elementi, štetni i opasni po životnu sredinu: As, Be, Cd, Cu, Ag, Mn, Pb,, Se, U i Zn (Ferguson, 1982, Gržeti etić,, 1996).

19 PROCESI FILTRACIONE DEFORMACIJE STENA Najčešće e se javljaju na kosinama površinskih otkopa gde dovode do deformacija kosina i stvaranja klizišta. U toku eksploatacije ležišta primenom površinske metode otkopavanja, često se javljaju neželjeni eljeni efekti u vidu rušenja pojedinih etaža a na površinskim otkopima (Ilić,, Kovačevi ević i Hađiu,, 1987). Rušenja su izazvana neadekvatnom tehnologijom otkopavanja, odnosno odvodnjavanja, vanja, što izaziva povećano naprezanje uz istovremeno smanjenje čvrstoće e materijala. Kod analize stabilnosti kosina na površinskim otkopima, veoma važan an uticaj ima veličina ina porne vode. Sve suvišne vode potrebno je otkloniti određenim režimom i tehnologijom odvodnjavanja, pri čemu treba voditi računa da prilikom odvodnjavanja ne dođe do neželjenih eljenih efekata kao što su: hidraulički lomovi, likvifakcija i sufozija. Uticaj vode na fizičko ko-mehanička svojstva radne sredine, kao i posledica tog uticaja na neke stene u podzemnoj i površinskoj eksploataciji, zavisi pre svega od prirode radne sredine, inžinjersko injersko-geoloških prilika ležišta i tehnologije izvođenja radova

20 ZAŠTITA OD RUDNIČKIH VODA Suština zaštite prirodne sredine od zagađivača a koji se razvijaju tokom eksploatacije i odvodnjavanja ležišta mineralnih sirovina, sastoji se u tome da se spreče e i umanje degradacioni i oksidacioni procesi u samom ležištu, a koji su potpomognuti najvećim delom prisustvom vode. Adekvatnim odvodnjavanjem i smanjenjem priliva voda u neko ležište, mogu se usporiti degradacioni procesi i na taj način umanjiti efekti zagađivanja životne sredine. Među merama koje se predlažu u za zaštitu životne sredine od štetnog dejstva rudničkih voda, treba istaći i sledeće: e: sprečavanje priliva voda u zonu ležišta i rudarskih radova predodvodnjavanjem i drugim merama čime bi se izbeglo pogoršanje njihovog kvaliteta, a iste bi se mogle koristiti u odgovarajuće e svrhe (kao pijaće, tehničke, za navodnjavanje i sl.), mehaničko prečišćavanje, odnosno odvajanje nerastvornih materija, hemijska i biohemijska obrada, tehnološka obrada iscrpljenih rudničkih voda u cilju izdvajanja pojedinih korisnih komponenata koja obuhvata mehaničko, hemijsko, biološko ili kombinovano prečišćavanje, utvrđivanje adekvatnih mera zaštite pri odlaganju rudne jalo-vine.

21 Pre ispuštanja u površinske vodotokove,, rudničke vode moraju nekim od pomenutih postupaka biti dovedene do nivoa kvaliteta koji neće negativno uticati na životnu sredinu. U tabeli XIV.4 dat je procentualni učinak pojedinih metoda prečišćavanja rudničkih voda nakon čega bi se one mogle slobodno ispuštati u rečne tokove, odnosno u proces kruženja vode u prirodi, ne zagađujući životnu sredinu (Klimenko,, 1991). Na konkretnim primerima, prikazani su procesi prerade kiselih rudničkih voda nekih rudnih ležišta. Tabela XIV.4. Efekat prečišćavanja ukupnih rudničkih voda primenom različitih itih metoda u % (Klimenko( Klimenko,, 1991) Sastav (komponente) Mehanič ko čišćenje Hemijsk a obrada Elektrodija liza Jonsk a izmen a Revers na osmoza Suvi ostatak Suspendovane materije Litijum (Li) Stroncijum (Sr) Bor (B) Jod (J) Brom (Br) Gvožđe (Fe) Mangan (Mn) Cink (Zn) Barijum (Ba) Fluor (F) Olovo (Pb) Bakar (Cu( Cu) Arsen (As) Živa (Hg( Hg) Selen (Se) Hrom (Cr( Cr) Srebro (Ag) Kadmijum (Cd)

22 KORIŠĆENJE RUDNIČKIH VODA Rudničke vode ležišta mineralnih sirovina uopšte, predstavljaju integralnu karakteristiku svih prirodnih i antropogenih procesa koji se dešavaju u zoni ležišta i rudarskih radova. Pored toga što u većini ležišta predstavljaju problem pri eksploataciji, rudničke vode, a posebno vode sulfidnih ležišta, zbog svog specifičnog hemizma agresivno deluju na beton i metalnu opremu, a vrlo često predstavljaju i izvor zagađenja površinskih i podzemnih voda. U fazi prethodnog odvodnjavanja ili odvodnjavanja uopšte, podzemne vode mogu biti iskorišćene za različite ite potrebe, ukoliko se one zahvataju pre njihovog kontakta sa rudarskim radovima i time sprečava njihova kontaminacija. Pored vodosnabdevanja, rudničke vode mogu biti korišćene za navodnjavanje obradivih površina, tehničke vode u flotacijama i separacijama rude i drugo. Rudničke vode, pored vodosnabdevanja pijaćim im i tehničkim vodama mogu naći primenu i za industrijsko dobijanje iz njih rastvorenih soli i metala.. Isto tako, one se mogu koristiti u balneološke svrhe i za dobijanje geotermalne energije. Najčešća a primena rudničkih voda u velikim rudarskim centrima je u preradi rude u flotacijskim postrojenjima, topionicama i železarama,, odnosno u onim procesi- ma koji su neposredno vezani za dati rudarski kompleks.

23 Na primeru rudnika uglja u Poljskoj (rudnik Ribnik), prikazano je korišćenje geotermalne energije na račun rudničkih voda. Ležište uglja zaleže e dosta duboko, pri čemu je usled odvodnjavanja u pojedinim rudnicima stvorena depresija i do 1000 m dubine. Rudničke vode koje se crpe iz rudarskih radova odlikuju se lošim kvalitetom, ali se i pored toga, ispuštaju u rečne tokove zagađujući i ih. Pre stupanja u rudarske radove podzemne vode imaju malu mineralizaciju (<0,3 g/l), što ih svrstava u prvu kategoriju po kvalitetu. Temperatura voda koje se pojavljuju u rudarskim radovima kreće e se između 50 i 60 C.. Da bi se iskoristila temperatura rudničkih voda, a smanjila zagađenost, pristupilo se projek-tu korišćenja geotermalne energije iz njih na sledeći i način (slika X.1). Rudničke vode iz bunara sa oznakom 4, nakon iskorišćavanja toplote, snižavanjem tempereture sa 60 C na 20 C,, ponovo se utiskuju u bunare sa oznakom 5, obzirom da su iz pravca bunara sa oznakom 5 konstatovani glavni doticaji voda prema rudarskim radovima (rasedne( zone). Ovakvom recirkulacijom voda dobijena je geotermalna energija uz istovremeno smanjenje negativnog uticaja na životnu sredinu.

24 Slika XIV.4. Šematski prikaz cirkulacije termalnih voda u području rudnika uglja (Biedrzycki( Biedrzycki,, 1991) 1. kvartarni sedimenti; 2. tercijarni i trijaski sedimenti; 3. karbonski sedimenti; 4. eksploatacioni bunar; 5. injekcioni bunari; 6. dotok vode; 7. depresioni levak; 8. toplotni fluks

25 Da bi se rudničke vode koristile u tehnološkom procesu dobijanja pojedinih elemenata, treba da d ispunjavaju određene uslove (tabela XIV.5). Tabela XIV.5. Minimalne industrijske koncentracije elemenata u rudničkim vodama (Klimenko,, 1991) Elemenat Minimalna industrijska koncentracija (mg/l) Jod (J) 10 Brom (Br) 200 Litijum (Li) 10 Rubidijum (Rb) 1 Cezijum (Cs) 0,5 Stroncijum (Sr) 300 Magnezijum (Mg) 1000 Kalijum (K) 100 Gvožđe (Fe) 50 Arsen (As) 5 Fluor (F) 500 Germanijum (Ge) 0,02 Molibden (Mo) 0,1 Titan (Ti) 10 Aluminijum (Al) 100 Bakar (Cu) 50 Cink (Zn) 50 Olovo (Pb) 1 Kobalt (Co) 0,1 Nikl (Ni) 1