Banská Štiavnica, Šobov

Pri sanácii sa použila metóda in situ pasívne čistenie v konštruovanom močiari.

Sanačné práce na haldách po ťažbe kremenca a likvidáciu kyslých banských vôd realizovala Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra ložiskovej geológie (www.fns.uniba.sk, www.banskeodpady.sk).

Charakteristika geologického prostredia a hydrogeologických pomerov

Lokalita Šobov leží 1 km na S od Banskej Štiavnice. Nachádza sa tu lom, kde sa stenovým spôsobom ťažil sekundárny kremenec, a halda odpadového materiálu z lomu. Halda je bezprostredne prepojená s lomom a je s ním v spoločnom areáli. Na halde sú sústredené horniny z lomu, ktoré nemožno využiť ako surovinu na výrobu dinasu.

V lome možno identifikovať dva základné druhy hornín. Jedným z nich sú polohy monotónneho drobnozrnného kremenca s mladšími kremennými žilkami, v ktorom sa vyskytujú dve generácie pyritu, a s ílovými minerálmi, najmä illitom. Druhým horninovým typom, z hľadiska acidifikácie dôležitejším, sú tmavé horniny bohaté na pyrit. Pre ich nevhodnosť sa vyvážajú na haldu. Tieto horniny sa skladajú z veľkého množstva pyritu, ktorý je na mnohých miestach dominantným minerálom, a z pyrofylitu, ktorý je sprevádzaný illitom.

Haldu tvorí nevytriedený materiál, ktorý nie je zhutnený, a preto sa vyznačuje dobrou priepustnosťou pre vodu a vhodnými podmienkami na oxidáciu horninového materiálu. Najdôležitejším procesom je oxidácia pyritu, pri ktorej vzniká kyselina sírová. Kyselina sírová podmieňuje migráciu toxických prvkov, pôvodne viazaných v kryštálovej štruktúre pyritu, či ďalších minerálov a rozkladá štruktúru ílových minerálov, ktoré sú zdrojom voľne migrujúceho toxického katiónu Al³⁺. Oxidáciu haldového materiálu urýchľuje aj jej nevhodné umiestnenie vo svahu. Najvýznamnejším médiom šíriacim znečistenie do okolia je kyslá voda, ktorá z lomu a haldy uniká ako dažďová voda obohatená o SO₄^2– a ďalšie prvky z rozpustených síranov alebo ako podzemná, extrémne kyslá a mineralizovaná voda, nadobúdajúca tieto vlastnosti pri mineralogicko-geochemických procesoch v telese haldy. Cirkuláciu acidnej vody ovplyvňuje aj geologická stavba, najmä prítomnosť hydrotermálne premeneného tufu šobovskej série, ktorý vytvára nepriepustný horizont.

Kyslá voda negatívne ovplyvňuje plochu 145 000 m², spôsobuje degradáciu pôdy, poškodzovanie a úhyn vegetácie. Plocha pôdy bez humusovej vrstvy a vegetácie predstavuje asi 35 000 m².

Charakteristika kontaminácie a použitých sanačných metód

Laboratórne pokusy

Vo fáze laboratórnych pokusov sa použili dve plastové nádoby s objemom 7 litrov, ktoré sa dali pevne zatvoriť. Nádoby sa naplnili rovnakým množstvom substrátu – zmesi kravského hnoja a vápenca. Ten sa zalial kontaminovanou vodou (acid mine drainage – AMD) tak, aby bol dokonale premáčaný. Jedna nádoba sa umiestnila v laboratóriu a druhá vonku. Cieľom bolo pozorovať zmeny v schopnosti systému upravovať AMD spôsobené vonkajšími vplyvmi, najmä teplotou.

Postupne sa začali odoberať z nádob vzorky a prilievať AMD. Na začiatku sa odoberalo a prilievalo 100 ml raz do týždňa, neskôr dvakrát až trikrát. Po ďalšom mesiaci sa množstvo vody odoberanej a pridávanej do systému zvýšilo na 150 ml, po ďalších dvoch mesiacoch na 200 ml, neskôr na 250 ml. To znamená, že v tejto fáze pokusu cez každú nádobu prešlo týždenne 750 ml AMD. V nádobách sa meralo pH, teplota a oxidačno-redukčný potenciál – Eh. Približne raz za týždeň sa stanovoval obsah Al, Fe, NH₄⁺ a NO₃^–.Pokusu trval celkove 565 dní (18. 12. 1998 – 10. 7. 2000).

Rekultivačné práce – terénne pokusy priamo na lokalite

Po úspešných pokusoch v laboratóriu pokračovali podobné pokusy, ale vo väčšom objeme, priamo na lokalite na mieste budúceho pilotného bioreaktora. Na pokus sa použil sud s objemom 150 l. Dno suda sa vysypalo vrstvou drveného vápenca hrubou asi 20 cm. Na naplnenie suda sa použil substrát zložený zo zmesi vápenca (20 %), hnoja (50 %), slamy (20 %) a pilín (10 %). Do suda sa naliala AMD tak, aby bol substrát dobre premočený, a sud sa umiestnil v areáli lomu. Sud bol inštalovaný 17. 6. 1999. Zo suda sa pravidelne odoberalo pri každom meraní 2 – 5 l AMD a dolievalo rovnaké množstvo. Celkove sa teda do suda pridalo 77 l AMD.

Rekultivačné práce – vybudovanie pilotného systému

Pilotný systém bol navrhnutý ako sústava jazierok (nádrží), cez ktoré bude pretekať AMD. Prvá nádrž bola navrhnutá ako anoxická vápencová drenáž (ALD), druhá ako anaeróbne jazierka, tretia ako aeróbna časť systému so systémom priehradiek s vysadenou pálkou úzkolistou. Priehradky v aeróbnej časti slúžia na lepšie prevzdušnenie vody, pretože kyslík je potrebný na zrážanie oxyhydroxidov Fe a Al. Prvá nádrž je najmenšia, s rozmermi asi 5 x 5 m, druhá má obdĺžnikový tvar s rozmermi asi 6 x 22 m. Najväčšia je aeróbna nádrž s rozmermi asi 6 x 28 m. Aeróbna a anaeróbna časť systému sú spojené užším kanálom so šírkou asi 2 m a dĺžkou približne 20 m. Celková dĺžka pilotného systému je 83 m.

Nádrž s ALD sa vysypala vrstvou drveného vápenca hrubou asi 30 – 40 cm a prekryla asi 10- až 20-centimetrovou vrstvou hnoja, ktorý mal zamedziť prístupu kyslíka. Úlohou ALD je zvyšovať pH vody pritekajúcej do anaeróbnej časti. Pri budovaní anaeróbnej nádrže sa na dno nádrže vysypala asi 10 cm hrubá vrstva bentonitu, ktorý slúži ako izolačná vrstva. Na bentonit sa v smere kolmom na tok vody položili pásy fólie, ktoré majú zlepšiť izolačný účinok bentonitu. Nádrž sa naplnila zmesou hnoja (60 %), vápenca (15 %), pilín (10 %) a starej slamy (15 %). Do nádrže sa umiestnilo niekoľko drevených zábran, ktoré majú slúžiť na usmernenie prúdenia vody.

Na odstránenie nežiaduceho vplyvu bočných prítokov bol po okraji systému vykopaný zberný kanál, ktorý odvádzal vodu z bočných prítokov okolo systému. Z tohto kanála je možné privádzať do systému regulované množstvo vody. Neskôr sa ukázalo, že aj z tohto zberného kanála presakujú bočné prítoky do druhej, anaeróbnej nádrže. Ich negatívny vplyv sa eliminoval vykopaním zvislých drenáží v smere prítokov, ktoré sa naplnili vápencom a zakopali, aby vytvorili anoxické vápencové drenáže.

Aeróbna časť systému sa skladá z prívodného kanála a aeróbneho jazierka. Aeróbne jazierko je plytká nádrž s väčšou plochou, ktorej dno sa vysypalo hlinou slúžiacou na lepšie zakorenenie pálky úzkolistej. Pálka úzkolistá sa získavala z lokality pod odkaliskom Sedem žien (smer Banská Belá), kde prirodzene rastie.

Pilotný systém bol dobudovaný a spustený v septembri 1999.

Trvanie sanácie, účinnosť a finančná náklady

Obsah Fe v AMD sa pohybuje okolo 1 000 – 3 000 mg . l^–1. Na začiatku fungovania systému (jar – leto 1999) sa darilo znižovať obsah Fe vo vode z anaeróbneho močiaru asi o 2/3. V ALD nastal ďalší výrazný pokles Fe, až na 54 mg . l^–1. Redukčné podmienky v anaeróbnom močiari spôsobovali ďalší pokles Fe až na 4,1 mg . l^–1. To predstavuje účinnosť približne 98 %.

Podobná situácia je aj pri odstraňovaní kontaminácie Al. Obsah Al v šobovskej AMD sa pohybuje medzi 300 – 900 mg . l^–1. Vo výtoku z ALD je obsah Al najnižší (okolo 0,04 mg . l^–1). V anaeróbnom močiari je obsah Al oproti ALD vyšší, ale iba nepatrne. Je to spôsobené bočnými prítokmi (0,18 – 0,26 mg . l^–1). To znamená účinnosť takmer 100 %. Vysoký obsah SO₄^2–v AMD zo Šobova je tiež veľký problém. Hodnoty veľmi kolíšu, ale najčastejšie sa pohybujú medzi 6 000 – 12 000 mg . l^–1. V anaeróbnom prostredí systému klesá obsah síranov asi na 1/2 – 1/5 pôvodného obsahu. Obsah SO₄^2– vo výtoku z anaeróbneho močiaru sa pohybuje medzi 2 300 – 3 000 mg . l^–1. Trvanie sanácie je kratšie a účinnosť systému pri odstraňovaní síranov je menšia ako pri odstraňovaní kovov.

Niekoľkými analýzami sa sledovala aj schopnosť systému odstraňovať kontamináciu Cu a Mn. Ukázalo sa, že pasívne anaeróbne postupy sú schopné skoro na 100 % odstrániť z vody Cu. Pôvodná šobovská AMD obsahuje asi 5 mg . l^–1 Cu. Redukčnými procesmi prebiehajúcimi v ALD a anaeróbnom močiari sa podarilo znížiť obsah Cu tak, že vo výtoku z anaeróbneho močiaru bolo 0,03 mg . l^–1 Cu.

Obsah Mn v AMD sa pohybuje okolo 50 mg . l^–1. Pasívnymi úpravníckymi postupmi sa podarilo znížiť jeho obsah vo výtoku asi na polovicu. Obsah Ca vo vode, ktorá vyteká priamo z ALD, je niekoľkonásobne vyšší ako obsah v pôvodnej AMD.

Účinnosť pasívnych systémov pri odstraňovaní Fe z kyslých banských vôd sa v laboratórnych podmienkach pohybuje okolo 90 %. Výraznejšie poklesy teploty síce znižujú trvanie sanácie a účinnosť systému, ale tieto výkyvy nie sú z celkového pohľadu významné.

Účinnosť pasívnych systémov pri odstraňovanie kontaminácie Al je konštantne okolo 90 – 95 %.

V počiatočných fázach činnosti systému je v upravenej vode zvýšený obsah NH₄⁺ a NO₃^–. Časom však klesá až na nemerateľné hodnoty.

Pasívne systémy sú schopné z kontaminovanej vody odstrániť približne 2/3 síranov.

Najlepšie výsledky sa pri pasívnom čistení dosahujú pri odstraňovaní kovov (Zn a Cu). Obsah týchto prvkov v upravenej vode je o 95 – 99 % nižší než v pôvodnej AMD.

Obsah Mn a Mg dokáže anaeróbny systém znížiť asi o 50 %.

Pri upravovaní banských vôd zo Šobova je potrebné použiť anoxickú vápencovú drenáž (ALD) na úpravu alkality systému.

Pri navrhovaní a konštruovaní pasívneho systému je potrebné odstrániť negatívne vplyvy spôsobené klimatickými a terénnymi podmienkami, ktoré môžu negatívne ovplyvňovať trvanie sanácie a účinnosť systému.

Pasívne systémy je možné za určitých podmienok s úspechom použiť aj v našich klimatických podmienkach. Je však potrebné odstrániť výkyvy v množstve AMD dodávanej do systému spôsobené klimatickými zmenami a počítať so znížením účinnosti systému v zimných mesiacoch.

Kvôli efektívnemu fungovaniu systému je potrebné dôkladne navrhnúť optimálne množstvo vody vtekajúce do systému, pretože nielen nadmerné množstvo kontaminovanej vody, ale aj jej nedostatok môžu spôsobovať znižovanie účinnosti systému.

Náklady na laboratórne a terénne pokusy (24 mesiacov) a pilotný projekt (6 mesiacov) predstavovali 20 000 € (rok 1999).

Geologické pomery územia a schéma realizovanej sanácie sú uvedené na obr. 5.1.1 a 5.1.2.

Obr. 5.1.1. Banská Štiavnica, Šobov – geologické pomery územia.

Vysvetlivky: 1 –materiál haldy, 2 – priepustný horizont (kvartérne delúvium), 3 – depresia vyplnená kontaminovanou vodou, 4 – nepriepustný horizont (tuf).

Obr. 5.1.2. Banská Štiavnica, Šobov – schéma pasívneho čistenia v konštruovanom močiari.

Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,

Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová

Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,

ISBN 978-80-89343-39-3