Smolník

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

Sanačné práce zamerané na likvidáciu kyslých banských vôd vytekajúcich z novej drenáže šachty Péch realizovala firma AQUIPUR, s. r. o., Bratislava v spolupráci s Knight Piesold, Denver, USA, a Katedrou ložiskovej geológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave (www.fns.uniba.sk, www.banskeodpady.sk) v rámci projektu agentúry ECOLINKS.

Charakteristika geologického prostredia a hydrogeologických pomerov

Ložisko Smolník sa nachádza medzi Smolníckou Hutou a Smolníkom na východnej strane doliny Smolníckeho potoka. Iba jeho krátky úsek pokračuje na západnú stranu doliny.

Na geologickú stavbu ložiska Smolník existujú dva odlišné názory. Ilavský et al. (1981) sa prikláňajú ku koncepcii, že gelnická séria reprezentuje kambrium až devón a tie tvoria mohutný vulkanicko-sedimentárny komplex z porfyroidov, ich tufov a tufitov striedajúcich sa s pruhmi rozličných fylitov. Pruhy tmavých fylitov s karbonátmi a stratiformnými ložiskami sulfidov Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, ako aj sideritov a Mn karbonátov nie sú teda nijakými synklinálami, ale ide o mnohonásobné opakovanie porfyroidov a fylitov. Naopak, Grecula (1972, 1982) zastáva názor, že jadro ložiska je tvorené súvrstvím zelenkavých fylitov (hnilecké) a súvrstvím čiernych fylitov v jeho stratigrafickom podloží. Na ich rozhraní je vyvinutý pestrý vulkanický horizont bimodálnej formácie, v ktorom sa nachádza aj ložisko Smolník. Ložisko patrilo k najväčším ložiskám s polymetalicko-sulfidickým typom mineralizácie v bývalom Československu.

Okrem klasickej ťažby Cu rudy sa na lokalite Smolník využívalo mnoho storočí aj získavanie medi cementáciou. Prvé zmienky o takomto získavaní medi sú z roku 1346 (Bartalanský et al., 1993). Celé storočia, až do 80. rokov 20. storočia, sa banské priestory, haldy a tok vôd prispôsobovali tomu, aby vytekajúca banská voda obsahovala čo najvyššiu koncentráciu medi. S cieľom silnejšej oxidácie pyritu v banských priestoroch sa rozširovala plocha priestorov, cez ktoré prúdila voda, rozrušovali sa horniny, budovali sa kanály na rozvádzanie vody do banských priestorov a pod. Takto získaná cementačná voda (v podstate kyslé banské vody – acid mine drainage – AMD) sa privádzala do cementačných nádrží s kovovým šrotom, na ktorom sa zrážali vrstvy čistej medi. Tá sa ďalej hutnícky spracúvala. To znamená, že niekoľko storočí sa povrchové aj podzemné banské diela prispôsobovali tak, aby produkovali čo najväčšie množstvo kyslých banských vôd. Dnes to spôsobuje ekologickú haváriu v okolí Smolníckeho potoka.

Koncom 80. rokov sa rozhodlo, že sa baňa zlikviduje. Dňa 15. 12. 1990 sa začalo so zatápaním banských priestorov. Počas zatápania bane nastalo okamžité zlepšenie kvality vody v Smolníckom potoku. Podľa meraní v rokoch 1991 a 1992 sa pH pohybovalo v hodnotách od 5,85 do 6,95 a ani obsah kovov neprekračoval limity platné pre povrchové vody. Zatápanie ložiska sa skončilo v máji 1994 a 9. 6. 1994 sa v potoku v okolí šachty Péch objavilo prvé presakovanie ložiskových vôd (Jaško et al., 1996). Keby bola baňa zatopená a bolo by zabezpečené, že banské vody nebudú prúdiť a nebude sa do bane dostávať kyslík, ekologická havária by nevznikla. Bez prístupu kyslíka a čerstvej vody by neprebiehala oxidácia sulfidických minerálov. Žiaľ, do banských priestorov stále preniká čerstvá voda z povrchu, ktorá v banských priestoroch atakuje sulfidické minerály. Spolu s pôsobením oxidačných baktérií vytvára z celého banského komplexu bioreaktor produkujúci veľké množstvo AMD. AMD vytekajú v blízkosti bývalej šachty Pech do Smolníckeho potoka. Postupná neutralizácia AMD spôsobuje zrážanie oxyhydroxidov Fe a Al, ktoré voda nesie až do Hnilca a ďalej do nádrže Ružín. V priehrade Ružín sa ukladá veľké množstvo kalu (ročne asi 224 000 m³), ktoré sčasti prináša aj rieka Hnilec. Aj to spôsobuje veľké problémy. V sedimentoch prinášaných riekami Hnilec a Hornád, a dokonca aj v živých organizmoch žijúcich v týchto riekach je zvýšený obsah Cu, Zn, Co, Ni a Hg (Bobro et al., 1999).

Charakteristika kontaminácie a použitých sanačných metód

Laboratórne pokusy

Laboratórne pokusy s odstraňovaním kontaminácie AMD zo Smolníka sme obmedzili na tri pokusné 5-litrové nádoby, v ktorých boli rôzne pomery hnoja, slamy a vápenca. Pokusy prebehli v júli a auguste 1999. Použité materiály sa ukázali ako vhodné. pH AMD použitej pri pokusoch bolo 3,82. Vo všetkých troch pokusných nádobách sa podarilo upraviť jeho hodnoty na 5,81 – 6,02 a obsah kovov výrazne poklesol.

Rekultivačné práce – terénne pokusy priamo na lokalite

Ako pokusné nádoby sme použili štyri asi 150-litrové sudy, ktoré sme naplnili substrátmi pozostávajúcimi z rôznych pomerov vápenca, hnoja, pilín a starej slamy (tab. 5.2).

Tab. 5.2. Zloženie substrátu v pokusných sudoch.

	Sud 1		Sud 2	Sud 3	Sud 4
	horná 1/2	dolná 1/2
Vápenec	50 %	20 %	30 %	50 %	30 %
Staré piliny	30 %	60 %	30 %	30 %	0 %
Čerstvé piliny	0 %	0 %	0 %	0 %	30 %
Slama	10 %	10 %	30 %	10 %	30 %
Hnoj	10 %	10 %	10 %	10 %	10 %
AMD (L)	106	67	147	193	175

Pri pokusoch sa použili suroviny z miestnych zdrojov s ohľadom na ich použitie pri finálnom projekte. Drvený vápenec, frakcia 4 – 8 mm, bol dovezený z Margecian, piliny z píly vzdialenej asi 2 km na SV od Smolníckej Huty smerom k Mníšku nad Hnilcom, slama a hnoj z družstva v Mníšku. Substráty boli zaliate AMD tak, aby boli dokonale premáčané, a po 20 hodinách sa zmerali prvé hodnoty pH a Eh.

V každej z pokusných nádob sme stanovili rôzne režimy odoberania a pridávania vody. Do suda č. 1 sa pridávalo a odoberalo každý deň 5 l AMD, do suda č. 2 a 4 0,75 l. Množstvo vody pridávané do suda č. 3 sa postupne zvyšovalo. Prvých 29 dní sa pridával denne 1 l, potom sa každý týždeň zvýšilo množstvo AMD o ďalší liter až po dennú dávku 5 l. V odoberanej vode sa sledovala teplota, pH, vodivosť a stanovoval sa obsah Al, Fe, Cu, Zn, Mg, Mn, Ca a SO₄^2–. Sledovali sa aj hodnoty pH priamo v šachte Pech, odkiaľ vyteká AMD, a v potoku nad miestom, kde AMD priteká do Smolníckeho potoka. Merania obsahu prvkov vo výtokoch z pokusných nádob sa robili pravidelne, každý týždeň v priebehu takmer dvoch mesiacov od 19. 8. 1999 do 7. 10. 1999. Voda sa prilievala a odoberala podľa stanoveného harmonogramu. Odobrané vzorky sa analyzovali v laboratóriu Geologickej služby SR v Spišskej Novej Vsi. Ako ukázali merania, schopnosť pasívneho systému upraviť pH AMD zo Smolníka je dobrá. Vo všetkých štyroch pokusných nádobách sa po celý čas pokusu darilo udržiavať pH nad hodnotou 5. Pri odstraňovaní Fe z AMD bolo možné pozorovať väčšie rozdiely medzi nádobami. Vo všetkých však prevláda trend postupného zlepšovania schopnosti odstraňovať z vody Fe. Najlepšie výsledky sa dosiahli v nádobe č. 3, v ktorej sa postupne zvyšovalo množstvo vody pridávanej do systému. V záverečnej fáze pokusu sa v tomto prípade dosiahla účinnosť 96 – 97 %, zatiaľ čo pri nádobe č. 2, v ktorej boli dosiahnuté výsledky najhoršie, bola účinnosť okolo 78 %. Najhoršie výsledky sa dosiahli v nádobe č. 2, hoci sa do nej prilievalo najmenšie množstvo AMD. Pri odstraňovaní kontaminácie AMD zo Smolníka sme sledovali aj schopnosť anaeróbnych procesov odstraňovať Zn a Cu. Ukázalo sa, že tieto kovy sa odstraňujú najlepšie. Účinnosť pasívneho systému pri odstraňovaní týchto kovov z AMD bola po celý čas asi 99 %.

Rrekultivačné práce – vybudovanie pilotného systému

Ďalšou fázou riešenia problematiky AMD v Smolníku pomocou PTS bolo vybudovanie pilotného systému asi 200 m od miesta, kde AMD vyteká do Smolníckeho potoka. Na toto miesto sa môže voda privádzať pomocou hadice samospádom.

Ako najvhodnejší substrát na použitie bol vybraný substrát zo suda 1 (pozri tab. 5.2), ktorý má dve vrstvy. Výsledky terénnych pokusov ukázali, že pri takomto zložení substrátu sa dosahujú najlepšie výsledky, hoci sa do suda prilievalo najviac AMD zo všetkých pokusných nádob.

Pilotný projekt nebol vybudovaný ako klasický konštruovaný močiar, ktorý má v najvyššie položenej časti prítok a v najnižšej výtok. Pilotný konštruovaný močiar v Smolníku bol z terénnych dôvodov skonštruovaný tak, že AMD sa do systému privádza šachticou, z ktorej sa pomocou rúrok vejárovito rozvádza na jeho celú plochu. Na dne sú rovnakým spôsobom umiestnené drenážne rúrky, ktoré vodu zo systému odvádzajú späť do Smolníckeho potoka (obr. 5.1.3). Systém sa naplnil AMD a ponechal na týždňovú inkubáciu.

Trvanie sanácie, účinnosť a finančná náklady

Od 25. 5. 2000 sa začalo s priebežným monitorovaním pilotného systému. Sledovali sa hodnoty pH a vodivosti (neskôr aj Eh), celkový obsah rozpustených látok a obsah Al, Fe, Mn, Mg, Zn, Cu, Ca a síranov. Pri porovnaní priemerných hodnôt AMD vstupujúcej do systému a vody vytekajúcej zo systému (tab. 5.3) vidíme, že systém dokáže zvýšiť pH a výrazne znížiť obsah Al, Zn a Cu. Naopak, monitoring ukazuje, že systém nedosahuje očakávané výsledky pri znižovaní obsahu Fe a síranov. Z výsledkov monitorovania pilotného systému v Smolníku možno pozorovať nízku účinnosť systému pri odstraňovaní Fe a síranov z AMD. Výrazne horšie schopnosti pilotného systému pri odstraňovaní Fe a síranov z AMD sú zrejme spôsobené nevhodnou konštrukciou pilotného systému. Ako vyplýva z výsledkov, v systéme sú redukčné podmienky a odstraňuje sa podstatná časť obsahu Cu a Zn, no obsah Fe a síranov klesá iba o veľmi nízke hodnoty. Je to pravdepodobne spôsobená tým, že v takto skonštruovanom systéme je veľmi krátky (retenčný) čas, počas ktorého voda zotrváva v systéme v redukčných podmienkach. Baktérie redukujúce síru za tento krátky čas stihnú redukovať iba zlomok obsahu síranov na H₂S a väčšia časť síranov vyteká v neredukovanej forme preč zo systému. H₂S, ktorého je preto v systéme nedostatok, reaguje s Cu a Zn (tieto prvky reagujú s H₂S skôr ako Fe) a tým sa spotrebúva. Na vytvorenie sulfidov Fe už teda nie je v systéme dostatok sulfánu.

Pri navrhovaní finálneho riešenia preto treba zvoliť radšej „klasický“ spôsob privádzania vody do systému (taký, aký sa použil na lokalite Banská Štiavnica – Šobov), aby bol čas, ktorý voda strávi v systéme, čo najdlhší.

Tab. 5.3. Zloženie Priemerné hodnoty AMD vtekajúcej do pilotného systému a vody vytekajúcej zo systému z obdobia 25. 5. – 26. 9. 2000.

		Vstup	Výstup
pH		3,36	5,64
SO₄	mg/l	3 652	3 273
Ca	mg/l	214,5	537
Fe	mg/l	573	378
Al	mg/l	133,2	7,84
Cu	mg/l	5,19	0,048
Zn	mg/l	17,75	1,04
Mg	mg/l	399,5	391,3
Mn	mg/l	41,83	39,82
Eh	mV	347,3	–168,6
Vodivosť	mS/m	384	376
Rozp. látky	mg/l	6 217	5 690

Náklady na laboratórne a terénne pokusy a pilotný projekt predstavovali 54 822 USD (1999 – 2000) (rok 1999).

Obr. 5.1.3. Smolník – schéma konštruovaného močiara.

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