i

Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Biotechnologický systém čištění důlních vod z MR1

 |  8. 12. 2016
 |  Vesmír 95, 730, 2016/12
komerční prezentace

Podkrušnohorská pánevní oblast severozápadu Čech je místem výskytu vydatných hnědouhelných ložisek, jejichž dobývání nenávratně změnilo zdejší krajinu.

Po ukončení těžby uhlí jsou ve zbytkových jamách ve velké míře aplikovány hydrické rekultivace, kdy v místě lomu vznikne zcela nové a originální vodní dílo se specifickými podmínkami.

Konkrétním příkladem je dokončení vodního díla „Jezero Most“, které vzniklo v rámci zahlazování následků hornické činnosti na lokalitě bývalého lomu Ležáky – Most zatopením zbytkové jámy. Hydrickou rekultivaci zbytkové jámy dokončil Palivový kombinát Ústí, státní podnik, v roce 2014.

Vzhledem k původu vzniku těchto vodních děl a rostoucímu zájmu společnosti o aktivní ochranu životního prostředí se tak stále více dostává do popředí otázka, jak nejlépe nakládat se znečištěnými důlními vodami, jež se často vyznačují velmi nízkým pH a zvýšenou koncentrací kovů (především železa, manganu a hliníku) a síranů.

Tyto kontaminované důlní vody mají vážný dopad na hydrologický režim v oblasti, a je proto akutně potřeba se tímto environmentálním problémem vážně zabývat a hledat jeho optimální řešení. K remediaci (dočištění) důlních vod je možno volit konvenční, nebo alternativní metody. Čištění vod pomocí čističek odpadních vod či sedimentačních nádrží je finančně a materiálně velice náročné, a proto se začínají do procesu stále častěji zapojovat pasivní metody čištění, například využitím mokřadních ekosystémů.

Charakteristika mokřadů

Mokřady slouží k dočišťování vod v přírodě od nepaměti, avšak cílené využívání člověkem je záležitostí až posledního století. Využití schopností umělých mokřadů jakožto alternativní metody čištění důlních vod v sobě skrývá obrovský potenciál, jelikož se jedná o téměř bezobslužný a ekonomicky hospodárný systém se srovnatelnými účinky s aktivním způsobem čištění, který je navíc plně v souladu s ekologickými zásadami revitalizace.

Mokřadní ekosystém je stejně jako další biotické pasivní systémy založen na mikrobiálních procesech. V přírodě vykonává kromě již zmíněné remediace vod celou řadu dalších funkcí, a vytváří tak dobré podmínky pro existenci a rozmanitost organismů.

Základním kritériem pro členění mokřadů je typ procesů, který uvnitř systému probíhá. V tomto případě je možno rozlišit aerobní a anaerobní (kompostové) mokřady.

Rozdíl anaerobního a aerobního mokřadu spočívá v povaze chemických reakcí, které v něm probíhají. Aerobní mokřady jsou zakládány za účelem dočištění čistě alkalických důlních vod. Hlavní reakcí, která v tomto typu mokřadu probíhá, je oxidace a následná hydrolýza kovů. Ta způsobuje srážení hydroxidů Al, Fe a Mn (a sorpci kovů na ně) a ty jsou následně unášeny vodním proudem nebo se usazují v mokřadním systému.

Anaerobní mokřad je oproti aerobnímu budován za účelem dočištění kyselých důlních vod. Veškeré reakce jsou tedy redukčního charakteru s cílem zvýšit pH, přičemž katalyzátorem těchto reakcí je organická složka mokřadu.

Čerpání důlních vod na dole Kohinoor

Palivový kombinát Ústí, státní podnik, (dále též PKÚ, s. p.) zajišťuje čerpání a čištění důlních vod na lokalitě bývalého hnědouhelného dolu Kohinoor od roku 2004, kdy se stal právním nástupcem akciové společnosti Důl Kohinoor. V roce 2010 zahájil čerpání důlních vod na dole Kohinoor nově vybudovanou technologií ponornými čerpadly umístěnými v jámě MR1.

Je tak zajištěno trvalé odvodňování centrální části SHP ve vazbě na známé i v budoucnu předpokládané postupy lomových provozů. V rámci zahlazování následků hornické činnosti je kontinuálně prováděno čerpání důlních vod na bývalém dole Kohinoor s udržováním úrovně hladiny v jámě MR1 na kótě –20 m n. m. Prostor bývalého dolu Kohinoor je z hydrogeologického hlediska nejvhodnější místo pro udržování hladiny důlních vod na určité úrovni, která vyhovuje plánovaným postupům povrchového hnědouhelného lomu Bílina i případnému budoucímu rozvoji těžebních lokalit v mosteckém regionu. V čerpání důlních vod bude nutné z výše uvedeného důvodu pokračovat i v letech následujících. Čerpané důlní vody jsou odváděny potrubím do retenční nádrže pod východní patou popelové skládky K4 sever a z retenční nádrže jsou odváděny dále do Mračného potoka a řeky Bíliny.

V současné době již, dle předpokladů, plně nepostačuje kapacita stávající retenční nádrže pro dostatečné vyčištění důlních vod aerobní cestou s oxidací a následnou sedimentací vysrážených kovů, zejména Fe. Z výše uvedeného důvodu byla v roce 2013 zahájena projektová příprava Biotechnologického systému k úpravě a čištění důlních vod.

Biotechnologický systém čištění důlních vod z MR1

PKÚ, s. p., plánuje v následujících letech výstavbu biotechnologického systému pro čištění důlních vod z čerpací stanice MR1 (dále též BTS ČDV). Tato nová čistírna důlních vod bude stát v katastrálním území Mariánské Radčice v dobývacím prostoru Lom II, převážně na ploše dotčené hlubinným dobýváním hnědého uhlí v dolu Kohinoor s již ukončenou těžbou.

Hlavním účelem stavby je dočištění důlních vod přiváděných z provozu čerpací stanice MR1 při nízkých provozních nákladech. Z tohoto důvodu je soustava navržena tak, aby její provoz vyžadoval minimální obsluhu a údržbu, a umožňoval tak výraznou finanční úsporu v dlouhodobém měřítku.

Klíčovou roli při správné funkci systému hraje provoz čerpacího zařízení, jež musí být udržován v bezvadném stavu, aktivní provzdušňování a odkalování nádrží dle aktuálních potřeb.

V rámci stavby bude postaveno celkem 7 nádrží mokřadní čistírny o celkové rozloze přesahující 2,5 ha a 1300 m2 velké vegetační kalové pole pro odvodnění kalu odtěženého pomocí sacího bagru, či jiného technického zařízení z prostorů usazovacích nádrží. Odvodnění kalu bude probíhat zejména evapotranspirací mokřadními rostlinami a odpařováním vody ze sedimentu.

Stavba je z důvodu celkové optimalizace soustavy (využití pro podporované pasivní provzdušnění a gravitační odtok vody) členěna do čtyř výškových úrovní.

Na nejvyšší úrovni budou zřízeny nádrže A.1 a A.2. Jedná se o usazovací nádrž s pohyblivými přepážkami (A.2) a mokřad (A.1).

B.1, B.2 a C.1, C.2 jsou všechny řešeny jako nádrže zemní, těsněné hydroizolační fólií. Oproti předchozím však nebudou tyto nádrže dosahovat stejné hloubky, která je zapotřebí u usazovacích nádrží, a navíc budou mělkými pásmy s kačírkem a mokřadní vegetací (makrofyty místní provenience) rozděleny do několika hlubších úseků, ve kterých budou umístěny aktivní provzdušňovací elementy.

Účelem nádrže D, jež je z důvodu celkového promísení vody a stabilizace všech odtokových parametrů navržena pouze jedna, je celkové dočištění důlní vody a stabilizace odtokových parametrů před jejím vypuštěním do recipientu. Díky denitrifikaci dusičnanů v předchozím stupni se předpokládá zejména snížení celkového obsahu dusíku a sedimentace posledních případných zbytkových částic hydroxidů železa a manganu. Nádrž je vnitřními zemními hrázemi rozdělena tak, aby byl zajištěn rovnoměrný průtok a využit celý prostor nádrže. Svahy vnitřních hrází i boční svahy mají pozvolný sklon, který umožňuje stabilizaci širokého litorálního pásma s rozvojem mokřadní vegetace s navázaným rozvojem druhové rozmanitosti – vodní a mokřadní fauny i flóry.

Náhradou za kácení dřevin a odstranění křovin bude na závěr výstavby provedeno osetí přilehlých ploch a svahů a výsadba zeleně a mokřadní vegetace, jež budou v kombinaci s aplikací protierozních rohoží a geomříží na svazích plnit nejen ochrannou funkci, ale zároveň začlení čistírnu do okolní krajiny a obnoví biotop narušený výstavbou.

Technickou část stavby tvoří především objekty aktivního provzdušňování v podobě 4 průmyslových dmychadel v nádržích B a C a 2 ponorná čerpadla k čerpání vyčištěných důlních vod do prostoru jezera Most. Výtlak obou čerpadel bude sveden do nového výtlačného potrubí o délce 420 m a převýšení 6 m, které bude zaústěno do současně provozovaného potrubí výtlaku vedeného na temeno výsypky a napojeného na potrubí s gravitačním odtokem vody do jezera (větev A).

Po dokončení výstavby bude probíhat po dobu jednoho roku zkušební provoz, který ověří funkci systému čištění za běžných i limitních podmínek provozu.

Stavba je navržena na čištění čerpaných důlních vod v následujícím rozsahu průtoků a koncentrací prvků:

Údaje o průtocích

minimální průtok
(při zastavení čerpání důlních vod)
Qmin = 0 l · s–1
běžný – návrhový průtok
(zapnuto 1 nebo 2 čerpadla)
Qběžné = 60–120 l · s–1
maximální návrhový průtok
(zapnuta tři čerpadla)
Qmax = 180 l · s–1

Charakteristika důlní vody na vstupu

Průměrné hodnoty z dosud prováděných analýz:
rozpuštěné látky (RL105) . . . 601,6 mg · l–1
rozpuštěné látky (RL550) . . . 490,3 mg · l–1
sulfát (SO4) . . . 85,7 mg · l–1
dusičnany (N–NH4) . . . 8,6 mg · l–1
pH . . . 7
Maxima hodnot z dosud prováděných analýz:
celkové železo (Fe) . . . 62 mg · l–1
mangan (Mn) . . . 1 mg · l–1
nerozpuštěné látky (NL) . . . 160 mg · l–1
rozpuštěné látky (RL105) . . . 870 mg · l–1
celkové železo (Fe) . . . 11 mg · l–1
mangan (Mn) . . . 0,4 mg · l–1
nerozpuštěné látky (NL) . . . 24,3 mg · l–1
rozpuštěné látky (RL550) . . . 740 mg · l–1
sulfát (SO4) . . . 250 mg · l–1
dusičnany (N–NH4) . . . 21 mg · l–1
pH . . . 7,8

Hlavním cílem výstavby výše zmíněného systému čištění je zejména možnost budoucího využití vyčištěných důlních vod. Vzhledem ke skutečnosti, že PKÚ, s. p., od roku 2014 ověřuje provoz vodního díla jezera Most a v letech minulých již byly vytvořeny předpoklady pro možnost dotace vodního díla důlními vodami čerpanými z jámy MR1 dolu Kohinoor (výstavba přivaděče důlních vod), jsou zmíněné důlní vody předurčeny k následnému využití pro potřebné doplnění odparu z volné hladiny jezera Most, zejména v letních měsících s vysokými teplotami a deficitem srážek.

Naplněním uvedeného cíle dojde k hospodárnému využití důlních vod, které nebudou bez užitku odtékat do povrchové vodoteče, ale přispějí k zdárnému dokončení revitalizace lokality bývalého hnědouhelného lomu.

Literatura

[1] Černík M. et al.: Geochemie a remediace důlních vod. Aquatest, a. s., Praha 2009

[2] DS P „Kohinoor – Mariánské Radčice, Biotechnologický systém ČDV z MR1“ červenec 2015, Terén Design, s. r. o.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Technické vědy

O autorech

Josef Švec

Jakub Lašek

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné