Geochemický vývoj důlních vod vodní jámy Žofie

Transkript

1 Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd Aleš Trčka Geochemický vývoj důlních vod vodní jámy Žofie Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. RNDr. Josef Zeman, CSc. Brno 2010

2 2009 Aleš Trčka Všechna práva vyhrazena

3 Jméno a příjmení autora: Aleš Trčka Název bakalářské práce: Geochemický vývoj důlních vod vodní jámy Ţofie Název v angličtině: Geochemical evolution of mine water from shaft Ţofie Studijní program: Geologie Studijní obor: Geologie Vedoucí bakalářské práce: doc. RNDr. Josef Zeman, CSc. Rok obhajoby: 2010 Anotace: Od roku 2002 dochází k systematické změně geochemie důlních vod vodní jámy Ţofie v petřvaldské dílčí pánvi v české části hornoslezské černouhelné pánve. Důlní vody jsou vypouštěny do Rychvaldské struţky, kde mohou ovlivnit ekosystémy a mít vliv na zdraví člověka. Cílem práce je zhodnocení dosavadního geochemického vývoje vod a posouzení potenciálních rizik. Annotation: Since 2002 there is a systematic change in mine water geochemistry of water in the shaft Ţofie in Petřvald sub-basin in Czech part of Upper Silesian coal basin. Mine water is discharged into Rychvaldská struţka, where it may affect ecosystems and human health. The aim of this work is to evaluate the existing geochemical evolution of water and assess of potential risks.

4 Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně a s použitím literatury uvedené v seznamu literatury.

5 Poděkování Za pomoc a konzultace s tvorbou práce, které mi poskytl během vypracování, děkuji panu doc. RNDr. Josef Zemanovi, CSc.

6 Obsah 1 Úvod Přehled literárních údajů Vodní jáma Žofie Obecné složení důlních vod Konduktivita RAS ph Chloridy Sírany Železo Mangan Aktivita radia Metodika Výsledky měření Konduktivita RAS ph Chloridy Sírany Železo Mangan Aktivita radia Závěr Literatura Seznam příloh

7 1 Úvod Vodní jáma Ţofie se od roku 1999 pouţívá k odčerpávání důlních vod. Odčerpaná voda je vypouštěna do Rychvaldské struţky, odkud se postupně dostává do řeky Odry. Z tohoto důvodu je velmi důleţité sledovat kvalitu vypouštěných vod, případně provádět vhodná opatření slouţící k zabránění kontaminace okolí. Důlní vody obsahují vysoké koncentrace některých iontů, které mohou mít nepříznivý vliv na ekosystémy v okolí Petřvaldské struţky. Zvláštní pozornost se věnuje obsahu radia a prvkům vznikajícím při jeho rozpadu. Radium je sledováno pro jeho karcinogenní účinky. Sloţení vody má významný vliv nejenom na ţivot organismů ţijících ve vodě, ale také na organismy ţijící v okolí vodního toku a na kvalitu podzemní vody. Měření prokázala, ţe od roku 2002 dochází ke změnám sloţení důlních vod, proto je třeba v zájmu ochrany ţivotního prostředí důkladně sledovat sloţení vody ve vodní jámě Ţofie. Bakalářská práce se zabývá zpracováním výsledků analýz důlních vod vodní jámy Ţofie, popsáním vzniku a účinky radia, metodikou terénního měření. Také se v ní zabývám trendy vývoje chemického sloţení důlních vod. 6

8 2 Přehled literárních údajů 2.1 Vodní jáma Žofie Vodní jáma Ţofie se nachází v katastru obce Orlová, v městské části Poruba. Lokalizace obce Orlová je uvedena na obr. 1 a lokalizace vodní jámy Ţofie na obr. 2. Obr. 1 Lokalizace obce Orlová, ve které se nachází vodní jáma Ţofie ( 2010). 7

9 Obr. 2 Obec Orlová, kde se nachází vodní jáma Ţofie ( 2010). Z geologického hlediska se vodní jáma Ţofie nachází v oblasti Petřvaldské dílčí pánve, která je součástí Hornoslezské pánve. Rozloha Hornoslezské pánve je přibliţně 7000 km 2, na území České republiky se však nachází pouze 1500 km 2. Tato pánev se dělí na čtyři dílčí oblasti: Ostravskou dílčí pánev Petřvaldskou dílčí pánev Karvinskou dílčí pánev Frenštátskou dílčí pánev Vymezení pánví je uvedeno na obr. 3. 8

10 Obr. 3 Rozdělení hornoslezské pánve na jednotlivé dílčí pánev (Grmela, 2008). Hornoslezská pánev je součástí karpatské předhlubně, součásti Západních Karpat. Na východě a jihovýchodě je ohraničena beskydskými příkrovy. Západní hranici tvoří kulm Nízkého Jeseníku (součást moravosilezika). Z hlediska těţby uhlí se česká část Hornoslezské pánve dělí na: Ostravsko-karvinský revír Příborsko-těšínský revír Podbeskydský revír Podloţí Ostravské pánve je tvořeno krystalinikem, na kterém docházelo k ukládání devonských bazálních klastik (dolomity, vápence). Svrchní část devonu a spodní namur je v kulmském vývoji. Kulm je tvořen prachovci, jílovci a jemnozrnnými pískovci. Svrchní karbon je zastoupen ostravským a karvinským souvrstvím. V ostravském souvrství se střídají mořské, brakické a kontinentální facie. Tento cyklus je způsoben cyklickými změnami v prostředí. K ukládání sedimentů docházelo v mělkých mořských zálivech, přílivových mělčinách, lagunách, řekách, jezerech a rašeliništích. Ostravské souvrství je tvořeno prachovci, uhelnými slojemi, jílovci a hrubozrnnými pískovci. Uhelné sloje jsou tvo- 9

11 řeny zuhelnatělými zbytky stromových přesliček a plavuní. Uhelných sloje vznikaly v obdobích většího rozšíření rašelinišť. Pokryv ostravské pánve je tvořen terciérními a kvartérními sedimenty a horninami beskydského flyše. V období kvartéru docházelo k opakovanému zalednění ostravské pánve. Z tohoto období pochází glaciální, fluviální, glacifluviální a eolické sedimenty (štěrky, písky, spraše) (Chlupáč, 2002). V současnosti je oblast výrazně ovlivněna působením člověka, souvisejícím zejména s hornickou a průmyslovou činností. Petřvaldská dílčí pánev tvoří střední část Ostravsko-karvinského revíru. Na západě sousedí s Ostravskou dílčí pánví, na východě sousedí s Karvinskou dílčí pánví. Na severu je ohraničena bohumínsko-dětmarovickým výmolem, na jihu tvoří okraj pánve hlavní bludovický výmol. Vodní jáma Ţofie se nachází na místě bývalého černouhelného dolu. Těţba uhlí na dole Ţofie byla zahájena v roce 1874 a ukončena v roce Od roku 1999 se vyuţívá jako čerpací stanice důlní vody a slouţí k ochraně okolních činných dolů před přítokem důlní vody. Odčerpané důlní vody jsou vypouštěny do Rychvaldské struţky, jednoho z přítoků Odry. Limitní hodnota mnoţství vypouštěné vody je 1,89 mil. m 3 /rok 2.2 Obecné složení důlních vod Důlní vody mají velice proměnlivé chemické sloţení. Sloţení důlních vod se liší podle typu dolů (například uhelné doly, uranové doly, doly po těţbě ţelezných i neţelezných rud, atd.). Sloţení důlní vody je závislé zejména na chemickém sloţení okolních hornin, sloţení přitékající vody a na jejím mnoţství. Jejich chemické sloţení je také výrazně ovlivněno antropogenní činností. Sloţení důlní vody ovlivňují chemické látky pouţívané při těţbě některých surovin, stroje a zařízení v dolech, výztuţe aj. Důlní vody se vyznačují značnou mineralizací, neboť u nich dochází k vyluhování minerálů z okolních hornin. Před zahájením těţby a čerpání důlních vod je obsah kyslíku podobný jako v běţných podzemních vodách. Po zahájení čerpání důlních vod klesá hladina podzemní vody. Horniny, které se dříve nacházely pod hladinou podzemní vody, se dostávají nad hladinu a jsou vystaveny působení kyslíku. Probíhají oxidační procesy (např. oxidace ţeleza, síranů). Vyšší obsah kyslíku je také způsoben ventilací podzemních prostor, raţbou tunelů a šachet. Kyslík se tak snadněji dostává k horninám v podzemí. Po 10

12 ukončení těţby hladina podzemní vody opět stoupá a dochází k opětovnému zaplavení hornin. Kvůli nedostatku kyslíku v horninách probíhají redukční procesy (např. redukce ţeleza, manganu) (Zeman, 2004). V důlních vodách bývá během těţby také větší mnoţství mikroorganismů, neţ je v podzemních vodách obvyklé. Tyto mikroorganismy mají vliv na průběh biochemických reakcí. Jejich zvýšení mnoţství bývá způsobeno vyšším obsahem kyslíku. V okolí rudních loţisek se vyskytují chemolitotrofní bakterie (např. sirné bakterie), které získávají energii rozkladem anorganických látek. Průtok podzemních je v průběhu roku poměrně stálý, není ovlivňovaný výkyvy sráţek natolik, jako průtok u povrchových vod a vliv atmosférických sráţek se projevuje aţ s výrazným zpoţděním v závislosti na rychlosti infiltrace. Sloţení vody je vlivem nízkých změn v průtoku vody stálejší neţ u povrchových toků. Také teplota je po většinu roku stálá. Nejsou zde příliš velké rozdíly v teplotě vody mezi jednotlivými ročními obdobími. Při stanovení sloţení vody se určuje celková mineralizace vody, obsah jednotlivých iontů, obsah organických látek. Stanovuje se také ph a vodivost (konduktivita). Z hlediska vlivu na ţivotní prostředí je důleţité sledovat zejména obsahy těţkých kovů, radioaktivních látek, některých vybraných iontů a organických látek Konduktivita Konduktivita (elektrická vodivost) je fyzikální veličina, která popisuje schopnost látek vést elektrický proud. Konduktivita vody závisí zejména na obsahu minerálů ve vodě, ale je také ovlivněna nábojem iontů, jejich pohyblivosti a teplotě. Důlní vody se vyznačují vysokou konduktivitou, která je způsobená jejich vysokou mineralizací RAS Mnoţství rozpuštěných anorganických solí (RAS) udává sumu všech rozpuštěných anorganických minerálních látek. Pouţívá se k vyjádření celkové mineralizace vody. 11

13 2.2.3 ph Veličina ph určuje kyselost (respektive zásaditost) vody. Ovlivňuje průběh chemických, fyzikálně-chemických a biochemických procesů ve vodě. Kvůli tomu je hodnota ph velmi důleţitá pro ţivot vodních organismů Chloridy Chloridy se do vody dostávají rozpouštěním solí, zejména halitu (NaCl), sylvínu (KCl) a karnalitu. Proto jejich koncentrace úzce souvisí s koncentracemi sodíku a draslíku. Vysoký obsah chloridů bývá způsoben antropogenním znečištěním a vysoké koncentrace se také vyskytují ve vodách fosilního původu. Chloridy prakticky nevytváří nerozpustné sloučeniny a adsorbují se jen velmi omezeně, proto se mohou vodou šířit na velké vzdálenosti bez výrazného poklesu koncentrace. Jsou chemicky i biochemicky stabilní Sírany V důlních vodách bývají sírany jedny z hlavních aniontů ve vodě. Vznikají při oxidaci sulfidických rud (hlavní zdroj síranů v důlních vodách) a také rozpouštěním sádrovce a anhydritu. V anaerobních podmínkách dochází k redukci síranů na sulfidy. Redukce síranů probíhá zejména při biochemických reakcích způsobených bakteriemi. V oxických a anoxických podmínkách jsou sírany stabilní. Sírany vytváří málo rozpustné sloučeniny síran barnatý baryt (BaSO 4 ) a dihydrát síranu vápenatého sádrovec (CaSO 4 2H 2 O). Síran barnatý dokáţe zachycovat radium rozpuštěné ve vodě a tím sniţovat jeho koncentraci Železo Ve vodě se ţelezo vyskytuje ve formách Fe 2+ a Fe 3+. V důlních vodách se obvykle vyskytuje jako Fe 2+, coţ je způsobeno nedostatkem kyslíku. Při vyšší koncentraci kyslíku se vyskytuje ve formě Fe 3+. V této formě se vyskytuje hlavně v povrchových tocích. Ţelezo se do vod dostává zvětráváním ţelezných rud (pyrit, krevel, magnetit, limonit, siderit) a také je obsaţeno v hlinitokřemičitanech. Pouhým rozpouštěním těchto rud se 12

14 vody obohacují pouze málo. Vysoké koncentrace ţeleza se vyskytují zejména v kyselých vodách. Kyselé důlní vody vznikají zejména při oxidaci sulfidů. Oxidace pyritu při probíhá podle následující rovnice 4 FeS O H 2 O = 4 Fe SO H + Tato reakce způsobuje uvolňování síranů do vody a sniţování ph. V anoxických podmínkách se pyrit rozkládá podle rovnice: FeS CO H 2 O = Fe HCO 3 + H 2 S + S I při těchto procesech dochází k významnému poklesu ph vody produkcí sulfánu. Zvýšení koncentrací ţeleza mohou způsobit i antropogenní vlivy (průmyslové odpady) nebo korozní procesy Mangan Mangan se ve vodě vyskytuje obvykle současně s ţelezem, proto bývají v místech výskytu ţelezných rud jeho koncentrace zvýšené. Obsah manganu ve vodě je většinou niţší neţ obsah ţeleza. Do vody se také můţe uvolňovat z manganových rud (burel, braunit, hausmanit, manganit), sedimentů nebo průmyslových provozů. Mangan se v přírodních vodách vyskytuje ve formě Mn 2+, Mn 3+ a Mn 4+. Mn 2+ je ve vodách s vyšším obsahem kyslíku nestabilní a rychle se oxiduje. Vznikají různé oxidy manganu, například MnO 2, Mn 2 O 3. Tyto reakce probíhají zejména při alkalickém ph, které mají i vody vodní jámy Ţofie. Rychlost oxidace manganu je však zpomalována přítomností síranů. Oxidace manganu není způsobena pouze chemickými reakcemi, ale také biochemickými procesy za pomoci manganových bakterií Aktivita radia Důlní vody se často vyznačují zvýšeným obsahem radioaktivních látek. Mezi nejsledovanější radioaktivní prvky patří radium, konkrétně jeho izotop 226 Ra. Tento izotop s poločasem rozpadu 1600 let vzniká při rozpadu uranu ( 238 U) (Grmela, 2008). Při rozpadu 226 Ra je zároveň generováno záření α a γ, které je velmi nebezpečné kvůli karcinogenním účinkům na ţivé organismy. Produktem rozpadu 226 Ra je radon ( 222 Rn), který je také radioaktivní. Záření alfa je tvořeno proudem jader helia. Je nejméně pronikavé ze všech typů radioaktivního záření, ale má silné ionizační účinky. Neprochází pokoţkou, avšak je 13

15 nebezpečné, pokud se do těla dostane například v potravě nebo vodě. Záření gamma je vysokoenergetické záření. Je mnohem pronikavější neţ záření alfa, ale má slabší ionizující účinky. Nejnebezpečnější jsou radioaktivní prvky s dlouhým poločasem rozpadu, vysokou akumulační schopností a velkou energií záření. Mezi tyto radionuklidy patří i 226 Ra. Aktivita radioaktivních látek se udává v becquerelech (Bq). Becquerel udává počet rozpadů radioaktivních látek za 1 sekundu. Aktivita přímo závisí na mnoţství radionuklidů. Radioaktivní prvky se z vody odstraňují pomocí adsorpce nebo spolusráţením. K odstraňování radia z vody se vyuţívá spolusráţení se síranem barnatým (BaSO 4 ). Dalším způsobem odstranění radioaktivních prvků je adsorpce radia na hydratované oxidy ţeleza nebo hliníku. 14

16 3 Metodika Při odběru vzorků vody i sedimentů je třeba dodrţet několik zásad. Vzorky musí být odebírány stejným způsobem, v pravidelných intervalech a na stejných místech. V opačném případě by došlo ke zkreslení výsledků analýz. Vzorky je potřeba dopravit do laboratoří v co nejkratším termínu, aby bylo dosaţeno co nejpřesnějších výsledků. Odběry vzorků vody z vodní jámy Ţofie byly prováděny společností DIAMO s.p. Celkem bylo odebíráno 6 vzorků důlní vody. Vzorky vody byly odebírány v ranních hodinách (před ukončením čerpání vody) do plastových pětilitrových lahví. Přímo na místě bylo prováděno měření ph, Eh a konduktivity. Hodnoty těchto veličin byly měřeny přístrojem WTW Multi 340i (Grmela, 2008). Vzorky vody byly analyzovány v laboratořích Institutu geologického inţenýrství VŠB (IGI VŠB), Zdravotního ústavu Ostrava (ZÚO) a Státního úřadu pro jadernou bezpečnost Ostrava (SÚJB). V laboratořích IGI bylo změřeno ph, Eh, konduktivita, hydrogenuhličitany, Ca, Mg, Na, K, chloridy, Fe, Mn, Ba, rozpuštěné látky 105 C a KNK 4,5 (kyselinová neutralizační kapacita do ph 4,5). V laboratořích ZÚO byly analyzovány sírany, jodidy a bromidy. Objemová aktivita 226 Ra byla stanovena v laboratoři SÚJB. Obsah hydrogenuhličitanů se stanovuje výpočtem z KNK 4,5. Mnoţství rozpuštěných látek (RL 105 ) se stanovuje gravimetricky po odpaření vzorku vody a sušení při 105 C. Obsah Ca se zjišťuje pomocí odměrné analýzy s EDTA. Mnoţství hořčíku bylo určeno diferenčně z celkové tvrdosti a obsahu vápníku. Sodík a hořčík byl stanoven pomocí plamenové emisní spektrometrie. Chloridy se stanovují argentometricky s pouţitím chromanu draselného jako indikátoru. Obsah ţeleza, hořčíku a barya se určuje pomocí plamenové atomové absorpční spektrometrie (AAS). Sírany a bromidy se stanovují iontovou chromatografií. Koncentrace bromidů se zjišťuje za pomocí iontové chromatografie. Ke zjištění objemové aktivity 226 Ra se vyuţívá spolusráţecí metody (Grmela, 2008). 15

17 4 Výsledky měření U důlních vod vodní jámy Ţofie je největší pozornost zaměřena na hodnoty ph, konduktivity, obsahy rozpuštěných anorganických solí (RAS), chloridů, síranů, ţeleza, manganu a na celkovou aktivitu 226 Ra. U těchto iontů byly zjištěny nejvyšší koncentrace, které se v některých případech blíţí limitním hodnotám pro vypouštění do povrchových vod. Při analýzách jsou stanovovány i obsahy dalších prvků, ale jejich obsahy jsou nízké a nehrozí překročení limitů. 4.1 Konduktivita V průběhu roku se projevují velké výkyvy ve vodivosti vody, jejich příčinou je proměnlivý průtok podzemních vod a s tím související změny koncentrace minerálních látek. Přestoţe jsou hodnoty elektrické konduktivity silně rozkolísané, průměrná hodnota elektrické konduktivity nevykazuje vzestupný nebo sestupný trend (obr. 4). Obr. 4 Vývoj konduktivity důlních vod vodní jámy Ţofie. 16

18 4.2 RAS Z naměřených hodnot vyplývá, ţe důlní vody vodní jámy Ţofie jsou velmi silně mineralizované. Po počátečním mírném vzestupu koncentrací rozpuštěných anorganických solí došlo k ustálení koncentrace a zastavení jejího vzestupu. Růst koncentrací rozpuštěných anorganických solí byl pravděpodobně způsobený změnami v reţimu čerpání důlních vod po zastavení těţby. Zvýšení koncentrací solí bylo také způsobeno redukčními procesy v zaplavených horninách (Zeman, 2004). Projevují se však poměrně velké výkyvy v koncentracích mezi jednotlivými měřeními (obr. 5). V budoucnu zřejmě i přes občasné výkyvy nebude docházet ke změnám koncentrace RAS. Obr. 5 Graf vývoje koncentrace rozpuštěných anorganických solí důlních vod vodní jámy Ţofie. Z grafu vývoje koncentrace rozpuštěných anorganických solí a vývoje elektrické konduktivity je patrná závislost mezi těmito veličinami. Konduktivita se zvyšuje přímo úměrně s koncentrací rozpuštěných anorganických solí (obr. 6). Oba grafy mají stejný trend a i výkyvy v hodnotách el. konduktivity kopírují změny v koncentraci rozpuštěných solí. 17

19 Obr. 6 Závislost konduktivity na hodnotách koncentrace rozpuštěných anorganických solí. 4.3 ph Naměřené hodnoty ph u důlních vod Vodní jámy Ţofie se pohybují v rozmezí 7,11 8,27, coţ odpovídá slabě zásadité vodě. V průběhu monitoringu dochází k pomalému poklesu hodnot ph. Tento pokles je zřejmě způsobený zejména oxidací ţeleza, manganu a také sulfidů (pyrit). Oxidace však probíhá jen velmi pomalu a v omezené míře, proto je pokles ph velmi pozvolný. Projevuje se také velký rozptyl hodnot ph mezi jednotlivými měřeními (obr. 7). Pro důlní vody z těţby uhlí jsou povoleny hodnoty ph v rozmezí 6 9. ph vypouštěné důlní vody nepřekračuje limitní hodnoty. 18

20 Obr. 7 Vývoj hodnot ph důlních vod vodní jámy Ţofie. 4.4 Chloridy Obsah chloridů v důlní vodě Vodní jámy Ţofie zpočátku mírně stoupal, ale od roku 2004 se koncentrace chloridů téměř nemění (obr. 8). Zdrojem chloridů jsou zřejmě soli, které se vyskytují v důlní jámě a nedochází ke kontaminaci z okolí. V budoucnosti nebude docházet k významným změnám v obsahu chloridů. 19

21 Obr. 8 Vývoj koncentrace chloridů důlních vod vodní jámy Ţofie. S koncentrací chloridů také úzce souvisí elektrická konduktivita vody, coţ je dobře patrné na následujícím grafu (obr. 9). Při zvyšování koncentrace chloridů se zvyšuje konduktivita vody a naopak při poklesu koncentrace chloridů klesají hodnoty konduktivity vod. Vzhledem k ustálení mnoţství chloridů ve vodě došlo i k ustálení hodnot elektrické konduktivity. 20

22 Obr. 9 Vývoj konduktivity a koncentrace chloridů důlních vod vodní jámy Ţofie. Limit pro obsah chloridů v povrchových vodách je 250 mg/l. Koncentrace chloridů ve vodách vodní jámy Ţofie překračuje stanovený limit. 4.5 Sírany Koncentrace síranů ve vodě Vodní jámy Ţofie postupně klesala, od roku 2005 dochází k ustálení obsahu síranů. Ve druhé polovině roku 2007 došlo ke zvýšení koncentrace síranů (obr. 10). Zvýšení obsahu síranů můţe být způsobeno oxidací sulfidů. Oxidace sulfidů se však projevuje výrazným poklesem ph, zatímco ph vodní jámy Ţofie je poměrně stabilní, bez výraznějších změn. K oxidaci sulfidů proto zřejmě dochází pouze v omezené míře. Mnoţství síranů je pod poţadovanými limity pro vypouštění do povrchových vod a v budoucnosti pravděpodobně nedojde ke zvýšení mnoţství síranů nad tyto hodnoty. Limitní koncentrace síranů v povrchových vodách je 300 mg/l. Při analýze vzorků vody nebylo zjištěno překročení limitů pro obsah síranů. 21

23 Obr. 10 Vývoj koncentrace síranů důlních vod vodní jámy Ţofie. 4.6 Železo Ve vodách Vodní jámy Ţofie došlo krátce po zahájení čerpání k poklesu obsahu ţeleza na velmi nízké hodnoty (setiny mg/l). V roce 2004 však obsah ţeleza začal pozvolna stoupat aţ na průměrnou hodnotu 19 mg/l. V roce 2007 došlo k zastavení růstu koncentrací ţeleza (obr. 11). 22

24 Obr. 11 Vývoj koncentrace ţeleza důlních vod vodní jámy Ţofie. Hlavním zdrojem ţeleza pravděpodobně budou sloučeniny neobsahující síru (projevily by se sníţením ph). Rozpuštěné ţelezo se za daných podmínek mírně alkalické ph musí nacházet ve dvojmocném stavu, jako trojmocné vytváří velmi nerozpustné oxyhydroxidy. Hlavním zdrojem rozpuštěného ţeleza budou redukční procesy, které způsobují, ţe se redukuje trojmocné ţelezo vázáné v oxyhydroxidech na dvojmocné, které můţe v daných podmínkách volně migrovat. Další část bude vyplavována z pórů v horninách. Pro tento proces svědčí i změny v koncentraci síranů. Po zvýšení koncentrací síranů došlo ke zvýšení obsahu ţeleza v důlní vodě (obr. 12). Oxidace sulfidů se na uvolňování ţeleza do vody podílí pouze v menší míře. Na následujícím grafu je viditelná závislost mezi koncentracemi ţeleza a síranů. 23

25 Obr. 12 Vývoj koncentrací síranů a ţeleza v důlních vodách vodní jámy Ţofie. Limitní koncentrace ţeleza pro vypouštění důlních vod je 5 mg/l. Koncentrace ţeleza v důlní vodě překračuje stanovený limit. Ţelezo sice není toxické, ale způsobuje spotřebování rozpuštěného kyslíku a tak má nepříznivý vliv na vodní organismy, zejména ryby. 4.7 Mangan V důlních vodách Vodní jámy Ţofie dochází k pomalému poklesu koncentrací manganu. Koncentrace manganu budou v budoucnu zřejmě dále klesat (obr. 13). Mangan je zdravotně nezávadný a pro ţivočichy a rostliny je dokonce nezbytný. Přípustná koncentrace manganu v důlních vodách je 0,5 mg/l. Obsah manganu ve vodách vodní jámy Ţofie je niţší neţ limit. 24

26 Obr. 13 Vývoj koncentrací manganu v důlních vodách vodní jámy Ţofie. 4.8 Aktivita radia Po zahájení čerpání došlo k pozvolnému zvyšování aktivity radia. Od roku 2008 zůstává aktivita radia na přibliţně stejné úrovni (obr. 14). Limit pro aktivitu radia v povrchových vodách je 0,3 Bq/l. Hodnoty aktivity radia přímo v důlních vodách jsou od roku 2003 zhruba trojnásobně překračovány a tak je třeba vývoji aktivity radia věnovat zvýšenou pozornost. 25

27 Obr. 14 Vývoj aktivity radia v důlních vodách vodní jámy Ţofie. Přestoţe se dá předpokládat přímá souvislost mezi aktivitou radia a koncentracemi síranů, protoţe radium vytváří nerozpustný síran radnatý RaSO 4, a vyšší koncentrace síranů by měla vést k niţší aktivitě radia, vyhodnocení dat z monitoringu tuto závislsot nepotvrzuje. Na následujícím grafu je patrná výrazná rozkolísanost koncentrací síranů a aktivity radia (obr. 15). Dalším vlivem by mohlo být spolusráţení radia s baryem v síranu barnatém (barytu), Ani tato závislost však nebyla přímo potvrzena. 26

28 Obr. 15 Závislost aktivity radia na koncentraci síranů v důlních vodách vodní jámy Ţofie. 27

29 5 Závěr Přestoţe se v koncentracích jednotlivých sloţek v důlních vodách vodní jámy Ţofie projevují výkyvy, obsahy zřejmě budou pomalu klesat nebo se drţet na stálé úrovni. Koncentrace RAS zřejmě nebude dále stoupat. Zastavení růstu obsahu solí je pravděpodobně způsobeno ustálením podmínek po zahájení čerpání důlních vod a také změnou oxidačně redukčních podmínek. Konduktivita vody je přímo závislá na koncentraci RAS. Hodnoty konduktivity proto kopírují vývoj koncentrací RAS. Stejný průběh má i koncentrace chloridů, které mají největší vliv na konduktivitu vody. Obsah síranů ve vodě se mírně zvýšil, ale nehrozí překročení limitních koncentrací. Vyšší obsah síranů má vliv na sníţení aktivity radia. Ţelezo se do důlní vody vody dostává redukčním rozpouštěním oxyhydroxidů ţeleza, které se v důlních dílech nakumulovaly v průběhu těţby. Po období zvyšování aktivity radia došlo k zastavení růstu. Aktivita radia se zřejmě nebude opětovně zvyšovat. Vývoj aktivity radia má jen omezenou souvislost se změnami koncentrace síranů. 28

30 6 Literatura Diamo [online] [cit ]. Ţofie. Dostupné z: < Grmela A. Jelínek P. Mališ J. - Slivka V. Databáze dostupných dat o chemickém sloţení vod petřvaldské dílčí pánve OKR.. Ostrava, 2008, s Chlupáč I. Geologická minulost České republiky. 1. vydání. Praha: Academia, s. Mapy.cz [online] [cit ] Dostupné z: < Pitter P. Hydrochemie. 3. přepracované vydání. Praha: Vydavatelství VŠCHT, s. Zeman, Josef - Kopřiva, Antonín - Jeţ, Jiří. Vyhodnocení dlouhodobých a sezónních trendů na příkladech přirozeného vývoje chemického sloţení důlních vod po zatopení dolů. In Zpracování a interpretace dat z průzkumných a sanačních prací vyd. Pelhřimov: Vodní zdroje Ekomonitor, s

31 7 Seznam příloh Příloha č. 1: Výsledky analýz důlních vod vodní jámy Ţofie Rok Datum konduktivita [μs.cm -1 ] RAS [mg.dm -3 ] ph chloridy [mg.dm -3 ] sírany [mg.dm -3 ] železo [mg.dm -3 ] mangan [mg.dm -3 ] , ,46 0, ,14 0, ,53 0, ,43 0, ,02 0, <0,01 <0, ,02 <0, ,27 0, ,05 0, ,11 0, ,53 0, ,10 0, ,16 0, , ,09 0, , , ,37 0, , <0, ,05 0, , <0,01 0, <20 0,03 0, , , , , , <20 0,28 0, <20 0, , <20 0,09 0, <20 0, <20 0, <20 0,05 30

32 <20 0,29 0, <20 1, , <20 0, , <20 0,23 0, , <20 0, , <20 0,10 0, , <20 0, , <20 1,25 0, , <20 1, , <20 0, , <20 20,60 0, , <20 8,70 0, , <20 8,60 0, , <20 2,07 0, , < , <20 1,41 0, , <20 60,40 0, <20 27, , ,1 18,90 0, , <20 18,60 0, , <20 17,60 0, , <20 50,50 0, , <20 0,58 0, , ,6 0, <20 30, <20 12, <20 7,78 0, <20 33, <20 4, <20 8,21 0, , ,93 0, <20 37, , ,50 0, <20 12, , ,30 0, , <20 6, , ,21 0, , <20 2,08 <0, , ,75 0, , ,20 0, , <20 15,40 0, , <20 2, ,38 18, ,11 0, , , , ,99 0,238 31

33 , , ,23 0, , , , ,49 0, , , , ,00 0, , ,70 0, , , , , , ,35 0, , ,20 0, , , , <25 9,25 0, , ,51 <25 30,677 0,227 Příloha č. 2: Naměřené hodnoty aktivity radia v důlních vodách vodní jámy Ţofie Rok Datum Aktivita 226 Ra [Bq.m -3 ] , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0 32

34 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0 33

35 , , , , , , , , , , ,0 34