MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV GEOLOGICKÝCH VĚD Kontaminace podzemních vod v areálu firmy Unipetrol, Litvínov Rešerše k bakalářské práci Lucie Ulrichová Vedoucí práce: Mgr. Adam Říčka, Ph.D. Brno 2014
Obsah 1. Úvod... 3 2. Geografické vymezení... 4 3. Přírodní poměry... 4 3.1. Geologický vývoj... 4 3.1.1. Proterozoikum krušnohorského krystalinika... 4 3.1.2. Paleozoikum... 4 3.1.3. Mezozoikum... 5 3.1.4. Terciér... 5 3.1.5. Kvartér... 6 3.2. Klimatické poměry... 6 3.3. Hydrologické poměry... 7 3.4. Hydrogeologické poměry... 8 4. Kontaminace... 9 4.1 Charakteristika kontaminantů... 9 4.1.1. Skupina benzen, toluen, ethylbenzen, xylen (BTEX):... 9 4.1.2. NEL... 10 4.1.3. MTBE... 10 5. Metodika... 10 5.1. Interpolace... 11 5.1.1. Interpolační metody... 11 6. Použitá literatura... 12 2
1. Úvod Tato rešerše k bakalářské práci Kontaminace podzemních vod v areálu firmy Unipetrol Litvínov popisuje přírodní podmínky v lokalitě Litvínov a jeho okolí. Firma Unipetrol, a. s. leží v Ústeckém kraji, jižně od středu města Litvínov, v severozápadním okraji České republiky. Je to akciová společnost, která se zabývá zpracováním ropy. Byla založena v roce 1995, od roku 2005 je součástí PKN ORLEN Group, jenž má za cíl zpracování surové ropy, velkoobchod, petrochemickou výrobu a prodej, a maloobchodní prodej motorových paliv. V roce 1939 byla na tomto místě vybudována firma Chemopetrol, jejímiž základními produkty byly pohonné hmoty. V prosinci 1942 začal být produkován benzín, v lednu 1943 pak motorová nafta. Areál firmy je dnes silně znečištěn skladováním, ukládáním a likvidací odpadů, a dochází ke kontaminaci podzemních vod a vodního prostředí. V areálu se nachází kontaminační mraky, které vzhledem k době vzniku náleží ke starým ekologickým zátěžím. Stará ekologická zátěž je závažná kontaminace podzemních a povrchových vod, horninového prostředí a stavebních konstrukcí, a ohrožuje tak zdraví člověka a složky životního prostředí (mzp.cz, 2015). Obr. 1 Topografická mapa s území Unipetrolu a.s. (mapy.cz, 19. 1. 2015) 3
2. Geografické vymezení Lokalita leží na území České republiky, v Ústeckém kraji blízko města Litvínov. Z regionálního hlediska jsou studovány Krušné hory, v Krušnohorské oblasti se jedná o mosteckou pánev. Zájmové území náleží provincii Česká vysočina, soustavě Krušnohorské, podsoustavě Podkrušnohorské, celku mostecká pánev, podcelku chomutovsko-teplická pánev, okrsku Komořanská kotlina (Demek et al., 2006). Nadmořská výška mostecké pánve se pohybuje v rozmezí 200-500 m n.m. Reliéf je ovlivněn lidskou činností - veškeré území je změněno, jelikož zde probíhá intenzivní hlubinná a povrchová těžba hnědého uhlí. V současné době je hnědouhelná sloj zatížena čtyřmi povrchovými lomy. Krušnohorská oblast je vymezena vůči jednotce středočeské podkrušnohorským zlomem. Na severovýchodě je oddělena od oblasti lugické, a to středosaským nasunutím. Na severozápadní straně přechází volně do sousedního Německa. Důležitý je krušnohorský zlom, pod kterým se rozprostírá mostecká pánev. Podél Krušnohorského zlomu se tyčí Krušné hory. Mostecká pánev má rozlohu kolem 1100 km 2 a je tak největší pánví oblasti Krušných hor. Rozkládá se na západní straně mezi Doupovskými horami a Českým středohořím na jihovýchodě a východě. Pánev je protáhlá ve směru ZJZ-VSV a měří kolem 70 km. Maximální šířka dosahuje 25 km (Krásný et al., 2012). 3. Přírodní poměry 3.1. Geologický vývoj 3.1.1. Proterozoikum krušnohorského krystalinika Litologicky představuje krušnohorské krystalinikum jednotku velmi pestrou. Horniny jsou patrně dvoufázově metamorfovány a intenzivně zvrásněny (Mísař et. al., 1983). 3.1.2. Paleozoikum Horniny tohoto stáří byly prokázány pouze na německé straně sasko-durynské oblasti. Jedná se o graptolitové břidlice a vápence (Chlupáč et al., 2002). 4
3.1.3. Mezozoikum Ve východní části podkrkonošské pánve známe výchozy triasových uloženin. Plošně rozsáhlejší jsou výskyty ve vnitrosudetské pánvi (Chlupáč et al., 2002). 3.1.4. Terciér Třetihory se skládají z několika souvrství: Starosedelského souvrství, které je svrchnoeocenního stáří. Tvoří ho jíly a písky a tvoří bazální souvrství sladkovodního terciéru mostecké pánve (Krásný et al., 2012). Střežovské souvrství je souvrství, které vzniklo z produktů vulkanické činnosti. Horniny tohoto souvrství jsou především vulkanodetritické horniny, fonolity a podružně i bazaltoidy (Malkovský et al., 1988). Mostecké souvrství je spodnomiocenního stáří. Je členěno na souvrství z podložních jílů a písků, z hnědouhelných slojí a ze souvrství nadložních jílů a písků (Krásný et al., 2012). 5
Obr. 2: Paleografická mapa spodního miocénu (podle Elznice in Chlupáč 2002, upraveno) 1 - jezerní pelity a svrchní částí sledu, 2 - bažinné prostředí a uhlotvorné močály 3 - říční a jezerní prostředí, 4 - náplavové kužely a delty, 5 - hlavní směry přínosu 6 - dílčí směry přínosu, 7 - izolinie mocností v žateckém přínosovém kuželu (deltě) 3.1.5. Kvartér Mostecká pánev patří k nahromaděným zónám navátých písků s převládajícím zastoupením spraší a pískoštěrkových teras. Na území se nacházejí pleistocenní deluvioeolické sedimenty, což jsou vrstevnaté, slabě vápnité, proměnlivě písčité hlíny (Malkovský et al., 1988). 3.2. Klimatické poměry Mostecká pánev patří do teplé klimatické oblasti (Quitt, 1971). Srážky v mostecké pánvi jsou nejvyšší na úpatí Krušnohorských hor, a to 700 mm, na vrcholcích dosahují až 900 6
mm. Od Krušných Hor směrem k jihu a na Žatecku srážky postupně ubírají na intenzitě a činí kolem 450-500 mm. Dlouhodobě nejvyšší teploty jsou naměřeny v Žatci (8,6 C), (Krásný et al., 2012). Obr.3: Klimatické regiony České republiky (Quitt 1971, upraveno) 3.3. Hydrologické poměry Hlavním tokem mostecké pánve je řeka Ohře. V přímé blízkosti areálu Unipetrol teče řeka Bílina, která protéká jihozápadně od areálu. Plocha povodí je 286,5 km2, průměrný průtok je 2,5 m 3 /s a vodní stav se průměrně pohybuje kolem 0,6m. Bílina má číslo hydrologického pořadí 1-14-01. Pramení na jihovýchodních svazích Kamenné hůrky ve výšce 785 m n.m. Tok přitéká z levé strany do řeky Labe v nadmořské výšce 132 m n.m. (Vlček et al., 1984). Jelikož zde probíhá intenzivní hlubinná a povrchová těžba hnědého uhlí, byl ráz řeky Bíliny změněn četnými přeložkami koryta toku. Bílina je závislá na řece Ohři a je posilována jejím převodem (Vlček et al., 1984). 7
Studovaným územím protéká Mračný potok, který odvodňuje oblast jihovýchodně od Unipetrolu a.s. Je to uměle vytvořený potok. Odvádí vodu ze skládek a odpad z firmy Unipetrol a.s. Část toku byla uměle uzavřena trubkou a svedena do umělého koryta. Ústí do řeky Bíliny poblíž železničního nádraží Most-Kopisty. 3.4. Hydrogeologické poměry Hydrogeologické poměry území úzce souvisí s její pestrou geologickou stavbou. Hlavním zdrojem podzemní vody jsou atmosférické srážky. V důsledku těžby hnědého uhlí, která se postupně zesilovala po dobu minimálně dvou posledních století, se mostecká pánev přeměnila v povrchově nejvíce zdevastovanou krajinu celé České republiky. Velikost a postup těžby zásadním způsobem ovlivňoval také hydrogeologické poměry v pánvi (Krásný et al., 2012). Obr. 4: Litologický řez severní částí mostecké pánve (podle Elznice in Chlupáč 2002, upraveno) 1 - krystalinické podloží, 2 - svrchní křída, 3 - terciérní vulkanity, 4 - podložní jíly a písky, 5 - uhelné sloje, 6 - uhelné jíly, 7 - písčité horniny, 8 - jílovité horniny 8
Nejprve se místní probíhající těžba v druhé polovině 19. století změnila na hlubinnou těžbu, ve většině území mostecké pánve, kde byly zjištěny dobyvatelné sloje. V polovině 20. století došlo ke změně technologie a začala se více uplatňovat povrchová těžba - zpočátku v malých lomech, a od 70. let až dodnes ve velkolomech. V malých lomech a velkolomech byly dopady předchozí hlubinné těžby do značné míry překryty důsledky pozdější povrchové těžby (Krásný et al., 2012). Mostecká pánev se nevyznačovala přítomností významných hydrogeologických kolektorů. Výjimkou byla teritoria se značným rozšířením převážně písčitých sedimentů v žatecké deltě, a také soubor písčitých sedimentů v nadloží uhelného sloje. Při hlubinné těžbě představovaly tyto zvodněné, většinou jemnozrnné písčité kolektory značné nebezpečí (Krásný et al., 2012). 4. Kontaminace Znečištění neboli kontaminace půd může pocházet současně z několika zdrojů. Může se jednat o pesticidy určené k hubení plevelů a škůdců, které mohou ovlivnit další organismy a okolí lokality. Dalším zdrojem kontaminace může být znečištění průmyslovými hnojivy, kdy dojde při nesprávném užití ke kontaminaci povrchové vody. Při kontaminaci těžkými kovy se důsledky projeví až po delším období a může dojít k oslabení organismů, popř. k jejich úhynu. Šíření kontaminace je ovlivněno transportními procesy. Hlavními transportními procesy jsou advekce, difuse, disperze, adsorpce s retardací a rozpad (Šráček et al., 2003). 4.1 Charakteristika kontaminantů 4.1.1. Skupina benzen, toluen, ethylbenzen, xylen (BTEX): Řadí se mezi kontaminační aromatické uhlovodíky. Areny obsahují benzenové jádro a jsou částečně rozpustné ve vodě. Nejtěkavější je z látek skupiny BTEX je xylen, dále ethylbenzen, pak toluen, a nejméně těkavý je benzen. Benzen se skládá z jádra C6H6 a další tři jsou sestaveny z jádra a z funkční skupiny viz obrázek 5 (Fetter, 1999). Areny se vyskytují na hladině podzemní vody jako volná fáze a jsou zdrojem mraku rozpuštěné kontaminace (Šráček et al., 2002). 9
Jejich hlavními zdroji v prostředí jsou místa těžby a zpracování ropy, chemický průmysl a automobilová doprava. Obr. 5: (podle Šráček 2002, upraveno) 4.1.2. NEL (nepolární extrahovatelné látky) jsou organické látky převážně uhlovodíkové povahy s nepolárním charakterem molekul, které se v podmínkách metody extrahují z půd nepolárními rozpouštědly, a při následném čištění extraktů od koextrahovaných polárních látek se nesorbují na florisilu. Tyto uhlovodíky pocházejí z minerálních olejů benzínu, motorové nafty a jiných látek, které znečišťují vody již při malých koncentracích (geology.cz, 2015). 4.1.3. MTBE (methyl-terc-butyl-ether) je chemická sloučenina, která je vyrobena chemickou reakcí methanolu a isobutylenu. MTBE se vyrábí ve velkých množstvích a používá se téměř výhradně jako přísada do pohonných hmot v motorovém benzínu. Je to jeden ze skupiny chemických látek běžně známých jako "kyslíkatých", protože zvyšují obsah kyslíku v benzínu. Při pokojové teplotě je MTBE těkavá, hořlavá a bezbarvá kapalina, která se rozpouští poměrně snadno ve vodě (epa.gov, 2015). 5. Metodika Na základě změřených hladin podzemních vod budou v dané oblasti vykresleny hydroizohypsy. Vzhledem k velikému objemu dat budou údaje o hladinách podzemních vod zpracovány v programu Surfer 2011 (Golden software, USA), což je program umožňující interpolaci dat několika interpolačními metodami. Následně se interpolované linie ručně 10
upraví v grafickém programu CorelDraw. V programu budou upraveny interpolované izolinie podle principů proudění podzemních vod. Vznikne interpretace mapy v souvislosti s možným šířením kontaminace. 5.1. Interpolace Termín interpolace znamená doplnění hodnot pro části datové řady nebo oblasti pomocí výpočetní metody vycházející z neúplného souboru dat (Langhammer, 2012). 5.1.1. Interpolační metody Program Surfer 2011 poskytuje tyto interpolační metody: metoda inverzních vzdáleností, krigování, metoda minimální křivosti, triangulace s lineární interpolací, Sheppardova metoda, radiální funkce a polynomická regrese, metoda nejbližšího souseda, přirozeného souseda, klouzavé průměry (Langhammer, 2012). Bude se pracovat s nejpoužívanější metodou krigování. Jedná se o geostatickou metodu, která je založena na statickém vztahu mezi naměřenými daty. Průběh interpolace se dá plně ovládat pomocí parametrů např. snižovat váhu bodů k opravě chyb, počet bodů se známou hodnotou použitých k odhadu hodnoty na neznámém místě. Parametry jsou velice flexibilní. Váha jednotlivých bodů je počítána podle funkce vyjadřující charakteristiky povrchu variogramu (Langhammer, 2012). 11
6. Použitá literatura Česká geologická služba [online]. [cit. 29. 1. 2015]. Dostupné z: http://www.geology.cz/extranet/sluzby/laboratore/organickaanalyza/sluzby/analyticke_operace Demek, J. et al. (2006): Zeměpisný lexikon ČR- Hory a nížiny. Agentura ochrany přírody a krajiny ČR. Vydání II. Brno. Fetter, C. W. (1999): Contaminant hydrogeology, 2-nd Edition. Prentice Hall, UpperSaddle river. New Jersey. Chlupáč, I. Brzobohatý, R. Kovanda, J. Stráník, Z. (2002): Geologická minulost České republiky. Academia. Praha. Krásný, J. Císlerová, M. Čurda, S. Datel, J. V. Dvořák, J. Grmela, A., Hrkal, Z. Kříž, H. Marszałek, H. Šantrůček, J. Šilar, J. (2012): Podzemní vody České republiky. Česká geologická služba. Praha Langhammer, J. - 3D analýza dat: Proces interpolace [online]. 2012 [cit. 12.2.2015]. Dostupné z: http://web.natur.cuni.cz/~langhamr/lectures/vtfg2/prednasky/surfer_1/surfer_prednaska_ 1_2012.pdf Malkovský, M. Bůžek, Č. Čadek, J. Elznic, A. Fediuk, F. Fejfar, O. Haková, M. Hokr, Z. Kačura, G. Manová, M. Mlčoch, B. Přechová, E. Řeháková, Z. Šalanský, K. Tyráček, J. (1988): Vysvětlivky k základní geologické mapě ČSSR 1: 25 000 02-332 Most. Ústřední ústav geologický. Praha. Malkovský, M. (1988): Základní geologická mapa ČSSR 1:25 000 02-332 Most. Ústřední ústav geologický. Praha. 12
Ministerstvo životního prostředí [online]. [cit. 12. 2. 2015]. Dostupné z: http://www.mzp.cz/cz/stare_ekologicke_zateze Quitt, E. (1971): Klimatické oblasti Československa. Academia. Brno. Šráček, O. Datel, J. Mls, J. (2002): Kontaminační hydrogeologie Karolinum. Praha. Šráček, O. Kuchovský, T. (2003): Základy hydrogeologie. Masarykova Univerzita. Brno. United States Environmental Protection Agency [online]. [cit. 29. 1. 2015]. Dostupné z: http://www.epa.gov/mtbe/faq.htm Vlček, V. et al. (1984): Zeměpisný lexikon ČSR- Vodní toky a nádrže. Academia. Praha. 13