Expected changes in surface water chemistry followingthe discharge of mine waters under reduced temperature conditions
 
More details
Hide details
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2012;15(4):313–324
 
KEYWORDS
ABSTRACT
In mining, the drainage of pits is necessary as well as the discharge of mine waters into surface waters of varying mineral composition and temperatures. The most common course of action is the direct discharge of mine water into surface watercourses. However, prior to its discharge, mine water can be used for various technological purposes which can change the parameters of both the discharge water and the receiving water. Both at the deposit mining stage and at the stage of mine closure, there are uses of mine water as a lower source for compression heat pumps. This decreases its temperature, usually in the range of 3° to 6°C depending on efficiency. This paper presents the results of simulations of changes in the surface water chemistry of low and increased mineralization as a result of mine water discharge from zinc and lead mines, analyzing initial temperature and decreased temperature due to the potential use of heat pumps. The process of mixing waters of different chemical composition undoubtedly leads to changes in the hydrogeochemical characteristics of the resulting solutions. The aim of the study presented in this paper was to examine whether a change in mine water temperature caused by its utilization for energy purposes has an impact on water quality in the receiving basin, and if so, to what extent. The results of simulations using PHREEQC calculations indicated that waters with high mineralization featured a smaller share of simple ions (calcium and sulphate) and other higher forms when compared to waters with lower mineralization. When introducing mine water with a low temperature into surface waters, in every case there was an increase in the share of simple ions in the total content of a particular component. As a result of the discharge of mine water into surface waters, especially with low mineralization, there was an increase in the saturation of solution mixtures versus sulphate and carbonate phases. In all aqueous solutions, there was a tendency of aluminium and manganese compound precipitation. Upon the discharge of chilled mine water, saturation rates in the water of the receiver also significantly changed, but they were somewhat closer to the initial values characteristic of waters with lower mineralization.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Przewidywane zmiany chemizmu wód powierzchniowych po zrzucie wód kopalnianych w warunkach obniżonej temperatury
wody kopalniane, pompy ciepła, obniżanie temperatury, cieki powierzchniowe, zmiana stanu chemicznego
W warunkach górniczych zachodzi konieczność odwadniania wyrobisk oraz zrzut wód dołowych do wód powierzchniowych o zróżnicowanej mineralizacji i temperaturze. Najczęstszym postepowaniem jest ich bezpoorednie wprowadzanie do cieków powierzchniowych. Jednak wody dołowe przed zrzutem mog1 zostaa wykorzystane w różnorodnych celach technologicznych, przez co zmieniaja sie ich parametry, a zatem zmienia sie charakter przemian w wodach odbiornika. Zarówno na etapie eksploatacji złoza, jak też na etapie likwidacji kopalni pojawiają sie możliwości wykorzystania wód dołowych jako niskotemperaturowego dolnego źródła dla sprężarkowych pomp ciepła, co prowadzia bedzie do obniżenia ich temperatury, najczęściej w granicach od 3 do 6°C w zależności od wydajności. W pracy przedstawiono wyniki symulacji zmiany chemizmu przykładowych wód powierzchniowych o niskiej, a także o podwyższonej mineralizacji w wyniku zrzutu wód dołowych kopalni rud cynku i ołowiu o temperaturze pierwotnej oraz obniżonej w wyniku potencjalnego wykorzystania przez pompe ciepła. Proces mieszania wód o różnym sk;adzie chemicznym prowadzi niewatpliwie do zmian charakterystyki hydrogeochemicznej roztworów wynikowych. Celem pracy było wykazanie, czy zmiana temperatury wód dołowych spowodowana ich wykorzystaniem do celów energetycznych bedzie miea wp3yw, i w jakim stopniu, na kszta3towanie sie jakooci wód odbiornika. W wyniku przeprowadzonej symulacji z wykorzystaniem obliczen programem PHREEQC stwierdzono, że w wodach o podwyższonej mineralizacji zmniejsza sie udział jonów prostych (wapnia i siarczanów) oraz zwieksza pozostałych form, w porównaniu z wodami o niższej mineralizacji. Przy wprowadzaniu wód kopalnianych o obnizonej temperaturze do wód powierzchniowych, w każdym przypadku obserwować się będzie wzrost udziału jonów prostych w całkowitej zawartości konkretnego składnika. W efekcie zrzutu wód kopalnianych do wód powierzchniowych, w szczególności o niskiej mineralizacji, nastąpi wzrost nasycenia mieszaniny roztworów wzgledem faz siarczanowych oraz faz węglanowych. We wszystkich roztworach wodnych istnieje tendencja do wytrącania związków manganu i glinu. Przy zrzucie schłodzonych wód kopalnianych wskaźniki nasycenia w wodach odbiornika także znacząco ulegają zmianie, ale są nieco bliższe wartościom początkowym, charakterystycznym dla wód o niższej mineralizacji.
 
REFERENCES (18)
1.
BANKS i in. 2003 – BANKS D., SKARPHAGEN H., WILTSHIRE R., JESSOP C., 2003 – Mine water as a resource: space heating and cooling via use of heat pumps. Land Contamination & Reclamation, 11 (2), p. 191–198.
 
2.
BUJAKOWSKI i in. 2005 – BUJAKOWSKI W., BARBACKI A., PAJĄK L., 2005 – Możliwości wykorzystania niskotemperaturowych wód w kąpieliskach termalnych w rejonie Krakowa. Polityka Energetyczna t. 8, z. 2, s. 77–94, Wyd. IGSMiE PAN.
 
3.
CZOP i in. 2003 – CZOP M., MOTYKA J., SZUWARZYÑSKI M., 2003 – Zmiany stężenia siarczanów w wodach dopływających do kopalni „Trzebionka” podczas pierwszego etapu zatapiania. Współczesne Problemy Hydrogeologii, Tom XI, cz. 2, s. 107–110, Gdańsk.
 
4.
FRĄCZEK R., 2005 – Wpływ likwidacji ZG Trzebionka na zmianę warunków hydrogeologicznych triasowego zbiornika wód podziemnych. Współczesne Problemy Hydrogeologii, Tom XII, s. 197–202, Toruń.
 
5.
GŁUSZEK A., MAGIERA J., 2008 – Możliwości konwersji energii słonecznej do energii cieplnej w warunkach polskich. Polityka Energetyczna t. 11, z. 2, s. 41–49, Wyd. IGSMiE PAN.
 
6.
GNATOWSKA R., 2009 – Formalno-prawne aspekty rozwoju odnawialnych źródeł energii. Polityka Energetyczna t. 12, z.2/2, s.131–142, Wyd. IGSMiE PAN.
 
8.
KARCZMARCZYK A., 2003 – Pompa ciepła a projektowanie nowych systemów grzewczych. Polski Instalator 6.
 
9.
KLETA H., ŻYLIŃSKI R., KARCZMARCZYK A. 2000 – Odtwarzalna energia likwidowanych kopalń. [W:] Budownictwo podziemne 2000. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, s. 308 – 313.
 
10.
KLOJZY-KARCZMARCZYK B., 2012 – Symulowany efekt hydrogeochemiczny mieszania wód kopalnianych oraz powierzchniowych w rejonie Trzebini. Przegląd Górniczy nr 3, s.132–136.
 
11.
KLOJZY-KARCZMARCZYK B., KARCZMARCZYK A., MAZUREK J., 2006 – Możliwości wykorzystania wód kopalnianych jako dolnego źródła dla pompy ciepła na przykładzie kopalni Trzebionka. Polityka Energetyczna t. 9, z. spec., s. 73–80, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
 
12.
MAŁOLEPSZY Z., 2003 – Man-made, low temperature geothermal reservoirs in abandoned workings of underground mines on example of Nowa Ruda cola mine, Poland. Proc, International Geothermal Conf (Sept 2003), Reykjavik, Iceland, p. 23–29.
 
13.
PARKHURST D.L., APPELO C.A.J., 2003 – User’s Guide to PHREEQC (Version 2). A Computer Program for Speciation, Batch-Reaction, One-Dimensional Transport, and Inverse Geochemical Calculations.
 
14.
SOLIK-HELIASZ E., 2010 – Geothermal energy resources in waters from subsurface hard coal, zinc and lead ore mines in the Upper Silesian Coal Basin. Archives of Mining Science, vol. 55, no 4, s. 961–972.
 
15.
SZCZEPAŃSKI A., 2004 – Wpływ górnictwa na środowisko wodne. Przegląd Geologiczny nr 52, 10, s. 968–971.
 
16.
SZCZEPAŃSKI A., RÓŻKOWSKI A., 2007 – Wody kopalniane w obszarach intensywnej eksploatacji górniczej. [W:] Hydrogeologia regionalna Polski, t. 2: Wody mineralne, lecznicze i termalne oraz kopalniane (red. B. Paczyński i A. Sadurski), s. 146–180; PIG, Warszawa.
 
17.
WATZLAF G.R., ACKMAN T.E., 2006 – Underground Mine Water for Heating and Cooling using Geothermal Heat Pump Systems. Mine Water and the Environment 25, s. 1–14, IMWA Springer- -Verlag.
 
18.
WIEJACZKA Ł., 2007 – Dobowy cykl temperatury wody w rzece Ropie poniżej zbiornika retencyjnego w Klimkówce. Monitoring Środowiska Przyrodniczego nr 8, s. 91–98, Kieleckie Towarzystwo Naukowe, Kielce.
 
ISSN:1429-6675