Study of mercury and sulphur content in the waste from a disused coal mine waste heap
J. Mazurek 1  
 
 
More details
Hide details
1
Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Pracownia Badań Środowiskowych i Gospodarki Odpadami, Kraków
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2014;17(4):289–301
KEYWORDS
ABSTRACT
The production of coal has left a number of mine waste dumps which differ in terms of structure and age (waste heaps, stockpiles). Heaps of mining waste are characterised by a variable composition and particle size distribution of the material, and the conditions prevailing in the dump change over time as a result of processes of physical and chemical weathering. The aim of this study is to identify the content of mercury and sulphur in the total and sulphate form (leached into the water environment) within the profile of the mining heap from the disused “Siersza” coal mine in Trzebina. Seasoning I’m nottime of thewaste in this location exceeds 15 years. The majority of the heap has not been reclaimed; however, the area has already partly managed to integrate into the landscape through natural processes. The material intended for the analyses was sampled in the subsurface section of the heap from two depth ranges – 0.2 to 0.3 m below ground level and 0.4 to 0.7 m below ground level. The samples were analysed for total mercury compound and sulphur compound content. Tests were carried out on the samples in air-dry condition, and the obtained data were converted to a dry state (Hgd, Sd) reported in mg/kg DM. Additionally, the amount of mercury and sulphur compounds potentially leached to the soil-water environment was determined. Analyses of the amount of leaching waste for individual samples were conducted via a static method using a basic 1:10 test. Based on these analyses, it may be concluded that in the examined waste from the subsurface horizon of the mining heap, the total sulphur and sulphate content in water extracts varies significantly in certain points. Less variation is observed for mercury content. The characteristics of the analysed samples provide excellent cognitive material in the development of a comprehensive image of soil-water environment hazards originating from such facilities that have been out of use for many years. Total sulphur content in the waste deposited in the heap over ten years ago covers a wide range with an average value of between 1.67% and 4.35%, depending on the depth of the sample. Generally, lower sulphur content in the samples closer to the surface can be observed than in the samples collected somewhat deeper. The content of the determined sulphates in water extracts is high, averaging about 1,500 mg/dm3 and inmost cases exceeding the limit values to be met when sewage is discharged into water or soil. The increasing content of sulphates in the waste and their high leachability – reaching several tens of percent relative to the total content – is the result of the changes taking place in the body of the heap over time. The total amount of mercury in the waste deposited in the heap is at an average level of 0.132 mg/kg to 0.266 mg/kg. It is also important to determine the possibility of correlations between the occurrence of mercury and sulphur compounds in the waste accumulated in the dumps over periods of many years. However, conclusions about the conditions for the co-occurrence of mercury and sulphur in the examined material cannot be made based on the conducted study. A lack of correlation between the occurrence of sulphur and mercury in the samples confirms a notable diversity of mercury compound content in coals and coal wastes as well as different processes affecting the transformation of mercury compounds and sulphur compounds.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Badania zawartości rtęci i siarki w odpadach z obszaru nieczynnej hałdy odpadów górnictwa węgla kamiennego
górnictwo węgla kamiennego, nieczynne hałdy górnicze, odpady, rtęć, siarka, zawartość całkowita, forma wymywalna
Produkcja węgla kamiennego pozostawiła szereg obiektów w postaci różnych, pod względem strukturalnym i wiekowym, składowisk odpadów pogórniczych (hałd, zwałowisk). Hałdy odpadów górniczych to obiekty, które charakteryzują się zmiennym składem i uziarnieniem materiału, a warunki panujące w bryle zmieniają się w czasie w wyniku procesów wietrzenia fizycznego i chemicznego. Celem prezentowanych badań jest rozpoznanie zawartości rtęci oraz zawartości siarki w formie całkowitej oraz w formie wymywalnej w profilu hałdy górniczej, jaka pozostała po zamkniętej kopalni węgla KWK „Siersza” w Trzebini. Czas sezonowania odpadów przekracza w tym miejscu 15 lat. Powierzchnia hałdy jest w trakcie rekultywacji, a obszar ten zdążył się już częściowo wkomponować w krajobraz na drodze naturalnej sukcesji roślinnej. Materiał przeznaczony do analiz pobierano w przypowierzchniowym odcinku profilu hałdy, z dwóch przedziałów głêbokości: od 0,2 do 0,3 mp.p.t. oraz od 0,4 do 0,7 mp.p.t. W pobranych próbkach oznaczono zawartość całkowitą związków rtęci oraz związków siarki. Badania prowadzono dla próbek w stanie powietrzno-suchym a uzyskane wyniki przeliczono na stan suchy (Hgd, Sd) i podano w mg/kg s.m. Dodatkowo wyznaczono wielkość potencjalnie wymywanych związków rtęci oraz siarki do środowiska gruntowo-wodnego. Badania wielkości wymywania zanieczyszczeń z poszczególnych próbek określono metodą statyczną z zastosowaniem testu podstawowego 1:10. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdza się, że w badanych odpadach z warstwy przypowierzchniowej hałdy górniczej całkowita zawartość siarki oraz zawartości siarczanów w wyciągach wodnych są zdecydowanie zróżnicowane w punktach. Mniejsze zróżnicowanie obserwowane jest dla zawartości rtęci. Charakterystyka analizowanych próbek jest doskonałym elementem poznawczym w zakresie tworzenia całościowego obrazu zagrożenia dla środowiska gruntowo-wodnego pochodzącego ze starych, nieeksploatowanych już od wielu lat obiektów. Calkowita zawartość siarki w odpadach zdeponowanych na hałdzie przed kilkunastoma laty kształtuje się w szerokich granicach, osiągając uśrednioną wartość na poziomie 1,67 oraz 4,35% w zależności od głębokości poboru. Często obserwuje się niższe zawartości siarki w próbkach pobranych bliżej powierzchni niż w próbkach pobranych nieco głębiej. Zawartość oznaczonych siarczanów w wyciągach wodnych jest wysoka, a ich wartość uśredniona kształtuje się na poziomie około 1500 mg/dm3 i w większości przypadków przekracza warunki graniczne, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi. Zwiększenie obecności siarczanów w odpadach i ich wysoka wymywalność, sięgająca nawet kilkudziesięciu procent w stosunku do zawartości całkowitej, jest wynikiem przemian zachodzących w bryle zwałowiska na przestrzeni czasu. Całkowita zawartość rtęci w odpadach deponowanych na hałdzie kształtuje się na uśrednionym poziomie odpowiednio 0,132 oraz 0,266 mg/kg. Istotnym zagadnieniem jest ponadto określenie możliwości wzajemnego powiązania między występowaniem związków rtęci i siarki w odpadach zgromadzonych od lat na zwałowiskach. Na podstawie przeprowadzonych badań nie można jednak sformulować wniosków o prawidłowości współwystępowania rtęci i siarki w materiale badawczym. Brak korelacji pomiędzy występowaniem w próbkach siarki oraz rtęci jest potwierdzeniem dużego zróżnicowania związków rtęci w węglach i odpadach węglowych, a także odmiennych procesów decydujących o przemianach związków rtęci oraz związków siarki.
 
REFERENCES (17)
1.
BOJAKOWSKA, I. i SOKŁOWSKA, G. 2001. Rtęć w kopalniach wydobywanych w Polsce jako potencjalne źródło zanieczyszczenia środowiska. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 394, s. 5–54.
 
2.
CHMIELNIAK i in., 2012 – CHMIELNIAK, T., MISZTAL, E., KMIEĆ, M. i MAZUREK, I. 2012. Rtęć w węglach stosowanych w polskim sektorze energetycznym. Wydawnictwo Górnicze, Karbo nr 3, s. 154–163.
 
3.
GŁODEK, A. i PACYNA, J.M. 2007. Możliwości redukcji emisji rtęci ze spalania węgla. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów t. 4, nr 2, s. 53–63.
 
4.
KLOJZY-KARCZMARCZYK, B. 2003. Zastosowanie odpadów energetycznych w ograniczaniu transportu zanieczyszczeń ze składowisk odpadów górniczych. Studia, Rozprawy, Monografie Nr 117. Kraków: Wyd. IGSMiE PAN.
 
5.
KLOJZY-KARCZMARCZYK, B. i MAZUREK, J. 2010. Rtęć w gruntach w otoczeniu wybranych składowisk odpadów górnictwa węglowego. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 13, z. 2, s. 245–251, Wyd. IGSMiE PAN.
 
6.
KLOJZY-KARCZMARCZYK, B. i MAZUREK, J. 2013. Studies of mercury content in selected coal seams of the Upper Silesian Coal Basin (Badania zawartości rtęci w wybranych pokładach węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 29, z. 4, s. 95–106.
 
7.
MICHALSKA, A. i BIAŁECKA, B. 2012. Zawartość rtęci w węglu i odpadach górniczych. Prace Naukowe GIG – Górnictwo i Środowisko Nr 3/12, pp. 73–87.
 
8.
OKOŃSKA A. i in., 2013 – OKOŃSKA, A., URUSKI, Ł., GÓRECKI, J. i GOŁAŚ, J. 2013. Metodyka oznaczania zawartości rtęci całkowitej w węglach energetycznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 29, z. 2, s. 39–50.
 
9.
ROSIK-DULEWSKA, C. i KARWACZYŃSKA, U. 2008. Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie ich zastosowania w budownictwie hydrotechnicznym. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska, t. 10, s. 205–219.
 
10.
SKARŻYŃSKA, K.M. 1997. Odpady powêglowe i ich zastosowanie w inżynierii lądowej i wodnej. Kraków: Akademia Rolnicza.
 
11.
SZCZEPAŃSKA, J. i in. 1996 – SZCZEPAŃSKA, J., QUAN, N.A. i MALCZYK, A. 1996, Ocena szybkości rozkładu siarczków żelaza w odpadach górnictwa węglowego GZW na podstawie badań modelowych w naturalnym cyklu hydrogeologicznym. Ekoinżynieria nr 6, Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej.
 
12.
SZCZEPAŃSKA, J. 1987. Zwałowiska odpadów górnictwa węgla kamiennego jako ogniska zanieczyszczeń środowiska wodnego. Zeszyty Naukowe AGH, Geologia nr 35, Kraków.
 
13.
SZCZEPAŃSKA, J. i KRAWCZYK, J. 1994. Ocena warunkow migracji jonu Cl– w strefie aeracji składowiska odpadów górniczych GZW. Badania w obiekcie modelowym. Materiały konferencyjne Ekologia w górnictwie a geofizyka, s. 243–251, Ustroń.
 
14.
TWARDOWSKA, I. i in. 1988 – TWARDOWSKA, I., SZCZEPAŃSKA, J. i WITCZAK, S. 1988. Wpływ odpadów górnictwa węgla kamiennego na środowisko wodne. Ocena zagrożenia, prognozowanie, zapobieganie. Prace i Studia 35. PAN, Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska.
 
15.
TWARDOWSKA, I. 1981. Mechanizm i dynamika ługowania odpadów karbońskich na zwałowiskach. Prace i Studia 25. PAN, Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska.
 
16.
WITCZAK, S. i POSTAWA, A. 1993. Ocena szybkości ługowania siarczków z płonych skał karbońskich deponowanych na składowiskach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, na podstawie badań lizymetrycznych. Komisja Nauk Mineralogicznych PAN, Prace Mineralogiczne nr 84, Kraków.
 
17.
ZAJĄC, E. i ZARZYCKI, J. 2013. Wpływ aktywności termicznej zwałowiska odpadów węgla kamiennego na rozwój roślinności. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska t. 15, s. 1862–1880.
 
ISSN:1429-6675