Výzkumné centrum Pokročilé sanační technologie a procesy Hydrogeochemie Strážského bloku Jan Holeček Česká geologická služba.

Prezentace na téma: "Výzkumné centrum Pokročilé sanační technologie a procesy Hydrogeochemie Strážského bloku Jan Holeček Česká geologická služba."— Transkript prezentace:

1 Výzkumné centrum Pokročilé sanační technologie a procesy http://centrum-sanace.tul.cz Hydrogeochemie Strážského bloku Jan Holeček Česká geologická služba

2 ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 2 Ložisko Stráž pod Ralskem

3 uranové ložisko (mineralizace U-Zr-Ti-P) chemická těžba (1968 – 1996) cca 10 000 vrtů, průměrná hloubka vrtu 220 m, 35 vyluhovacích polí na ploše 24 km 2 těžba pomocí kyselinového loužení (H 2 SO 4 – 4 mil. tun, HF -, HNO 3 - 320 tis. tun, NH 4 - 111 tis. tun) ohrožena turonská zvodeň – zdroj pitné vody pro cca 50 tis obyvatel problémy nejen s kyselostí podzemí, ale i toxicitou některých vyloužených prvků (Be, As, Al) obtížná sanace naplánovaná cca. do roku 2030

4 Stratigrafie ložiska Stráž pod Ralskem ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 4 Cenomanská zvodeň s U zrudněním Turonská zvodeň využívaná jako zdroj pitné vody

5 Těžba na ložisku Stráž pod Ralskem ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 5

6 Pohyb roztoků ve vyluhovacích polích ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 6 Vrt ID 58, Stráž p. Ralskem Vrt ID 289, Stráž p. Ralskem

7 Pohyb roztoků ve vyluhovacích polích ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 7 Vrt ID 290, Stráž p. Ralskem Vrt ID 76, Stráž p. Ralskem

8 Míšení odlišných typů vod ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 8 Rio Negro a Rio Solimoes (Amazonie). Nemísí se ve vzdálenosti prvních desítek km.

9 Typy vod na ložisku Stráž p. Ralskem ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 9 Neovlivněné podzemní vody v cenomanské a turonské zvodni

10 Typy vod na ložisku Stráž p. Ralskem ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 10 Neovlivněná cenomanská vodaNeovlivněná turonská voda value n casesaveragemedianminimummaximumn casesaveragemedianminimummaximum TDSmg L -1 144149.32147.5076.00247.0087182.24165.0044.00492.00 pH1447.437.456.258.35876.896.856.457.45 SO 4 2- mg L -1 14432.5730.502.5075.008763.2057.002.00184.84 HCO 3 - mg L -1 144105.06102.0021.96187.008746.3235.502.00182.00 NO 3 - mg L -1 1150.420.500.051.00878.436.250.1129.00 NH 4 + mg L -1 840.260.250.031.00750.340.250.111.00 Cl - mg L -1 1434.343.900.5011.20815.644.701.0019.72 Ca 2+ mg L -1 14437.0535.6018.8067.008733.3027.501.00129.00 Mg 2+ mg L -1 1446.666.302.6013.10874.063.600.2013.90 Na + mg L -1 1443.323.251.106.30875.064.501.0015.64 K+K+ mg L -1 1441.241.200.772.30871.911.770.644.29 Al 3 + mg L -1 1420.450.250.001.30680.270.250.110.50 Fe 2+,3+ mg L -1 1300.570.440.032.26770.380.250.110.98 Mn 2+ mg L -1 1390.080.060.000.22840.360.250.121.00 As 3+ mg L -1 050.400.250.201.00 Be 2+ mg L -1 10.00 50.330.310.250.52 Zn 2+ mg L -1 900.02 0.000.06870.590.460.111.00 Ni 2+ mg L -1 840.03 0.000.06860.280.250.110.57

11 Typy vod na ložisku Stráž p. Ralskem ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 11 Vody ovlivněné kyselým loužením uranu

12 Typy vod na ložisku Stráž p. Ralskem ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 12 Ovlivněná cenomanská vodaOvlivněná turonská voda value n casesaveragemedianminimummaximumn casesaveragemedianminimummaximum TDSmg L -1 125065945654601059012068072414.46278.5015.001398.00 pH 12341.461.500.702.22724.944.973.305.50 SO 4 2- mg L -1 1250402853990066307370072310.50227.0086.00912.00 HCO 3 - mg L -1 -----7210.924.001.50379.42 NO 3 - mg L -1 1248504.29461.000.301525.007232.0521.780.50215.00 NH 4 + mg L -1 1235929.26911.0056.001960.00729.672.550.13161.00 Cl - mg L -1 123211.5512.080.5026.507218.727.610.98397.00 Ca 2+ mg L -1 1204281.03283.02113.10442.707281.8355.502.72433.00 Mg 2+ mg L -1 123845.2050.501.40102.007213.309.521.2039.50 Na + mg L -1 117124.4119.704.2063.427210.967.501.3252.50 K+K+ mg L -1 118860.6160.060.25122.00726.094.752.0042.50 Al 3 + mg L -1 12465674566891710140726.615.000.2535.78 Fe 2+,3+ mg L -1 950141914551982810724.520.320.12132.00 Mn 2+ mg L -1 121917.4517.660.7839.00722.051.550.119.85 As 3+ mg L -1 10296.276.401.8010.6050.530.250.151.00 Be 2+ mg L -1 10930.750.770.201.3060.590.520.371.00 Zn 2+ mg L -1 118756.9457.5024.0089.70670.450.350.110.96 Ni 2+ mg L -1 121022.1722.408.7634.50680.310.250.110.91

13 Plyny obsažené v ložiskových vodách při čerpání vod vrtů zjištěna samovolná evaze plynů odběr přímo z vrtů z čerpané vody vlastní vyvinuté odběrové zařízení odebráno cca 100 cm 3 plynu od každého vzorku plynné fáze ovlivňují chemické rovnováhy ve vodách ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 13

14 Odběr plynů z ložiskových vod ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 14

15 Plyny obsažené v ložiskových vodách ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 15 Označení vzorku 6162STPC 28STPC 102 Číslo vzorku ZL -720803720804720805 Mez det.% (V/V) Helium0.0020.0060.000 Vodík0.0020.0040.0000.004 Oxid uhličitý0.0059.20.048.2 Oxid uhelnatý0.010.00 Argon0.0050.711.271.26 Kyslík0.0020.332.2411.80 Dusík0.00289.796.378.8 Methan0.000020.0840.1860.017 Ethan0.000020.001910.000150.00023 Ethen0.000020.000230.00004 Propan0.000020.000230.000110.00003 Suma -100.0 %(V/V)objemová procenta

16 Plyny obsažené v ložiskových vodách ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 16 Cenoman, vrt VP6162 Cenoman, vrt STPC28 Cenoman, vrt STPC105

17 Statické neutralizační pokusy Neutralizace je jednou z uvažovaných sanačních technologií pro slabší méně kyselé roztoky (TDS cca 5 g/l) Otázka zní, co se bude dít při styku dvou zcela odlišných roztoků (kyselého a alkalického) ?

18 Statické neutralizační pokusy Kyselé ložiskové vody a technologický roztok VP 6162 (silně kyselý vrt) pH =2,08, SO 4 2- = 11,6 g/l, Fe tot. = 0,69 g/l, Al 3+ = 1,88 g/l As = 2226 µg/l, Be = 185 µg/l STPC 105 (středně kyselý vrt) pH =2,58, SO 4 2- = 1,6 g/l, Fe tot. = 173 mg/l, Al 3+ = 185 mg/l As = 103 µg/l, Be = 70 µg/l Alkalický technologický roztok pH = 10,95, SO 4 2- = 667 mg/l, HCO3 - = 738 mg/l Ca 2 + = 322 mg/l, Na + = 138 mg/l, NH4 + = 78 mg/l

19 Práce v inertní atmosféře N 2

20 Statické neutralizační testy Smíšené vody po 1 hodině

21 Statické neutralizační testy srážecí reakce (neutralizace) mezi vodami jsou rychlé (minuty) sorpce jsou pomalejší (hodiny,dny) koncentrace prvků ve vodě účastnících se srážení jsou v delším čase konzervativní koncentrace prvků ve vodě sorbujících se do suspenze v čase klesají či naopak stoupají

22 Novotvořené částice Smíšené vody po 100 dnech

23 Novotvořené částice (NČ) složení NČ závisí na výchozím roztoku a pH částice mají velikost jednotky až desítky µm čím větší podíl kyselé složky v matečném roztoku, tím větší částice vznikají seskupují se do větších útvarů až 2 mm velkých (globulí) * nejprve vznikají amorfní, později krystalické fáze krystalické sírany nemají povrchový náboj, jílové minerály a oxi-hydroxidy jsou nabité

24 Novotvořené částice STPC 75STPC 25 200 µm

25 Novotvořené částice (NČ) nejprve vznikají amorfní, později krystalické fáze krystalické sírany nemají povrchový náboj, jílové minerály a oxi-hydroxidy jsou nabité Složení novotvořených částic: sádrovec, etringit, podvojné sírany Ca, Al, NH 4 +, HFO, AlOOH, jílové minerály

26 Novotvořené částice Vzorek STPC90, pH = 2,54, složení převážně HFO Vzorek STPC75, pH = 2,61, složení HFO + sádrovec

27 Novotvořené částice VP 90 VP 10

28 Vliv náboje na koaguaci koloidu vz.č.: 1/06 vz.č.: 3/06

29 Elektrochemický potenciál koloidních částic I.Č 2/06 externí označení „172 094 – 172 101“, vzorek zákalu v původním stavu. Vlákno celulosy obalené koloidními částicemi vlivem povrchového náboje.

30 Krystalizační posloupnosti 1)Sádrovec 2)Alunit 3)Al(OH) 3 amorfní 4)Kalcit Jednotlivé minerální fáze krystalizují postupně v závislosti na SI

31 Stárnutí novotvořených částic pokus trvající 2 roky koloidní částice HFO postupně rekrystalizují z amorfní formy na stabilnější krystalické uspořádání dochází ke změnám sorpčních vlastností v čase (zhoršují se sorpční vlastnosti) pevné částice v rovnováze s roztokem jsou stabilní v čase změna systému na nerovnovážný vede k destrukci a rozpouštění pevných částic, to má za následek uvolnění vázaných prvků zpět do roztoku ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 31

32 Vývoj koncentrace rozpuštěného arzenu v čase

33 Sorpce As na novotvořené částice ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 33 Reakce sraženiny HFO na nerovnovážný stav způsobený přídavkem kyselé ložiskové vody

34 Závěr I. při modelování chemie podzemních vod je potřeba počítat s nedokonalou mísivostí je nutné počítat s i přítomností rozpuštěných plynů (zejména CO 2 ) neutralizace in situ může být obtížně proveditelná díky vysoké rychlosti srážení pevných částic při srážecích reakcích nedochází primárně ke srážení krystalických fází, ale ke vzniku různých koloidů novotvořené částice ovlivňují okolí v případě nerovnovážného stavu (rozpouštění/srážení, sorpce/desorpce), jinak jsou poměrně stabilní

35 Závěr II. amorfní koloidní částice ovlivňují chování některých kovů koloidy se chovají různě za rozdílných chemických podmínek (vliv na koaguaci, záchyt apod.) koloidy jsou obtížně termodynamicky definovatelné, což přináší další problémy do implementace geochemického modulu do reakčně-transportního modelu

36 Děkuji za pozornost ARTEC http://centrum-sanace.tul.cz ARTEC 36