Studium a využití mokřadních systémů pro čištění důlních vod

Ing. Irena Šupíková

Doctoral thesis

Study and utilization of wetland´s system for cleaning acid mine water

Abstract:

Dizertační práce se zabývá geochemickými procesy a jejich využitím pro čištění kyselých důlních vod v pasivních systémech. Důlní vody se z dlouhodobého pohledu stávají ekologickým problémem, jelikož se vyznačují vysokými koncentracemi železa, manganu a síranů, jsou hodně mineralizované a mohou být značně kyselé. Předpokladem pro využívání pasivních systémů čištění důlních vod, které jsou založeny na acidobazických, oxidačně-redukčních a srážecích reakcí spolu s biochemickými procesy, je porozumění těmto procesům s využitím geochemického modelování. Pro geochemické modelování chování důlních vod v přírodních pasivních systémech byly v této dizertační práci využity výsledky 6 letého monitoringu kvality důlních vod a jejich čištění v přírodním mokřadu ve Zlatohorském důlním revíru. Monitoring přirozeného mokřadu sloužil pro návrh konstrukce umělého mokřadu, který byl v lokalitě vybudován. Vlastní modelování rozdělilo mokřad vertikálně na tři vrstvy, v nichž probíhají odlišné geochemické procesy. Modely se shodují s pozorováním a popisu správně procesy odstraňování sledovaných kontaminantů (sírany, mangan, železo). Výsledky modelování přírodního mokřadu byly porovnány s geochemickými parametry čištění důlních vod v tomto pilotním mokřadu, který byl monitorován po období čtyř let. Na základě dlouholetého monitoringu a z výsledků geochemického modelování důlních vod v obou systémech lze konstatovat, že při čištění důlních vod v pilotním mokřadu bylo dosaženo souhrnně nižších účinností než v přírodním mokřadu. Účinnost odstraňování železa byla srovnatelná s přírodním mokřadem. Účinnost odstraňování manganu v pilotním mokřadu byla poloviční a síranů výrazně nižší než v mokřadu přirozeném. Závěrem byly na základě porovnání geochemických modelů vod z přírodního mokřadu a z pilotního systému navrženy konstrukční změny pilotního systému tak, aby bylo dosaženo vyšších účinností odstraňování železa, manganu a síranů z důlních vod.

Abstract:

This thesis deals with geochemical processes and their use for the treatment of acidic mine waters in passive systems. Mine waters become an environmental problem in the long term, because they are characterized by high concentrations of iron, manganese and sulfates, are very mineralized and can be quite acidic. A prerequisite for the use of passive mine water treatment systems that use acid-base, redox, and precipitation reactions together with biochemical processes is an understanding of these processes through the use of geochemical modeling of mine waters. The results of 6-year mine water quality monitoring and treatment in a natural wetland in the Zlatohorský mining district were used in this work for geochemical modeling of the behavior of mine water in natural passive systems. Based on long-term monitoring an artificial remedial system was built. For purpose of geochemical modeling, the natural wetland for vertically divided into three layers, modelled separately. The model results are in a good agreement with observations, which confirms correct description of ongoing processes. Subsequently, geochemical models of mine water treatment in a natural wetland were compared with geochemical models of mine water treatment in a pilot wetland, which was built next to a natural wetland, and the effectiveness of the treatment of mine water in this system was monitored for four years. On the basis of long-term monitoring and the results of geochemical modeling of mine waters in both systems it can be stated that mine water treated in a pilot wetland collectively achieved a lower potency than the natural wetland. The effectiveness of iron removal was comparable with natural wetlands. The efficiency of manganese removal of the pilot wetland was half and no sulfates were removed in any of the pilot system. Finally, design changes to the pilot system were proposed on the basis of a comparison of the geochemical model of waters from natural wetland and a pilot system, in order to attain a higher level of efficiency of removal of iron, manganese and sulfates from mine waters.

Keywords

pasivní remediace, aerobní mokřady, anaerobní mokřady, důlní vody, sírany, železo, mangan, oxidačně-redukční reakce, geochemické procesy, sulfát redukující bakterie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 9. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 12. 1. 2017
• Supervisor: prof. Dr. Ing. Miroslav Černík, CSc.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Doctoral programme / field:
Applied Science in Technology / Applied Science in Technology