Zanieczyszczenia chemiczne znajdujące się w środowisku w większości mają pochodzenie antropogeniczne. W badaniach z zakresu rekultywacji i rewitalizacji najczęściej poruszanymi zagadnieniami są zakwaszenie gruntów i skażenie ekosystemów metalami ciężkimi. W ciągu ostatnich kilku lat coraz większego znaczenia nabiera także podwyższona koncentracja soli w środowisku. W skrajnych przypadkach ich stężenie w gruncie może doprowadzić do całkowitego zaniku życia biologicznego.
Głównym źródłem skażenia ekosystemów solami jest przemysł górniczy. Największe zanieczyszczenie środowiska wywołuje górnictwo soli kamiennej, a także węgla i rud metali. Wydobywane ze wspomnianych kopalni wody dołowe zawierają duże ładunki chlorków i siarczanów, często wielokrotnie przewyższające dopuszczalne wartości podawane w Rozporządzeniach Ministra Środowiska. Powszechnie stosowanym sposobem utylizacji tych wód jest ich podczyszczenie i odprowadzenie do cieków powierzchniowych, co w przypadku niedostatecznego ich oczyszczenia może doprowadzić do spadku jakości wody.
Drugim, obok górnictwa, źródłem zanieczyszczenia środowiska solami jest przemysł chemiczny – sodowy i hutniczy. Hałdy i składowiska odpadów poprodukcyjnych lokalizowane obok zakładów negatywnie wpływają na otaczające środowisko, gdyż wody opadowe wymywają z nich szkodliwe substancje.
Obecnie oprócz przemysłu istotny wkład w skażenie środowiska solami ma infrastruktura drogowa. Jej gwałtowny rozwój w ostatnich latach doprowadził do stosowania znacznych ilości soli i solanek do zimowego utrzymania dróg i chodników, negatywnie wpływając na jakość gruntów w ich sąsiedztwie [Maciak 1999; Hánêl 2004; Zimny 2005; Jabłońska 2006; Bach 2011; Gliniak, Sobczyk 2013; Gliniak i in. 2014b].
Zgodnie z obowiązującymi przepisami prawnymi należy prowadzić monitoring zakładów wpływających na pogarszanie się jakości środowiska oraz monitoring składowisk odpadów, które nie zostały właściwie odizolowane od otaczającego środowiska w procesie projektowania i rekultywacji. Jednym z takich obiektów są tereny składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych „Solvay”. Zaprezentowane w niniejszej rozprawie wyniki badań laboratoryjnych potwierdziły występowanie substancji, związanych z produkcją sody, które mogą być łatwo przenoszone w roztworach wodnych w obrębie osadników i do otaczającego środowiska. Podobne spostrzeżenia opisywali także Leszczyński [1979], Ślęzak [1993], Boroń i in. [2000], Bytnar [2002] oraz Sroczyński i in. [2007].
Osad charakteryzuje się warstwowym uziarnieniem ilastym o różnym stopniu zwięzłości, zależnym od ciśnienia hydrostatycznego, jakie w trakcie eksploatacji wywierały nowo deponowane partie szlamów poprodukcyjnych. Występowanie warstwowania osadów ma istotny wpływ na rozkład warunków panujących we wnętrzu osadników oraz decyduje o możliwości zagospodarowania, potwierdzając wnioski sformułowane w pracach Boronia i in. [2000], Sroczyńskiego [2008] oraz Gliniaka i Sobczyk [2012]. Badany materiał odznacza się się odczynem od alkalicznego (pH>8) do silnie alkalicznego (pH≈13). Analizowane osady charakteryzują się także wysokimi wartościami przewodnictwa elektrolitycznego właściwego (średnio ponad 10 mS∙cm-1
), które jest właściwe dla gruntów silnie zasolonych. Wilgotność aktualna materiału kształtuje się na średnim poziomie powyżej 60% wagowych i nie odbiega od wartości odnotowanych w gruntach na terenie Krakowa. W swoim składzie osad zawiera także ponad 70% węglanów, które są charakterystycznym odpadem dla przemysłu sodowego.
Przeprowadzone badania zawartości metali ciężkich (Cu, Cd, Cr, Ni, As, Zn i Pb) w wierzchniej warstwie zdeponowanych osadów nie wykazały przekroczenia dopuszczalnych norm koncentracji dla terenów poprzemysłowych. Analiza przekrojowa próbek osadów wykazała występowanie różnic we właściwościach fizykochemicznych pomiędzy górnymi i dolnymi warstwami. Badania osadów potwierdziły także występowanie związków łatwo rozpuszczalnych w wodzie, które przemieszczają się w głębsze partie omawianych składowisk i w wyniku przesycenia roztworu ulegają procesom wtórnej akumulacji [Boroń i in. 2000; Bytnar 2002; Krzak 2005; Sroczyński i in. 2007; Gliniak i in. 2014a].
Równolegle do przeprowadzonych badań materiału osadowego analizowano wpływ składowisk odpadów na stan i jakość wód w rzece Wildze. Wykonane analizy parametrów fizykochemicznych wody wykazały ich sezonową zmienność oraz nieznaczny wpływ osadników byłych KZS „Solvay” na jakość wody. Jedynym parametrem, który znacznie przekraczał obowiązujące normy, była przewodność elektrolityczna, która spowodowała zakwalifikowanie wody w Wildze do III-V klasy czystości. Omawiane analizy wody mogą wskazywać na wymycie większości łatwo rozpuszczalnych chlorków, które znajdowały się w szlamach poprodukcyjnych [Ślęzak 1993; Krzak 2005; Gliniak i in. 2014b].
Przedstawione powyżej wyniki, mające duże znaczenie w projektowaniu funkcji przestrzennych tego obszaru, zostały uzupełnione fitoindykacyjną oceną geotechniczną. Analiza stateczności osadników wykazała ich niewielką przydatność do zabudowy ze względu na specyficzne i agresywne warunki, jakie panują w obrębie osadników. Wysoka
budowlanych, eliminujących występowanie korozji chemicznej. Podobne wnioski występują w pracach Sroczyńskiego i in. [2007], Sroczyńskiego [2008] oraz Gliniaka [2014].
Na podstawie wyników przeprowadzonych badań laboratoryjnych i zaobserwowanej w trakcie prowadzenia wizji terenowych specyfiki terenu składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych dokonano oceny możliwości zagospodarowania przestrzennego wspomnianego terenu. Przeprowadzona analiza, według metodyki zaproponowanej przez autora rozprawy, objęła zarówno historyczne opracowania, jak i obowiązujące projekty. Pierwotny plan zagospodarowania przestrzennego (opracowany w 1994 roku) przyjęto jako stan wyjściowy. Analiza dotychczas obowiązującego planu wskazuje jako główne kierunki rozwoju terenu byłych składowisk Krakowskich Zakładów Sodowych różne formy zabudowy i komunikacji miejskiej. Ocena planów zagospodarowania przestrzennego terenów składowisk byłych KZS „Solvay” wykazała także konieczność tworzenia na tym obszarze parków z uporządkowaną zielenią i obiektów rekreacyjno-sportowych. Wcześniejsze kierunki rozwoju zostały częściowo wykorzystane przez autora rozprawy w opracowanej przez niego koncepcji zagospodarowania. Oprócz wymienionych funkcji niezwykle istotnym elementem proponowanego planu jest uwzględnienie specyficznych warunków podłoża oraz bliskość obiektów sakralnych i uwarunkowania historyczne związane z tymi terenami. Ze względu na obecność dwóch chrześcijańskich sanktuariów poświęconych miłosierdziu bożemu ważne jest, aby rozwijać w planach funkcje turystyczne w tej części Krakowa, których obecnie brakuje w przestrzeni miejskiej dzielnicy Podgórze [por. Sobczyk, Wawrzyniak 2009; Gliniak, Sobczyk 2014; Poros, Sobczyk 2014].
Przeprowadzone w latach 2011-2014 obserwacje szaty roślinnej na terenie składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych pozwoliły wskazać główne wytyczne dotyczące rekultywacji tego obszaru. Jako podstawę do przeprowadzenia rekultywacji technicznej autor rozprawy przyjął charakterystyczne parametry podłoża, wykazane w pracach laboratoryjnych opisanych w niniejszej dysertacji (m. in. zasadowe pH, toksyczna przewodność elektrolityczna właściwa, niejednorodność składowanego materiału). Najważniejszym zabiegiem, jaki należy wykonać podczas dostosowywania tego terenu na potrzeby planów zagospodarowania, jest wyrównanie i zwiększenie miąższości materiału gruntowego, pierwotnie wykorzystanego do przykrycia stawów osadowych. Jednocześnie należy prowadzić prace mające na celu stabilizację skarp i zboczy, przeciwdziałającą erozji wodnej zdeponowanego materiału. Rekultywacja biologiczna powinna zostać przeprowadzona zgodnie z modelem PAN z zastosowaniem intensywnego nawożenia mineralnego
uwzględnienie w projektach zieleni gatunków roślin o płytkim systemie korzeniowym i wysokiej odporności na bardzo wysokie zasolenie podłoża, co potwierdzają obserwacje opisywane w pracach m. in. Boronia i in. 2000; Sroczyńskiego i in. 2007; Zająca i in. 2007; Gliniaka 2014.
Metodyka i wyniki badań dotyczące terenów skażonych chemicznie (wysokie zasolenie podłoża) zaprezentowane w niniejszej rozprawie mogą zostać wykorzystane przy tworzeniu projektów zagospodarowania przestrzennego innych obszarów o podobnym charakterze, np. składowisk odpadów Zakładów Sodowych w Janikowie. Zależności pomiędzy parametrami fizykochemicznymi osadów poflotacyjnych zgromadzonych na składowiskach byłych Krakowskich Zakładów Sodowych, wykazane przez autora dysertacji, zostały wykorzystane jako podstawa do wykonania projektu biologicznej zabudowy przeciwpyłowej składowiska odpadów „Żelazny Most” w miejscowości Rudna należących do spółki KGHM Polska Miedź S.A.
Przedstawione poniżej wnioski oparto na analizie wyników przeprowadzonych badań laboratoryjnych uzupełnionych prowadzonymi obserwacjami terenowymi i studiami literaturowymi dotyczącymi składowisk odpadów byłych Krakowskich Zakładów Sodowych „Solvay”. Efektem tych prac było opracowanie autorskiej metodyki oceny możliwości zagospodarowania przestrzennego terenów skażonych chemicznie. Oprócz elementów bezpośrednio wynikających z lokalizacji składowiska uwzględniono w niej zapotrzebowanie społeczności lokalnej na określone funkcje terenu (np. kulturowe, rekreacyjne, wypoczynkowe). Rozważania te prowadzą do sformułowania kilku istotnych wniosków: 1. Analizowany osad charakteryzował się odczynem alkalicznym (średnie pH wynosiło
ponad 10), wysoką przewodnością elektrolityczną właściwą (średnio ponad 10 mS∙cm-1
), średnią wilgotnością aktualną na poziomie 60% oraz wysoką koncentracją węglanów (średnio ponad 70%). W trakcie badań terenowych na terenie składowisk byłych krakowskich Zakładów Sodowych stwierdzono występowanie naprzemianległych warstw o uziarnieniu ilastym i różnym stopniu konsolidacji odpadów.
2. Przeprowadzone analizy rozkładu przestrzennego pH, przewodności elektrolitycznej właściwej, wilgotności aktualnej oraz zawartości węglanów wykazały obecność jonów o charakterze zasadowym, łatwo rozpuszczalnych w wodzie opadowej, które mają zdolność do akumulacji w głębszych warstwach składowisk. Występowanie tych jonów stwarza warunki stresowe dla wzrostu i rozwoju roślin głęboko korzeniących się.
3. Badania prób osadów z wierzchniej warstwy składowisk (0÷35 cm) nie wykazały nych zawartości metali ciężkich: Cu, Cd, Cr, Ni, As, Zn i Pb.
4. Przeprowadzone analizy fizykochemiczne wód rzeki Wilgi nie wykazały istotnego wpływu składowisk odpadów posodowych KZS „Solvay” na ich stan oraz jakość. Odnotowane w trakcie pomiarów przekroczenia norm przewodnictwa elektrolitycznego właściwego wody w Wildze mogą wskazywać na możliwość ich antropogenicznego zanieczyszczenia w górnym biegu rzeki, przebiegającym przez tereny rolnicze.
5. Badania biogeotechniczne wykonane na terenie osadników byłych KZS „Solvay” potwierdziły występowanie specyficznych warunków w obrębie składowisk oraz właściwości osadów niesprzyjające posadowieniu na nich budynków i konstrukcji inżynierskich. Najważniejsze z cech to:
‒ ilaste uziarnienie odpadów ułatwiające procesy erozji wodnej,
‒ różny stopień uwilgotnienia materiału wewnątrz brył osadników mogący powodować jego półpłynność
‒ wysokie zasolenie sprzyjające korozji chemicznej betonu w fundamentach budynków. 6. Analiza planów i koncepcji zagospodarowania terenu składowisk byłych Krakowskich
Zakładów Sodowych wykazała jako główne kierunki użytkowania funkcje zabudowy mieszkaniowej, usługowej oraz komunikacyjnej. W świetle wykonanych badań wspomniane funkcje powinny mieć charakter uzupełniający w planowaniu przestrzennym na terenach składowisk odpadów posodowych.
7. Przeprowadzone badania i analizy materiałów archiwalnych jednoznacznie wskazują na funkcje rekreacyjno-sportowe z wykorzystaniem uporządkowanej zieleni niskiej jako optymalne kierunki zagospodarowania przestrzennego składowisk odpadów posodowych. Przy projektowaniu zieleni należy uwzględnić występowanie stresowych wartości zasolenia dla roślin korzeniących się poniżej 30 cm głębokości i dobierać płytko korzeniące się gatunki roślin.
8. Funkcje rekreacyjno-sportowe mogą być uzupełniane o funkcje turystyczne i niewielkie obiekty usługowe na składowiskach odpadów posodowych. Wspomniane elementy powinny zostać wprowadzone do planu zagospodarowania przestrzennego „Białe Morza”.