Index of /rozprawy2/10942

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców. Rozprawa doktorska. ANALIZA MOŻLIWOŚCI ZAGOSPODAROWANIA TERENÓW SILNIE ZASOLONYCH PO SKŁADOWISKACH ODPADÓW KRAKOWSKICH ZAKŁADÓW SODOWYCH „SOLVAY”. mgr inż. Maciej Gliniak. Promotor: dr hab. inż. Wiktoria Sobczyk, prof. nadzw. AGH Promotor pomocniczy: dr inż. Małgorzata Pawul. Kraków 2015.

(2)

(3) „Żaden dom nie powinien stać na wzgórzu lub czymkolwiek. Dom powinien być obok wzgórza, należeć do niego. Wzgórze i dom powinny razem żyć szczęśliwie”. Frank Lloyd Wright.

(4)

(5) Pragnę podziękować wszystkim bez których niniejsza praca nie mogłaby powstać. Przede wszystkim mojej Pani Promotor dr hab. inż. Wiktorii Sobczyk, prof. AGH, za wszelką pomoc jakiej mi udzieliła w czasie dotychczasowej współpracy, a zwłaszcza za cenne uwagi merytoryczne. Składam serdeczne podziękowania dr inż. Małgorzacie Pawul za wskazówki i okazaną pomoc. Serdecznie dziękuję Panu Profesorowi Januszowi Miczyńskiemu za cenne uwagi oraz mobilizację do dalszej pracy naukowej. Pragnę podziękować również Koleżankom i Kolegom z Katedry Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców AGH oraz Katedry Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza za stworzenie wspaniałej atmosfery naukowej (i nie tylko). Dziękuję Rodzicom za wsparcie i zachętę. Szczególne podziękowania składam mojej Magdzie za cierpliwość, wyrozumiałość i wsparcie w chwilach zwątpienia..

(6)

(7) Spis treści 1. Wstęp ................................................................................................................................... 10 1.1. Wprowadzenie ............................................................................................................... 10 1.2. Teza, zakres i cele pracy ................................................................................................ 12 1.3. Metodyka badań ............................................................................................................ 14 1.4. Podstawowe definicje .................................................................................................... 15 1.5. Studium aktualnego stanu zagadnienia ......................................................................... 17 2. Rozwój przemysłu sodowego ............................................................................................... 20 2.1. Przemysł sodowy na świecie ......................................................................................... 20 2.2. Przemysł sodowy w Polsce ........................................................................................... 21 2.3. Technologia produkcji sody .......................................................................................... 22 2.3.1. Metoda Solvaya ...................................................................................................... 22 2.3.2. Soda oczyszczona ................................................................................................... 22 2.3.3. Metoda kaustyfikacji .............................................................................................. 22 2.4. Odpady poprodukcyjne przemysłu sodowego............................................................... 25 2.5. Zagospodarowanie odpadów posodowych .................................................................... 26 3. Wpływ zasolenia na wybrane elementy środowiska ............................................................ 27 3.1. Zasolenie gruntów ......................................................................................................... 27 3.1.1. Mechanizm i mierniki zasolenia w gruncie ............................................................ 27 3.1.2. Przyczyny zasolenia gruntów w Polsce .................................................................. 29 3.1.3. Grunty zasolone na świecie .................................................................................... 30 3.1.4. Grunty zasolone na terenie Polski .......................................................................... 33 3.2. Wpływ zasolenia na rośliny........................................................................................... 34 3.2.1. Stres solny .............................................................................................................. 34 3.2.2. Odporność roślin na zasolenie ................................................................................ 36 3.2.3. Tolerancja roślin na zasolenie ................................................................................ 38 3.3. Wpływ zasolenia na konstrukcje budowlane................................................................. 39 3.3.1. Alkaliczna korozja betonu ...................................................................................... 40 3.3.2. Chlorkowa korozja betonu...................................................................................... 40 3.3.3. Siarczanowa korozja betonu ................................................................................... 41 4. Rekultywacja składowisk odpadów posodowych ................................................................ 43 4.1. Biologiczne technologie rekultywacji gruntów ............................................................. 43 4.2. Wykorzystanie procesów sukcesji wtórnej w rekultywacji ........................................... 45. 7.

(8) 4.3. Przykłady rekultywacji składowisk odpadów posodowych .......................................... 46 5. Charakterystyka obiektu badań ............................................................................................ 48 5.1. Położenie ....................................................................................................................... 48 5.2. Historia Krakowskich Zakładów Sodowych „Solvay” ................................................. 49 5.3. Budowa geologiczna...................................................................................................... 51 5.4. Warunki geotechniczne ................................................................................................. 52 5.5. Hydrografia i hydrogeologia ......................................................................................... 53 5.6. Warunki klimatyczne..................................................................................................... 55 5.7. Przeprowadzone prace rekultywacyjne i aktualny stan przyrodniczy obiektu .............. 56 5.8. Plany i koncepcje zagospodarowania przestrzennego ................................................... 60 5.8.1. Miejscowy plan zagospodarowania terenów w rejonie ul. Zakopiańskiej – KZS „Solvay” ........................................................................................................ 60 5.8.2. Koncepcja zagospodarowania terenów KZS „Solvay” .......................................... 63 5.8.3. Miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego obszaru „Białe Morza” ......... 67 6. Metodologia badań własnych ............................................................................................... 71 6.1. Pobieranie próbek .......................................................................................................... 71 6.2. Metodyka prac laboratoryjnych i terenowych ............................................................... 73 6.3. Metodyka prac kartograficznych ................................................................................... 77 6.4. Analiza planów zagospodarowania przestrzennego ...................................................... 78 7. Analiza wyników prac laboratoryjnych ................................................................................ 80 7.1. Skład ziarnowy gruntu ................................................................................................... 81 7.2. Analiza rozkładu przestrzennego pH, przewodności elektrolitycznej właściwej i wilgotności aktualnej .................................................................................................. 82 7.3. Zawartość węglanów ..................................................................................................... 88 7.4. Zawartość metali ciężkich ............................................................................................. 90 7.5. Fizykochemiczna ocena stanu jakości wody w rzece Wildze ....................................... 94 7.6. Ocena jakości i stateczności terenu składowisk metodą fitoindykacji geotechnicznej . 97 8. Ocena możliwości zagospodarowania terenów składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych „Solvay” ........................................................................................................... 102 8.1. Ocena dotychczasowych propozycji zagospodarowania przestrzennego składowisk odpadów byłych KZS „Solvay”.................................................................................. 102 8.2. Wielokierunkowa koncepcja zagospodarowania przestrzennego terenów KZS „Solvay” ...................................................................................................................... 107. 8.

(9) 8.3. Propozycja rekultywacji terenów byłych składowisk KZS „Solvay” na potrzeby wdrożenia wielokierunkowej koncepcji zagospodarowania przestrzennego ............. 119 9. Podsumowanie i wnioski .................................................................................................... 124 10. Bibliografia ....................................................................................................................... 129 11. Spis rycin .......................................................................................................................... 141 12. Spis tabel .......................................................................................................................... 145. 9.

(10) 1. Wstęp 1.1. Wprowadzenie Odpady. poprodukcyjne,. deponowane. na. składowiskach,. są. często. drugim. podstawowym produktem występującym w każdej gałęzi przemysłu. Obecnie, zgonie z ideą zrównoważonego rozwoju, każdy zakład przemysłowy powinien minimalizować zużycie surowców oraz włączać powstające odpady do cyklu produkcyjnego. Pozostałe odpady najczęściej nadal deponowane są na składowiskach odpadów, które ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne stają się uciążliwe dla społeczności lokalnej i środowiska. Przemysł sodowy, będący gałęzią wielkotonażowego przemysłu chemicznego, corocznie generuje tysiące ton odpadów, które są składowane w napowierzchniowych lagunach osadowych. Wskutek niewłaściwego zabezpieczenia i długotrwałego wykorzystywania składowisk przyczyniają się one do degradacji środowiska poprzez pylenie drobnych frakcji osadów z przesuszonych lagun i migrację łatwo rozpuszczalnych, toksycznych związków do wód gruntowych. Skala tego zjawiska zależy od ilości zdeponowanych odpadów na składowisku, klimatu oraz przemian fizykochemicznych zachodzących we wnętrzu osadników. W wielu przypadkach po zakończeniu eksploatacji składowisko izoluje się od otoczenia, przykrywając je warstwą ziemi o uziarnieniu gliniastym lub ilastym i obsadzając roślinnością. Zdarza się, że osoby projektujące nasadzenia na wspomnianych obiektach nie zwracają uwagi na obecność łatwo migrujących i toksycznych dla roślin jonów chlorkowych i siarczanowych oraz bardzo alkaliczny odczyn podłoża. Taki stan przez wiele lat utrzymuje się w obrębie składowisk, stwarzając niekorzystne warunki dla wzrostu i rozwoju roślin oraz powodując ich stopniowe zamieranie i ustępowanie porostowi ruderalnemu o bardzo niskich wymaganiach siedliskowych. Wiele składowisk odpadów pochodzących z przemysłu chemicznego znajduje się obecnie w pobliżu miast lub w ich granicach administracyjnych. Szybkie tempo wzrostu gospodarczego oraz dodatnie saldo migracji wewnętrznych często powodują konieczność przekształcenia składowisk w tereny urbanistycznie zagospodarowane. Zaniedbane składowiska odpadów posodowych są zazwyczaj nieużytkami, które szpecą okolicę oraz zaburzają ład przestrzenny, kreowany przez miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego. Plany i koncepcje zagospodarowania na ogół zakładają zabudowę tych terenów, która ze względu na środowisko bardzo aktywne chemicznie szybko podlega procesom korozji chemicznej. Dodatkowym problemem, jaki często powstaje podczas usuwania i przewożenia zdeponowanych odpadów, jest wtórne zanieczyszczenie. 10.

(11) środowiska. toksycznymi. substancjami.. Analizując. możliwości. zagospodarowania. przestrzennego składowisk odpadów posodowych w świetle dostępnych technik i technologii, wydaje się, że jedynym optymalnym rozwiązaniem jest przekształcanie tych obszarów w tereny zieleni urządzonej. Zapotrzebowanie na obiekty o charakterze rekreacyjnym, zwłaszcza w dużych miastach, jest bardzo często sugerowane przez mieszkańców, którzy mieszkając na obszarach zabudowy wielkokubaturowej, nie mają dostępu do miejsc wypoczynku i do uprawiania sportu. Zakres badań niniejszej pracy obejmuje tereny byłych składowisk odpadów Krakowskich Zakładów Sodowych, znajdujące się w krakowskiej dzielnicy Podgórze. Badania terenowe przeprowadzono w latach 2011-2013. Praca składa się z 12 rozdziałów. W pierwszym rozdziale opisano sposób postępowania z odpadami przemysłu sodowego oraz metody ich neutralizacji. Następnie przedstawiono uzasadnienie podjęcia tematu rozprawy, tezę, cel i zakres pracy oraz wyjaśnienie podstawowych terminów specjalistycznych. Pierwszą część rozprawy kończy krótka charakterystyka aktualnej literatury i analiza stanu badań nad wpływem i zagospodarowaniem przestrzennym składowisk odpadów przemysłu sodowego. Drugi rozdział pracy jest poświęcony rozwojowi przemysłu sodowego na świecie i w Polsce oraz ważniejszym technologiom produkcji wykorzystywanym w byłych Krakowskich Zakładach Sodowych. W trzeciej części pracy przedstawiono wpływ zasolenia na wybrane elementy środowiska – grunty, rośliny i konstrukcje budowlane. Kolejny rozdział rozprawy zawiera krótki przegląd możliwości rekultywacji składowisk odpadów posodowych w świetle dostępnych technik i technologii. W piątym rozdziale dysertacji scharakteryzowano obszar byłych składowisk odpadów Krakowskich Zakładów Sodowych z uwzględnieniem dotychczasowych planów i koncepcji jego zagospodarowania przestrzennego. W dalszej części rozprawy (rozdziały 7. i 8.) przedstawiono metodologię badań własnych oraz wyniki przeprowadzonych badań terenowych i laboratoryjnych. Zakres wykonanych oznaczeń obejmował skład ziarnowy, pomiar pH, przewodności elektrolitycznej właściwej, wilgotności aktualnej, zawartości węglanów i metali ciężkich oraz parametrów fizykochemicznych wody z rzeki Wilgi. Badania laboratoryjne uzupełniono pracami terenowymi, podczas których oceniono stateczność obszaru. W rozdziale 7.3 przedstawiono autorską metodologię oceny planów zagospodarowania przestrzennego terenów silnie zasolonych, która wykorzystuje wyniki przeprowadzonych badań laboratoryjnych. Oprócz wspomnianych badań własnych, metodologia zawiera również odniesienie do badań sondażowych społeczności lokalnej, mającej na celu poznanie preferowanych kierunków. 11.

(12) zagospodarowania terenu. Badania opinii społecznej zostały wykonane przez innych naukowców. Na podstawie rezultatów wykonanych oznaczeń, opisanych w rozdziale 8. niniejszej pracy, wykonano ocenę możliwości zagospodarowania terenów składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych. Wyniki oceny przedstawiono w dziewiątej części rozprawy,. która. zawiera. także. opracowaną. przez. autora. dysertacji. propozycję. zagospodarowania przestrzennego wraz z procesem rekultywacji omawianego obszaru. Dziewiąty rozdział pracy zawiera podsumowanie i wnioski wynikające z opracowania niniejszej rozprawy. W tej części pracy autor zwrócił uwagę na istotę zagadnienia, przedstawiając rzeczywisty wpływ składowisk odpadów przemysłu sodowego na środowisko i trudności w prowadzeniu procesu rekultywacji takich obszarów. W rozdziałach 10-12 przedstawiono wykaz literatury przedmiotu wykorzystanej w pracy oraz spis rycin i tabel.. 1.2. Teza, zakres i cele pracy Dynamiczny wzrost liczby ludności od zakończenia II wojny światowej przyczynia się do coraz większych zmian przestrzennych w środowisku. Związany z nim wzrost zapotrzebowania gospodarki na produkty przemysłu sodowego spowodował powstanie dużych składowisk odpadów poprodukcyjnych. Obiekty te w wyniku wieloletniej eksploatacji wywołały niekorzystne zmiany w przyległych ekosystemach. Wkład we wspomniane zmiany mają także byłe Krakowskie Zakłady Sodowe „Solvay”. W trakcie stuletniej działalności przyczyniły się do powstania trzech nadpoziomowych kompleksów stawów osadowych, które zajmują powierzchnię ponad 600 tys. m2. Składowiska nazwane „Białymi Morzami” od koloru odpadów w nich zgromadzonych znajdują się w obszarze administracyjnym miasta Krakowa i od ponad dziesięciu lat stanowią atrakcyjny obszar inwestycyjny krakowskiej w dzielnicy Podgórze. Ze względu na obecność dużej masy zgromadzonych odpadów (około 5 mln Mg) i ich środowiskową uciążliwość Rada Miasta Krakowa w 1994 roku uchwaliła miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego [Biuro Rozwoju Krakowa 1994]. Jego głównym zadaniem była ochrona składowisk przed niekontrolowaną zabudową i dalszym niekorzystnym wpływem zgromadzonych tam odpadów na środowisko przyrodnicze. W następstwie zmian legislacyjnych po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej w 2004 roku wspomniany plan. 12.

(13) przestał obowiązywać i pojawiło się wiele pomysłów na wykorzystanie terenów składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych. Rada Miasta Krakowa dopiero pod koniec 2012 roku postanowiła uchwalić nowy plan zagospodarowania przestrzennego, który swoim zasięgiem objął tylko część obszaru zajmowanego przez wspomniane składowiska [Gliniak, Sobczyk 2012; Gliniak 2014]. Z przeprowadzonych badań własnych i studiów literatury przedmiotu wynika, że na świecie (również w Polsce) nie ma opracowanych wytycznych dotyczących postępowania z. terenami,. na. których. składowane. są. odpady posodowe.. Trudności. związane. z zagospodarowaniem przestrzennym tych terenów wynikają z bardzo zróżnicowanego składu deponowanego materiału, który zależy od rodzaju procesu produkcyjnego wykorzystywanego w danym zakładzie. Ponadto planiści pomijają w swoich pracach bardzo ważny aspekt społeczny i potrzeby okolicznych mieszkańców. Powyższe ustalenia pozwoliły na przyjęcie następującego głównego celu pracy:. Opracowanie metodyki oceny zagospodarowania przestrzennego terenów składowisk odpadów przemysłu sodowego na etapie projektowania z uwzględnieniem potrzeb społeczności lokalnej i specyficznych właściwości fizykochemicznych odpadów Zasadność podjętego celu badawczego potwierdzają prace Piernika i in. [2005] oraz Kulczyckiej i Pody [2005]. W pracy postawiono także cele szczegółowe, do których należą: 1. przegląd planów i koncepcji zagospodarowania przestrzennego terenów po byłych Krakowskich Zakładach Sodowych, 2. ocena przestrzennego zróżnicowania podstawowych parametrów fizykochemicznych (pH, przewodność elektrolityczna właściwa, wilgotność aktualna, zawartość węglanów) w poszczególnych kompleksach osadników zlokalizowanych na terenie składowisk byłych KZS „Solvay”, 3. ocena wpływu składowisk odpadów posodowych byłych Krakowskich Zakładów Sodowych na wybrane elementy środowiska, 4. biogeotechniczna ocena stanu osadników na terenie składowisk byłych KZS „Solvay”, 5. ocena możliwych kierunków zagospodarowania przestrzennego składowisk posodowych byłych KZS „Solvay” na podstawie analizy jakości i stanu środowiska przyrodniczego. 13.

(14) z uwzględnieniem zaspokojenia potrzeb mieszkańców Krakowa w określone funkcje terenu. Dla osiągnięcia powyższych celów sformułowano następującą tezę pracy:. Istnieje możliwość optymalnego zagospodarowania przestrzennego terenów składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych z uwzględnieniem specyficznych właściwości fizykochemicznych zgromadzonych odpadów i potrzeb lokalnej społeczności.. 1.3. Metodyka badań Realizacja założonych celów szczegółowych została przeprowadzona na podstawie analizy literatury przedmiotu oraz badań laboratoryjnych i terenowych. Przeprowadzone badania laboratoryjne. opierały się na zaprojektowanej. sieci. opróbowania trzech. niezagospodarowanych. kompleksów stawów osadowych i obejmowały następujące. oznaczenia: ‒ określenie składu ziarnowego metodą aerometryczną Cassagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego, ‒ pomiar pH metodą potencjometryczną, ‒ pomiar przewodności elektrycznej właściwej metodą konduktometryczną, ‒ pomiar wilgotności wagowej metodą wagową, ‒ pomiar zawartości węglanów metodą objętościową Scheiblera, ‒ oznaczenie zawartości metali ciężkich metodą atomowej spektrometrii absorpcyjnej z wzbudzeniem płomieniowym, ‒ oznaczenie parametrów fizykochemicznych wody z rzeki Wilgi metodą fotometryczną. Badania terenowe poprzedzające cykl analiz laboratoryjnych polegały na wykonaniu wierceń w zaprojektowanej sieci opróbowania o głębokości 150 cm w celu pobrania materiału osadowego do badań. Po wykonaniu wierceń wykonano dokumentację fotograficzną terenu celem poddania go weryfikacji z wykorzystaniem metody fitoindykacji geotechnicznej. W ostatnim etapie badań wykorzystano metodę krigingu zwyczajnego do wykonania map rozkładu otrzymanych wyników z prac laboratoryjnych, a następnie opracowano autorską metodykę oceny planów zagospodarowania przestrzennego terenów składowisk odpadów posodowych.. 14.

(15) 1.4. Podstawowe definicje Cząsteczki regulatorowe – białka biorące udział w prawidłowym funkcjonowaniu dróg sygnałowych uruchamianych przez czynnik stresowy [Kopcewicz, Lewak 2012], Dekantacja – proces zlewania cieczy znad osadu, który zalega pod nią w naczyniu [Koneczny 1973], Determinanty efektorowe – systemy komórkowe i substancje białkowe odpowiedzialne za transport wody w komórce oraz za metabolizowanie fitotoksyn, a także transportujące metabolity komórkowe na dalekie odległości [Kopcewicz, Lewak 2012], Dokumentacja fitosocjologiczna – zbiór fotografii, rycin i tabel, pozwalających na ilościową i jakościową charakterystykę zbiorowiska roślinnego [Jeż 2008], Fitoindykacja – metoda diagnozy i oceny warunków środowiska oraz zachodzących w nim zmian za pomocą wskaźników roślinnych [Jeż 2008], Fitoindykacja geotechniczna – ocena sytuacji geotechnicznej podłoża gruntowego na podstawie obserwacji szaty roślinnej [Jeż 2008], Fitotoksyczność – zjawisko selektywnego niszczącego działania określonych substancji chemicznych lub biologicznych na rośliny [Kopcewicz, Lewak 2012], Fosfataza – enzym katalizujący proces hydrolizy białek, przebiegający z uwolnieniem energii w postaci anionu ortofosforanowego (V) [Kopcewicz, Lewak 2012], Genom – materiał genetyczny zawarty w podstawowym zespole chromosomów danego osobnika [Kopcewicz, Lewak 2012], Glikofity – rośliny przystosowane do wzrostu w warunkach niskiego stężenie soli w podłożu [Kopcewicz, Lewak 2012], Halofity – słonorośla, rośliny przystosowane do wzrostu na silne zasolonym podłożu (o wysokim stężeniu łatwo rozpuszczalnych soli: chlorków, siarczanów i węglanów sodu oraz magnezu) [Kopcewicz, Lewak 2012], Izotropia – brak kierunkowości rozkładu właściwości fizycznych materiału [Jeż 2008], Kalcynator – urządzenie służące do suszenia produktu otrzymanego w wyniku zastosowanego procesu produkcyjnego [Koneczny 1973], Kaustyfikacja – metoda otrzymywania ługu sodowego przez elektrolizę wodnego roztworu chlorku sodu [Koneczny 1973], Klimat aridowy – klimat suchy, w którym parowanie przewyższa roczną sumę opadów [Hess 1974],. 15.

(16) Kriging zwyczajny – geostatystyczna metoda estymacji, dzięki której otrzymuje się najlepsze,. nieobciążone. liniowe. oszacowania. wartości. analizowanej. zmiennej. zregionalizowanej [Cressie 1990], Kompartmentacja – podział komórki roślinnej za pomocą błon lipoproteinowych na odrębne obszary pod względem strukturalnym i funkcjonalnym [Kopcewicz, Lewak 2012], Kompleks sorpcyjny – suma wszystkich składników mineralnych i organicznych (głównie koloidów glebowych), na powierzchni których mogą zachodzić procesy sorpcji oraz wymiany jonowej [Bednarek i in. 2005], Micela – wyodrębniona z gleby pojedyncza cząstka tworząca koloid glebowy, czyli ogół składników mineralnych należących do frakcji iłu koloidalnego (ϕ < 0,002 mm) [Bednarek i in. 2005; Gołda 2005], Mikoryzowanie – dostarczenie w obręb systemu korzeniowego roślin żywych strzępek grzybni grzybów symbiotycznych [Bender, Gilewska 2004], Plastyczność gruntu – podatność gruntu na odkształcenia pod wpływem działania sił zewnętrznych oraz jego zdolność do utrzymywania nadanej mu formy po ich ustąpieniu [Jeż 2008], Płynność gruntu – stan nasycenia gruntu wodą, w którym traci on swoją stateczność i przemieszcza się w płaszczyźnie poziomej i/lub pionowej [Jeż 2008], Porost ruderalny – rośliny synantropijne zasiedlające tereny zurbanizowane o silnie przekształconym podłożu gruntowym [FAO 2006], Poziom salic – poziom powierzchniowy lub podpowierzchniowy gleby, w którym nie zachodzi proces wtórnego wzbogacania w sole łatwiej rozpuszczalne niż gips. Odznacza się przewodnictwem elektrycznym ekstraktu glebowego (ECe) na poziomie minimum 15 mS∙cm-1 w temperaturze 25°C i pH > 8,5. Dodatkową cechą charakterystyczną dla występowania tego poziomu jest identyfikacja w terenie roślin z rodzaju Salicornia, Tamarix lub innych słonorośli [Jackson 1958, FAO 2006], Siły osmotyczne –. siły występujące w wyniku różnic koncentracji roztworów. w otoczeniu cząstek gruntu, wpływające na kierunek ruchu wody [Kopcewicz, Lewak 2012], Stateczność – stan równowagi [Jeż 2008], Stres oksydacyjny – zachwianie równowagi pomiędzy wytwarzanymi formami tlenu reaktywnego w tkankach roślinnych, będący odpowiedzią komórek na różne czynniki stresowe [Kopcewicz, Lewak 2012],. 16.

(17) Stres roślin – określenie stosowane w fizjologii roślin dla czynnika działającego na organizm; stan organizmu wywołany czynnikiem stresowym. Z pojęciem tym wiąże się termin stresor, oznaczający bodziec wywołujący reakcję stresową [Kopcewicz, Lewak 2012], Sukulentność – zdolność roślin do wytworzenia mechanizmów pozwalających na przeżycie w suchym środowisku [Kopcewicz, Lewak 2012], Ściśliwość podłoża – zdolność gruntu do zmniejszania swojej objętości pod wpływem działania sił obciążających [Jeż 2008], Zdolność pęcznienia – zdolność gruntu do zmiany swojej objętości pod wpływem działania czynników zewnętrznych (np. wody) [Jeż 2008], Zjawiska ekspansywne – zjawiska, które mają zdolność do rozprzestrzeniania się w gruncie od miejsca ich początkowego pojawienia się [Jeż 2008].. 1.5. Studium aktualnego stanu zagadnienia W literaturze międzynarodowej brak jest prac poświęconych składowiskom odpadów posodowych. Najczęściej poruszanymi tematami związanymi z gruntami są zasolenie i alkalizacja jako czynniki najbardziej niebezpieczne dla środowiska przyrodniczego. Wspomniane procesy są szeroko opisywane w artykułach Bernsteina [1974], Aftaliona [1991], Grattana i Grieva [1994] oraz Grünewalda i in. [2006, 2007] i skupiają się głównie na mechanizmach toksyczności zasolenia w odniesieniu do roślin. Drugą grupę tematyczną stanowią artykuły poświęcone kształtowaniu się mechanizmów obronnych i tolerancyjnych na podwyższoną alkalizację środowiska. Problematyka ta była poruszana w pracach autorstwa Hasegawy i in. [1986], Sharpleya i in. [1992] i Suareza [2005]. Wymienieni badacze koncentrują się głównie na zagadnieniach związanych z wpływem gleb zasolonych i nawadnianiem wodami solankowymi upraw w klimacie aridowym na wzrost i plonowanie roślin uprawnych. Wyniki opisywane w ich pracach potwierdzają toksyczny wpływ jonów chlorkowych na rośliny, któremu można przeciwdziałać poprzez odpowiednie nawożenie oraz dobór typu i sposobu uprawy. Zróżnicowanie właściwości składowanych odpadów na terenie składowisk byłych Krakowskich. Zakładów Sodowych. zagospodarowaniu. przestrzennemu.. było. tematem. Pierwszy. prac naukowych. miejscowy. plan. poświęconych. zagospodarowania. przestrzennego [Biuro Rozwoju Krakowa 1994] zakładał przeznaczenie omawianego terenu pod niską zieleń urządzoną, zaprojektowaną na podstawie wyników badań Nagawieckiej i in.. 17.

(18) [1980] oraz Saneckiego [1994]. Dziesięć lat później w koncepcji zagospodarowania tego obszaru, zaproponowanej przez Instytut Rozwoju Miast w Krakowie [2004], podtrzymano założenia planu z 1994 roku i uzupełniono je o funkcje rekreacyjno-wypoczynkowe. Założenia projektu z 2004 roku potwierdzili badaniami biochemicznymi Pośpiech i Skalski [2006] oraz badaniami geotechnicznymi Sroczyński [2008]. Słuszność tej koncepcji podkreślili także Poda [1999], Krzak [2005] i Okrutniak [2010]. Pod koniec 2012 roku Rada Miasta Krakowa uchwaliła obowiązujący miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego „Białe Morza”, w którym praktycznie zrezygnowano z utrzymywania terenów zielonych na rzecz rozbudowy usług i komunikacji w tym rejonie Miasta. Ze względu na częściowe zagospodarowanie terenu składowisk [Uchwała… 2012], autor rozprawy zaproponował zmodyfikowaną i uzupełnioną koncepcję zagospodarowania przestrzennego z 2004 roku. Wspomniany projekt zakłada utrzymanie terenów zieleni niskiej zabezpieczającej składowiska oraz rozwój funkcji rekreacyjno-sportowych i turystycznych, którego potrzebę potwierdzają. badania. socjologiczne. przeprowadzone. przez. Ciechowskiego. [2012].. Akceptacja społeczna projektowanych prac rewitalizacyjnych ma bardzo duże znaczenie dla przyszłości i rozwoju danego terenu poprzemysłowego. Szeroko opisywane w literaturze wyniki przeprowadzonych badań ankietowych dla różnych obszarów zdegradowanych potwierdzają preferencje rekreacyjnego i przyrodniczego kierunku zagospodarowania tych obiektów [Sobczyk, Pawul 2010a; Sobczyk, Pawul 2010b]. W trakcie projektowania badań laboratoryjnych i prac terenowych kierowano się wynikami wcześniejszych prac przeprowadzonych przez Nagawiecką i in. [1980], Nagawiecką i Klimka [1990], Boronia i in. [2000] oraz Sroczyńskiego [2008]. Wyniki przeprowadzonych przez nich badań wykazały bardzo zróżnicowane właściwości i charakter przestrzenny omawianego terenu. Jako najważniejsze czynniki różnicujące tereny poszczególnych stawów osadowych zostały wskazane: alkaliczny i silnie alkaliczny odczyn podłoża oraz wysokie wartości przewodnictwa elektrolitycznego właściwego zdeponowanych osadów. Oba wskaźniki ulegają bardzo powolnemu obniżaniu oraz wykazują charakter akumulacyjny, wzrastający wraz z głębokością, czego dowiedli Boroń i in. [2000], Zając i in. [2007] oraz Gliniak i Sobczyk [2012]. Analizy oddziaływania składowisk odpadów posodowych byłych Krakowskich Zakładów Sodowych na otaczające środowisko, przeprowadzone przez Gaszyńskiego i in. [2006], Sroczyńskiego [2008], Wójcika i Zawadzkiego [2011] oraz Gliniaka i in. [2014a, 2014b], nie wykazały ich szkodliwego wpływu na okoliczne wody i tereny. Badania przeprowadzone przez wspomnianych autorów wskazują na występowanie stabilnych warunków fizykochemicznych w obrębie składowisk. 18.

(19) i sugerują możliwość występowania korozji chemicznej obiektów budowlanych, opisywanej przez Nevilla [1995, 2000] i Kurdowskiego [2010].. 19.

(20) 2. Rozwój przemysłu sodowego Przemysł sodowy jest zaliczany do gałęzi przemysłu chemii nieorganicznej, działu chemii wielkotonażowej. Produkuje on bardzo ważne chemikalia gospodarcze, takie jak węglan sodu i wodorotlenek sodu. Wyroby te stanowią półprodukty dla innych gałęzi przemysłu (np. nawozowego, farmaceutycznego, szklarskiego, papierniczego) – ryc. 1 [Ciech S.A. 2010].. Ryc. 1. Wykorzystanie sody w poszczególnych sektorach gospodarki [Ciech S.A. 2010, zmienione]. 2.1. Przemysł sodowy na świecie Soda jest znana od starożytności ze względu na wszechstronne zastosowanie. Pierwotnie była pozyskiwana w postaci krystalicznej lub ciekłej ze słonych jezior. W średniowieczu nastąpił wzrost zapotrzebowania na sodę. Zaczęto ją wówczas pozyskiwać z popiołów roślinnych (głównie we Francji i w Hiszpanii). Przełomowym okresem dla rozwoju przemysłu sodowego na świecie był koniec XVIII wieku. Ciągły wzrost zapotrzebowania na różne postacie sody poskutkował ogłoszeniem konkursu przez Francuską Akademię Nauk w 1775 roku na nowe metody i technologie jej pozyskiwania. Pierwsza przemysłowa technologia produkcji sody została przedstawiona w 1791 roku przez Mikołaja Leblanca. Wadą tej metody było powstawanie dużej ilości toksycznych odpadów (m.in. kwas chlorowodorowy i siarczek wapnia). W 1865 roku belgijski chemik Ernst Solvay przedstawił rewolucyjną technologię produkcji sody bezpośrednio z soli kamiennej i wapienia. Względy. 20.

(21) ekonomiczne i konkurencyjność metody sprawiły, że od końca I wojny światowej metoda Solvaya była i jest powszechnie wykorzystywana na świecie w zakładach produkujących sodę [Grycza 1953; Aftalion 1991]. Licząca dziś 150 lat technologia zyskała szereg modyfikacji i udoskonaleń technicznych w celu jak najlepszego wykorzystania surowców i minimalizacji ilości odpadów poprodukcyjnych. Obecnie globalna produkcja sody wynosi około 63 mln Mg∙rok-1 [Komisja Europejska 2006].. 2.2. Przemysł sodowy w Polsce Historia powstania przemysłu sodowego na ziemiach polskich szacowana jest na przełom XIX i XX wieku. Bardzo silny i szybki rozwój tej gałęzi przemysłu był uwarunkowany łatwą dostępnością soli kamiennej i wapieni. Ze względu na najdogodniejsze warunki surowcowe przemysł sodowy rozwijał się w ośrodku krakowskim i inowrocławskim. Pierwszą fabrykę sody w Polsce uruchomiono w Mątwach koło Inowrocławia (1880 rok) i w Szczakowej koło Chrzanowa (1883 rok). Zakłady te produkowały sodę według technologii Honigmanna. W 1905 roku obie fabryki przejął belgijski koncern Solvaya, który zlikwidował fabrykę w Szczakowej (równolegle uruchamiając linię produkcyjną w Krakowie) i zrestrukturyzował zakład w Mątwach, przystosowując go do nowego procesu produkcyjnego [Grycza 1953; Bukowski 1965; Kruszka, Wartalski 1996; Tokarska-Guzik 2008]. Po zakończeniu II wojny światowej znacjonalizowane zakłady w Krakowie i Inowrocławiu poddano modernizacji i rozbudowie. Równolegle rozpoczęto budowę fabryki sody w Janikowie. W 1957 roku Janikowskie Zakłady Sodowe były największym zakładem chemicznym produkującym sodę kalcynowaną w Polsce. W latach 1975-79 zmodernizowano zakłady w Mątwach i dobudowano Wytwórnię Sody Ciężkiej „Mątwy II”. W 1989 roku Krakowskie Zakłady Sodowe zostały postawione w stan likwidacji ze względu na uciążliwość dla środowiska, natomiast zakłady w Janikowie i Mątwach modernizowano i unowocześniano. Obecnie Zakłady Janikosoda w Janikowie i Zakłady Produkcyjne Soda Mątwy w Inowrocławiu wchodzą w skład koncernu Soda Polska CIECH sp. z o.o. Produkcja sody kaustycznej i węglanu sodu w Polsce w roku 2013 wyniosła 1,19 mln Mg [Kruszka, Wartalski 1996; Poda 1999; Ciech S.A. 2013; Dmochowska 2014].. 21.

(22) 2.3. Technologia produkcji sody 2.3.1. Metoda Solvaya Technologia produkcji sody w Krakowskich Zakładach Sodowych była oparta na metodzie opracowanej w 1865 przez chemika Ernsta Solvaya. Metoda ta odznaczała się niskim zużyciem energii oraz wysoką efektywnością wykorzystania surowców. Proces był prowadzony. trzyetapowo.. Rozpoczynał. się. od. prażenia. kamienia. wapiennego. (z kamieniołomu Zakrzówek) i oczyszczania solanki (kopalnia Barycz). Następnie solanka z dodatkiem amoniaku była karbonizowana, po czym poddawano ją kalcynowaniu do uzyskania sody jako produktu końcowego. Amoniak stosowany w produkcji był reagentem pomocniczym, krążącym w obiegu zamkniętym [Molenda 1988; Bortel, Koneczny 1992]. Schemat ideowy instalacji produkcji sody metodą Solvaya przedstawiono na ryc. 2.. 2.3.2. Soda oczyszczona W Krakowskich Zakładach Sodowych obok produkcji sody metodą Solvaya wytwarzano także sodę oczyszczoną. Pod pojęciem tym rozumie się wodorowęglan sodu uzyskany w wyniku częściowej dekarbonizacji wodnego roztworu NaHCO3. W wyniku reakcji. zachodzącej. w. aparacie. wieżowym. powstają. mieszanina. węglanu. sodu. i wodorowęglanu sodu oraz niewielkie ilości odpadowego amoniaku i dwutlenku węgla. Otrzymany roztwór soli poddawano krystalizacji i suszeniu, uzyskując produkt o wysokim stopniu czystości [Koneczny 1973].. 2.3.3. Metoda kaustyfikacji Drugim procesem technologicznym wykorzystywanym w Krakowskich Zakładach Sodowych była produkcja wodorotlenku sodu metodą kaustyfikacji (ryc. 3). Jako produkt wyjściowy wykorzystywano wodny roztwór węglanu sodu (z metody Solvaya), który kaustyfikowano wodorotlenkiem wapnia. Uzyskany ług sodowy poddawano zagęszczaniu i prażeniu, otrzymując kaustyk bezwodny [Molenda 1988; Bortel, Koneczny 1992].. 22.

(23) Ryc. 2. Schemat ideowy produkcji węglanu sodu metodą Solvaya [Koneczny 1973, zmienione]. 23.

(24) Ryc. 3. Schemat ideowy procesu kaustyfikacji węglanu sodu [Molenda 1988, zmienione]. 24.

(25) 2.4. Odpady poprodukcyjne przemysłu sodowego W trakcie procesu produkcyjnego sody metodą Solvaya i kaustyfikacji na każdy 1 Mg produktu powstaje około 0,2 Mg odpadów. Ze względu na duże zróżnicowanie surowców używanych do produkcji sody w różnych zakładach sodowych, w dalszej części rozdziału skupiono się wyłącznie na odpadach powstałych w KZS „Solvay”. Na terenie składowisk byłych Krakowskich Zakładów Sodowych zdeponowano łącznie około 5 mln Mg odpadów. W KZS „Solvay” powstawały dwie grupy odpadów. Pierwszą grupę stanowiły odpady stałe z procesów spalania koksu i prażenia wapieni. Odpady te były wykorzystywane do budowy i wzmacniania obwałowań osadników. Druga grupa odpadów to półpłynne szlamy, które deponowano w stawach osadowych w celu ich późniejszego odwodnienia [Leszczyński 1979; Ślęzak 1993]. Osady zdeponowane na składowiskach charakteryzują się budową warstwową (ryc.. 4),. która. jest. wynikiem. procesów. sedymentacji. oraz. działania. ciśnienia. hydrostatycznego warstw nadległych.. Ryc. 4. Układ warstwowy osadów na terenie stawu osadowego nr 3. Teren składowisk byłych KZS Solvay w Krakowie [fot. wł.] Poszczególne warstwy różnią się między sobą właściwościami fizykochemicznymi i miąższością. pHKCl zdeponowanych osadów waha się w zakresie od 7,6 (warstwa wierzchnia) do 13,0 (warstwy głębsze). Średnia wartość przewodności elektrolitycznej właściwej odpadów wynosi 1,7 mS∙cm-1. Odpady odznaczają się wysoką zawartością węglanów (72÷96%), których koncentracja wzrasta wraz z głębokością. W osadach dominującymi pierwiastkami są wapń (394 g∙kg-1), potas (9 g∙kg-1), żelazo (3 g∙kg-1) i sód. 25.

(26) (2 g∙kg-1). W wyciągu wodnym oznaczono kationy: wapnia (266 mg∙100 g-1), magnezu (7 mg∙100 g-1), sodu (2 mg∙100 g-1) i potasu (1 mg∙100 g-1) oraz anion chlorkowy (26 mg∙100 g-1) [Ślęzak 1993, Kruszka i Wartalski 1996; Bytnar 2002].. 2.5. Zagospodarowanie odpadów posodowych Optymalnym. sposobem. postępowania. z. odpadami. posodowymi. jest. ich. zagospodarowanie. Ograniczenia ich ponownego wykorzystania wynikają głównie z dużej koncentracji chlorków sodu i wapnia. Nieprzerwanie od 1938 roku trwają prace nad ograniczeniem powstawania odpadów z produkcji sody i nad technikami ich utylizacji [Krasheninnikov 1988; Shatow i in. 2004]. Jedną z pierwszych możliwości zagospodarowania odpadów posodowych była próba ich wykorzystania w rolnictwie jako substytutu wapna nawozowego [Bukowski 1965; Dzierwa,. Zawisza. 2006].. Szczegółowe. badania. nieprzetworzonych. szlamów. poprodukcyjnych wykazały, że nie nadają się one do nawożenia upraw ze względu na wysoką higroskopijność i zawartość chlorków. Właściwości nawozowe (jako kreda nawozowa lub węglan wapnia) odpady uzyskują po częściowym przetworzeniu. Instalacja do produkcji nawozów wapniowych ze szlamów posodowych funkcjonowała od 1960 roku w Krakowskich Zakładach Sodowych. Proces przetwarzania odpadów posodowych we wspomnianej instalacji polegał na wstępnym zagęszczeniu mieszaniny w wyparkach, a następnie wypłukaniu nadmiaru chlorku sodu. Tak przygotowany półprodukt był mieszany w różnych proporcjach z drobno zmielonym wapieniem jurajskim i kierowany do sprzedaży jako nawóz wapniowosiarczanowy [Leszczyński 1979; Nagawiecka, Klimek 1990; Kruszka, Wartalski 1996]. Obok zastosowania odpadów posodowych do celów nawozowych trwały prace badawcze nad ich wykorzystaniem w budownictwie i geotechnice. Przeprowadzone analizy nie wykazały możliwości zastosowania odpadów posodowych w żadnej gałęzi gospodarki ze względu na dużą koncentrację chlorków. Stałe frakcje odpadowe były wykorzystywane in situ do budowy obwałowań osadników i nasypów drogowych. Frakcje półpłynne próbowano stosować do wypełnienia pustek poeksploatacyjnych w kopalniach węgla oraz obniżeń terenu, powstałych w wyniku szkód górniczych [Grycza 1953, Leszczyński 1979]. Użyteczność szlamów poprodukcyjnych była również badana pod kątem zastosowania w produkcji zapraw i mieszanin cementowych, jednak wysoka zawartość jonów siarczanowych w odpadach obniżała wytrzymałość materiałową powstałych produktów [Bukowski 1965; Shatow 2004; Dzierwa, Zawisza 2006].. 26.

(27) 3. Wpływ zasolenia na wybrane elementy środowiska 3.1. Zasolenie gruntów Zasolenie gruntów jest wywołane nadmierną akumulacją rozpuszczalnych soli nieorganicznych w wodzie kapilarnej. W badania glebo- i gruntoznawczych przyjmuje się, że zasolenie jest wywołane przez sole o iloczynie rozpuszczalności większym niż iloczyn rozpuszczalności gipsu. Niekorzystny wpływ zasolenia w gruncie pojawia się wówczas, gdy wody gruntowe zawierają więcej kationów (głównie Na+, K+, Mg2+, Ca2+) i anionów (NO3 , Cl- , SO4 , (COO)2) niż potrzeby pokarmowe roślin [White 1997; Seeling 2000; Munns 2 -. 2-. 2002; Brady, Weil 2002].. 3.1.1. Mechanizm i mierniki zasolenia w gruncie Najpowszechniej występującym rodzajem zasolenia jest zasolenie wywołane obecnością soli sodu. Ich obecność w wodzie gruntowej niekorzystnie wpływa na właściwości gruntu,. takie. jak. struktura,. zdolność. pęcznienia,. plastyczność,. przepuszczalność. i podsiąkliwość. Sód jako pierwiastek aktywny bardzo silnie oddziałuje na fazę mineralną gruntu dzięki wysokiej energii wejścia w porównaniu z kationami o wyższej wartościowości (ryc. 5) [Gołda 2005].. Ryc. 5. Schemat wypierania kationów dwuwartościowych przez sole sodu [Gołda 2005, zmienione] Wzrost zasolenia w gruncie powoduje spadek sił wiązania jonów znajdujących się w kompleksie sorpcyjnym. Proces ten jest spowodowany występowaniem liniowej zależności pomiędzy średnicą jonu a siłami przyciągania (im większa średnica, tym słabsze siły przyciągania). Akumulacja dużej ilości sodu wymiennego w gruncie powoduje jego silną alkalizację, uniemożliwiając wzrost i rozwój roślin [White 1997; Maciak 1999; Brady, Weil 2002].. 27.

(28) Określenie zmian zawartości sodu w gruncie (Z) należy do najczęściej wykonywanych obliczeń w gleboznawstwie. Jest to stosunek liczby kationów sodu do sumy liczby kationów wapnia i magnezu w wyciągu wodnym, wyrażony w ilościach równoważnych (1): Z=. Na+ 2+. Ca + Mg2+. (1). Na podstawie wskaźnika Z dokonuje się oceny stopnia zasolenia według trójstopniowej skali: 1. Z < 1 – brak zasolenia, 2. 1 < Z < 4 – występują czynniki zasalające, 3. Z > 4 – nasycenie kompleksu sorpcyjnego jest bardzo znaczące [Gołda 2005]. Drugim wskaźnikiem bazującym na relacji pomiędzy wartościami równoważnymi zawartości sodu, wapnia i magnezu w gruncie jest dwustopniowy indeks SAR (2): SAR =. Na+ 2+ 2+ �Ca + Mg. (2). 2. przy czym: 1. SAR < 10 – w gruncie występuje optymalna równowaga jonowa, 2. 10 ≤ SAR < 15 – występuje szkodliwe oddziaływanie soli na procesy fizjologiczne roślin i na właściwości gruntu, 3. SAR ≥ 15 – indeks charakterystyczny dla utworów słonych [Seeling 2000; Treder 2004]. Kolejnym wskaźnikiem określającym w sposób ogólny stopień zasolenia gruntów jest procentowa zawartość soli w suchej masie utworu. Metoda ta wyróżnia 4 stopnie zasolenia: 1. brak zasolenia < 0,2% soli, 2. słabe zasolenie 0,2% – 0,35% soli, 3. umiarkowane zasolenie 0,35% – 0,55% soli, 4. silne zasolenie > 0,65% soli. Zawartość soli ustala się na podstawie suchych pozostałości wyciągu wodnego. W przypadku braku informacji o rodzajach zasolenia niezbędne jest wykonanie dodatkowych badań i analiz chemicznych w celu ustalenia tychże źródeł, ponieważ każda z soli odznacza się inną fitotoksycznością według szeregu malejącego [Gołda 2005]: Na2CO3 > NaHCO3 > NaCl > CaCl2 > Na2SO4 > MgCl2 > MgSO4. 28.

(29) Wspomniane powyżej metody pozwalają opisać stopień zasolenia gruntów wywołanych głównie obecnością kationów sodu. Obecnie powszechną metodą oceny stopnia zasolenia jest pomiar przewodności elektrolitycznej właściwej (PEW). Pomiar wykonuje się w wyciągu wodnym, oznaczając stosunek suchej masy gruntu do masy roztworu. Proporcja ta wynosi 1:1, 1:2,5 lub 1:5. W tym przypadku szkodliwość zasolenia określa się na podstawie następującej skali: 1. PEW < 0,5 mS∙cm-1 – koncentracja soli tolerowana przez rośliny, 2. PEW 0,5 ÷ 1,0 mS∙cm-1 – wartość graniczna tolerancji na zasolenie, 3. PEW 1,0 ÷ 2,0 mS∙cm-1 – występowanie objawów zasolenia u roślin, 4. PEW > 2,0 mS∙cm-1 – toksyczna zawartość soli w gruncie [Gołda 2005]. Pomiar PEW jest także możliwy przy pełnym wysyceniu próbki gruntu wodą (tzw. pasta glebowa) przy zastosowaniu następującej skali [Kotuby-Amacher i in. 1997]: 1. < 2 mS∙cm-1 nieistotny wpływ zasolenia dla roślin, 2. 2 ÷ 4 mS∙cm-1 ograniczenie wzrostu roślin wrażliwych na zasolenie, 3. 4 ÷ 8 mS∙cm-1 ograniczenie wzrostu większości roślin, 4. 8 ÷ 16 mS∙cm-1 warunki wzrostu możliwe wyłącznie dla roślin odpornych na zasolenie, 5. > 16 mS∙cm-1 możliwy wzrost nielicznych halofitów.. 3.1.2. Przyczyny zasolenia gruntów w Polsce Powstawanie gruntów zasolonych jest bardzo mocno związane z lokalnym klimatem. W Polsce występuje klimat humidowy, w którym obserwuje się przewagę opadów nad parowaniem, niesprzyjający powstawaniu gruntów zasolonych (wyjątek stanowią tereny położone nad brzegiem Morza Bałtyckiego). Ze względu na duże wartości średniorocznych sum opadów w Europie (500÷1000 mm) przyjęto, że występowanie procesu zasolenia gruntów ma wyłącznie charakter antropogeniczny [White 1997; Munns 2002; Gołda 2005]. Podstawowym antropogenicznym źródłem zasolenia gruntów są składowiska odpadów przemysłu sodowego, hutniczego i energetycznego. Odpady te, zgromadzone na dużej powierzchni, są przemywane wodami opadowymi, które ługują z nich łatwo rozpuszczalne sole, infiltrujące do podłoża i wód gruntowych. Przykładami niekorzystnego oddziaływania składowisk odpadów są tereny składowisk odpadów byłych Krakowskich Zakładów Sodowych w Krakowie oraz obszar wokół osadników Janikowskich Zakładów Sodowych [Kozak i in. 1999; Trzcińska-Tacik 2006].. 29.

(30) W ostatnich latach coraz częściej obserwowanym źródłem zasolenia gruntów stają się transport i komunikacja. Zasolenie pochodzi z mieszanek bogatych w sole chlorkowe stosowane do zimowego utrzymania infrastruktury drogowej. Podobny wpływ na grunty ma także stosowanie niezbilansowanych ilości nawozów mineralnych (bogatych w azot, fosfor i potas). Nadmiar związków mineralnych (niepobranych przez rośliny) jest ługowany do wód gruntowych, zwiększając ich mineralizację. Dodatkowym czynnikiem zasalającym grunty jest stosowanie nawodnień terenów zielonych wodą pochodzącą z zasolonych zbiorników wodnych [Maciak 1999; Baran 2000; Gołda 2005; Zimny 2005]. Bardzo ważną przyczyną zasolenia gruntów w Polsce jest wydobywanie zasolonych wód dołowych w kopalniach surowców energetycznych (np. węgla kamiennego) i rud metali (np. miedzi) ze znacznych głębokości. Wody, których ilość i stopień mineralizacji wzrasta wraz z głębokością, stanowią duże zagrożenie środowiskowe. Obecnie część zasolonych wód kopalnianych jest kierowana do zakładów górniczych i przeróbczych jako woda technologiczna (70% ogółu) lub jest odprowadzana do sieci kanalizacyjnej jako ścieki przemysłowe (30% ogółu) [Miller 2004; Pluta 2005]. Z badań przeprowadzonych przez Gabzdyla i Hanak [2005] oraz Policht-Latawiec i Kopicę [2013] wynika, że w Polsce większość odpadowych wód kopalnianych (około 130 mln m3∙rok-1) jest odprowadzana do rzek, powodując ich zasolenie i w następstwie spadek jakości wody. Zanieczyszczenie rzek przygranicznych wodami kopalnianymi jest także spowodowane przejmowaniem części zanieczyszczeń z krajów sąsiednich (głównie z Czech). Obecność dużych ładunków zanieczyszczeń przemysłowych w przygranicznych punktach pomiarowo-kontrolnych spowodowała lokalny spadek bioróżnorodności w rzekach oraz na uprawnych terenach zalewowych [Miller 2004; Jabłońska 2006].. 3.1.3. Grunty zasolone na świecie Międzynarodowa. Unia. Towarzystw. Gleboznawczych. oraz. FAO. [2006]. sklasyfikowały grunty zasolone do dwóch typów gleb – Solonetz i Solonchacks. Jako podstawowe kryterium identyfikacji gleb jako zasolone przyjęto występowanie w ich profilu poziomu salic. Klasy zasolenia gleb według FAO przedstawiono w tabeli 1 [Jackson 1958]. Typ Solonetz to gleby, w których występuje skonsolidowany, ilasty poziom powierzchniowy. Ma on wysoką zdolność do adsorpcji jonów sodu i magnezu. Solonetz zawierające w profilu węglan sodu są silnie alkaliczne (pH > 8,5). Ilasta skała macierzysta Solonetz występuje zwykle na terenach płaskich lub w strefach przybrzeżnych. Powszechnie. 30.

(31) spotyka się je na terenach o podłożu z gliny lub lessu w regionach półpustynnych strefy umiarkowanej i subtropikalnej (Ukraina, Rosja, Kazachstan, Węgry, Bułgaria, Rumunia, Chiny, USA, Kanada, RPA, Argentyna, Australia, Półwysep Arabski) (ryc. 6). Przydatność użytkowa Solonetz jest uwarunkowana głębokością zalegania poziomu salic i pozostałymi właściwościami gleby. Gleby bogate w składniki pokarmowe (poziom próchniczny o miąższości powyżej 25 cm) są przydatne do upraw rolniczych. Poprawę wartości użytkowej Solonetz można uzyskać poprzez zwiększenie porowatości profilu gleby oraz przez obniżenie potencjału osmotycznego roztworu glebowego [FAO 2006; Gliniak, Sobczyk 2013].. Klasa zasolenia. Tabela 1. Klasy zasolenia gleb [Jackson 1958, zmienione]. 0. Gleba. PEW oznaczane w ekstrakcie wodnym [mS∙cm-1] 1:5 1:1. Zawartość soli w glebie [%]. Reakcja rośliny. < 0,4. <2. < 0,06. Brak reakcji negatywnych. 0,4 – 0,8. 2–4. 0,06 – 0,15. Słaby wpływ na gatunki wrażliwe. Niezasolona. 1. Lekko zasolona. 0,8 – 1,6. 4–8. 0,15 – 0,35. Wyraźny spadek plonów większości roślin. 2. Średnio zasolona. 1,6 – 3,2. 8 – 16. 0,35 – 0,65. Mogą być uprawiane tylko rośliny odporne. 3. Wysoko zasolona. > 3,2. > 0,65. Rosną tylko halofity. > 16. Ryc. 6. Gleba uprawna typu Solonetz w Jemenie [fot. FAO 2006]. 31.

(32) Drugim typem gruntów zasolonych są Solonchaks. W profilu okresowo występuje podwyższona zawartość soli łatwo rozpuszczalnych w wodzie. Rozmieszczenie Solonchaks na świecie ogranicza się głównie do suchych i półsuchych stref klimatycznych oraz regionów przybrzeżnych każdej strefy klimatycznej. Solonchaks możemy spotkać na półkuli północnej, szczególnie w suchych i półpustynnych częściach Afryki Północnej (ryc. 7), Bliskiego Wschodu, krajów byłego Związku Radzieckiego i w Azji Środkowej. Są także powszechne w Australii i obu Amerykach. Typ Solonchaks dzieli się na dwa podtypy – zewnętrzny i wewnętrzny. Pierwszy podtyp charakteryzuje się największą akumulacją soli na powierzchni gleby, na terenach nisko położonych o płytkim zwierciadle wody gruntowej. W podtypie wewnętrznym największe nagromadzenie soli występuje w głębszych poziomach profilu glebowego, ponieważ lustro wód gruntowych nie dochodzi do jego wierzchnich warstw [FAO 2006; Gliniak, Sobczyk 2013].. Ryc. 7. Gleba typu Solonchaks na pustyni Liwa w Zjednoczonych Emiratach Arabskich [fot. W. Sobczyk]. 32.

(33) 3.1.4. Grunty zasolone na terenie Polski Grunty o naturalnym, podwyższonym poziomie zasolenia, zostały sklasyfikowane w Systematyce Gleb Polski z 2011 roku jako gleby słone i zasolone (typ 11.4 – AN), należące do rzędu gleb antropogenicznych (11 – A). Cechami charakterystycznymi tych gruntów jest występowanie w nich poziomu diagnostycznego salic [Marcinek, Komisarek 2011]. Zgodnie z obowiązującą Systematyką Gleb Polski gleby słone, w których występuje poziom salic, dzielą się na trzy kategorie – gleby zasolone, gleby zasolone sodowe i gleby sodowe. Gleby zasolone powinny odznaczać się pH<8,5; współczynnikiem PEW≥4 mS∙cm-1 (25°C) i SAR<13. Zawartość sodu wymiennego w kompleksie sorpcyjnym nie powinna przekraczać 15%. Gleby zasolone sodowe mają zbliżone właściwości do gleb zasolonych. Różnią się od nich wartością pH>8,5 i współczynnikiem SAR>13. Trzecim rodzajem gleb antropogenicznych są gleby sodowe. Powstają one w warunkach naturalnych, kiedy wody opadowe przemywające profil glebowy nie są wystarczająco nasycone jonami wapnia i magnezu, aby usunąć nadmiar sodu z kompleksu sorpcyjnego. Przewodność elektrolityczna gleb sodowych jest mniejsza niż 4 mS∙cm-1 (25°C), współczynnik SAR przekracza wartość 13, zawartość sodu wymiennego jest większa niż 15%. pH pasty glebowej wynosi powyżej 8,5. Bardzo często gleby sodowe są nazywane alkalicznymi ze względu na specyficzne właściwości fizykochemiczne [Marcinek, Komisarek 2011]. W warunkach klimatycznych Polski grunty zasolone wykształcają się na czterech obszarach (ryc. 8): 1. tereny przybrzeżne, będące w zasięgu oddziaływania wód Morza Bałtyckiego lub słonych wód podziemnych, 2. teren Kujaw (Wał Kujawsko-Pomorski), na którym występują wysady cechsztyńskich soli kamiennych i źródła solankowe, 3. teren doliny rzeki Nidy (Małopolska) w obrębie występowania skał gipsowych i źródeł wód siarczanowych, 4. tereny przemysłowe (zwłaszcza przemysłu sodowego, np. Mątwy k. Inowrocławia), górnictwa węgla kamiennego (Górny Śląsk), wzdłuż ciągów komunikacyjnych i ulic (zimowe utrzymanie infrastruktury) [Marcinek, Komisarek 2011; Gliniak, Sobczyk 2013].. 33.

(34) Ryc. 8. Rozmieszczenie gleb słonych w Polsce [Hulisz 2007, zmienione]. 3.2. Wpływ zasolenia na rośliny 3.2.1. Stres solny Stres solny u roślin wywołany jest przez dwa typy oddziaływań na poziomie komórkowym i somatycznym: 1. stres osmotyczny (zaburzenia homeostazy wodnej) wywołany nadmiernym stężeniem soli w roztworze glebowym, która hamuje dostęp wody dla roślin poprzez wzrost sił osmotycznych. Efektem stresu osmotycznego jest spadek turgoru rośliny i zahamowanie wzrostu na długość komórek korzenia i pędu;. 34.

(35) 2. zaburzenia homeostazy jonowej, spowodowane przez nadmiar jonów chlorkowych w środowisku; zmiany te ograniczają pobieranie innych jonów niezbędnych do życia rośliny. Wspomniane typy zaburzeń prowadzą do poważnych uszkodzeń rośliny, wskutek których może wystąpić stres oksydacyjny oraz modyfikacja funkcjonalna szlaków metabolicznych (np. całkowite zahamowanie fotosyntezy, zakłócenie transportu elektronowo--jonowego) [Kopcewicz, Lewak 2012]. Zjawisko zasolenia gruntów objawia się spadkiem pobierania związków azotu przez rośliny oraz powoduje wydalanie tych związków przez korzenie do roztworu glebowego. Dla roślin najbardziej niekorzystne warunki występują w podłożu o podwyższonej zawartości jonów chlorkowych. Jony te wykazują bardzo silny antagonizm dla najbardziej przyswajalnej formy azotu dla roślin – jonu azotanowego (V). Badania wazonowe przeprowadzone na roślinach uprawnych wykazały, że najbardziej szkodliwe dla roślin było podłoże zawierające jony Cl- w postaci chlorku wapnia (CaCl2). Doświadczenia wykazały także, że większe nawożenie związkami azotu nie poprawia odporności roślin na zasolenie [Cram 1973; Pessarakli 1991; Kafkafi i in. 1992]. Zależność pomiędzy zawartością fosforu w roślinie a zasoleniem gruntu jest podobna jak w przypadku azotu. Nasilenie interakcji jest zależne od gatunku rośliny, jej wieku, stopnia zasolenia podłoża oraz nawożenia fosforowego. Champagnol [1979] wykazał, że wysokie nawożenie fosforem zwiększa plon roślin, jednak nie powoduje wzrostu odporności rośliny na zasolenie. Wiele prac badawczych wykazało, że wysoka zawartość jonów chlorkowych zmniejsza zawartość fosforu w roślinie. Wynika to z zaburzenia równowagi jonowej organizmu roślinnego oraz produkcji enzymu aktywnej fosfatazy. W skrajnych przypadkach zjawiska te prowadzą do utraty 50% związków fosforu z roślin. Negatywny wpływ zasolenia w przypadku fosforu można redukować dodatkowym nawożeniem wapniowym [Sharpley i in. 1992; Grattan, Grieve 1994; Kozłowski i in. 2004]. Przyjmuje się, że potas, obok azotu i fosforu, jest pierwiastkiem warunkującym przeżywalność roślin w siedliskach o wysokim zasoleniu. Zawartość potasu w soku komórkowym. roślin. warunkuje. utrzymanie. prawidłowego. ciśnienia. osmotycznego. w korzeniach oraz turgoru w pędach. Potas w roślinach jest także odpowiedzialny za regulację transportu soli mineralnych i asymilatów. Obecność dużej ilości kationów sodu w podłożu wpływa na obniżenie zdolności pobierania i koncentracji potasu w organizmie rośliny [Marschner 1995]. Perez-Alfocea i in. [1996] wykazali, że podwyższona zawartość jonów wapnia w gruncie również bardzo silnie zaburza transport jonowy w obrębie korzeni.. 35.

(36) Bernstein [1975] określił odmienny wpływ zasolenia na pobieranie jonów wapnia niż w przypadku azotu, fosforu i potasu. Określona przez niego relacja ma charakter liniowy, co oznacza, że ze wzrostem zasolenia gruntu wzrasta zapotrzebowanie na wapń w roślinach. Pierwiastek ten jest niezbędny do utrzymania prawidłowych struktur komórkowych i kontroli procesów wymiany jonowej. Doświadczenia Bernsteina wykazały także antagonistyczny wpływ jonów wapnia na jony sodu. Obserwacje te zostały potwierdzone w późniejszych latach przez prace Songa i Fujiyamy [1996]. Zawartość wapnia decyduje o właściwym pobieraniu i rozmieszczeniu jonów magnezu w organizmie rośliny. Podwyższone zasolenie gruntu powoduje zmiany w zawartości jonów Mg2+ w chlorofilu liści. Badania zespołu Bernsteina [1974] i Marschnera [1995] wykazały zróżnicowanie nasilenia wspomnianego procesu, zależne od gatunku rośliny. Wpływ zasolenia na pozostałe pierwiastki pobierane przez roślinę jest również bardzo zróżnicowany. Najsilniejszy efekt synergii występuje pomiędzy jonami zasalającymi grunt a cynkiem. Izzo i in. [1991] wykazali zwiększone pobieranie cynku przez rośliny jako czynnika ograniczającego występowanie stresu solnego. Badania zespołu Izzo uzupełnili Rahman i in. [1993], wykazując identyczną zależność w odniesieniu do boru, miedzi i molibdenu (kumulujących się głównie w liściach). Zespół Rahmana dowiódł także pozytywnego wpływu obecności jonów manganu na redukcję stresu solnego.. 3.2.2. Odporność roślin na zasolenie Badania porównawcze prowadzone na różnych gatunkach roślin wykazały, że mają one podobną wrażliwość metaboliczną na zasolenie podłoża. Rośliny te wykształciły szereg mechanizmów obronnych przed toksycznym wpływem jonów zasalających podłoże (ryc. 9) [Kopcewicz, Lewak 2012]. Do najważniejszych mechanizmów regulujących zawartość soli w roślinie należą: − wykluczanie soli poprzez wytworzenie barier osmotycznych w organach pobierających wodę ze środowiska (procesy filtracji), które zapobiegają wzrostowi i kumulacji soli w organizmie rośliny, − eliminacja soli, polegająca na usuwaniu soli z organizmu rośliny poprzez emisję lotnych halogenków metylu, wydzielaniu soku komórkowego o dużym stężeniu soli przez specjalne organy, akumulację nadmiaru soli w organach nadziemnych, które obumierają i są zrzucane przez roślinę,. 36.

(37) − rozcieńczanie poprzez wzrost zawartości wody w roślinie; możliwe dzięki wytworzeniu wakuoli o dużej pojemności (sukulentność), które mogą krótkotrwale utrzymać poziom soli w roślinie na stałym poziomie, − redystrybucja soli, polegająca na przemieszczaniu jonów zasalających do różnych części rośliny (rozcieńczanie u roślin aktywnie transpirujących), − akumulacja i kompartmentacja oparta na zjawisku zmniejszania potencjału osmotycznego w komórkach pobierających wodę, dzięki czemu roślina może pobierać wodę z otoczenia [Larcher 1995; Kopcewicz, Lewak 2012].. Ryc. 9. Mechanizmy odpornościowe roślin na zasolenie [Larcher 1995, zmienione] W środowisku naturalnym występują dwa typy roślin odpornych na zasolenie – halofity i glikofity. Wykazują one duże zróżnicowanie w zakresie wrażliwości na zawartość soli w gruncie (przeliczonych na NaCl). Glikofity są roślinami, które przystosowały się do wzrostu w warunkach niskiego stężenia soli w gruntach. Jako graniczną wartość zasolenia tolerowaną przez glikofity przyjmuje się stężenie NaCl na poziomie 0,5%. Powyżej tej wartości następuje spowolnienie rozwoju i zszarzenie liści. Znacznie odporniejsze na zawartość soli w gruncie są halofity (kwiatowe rośliny reliktowe). Występują one w różnych typach siedlisk i zazwyczaj mają formę kserofitów lub sukulentów. Niektóre odmiany halofitów potrafią przeżyć przy zasoleniu podłoża przekraczającym 10-procentowe stężenie NaCl. W tak ekstremalnych warunkach siedliskowych rośliny te wykształciły specjalne. 37.

(38) wakuole, w których gromadzą nadmiar jonów sodu (niektóre gatunki mogą akumulować nawet 14% NaCl) [Hasegawa i in. 1986; Momonoki i in. 1994; Ungar 1991]. Piernik [2008] zaleca następujący podział halofitów występujących w Polsce: − obligatoryjne (bezwzględne) – do prawidłowego wzrostu wymagają dużej zawartość soli w gruncie i występują jedynie na terenach zasolonych, − fakultatywne (względne) – występują zarówno na siedliskach bogatych w sole (preferowane), jak i na siedliskach niezasolonych, − indyferentne (obojętne) – rośliny dobrze znoszące zasolenie i występujące także na terenach niesłonych, − akcydentalne (przypadkowe) – rzadko występujące na gruntach zasolonych i wykazujące osłabiony wzrost.. 3.2.3. Tolerancja roślin na zasolenie Tolerowanie zasolenia przez rośliny jest regulowane przez dwa typy cząsteczek. Pierwszy typ stanowią determinanty efektorowe, które są specyficznymi białkami transportowymi. Białka te dzielą się na kilka rodzajów i są odpowiedzią organizmu na wystąpienie stresu solnego. Zazwyczaj są syntezowane w roślinie już po trzech godzinach od przekroczenia optymalnej zawartości soli w organizmie. Drugim typem cząsteczek są cząsteczki regulatorowe, których głównym zadaniem jest utrzymanie odporności na stres solny (ryc. 10). Ich działanie ma na celu odbudowanie zachwianej równowagi jonowej i osmotycznej, detoksykację rośliny i naprawę uszkodzeń wywołanych stresem oraz podtrzymanie wzrostu komórkowego [Hasegawa i in. 2000]. Dokładne poznanie mechanizmów tolerancji na zasolenie ma duże znaczenie praktyczne. W wyniku prac hodowlanych uzyskano odmiany roślin, które służą głównie do odsalania podłoża. Wśród nich dominują burak cukrowy, żyto i jęczmień, które absorbują duże ilości kationów odpowiedzialnych za zasolenie podłoża. Równolegle prowadzono prace w zakresie inżynierii genetycznej, modyfikującej naturalną odporność na zasolenie u roślin. W wyniku zmian w genomie roślin uzyskano odmiany odporne na stres solny, które dodatkowo dają plony o lepszej jakości niż plony odmian pierwotnych [Kopcewicz, Lewak 2012].. 38.

(39) Ryc. 10. Drogi działania stresu solnego w roślinach [Zhu 2002, zmienione]. 3.3. Wpływ zasolenia na konstrukcje budowlane Oprócz wpływu zasolenia na środowisko przyrodnicze istotną rolę ogrywa jego wpływ na konstrukcje budowlane wykonane z betonu (korozja). Zasolenie bardzo silnie oddziałuje na najważniejszy parametr konstrukcji betonowych – trwałość. Jest ona zdefiniowana jako zdolność do pełnienia określonych funkcji (wyrażonych współczynnikiem bezpieczeństwa) przez odpowiedni okres. Chemicy zajmujący się badaniem cementów i betonów wyróżniają dwa podstawowe typy korozji – wewnętrzną i zewnętrzną. W pierwszym przypadku przyczynę stanowią składniki betonu. Mechanizm tego procesu polega na powstawaniu niestechiometrycznego żelu krzemionkowego (Na-K-Ca-Si-aq), który pęczniejąc, powoduje zniszczenie betonu. W drugim przypadku – korozja zewnętrzna – do czynników niszczących konstrukcje zaliczamy roztwory siarczanów, chlorków, kwaśne opady i zmienne temperatury [Neville 2000; Kurdowski 2010]. Ze względu na poruszane w niniejszej rozprawie zagadnienie zasolenia gruntów i jego destrukcyjny wpływ na fundamenty budynków, autor postanowił skupić się na trzech. 39.

(40) rodzajach korozji betonu – alkalicznej, chlorkowej i siarczanowej, które zostaną omówione w kolejnych podrozdziałach.. 3.3.1. Alkaliczna korozja betonu Korozja betonu. typu. ASR. (Alkali-Silica Reaction) polega na alkaliczno-. krzemionkowej reakcji pomiędzy reaktywnym kruszywem a matrycą cementową. Korozja alkaliczna może prowadzić do pęknięć konstrukcji betonowych i poważnych uszkodzeń [Czarnecki, Emmons 2002]. ASR zachodzi pomiędzy jonami sodu i potasu zawartymi głównie w klinkierze portlandzkim a kruszywem użytym do produkcji betonu. Istotne znaczenie dla przebiegu procesu mają substancje pochodzące ze środowiska zewnętrznego (np. NaCl pochodzący z zimowego utrzymania dróg) i optymalne uwilgotnienie. Efektem alkalicznej korozji jest powstawanie hydrofilowego żelu wewnątrz stwardniałego betonu. Żel pod wpływem wilgoci ze środowiska pęcznieje, powodując wzrost naprężeń rozciągających, które prowadzą do powstawania rys i spękań powierzchni (ryc. 11) [Neville 2000; Czarnecki, Emmons 2002]. A. B. Ryc. 11. Alkaliczna korozja betonu: A – mikroskopowe zdjęcie ziarna kruszywa z pęknięciami spowodowanymi ASR, B – przykład zniszczenia konstrukcji betonowej przez ASR [Marek 2013]. 3.3.2. Chlorkowa korozja betonu Chlorki są najbardziej agresywnymi solami występującymi w środowisku. Betony zazwyczaj wykazują charakter zasadowy (pH≈13) i mają dużą zawartość wodorotlenków sodu i potasu (stężenia dochodzące do 1 mol∙dm-3). Proces korozji chlorkowej polega na. 40.

(41) migracji jonów Cl- do wnętrza betonu i równoczesnego ługowania jonów OH- w kierunku przeciwnym. Długotrwała korozja chlorkowa prowadzi do obniżenia wartości pH betonu i do wytrącania zasadowych chlorków wapnia i magnezu. Krystalizacja tych substancji powoduje spadek wytrzymałości i powstawanie mikrospękań. Dalsza migracja jonów chlorkowych do wnętrza betonu wywołuje korozję stalowego zbrojenia. Korozja zbrojenia opiera się na występowaniu różnic potencjału elektrycznego i powstawaniu ogniw elektrochemicznych (ryc. 12). Tempo zachodzenia procesu korozji jest związane z kationami towarzyszącymi jonom chlorkowym. Najbardziej reaktywne są jony wapnia i magnezu, a najmniej jony sodu. Jony dwuwartościowe pod wpływem jonów chlorkowych przedostają się do kapilar betonów, w których następuje ich strącanie i spowolnienie procesu korozji [Conjeaud 1982; Kurdowski 1993; Neville 2000; Kurdowski 2010].. Ryc. 12. Schemat przebiegu korozji chlorkowej [Neville 1995, zmienione]. 3.3.3. Siarczanowa korozja betonu Beton w środowisku zewnętrznym nie reaguje z solami w stanie stałym, które występują w gruncie stosunkowo rzadko. Najczęściej są one rozpuszczone w wodzie gruntowej i w postaci jonowej wchodzą w reakcję z zaczynami cementowymi. Korozja betonu wywołana przez jony siarczanowe przebiega dwuetapowo. W pierwszym etapie jony reagują ze składnikami betonu i tworzą nierozpuszczalne produkty, które wypełniają kapilary (głównie uwodniony siarczan wapnia). W kolejnym etapie nierozpuszczalne sole pod wpływem wody i krzemianów wapnia zaczynają krystalizować i znacznie zwiększać swoją. 41.

(42) objętość. Efektem tych procesów jest gwałtowny wzrost naprężeń wewnętrznych, które prowadzą do powstawania spękań i łuszczenia się betonu. Głównymi produktami krystalizacji w korozji siarczanowej są ettringit, gips i ich mieszaniny. Przebieg i intensywność korozji siarczanowej wzmagają kwaśne opady oraz wysoka zawartość siarczanów w środowisku kontaktowym konstrukcji betonowych (ryc. 13) [Neville 2000; Czarnecki, Emmons 2002; Kurdowski 2010].. Ryc. 13. Warunki konieczne do wystąpienia korozji siarczanowej [Collepardi 2003; zmienione]. 42.

(43) 4. Rekultywacja składowisk odpadów posodowych Grunty. podlegają. nieustannemu. oddziaływaniu. czynników. środowiskowych. o charakterze naturalnym i antropogenicznym. Czynniki naturalne występują w przyrodzie od momentu ukształtowania się powierzchni lądów w minionych epokach geologicznych i nie mają nieodwracalnego wpływu na stan gruntów. Zupełnie inaczej jest w przypadku czynników antropogenicznych, które zazwyczaj prowadzą do nieodwracalnych zmian w środowisku gruntowym. Niekorzystne oddziaływania są związane z przemysłem i rolnictwem (główne gałęzie gospodarki światowej). Wynikłe pod ich wpływem przekształcenia dzielą się na trzy grupy – geomechaniczne, hydrologiczne i chemiczne [Kowalik 2007; Siuta 2009]. Efektem wspomnianych oddziaływań. jest degradacja gruntu. Pod pojęciem tym. należy rozumieć pogorszenie właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych. Ustawa o ochronie gruntów rolnych i leśnych [Ustawa… 2013] mianem degradacji określa także spadek. wartości. użytkowych. wskutek. pogorszenia. się. warunków. środowiska.. Najważniejszym procesem niszczenia gruntów jest degradacja chemiczna. Wywołane przez nią zmiany w środowisku są bardzo trudne do neutralizacji ze względu na szybkie i gwałtowne różnicowanie się jego chemizmu (np. odczynu, zasolenia, zawartość toksyn). W konsekwencji zanieczyszczenia chemicznego grunt staje się biologicznie martwy, zaburzając bioróżnorodność siedlisk [Maciak 1999; Kowalik 2007].. 4.1. Biologiczne technologie rekultywacji gruntów Zgodnie z definicją Ustawy o ochronie gruntów rolnych i leśnych [Ustawa… 2013] rekultywacja gruntów oznacza nadanie lub przywrócenie gruntom zdegradowanym i zdewastowanym wartości użytkowych lub przyrodniczych poprzez właściwe ukształtowanie rzeźby terenu, poprawienie właściwości fizycznych i chemicznych, regulację stosunków wodnych, odtworzenie gleb, umocnienie skarp i odbudowanie niezbędnej infrastruktury [por. Sobczyk, Pawul 2012; Poros, Sobczyk 2013]. Rekultywacja biologiczna terenów zdegradowanych jest jednym z najważniejszych zagadnień związanych z zagospodarowaniem tych obszarów. Stopniowe wprowadzanie roślinności stabilizuje teren oraz zabezpiecza go przez występowaniem erozji wodnej i wietrznej. Specyficzną odmianą rekultywacji biologicznej jest tworzenie tzw. zielonych pasów izolacyjnych, których głównym zadaniem jest ochrona okolicznych terenów przed. 43.