Właściwości fizykochemiczne i biochemiczne utworów ze składowisk popiołu po węglu brunatnym i kamiennym

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X X V , Z. 3, W A R S Z A W A 1974

F R A N C I S Z E K M A C I A K , S T E F A N L I W S K I , E L Ż B I E T A B I E R N A C K A

WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE I BIOCHEMICZNE UTWORÓW ZE SKŁADOW ISK POPIOŁU

PO WĘGLU B R U N ATN YM I K AM IE N N YM 1 Instytut Przyrodniczych Po d staw M elio racji

A kad em ii Rolniczej w W a rsza w ie

W S T Ę P

Do niedawna popiół pochodzący ze spalania drewna, torfu lub węgla miał znaczenie lokalne. Ze względu na niewielkie ilości nie stwarzał go­ spodarce rolniczej większego 'kłopotu. Składowiska popiołu stały się pro­ blemem dopiero w ostatnich latach z uwagi na potrzebę przeznaczania do tego celu nowych terenów wobec ciągłego wzrostu liczby elektrowni cieplnych [1, 4, 6]. Powierzchnia składowisk popiołu wzrasta rocznie o ok. 200 ha, często kosztem żyznych gleb. Niezależnie od tego składo­ wiska powodują duże zapylenie popiołem osiedli, urządzeń komunalnych, pobliskich obszarów uprawnych itp. Poza tym wszelkie wysypiska i hałdy pozbawione roślinności obok ośrodków wielkiego przemysłu wpływają ujemnie na psychikę mieszkańców, z czym wiążą się elementy socjalne, higieniczne i estetyczne [1].

Wielkość składowisk popiołu obok każdej elektrowni cieplnej uzależ­ nione jest od zawartości części popielnych w masie węgla, a także od ilości użytego do spalania materiału energetycznego. W przypadku spala­ nia węgla gorszej jakości ilość zawartego w nim popiołu dochodzić może do 50% s.m.

Znikoma ilość popiołów, 'bo około 13%, wykorzystywana jest do pro­ dukcji prefabrykatów budowlanych i utwardzania dróg. Składowiska hałd popiołów wymagają zatem rekultywacji. Jest to jednak problem bardzo złożony, gdyż składowiska te są utworem niezwykle specyficznym i zmien­ nym, stwarzającym znaczne trudności przy rekultywacji rolniczej lub leśnej [2, 3, 4]. Jak dotychczas, nie posiadamy charakterystyki krajowych

1 P raca finansow ana przez C entralne B iu ro Stud iów i P ro jek tó w W odnych M elioracji.

192 F. M aciak, S. L iw ski, E. Biernacka

składowisk popiołów pod względem właściwości fizykochemicznych i bio­ chemicznych.

Mając na względzie potrzebę zagospodarowania hałd, zbadano wierzch­ nie warstwy składowisk z elektrowni Konin, Adamów, Skawina i Siekieilki pod względem niektórych właściwości fizycznych, chemicznych i bioche­ micznych, istotnych przy rekultywacji rolniczej lub leśnej. Badania te stanowią pierwszą część pracy związanej z zagadnieniem zagospodarowa­ nia hałd popiołu. W perspektywie mamy badania dotyczące doboru roślin na hałdy, nawożenia, uprawy oraz składu chemicznego plonów.

M A T E R I A Ł I M E T O D Y B A D A Ń

Materiał do badań stanowiły próbki (średnie) popiołów pobranych z wierzchnich warstw (0-15 cm) hałd popiołu składowanych na „mokro” z elektrowni Konin i Skawina oraz składowanych na „sucho” z elektrowni Adamów i Siekierki.

Hałdy popiołu elektrowni Konin i Adamów pochodziły ze spalania węgla brunatnego, natomiast z elektrowni Skawina i Siekierki — ze spa­ lania węgla kamiennego. Wysokość hałd wahała się od 8 do 20 m. Skła­ dowiska formowane na mokro (popiół transportowany wodą) tworzyły obszar bardzo nierównomierny pod względem składu mechanicznego, co wynika z segregacji wodnej utworów grubszych i cieńszych. Przy wylocie rury transportującej „pulpę” popiołową z elektrowni na składowisko gro­ madziły się bowiem części najgrubsze popiołu, zaś utwory drobne, pyla- ste, przenoszone wodą, osadzały się dalej w różnych punktach składo­ wiska.

Składowiska hałd formowane na sucho (popiół transportowany z elek­ trowni na składowisko za pomocą taśmociągów lub odpowiednich prze­ nośników) posiadały skład mechaniczny bardziej równomierny i nie two­ rzyły scementowanych warstw. O ile jednak składowiska mokre miały zewnętrzną powierzchnię płaską i przed rekultywacją rolniczą z reguły nie wymagały równania, to składowiska „suche” odznaczały się powierzch­ nią bardzo nierówną, pofałdowaną lub stożkowatą i przed rozpoczęciem rekultywacji rolniczej lub leśnej wyrównanie jej było konieczne.

W zakresie prac laboratoryjnych wykonano następujące oznaczenia: — suchą masę określono przez suszenie popiołów w temperaturze 105°C do stałej wagi,

— ciężar właściwy oznaczono metodą piknometryczną w wodzie de­ stylowanej,

— zawartość wody niedostępnej dla roślin — metodą biologiczną (za pomocą siewek owsa),

Przyrodnicze w łaściw ości składow isk popiołu po różnych w ęglach 193

— odczyn oznaczono potencjometrycznie (w H20 ) przy użyciu elektro­ dy szklanej,

— straty na żarzeniu — przez długotrwałe prażenie popiołu w tempe­ raturze 550°C,

— popiół i krzemionkę (Si02) — przez trzykrotne potraktowanie po­ piołu 20Hprocentowym HC1, odparowanie do sucha, rozpuszczenie pozo­ stałości gorącą wodą i sączenie (popiół czysty stanowił przesącz, krze­ mionka osad),

— żelazo (Fe20 3) jodometrycznie, — wapń (CaO) metodą szczawianową,

— magnez (MgO) oznaczono na spektrometrze absorpcji atomowej fir­ my Junican Sp/90,

— potas (K 20 ) oznaczono na spektrometrze absorpcji atomowej Ju­ nican Sp/90,

— glin (A120 3) określono przez oznaczenie sumy tlenków i wyliczenie z różnicy R20 3 — (Fe20 3 + P 20 5),

— siarczany (S 0 3) wagowo przez przeprowadzenie siarki w siarczan baru,

— mangan oznaczono kolorymetrycznie z nadsiarczanem amonu, — miedź kolorymetrycznie z dwuetylodwutiokarbaminianem sodu, — bor kolorymetrycznie z kurkuminą,

— kobalt kolorymetrycznie z ß-nitrozo-a-naftolem, — molibden kolorymetrycznie z rodankiem amonu.

Składniki rozpuszczalne w 0,5n HC1 otrzymano przez wytrząsanie na aparacie rotacyjnym 5 g popiołu z 200 ml 0,5n HC1 w ciągu 0,5 godziny. W przesączu 0,5n HC1 oznaczono zawartość poszczególnych składników chemicznych według opisanych metod.

S K Ł A D N I K I C H E M IC Z N E W Y M Y W A N E Z P O P I O Ł U

Doświadczenie wykonano w trzech powtórzeniach na popiele z elek­ trowni Konin. Do cylindrów (wysokość 15 cm, średnica 11,6 cm) z dnem siatkowym przykrytym sączkiem z bibuły filtracyjnej wprowadzono 900 g popiołu lub popiołu z dodatkiem gipsu, siarki, torfu wysokiego i torfu niskiego. Odpowiadało to ilościom :

S — 2 t/ha — 2 g na 100 cm2 (powierzchnia cylindra)

CaS04 5 ,, 5 ,, ,, ,, ,, ,, ,,

torfu — 100 „ — 100 „ „

Spreparowane w powyższy sposób warstwy popiołu (odpowiadające warstwie gleby) o miąższości 15 om i powierzchni ±100 om2 zalewano R o c z n ik i G le b o z n a w c z e — 13

194 F. M aciak, S. L iw sk i, E. Biernack a

codziennie przez 16, 32 i 48 dni 200 ml wody destylowanej. Odpowiadało to 500, 1000 i 1500 mm opadów. Przesiąkniętą wodę zbierano i analizo­ wano na zawartość składników chemicznych.

D O Ś W I A D C Z E N I A B IO C H E M IC Z N E

W celu zîbadania aktywności biologicznej popiołów określono w nich: — intensywność rozkładu błonnika,

— intensywność wydzielania się C02 po dodaniu masy organicznej. Na 100 g s.m. popiołu zastosowano 1,4 g błonnika, którego rozkład określano w popiołach bez dodatku lub z dodatkiem 6 g torfu. Zamiast torfu dodawano także po 0,1 g N, P 20 5 i K 30 oraz w ilościach śladowych Ou, В, Mn, Mo, Zn.

Rozkład błonnika określono wagowo z różnicy między ciężarem błon­ nika na początku i na końcu doświadczenia, które prowadzono w ciągu 3 miesięcy w 0,5-litrowych słojach, w termostacie, w temperaturze 22°C.

Intensywność wydzielania C 02 zîbadano w popiele z elektrowni Konin po dodaniu substancji organicznej w postaci torfu i węgla brunatnego. Dla porównania zbadano również w glebie mineralnej bielicowej (piasek lekko gliniasty) intensywność wydzielania C 02.

Dwutlenek węgla (C 02) w czasie inkubacji popiołu (100 g s.m. po­ piołu + 40 g s.m. organicznej lub gleby) był sorbowany w zamkniętych słojach przez 0,5n NaOH, który następnie strącano BaCl2 i miareczko­ wano 0,ln HC1. Z ilości zużytego HC1 wyliczano ilość wydzielonego C 02. Próby popiołu inkubowano w termostacie w temperaturze 22°C przy utrzymaniu wilgotności popiołu ± 70%.

Inkubowane oddzielnie próby popiołów z rozkładem błonnika i w y­ dzielaniem się C 02 zaszczepiane były na początku wyciągiem wodnym żyznej gleby ogrodowej.

W Y N I K I B A D A Ń

W Ł A Ś C IW O Ś C I F IZ Y C Z N E P O P IO Ł Ó W

Pod względem właściwości fizycznych popioły stanowią specyficzny konglomerat. Dotyczy to szczególnie popiołów składowanych na mokro w elektrowni Konin i częściowo elektrowni Skawina, gdzie niektóre frak­ cje tworzą drobniejsze lub grubsze utwory o charakterze gruzu cemen­ towego, inne przyjmują charakter twardych łupków, trudno ulegających rozbiciu, jeszcze inne stanowią ziemistą masę.

Popioły pozostałych elektrowni składowane na sucho mają wygląd popielatoszarej ziemistej masy, łatwo cementującej się po nasyceniu wodą. Ich ciężar właściwy waha się od 1,84 g/cm3 (popiół elektrowni Ska­

Przyrodnicze w łaściw ości składow isk popiołu po różnych w ęglach 195

wina) do 2,74 g/cm3 (popiół elektrowni Konin). Ciężar właściwy popiołów elektrowni Siekierki wynosi 2,36 g/cm3, a elektrowni Adamów 2,30 g/cm3.

Pojemność wodna badanych popiołów elektrowni Konin i Siekierki wynosi 86 i 79%, natomiast pozostałych, tj. elektrowni Skawina i Ada­ mów, odpowiednio 124 i 120%. Małej pojemności wodnej popiołów towa­ rzyszy znaczna ilość zawartej w nich wody niedostępnej dla roślin. Ilość wody niedostępnej, np. dla popiołów elektrowni Konin, mieści się w gra­ nicach 17,2-25,8% s.m. Prawie na wszystkich składowiskach właściwości

fizyczne nie przy jaj ą wzrostowi roślin wskutek zeskalania się utworów popiołowych, ich małej pojemności wodnej i słabego podsiąkania.

Często w pewnych układach przy silnym scementowaniu tworzyły się na składowiskach zastoiska wodne (składowiska mokre) lub popiół był nadmiernie przepuszczalny (składowiska suche). Obok tych elementów należy jeszcze wymienić nadmierne nagrzewanie się składowisk i ich py­ lenie. Czynniki te powodowały wypadanie roślin.

Z A W A R T O Ś Ć S K Ł A D N IK Ó W C H E M IC Z N Y C H

Popioły odznaczają się dużą różnorodnością pod względem odczynu i składu chemicznego (tab. 1). W odróżnieniu od często bardzo kwaśnych nadkładów trzeciorzędowych, zalegających na złożach węgla kopalnego, popioły z badanych składowisk sa wysoko zasadowe (pH 8,7-11,2). Dla większości roślin tego typu środowisko nie jest odpowiednie. Neutra­ lizacja kwasem nie wchodzi w rachubę z uwagi na potrzebę zużycia du­ żych ilości tego składnika (próby wykazały, że na 1 kg popiołu o pH 11,2 dla doprowadzenia do pH 7,0 potrzeba było ok. 50 ml stężonego H2S04). Z reguły popioły zawierają duże ilości 'krzemionki, wapnia, glinu, żelaza i siarki, znaczne potasu, na średnim poziomie zaś fosforu oraz brak im zupełnie azotu.

O ile nie ma w -popiołach zbyt dużej różnicy zarówno w ogólnej za­ wartości, jak i w ilości rozpuszczalnych składników chemicznych, to róż­ nice te są znaczne w przypadku analizy poszczególnych rodzajów popio­ łów (popiół mieszany, luźny, zbity). Analizy chemiczne popiołu pochodzące

z elektrowni węgla brunatnego Konin wykazały, że popiół zbity oraz popiół mieszany (mieszanina popiołu zbitego z drobniejszym) odznaczają się znacznie większą zawartością wapnia, magnezu i siarki niż popiół luź­ ny. Popioły z węgla brunatnego (Konin, Adamów) zawierają kilkakrotnie większą ilość wapnia niż popioły pochodzące z węgla kamiennego (Ska­ wina, Siekierki), przy czym występuje on głównie w formie tlenków (CaO). Wymienione popioły z węgla brunatnego mają znacznie więcej magne­ zu i glinu niż popioły z węgla kamiennego. Popioły odznaczają się rów­ nież wysoką zawartością 'manganu (310-1900 ppm), przy czym jest ona znacznie większa w popiołach z węgla brunatnego niż kamiennego. Ilość

Skład chemiczny popiołów elektrowni: Skawina, Siekierki, Adamów i Konin Chemical composition of ashes from the coal burning electricpower stations

at Skawina, Siekierki, Adamów and Konin

Г ...1 1 J Obiekt i Object ! « i i i « i i i i i !_ + j К I ogólny 1 Skawina «total i irozpuszc j_ ^soluble j pH J ---8,7 z. - j Straty na ża­ rzeniu Igni­ tion losses Si°2 Suma J składni-i ków po { oddzie- J P e o0^ leniu * * krze- J mionki « Sum of ! elements after J silica { sépara- i tion { i i i i i « 1 1 i i i i i CaO ! I.îgO j K ?0 fc?205 ! I « i i i 1 1 1 i i I 1 I 1 i i I 1 i i 1 i 1 1 1 1 i i i i : i i i ; i i i 1 ! i i i A1203 j Ka 20 j L-03 i i i i i i i i i 1 1 i i i i ! 1 I i i i ______ L _______ L ______ j .Vm Zn Cu ---...1 I j i Co { Mo 1 1 1 1 1 I I I 1 1 1 i i ! В w % s.m. - in % of d.m. Wmg/kg a.m.-in mg of d.m. 7,65 51,96 40,39 . . . J 2,75 2,61 5,93 { 2 , 3 9 j 0,199 i i 3,89 { 2,22 { 0,180 i i 0,46 0,39 1,85 { 0,058 i 1,49 j 0,054 4,03 5 J 920 790 300 j 20 j r 1i i ^ - I 1 I _ 1 1 _____ 1 _ i I I 1 ~ 1 1 r---i К jogólny } Siekierki jtotal J |rozp. j_ |Boluble 9,2 7,84 76,54 ~ i j 15,62 i i __j — — 5,80 5,47 3,61 !1,63 ! 0,096 i i 3,28 ! 1,43 ! 0,084 ____ _____i____ „i, .... ... 0,44 0,30 ■ 1 , 4 2 j 0,038 1,07 ! 0,038 __________i_____________ 0,263] 390 310 100 100 I В »ogólny i Adamów itotal I {rozp. •_ isoluble 9,1 19,92 53,14 26,94 3,84 3,62 13 , 2 0 } 1 , 6 7 i 0,310 12,70 j 1 , 5 6 J 0,230 i i _______---__ 0,42 0,34 5,24 j 0,050 5,04 j 0,050 i 1,335 3,300] 3,77 ; 2,99 1900 1480 I___________! 90 100 !_________ 17,2 1 I I - 1 i - i 1 I _ i I 1 1 0,04~j"" 2,30 1 _ I I 1 0,42 { В {ogólny { Konin «total i /popiół trozp. { mieszany/ {soluble « /mixed ash/ t 11,2 10,80 36,95 52,25 1,58 1,20 30,92 j 6,91 { 1,400 28,72 ! 6,45 ! 0,700 i i ______________

L

J

{ /loose ash/ [soluble.

11,2 12,04 •46,70 53,30 2,92 1,23 20,66 j 3 , 3 6 j 0 , 3 1 0 j 0,97 1 1 1 20,32 } 2,82} 0, 2 0 0 J 0,25 i i i 18,33*| 0,036 11,46 { i --- _ ---1 ---Konin }ogólny j /popiół itotal 1 zbity/ rozp. { /comjDact ash/|_solub4 e^ 11,2 3,04 41,03 58,97 4,33 2,55 i i i 30,47 j 5,24 I 0 , 1 7 0 j 1,24 i i i i 29,90 { 4,04 { 0,140 } 0, 2 7 j i 21,40} 0,065 j11,48 j 0,058 5,89 4,86 i 1750} -i _ i i i 26,6 1 0,05

j

X VV 0,5n HCl - in 0.5N HCl; К - popiół z węgla kamiennego - К - ash of hard coal ; В - popiół z węgla brunatnego - ash of brown coal

j

Przyrodnicze właściw ości składow isk popiołu po różnych w ęglach 197

pozostałych mikroelementów (Zn, Cu, Co, Mo, B) nie odbiega w zasadzie od zawartości spotykanych w glebach.

Z A W A R T O Ś Ć S K Ł A D N IK Ó W W Y M Y W A N Y C H Z P O P IO Ł Ó W

W przeprowadzonych doświadczeniach chodziło o wyjaśnienie, w ja­ kim stopniu następuje wymywanie niektórych składników chemicznych z ipopiołu po dodaniu do niego siarki, gipsu i torfu, a następnie potrakto­ waniu dużymi dawkami wody. Efekty takiego działania mogą mieć duże znaczenie w ustaleniu zmian zachodzących w uprawnej warstwie popiołu pod wpływem deszczowania i opadów.

Intensywność wymywania składników chemicznych z 15-centymetro- wej warstwy «popiołu po potraktowaniu jej różnymi ilościami wody (taib. 2 i 3) przedstawia się różnie dla poszczególnych składników chemicznych. Największemu wypłukaniu z popiołu ulegają: wapń, potas, magnez i siar­ ka, w nieznacznym natomiast stopniu glin, żelazo i fosfor. Dodatek do popiołu gipsu lub torfu spowodował zwiększenie stopnia wypłukiwania niektórych składników; i tak pod wpływem dodatku gipsu do popiołu Obserwuje się w przesiąkniętej wodzie zwiększoną ilość popiołu, wapnia i siarki. Również dodatek torfu do popiołu wpłynął .na zwiększenie ilości tych składników. Dotyczy to szczególnie pierwszego okresu 16 dni (przy zastosowaniu ilości wody odpowiadającej 500 mm opadów). Po Okresie 48 dni nie widać już różnic wskazujących wpływ dodanych do popiołów materiałów na wzrost składników chemicznych w wodzie. Część skład­ ników wypłukanych (CaO, S 0 3) pochodzi prawdopodobnie również z ma­ teriału dodanego do popiołu (gips).

Wraz ze zwiększeniem się czasu wymywania i wielkości dawki wody (ta!b. 3) następowało zwiększenie ilości wypłukiwanego wapnia, magnezu, potasu, siarki oraz krzemionki. Natomiast w niewielkim stopniu miało miejsce wypłukiwanie żelaza, fosforu i glinu.

IN T E N S Y W N O Ś Ć R O Z K Ł A D U B Ł O N N I K A W P O P IO Ł A C H

Popioły z poszczególnych składowisk odznaczały się słabą aktywnością biologiczną. Świadczy o tym nikły luib zupełny brak wzrostu roślin w przypadku, jeśli na hałdę nie zostały dostarczone składniki pokarmowe i substancja organiczna. Z rysunku 1 wynika, że największy roizkład błonnika występuje kolejno w porównywanej glebie mineralnej z dodat­ kiem NPK, a następnie w popiołach z elektrowni Siekierki i Konin, jed­ nak również z dodatkiem N P K lub N P K i torfu. Rozkład błonnika w kom­ binacjach tych sięga 68-88%. Najmniejszą aktywnością biologiczną odzna­ cza się popiół z elektrowni Adamów. Z danych tych wynika również, że aktywność rozkładu błonnika w niektórych popiołach wzrosła po dodaniu N P K i substancji organicznej (torfu); dotyczy to np. popiołu z elektrowni

Zawartość wypłukanych składników z popiołu elektrowni Konin wig/1 zastosowanej wody T a b e l a Content of leached elements from ashes of the e le c t r ic power station Konin in mg/1 o f the water applied

Kombinacje Treatments

Ilo ś ć wody od­ powiadająca opadom Water amount corresponding with the pre ci­ pitations Czas wypłu­ kiwania Leaching time Sucha pozos­ tałość Dry r e s i­ due Straty na ża­ rzeniu Ig n i­ tion losses Krze­ mionka S ilic a Suma składni-i ków po oddzie­ leniu krze­ mionki Sum of elemen­ ts a f ­ ter s i li c a sepa­ ration

Fe2°3 I CaO MgO SO, KgO

Popiół bez dodatków Ash without additions

" + gips - gypsum " + sierka-sulphur Popiół + to rf wysoki Ash + raised peat Popiół + t o rf niski 500 ram /3200 ml Н20/ 16 dni 16 days 605.8 580,5 682,2 994,2 7 62,0 30,9 45,2 42,7 212,4 171,1 19,5 24,0 26,2 59,0 35,3 555,4 911.3 613.3 722,8 495,6 Popiół bez dodatków

Ash without additions " + gips - gypsum " + siarka-sulphur Popiół + to rf wysoki Ash + raised peat Popiół + t o r f n iski Ash + low peat

1000 mm /6400 ml H20/ 32 dni 32 days 414,5 598,2 391.4 796.4 419.5 28,4 26,3 19,9 175,6 107,9 21,5 10,1 1 5 , 0 97.2 22.2 363,6 561,8 356,5 524,0 1.6 j 190,4 1.6 J 422,8 ślady i 245,8 tra c e s } 7,9 J 287,8 i 9.6 j 194,8 4 -37.6 28,3 34,8 2 9 . 6 23,2

Popiół bez dodatkÓY/ Ash without additions

" + gips - gypsum

" + siarka-sulphur

Popiół + t o r f wysoki Ash + raised peat Popiół + t o r f n iski Ash + low peat

1500 mm /9600 ml H20/ 48 dni 48 days 473.3 42 6 ,2 450.3 571.8 614.9 13.20 13,95 58.20 116,25 114,69 17,05 21 ' O 15,3 140,8 125,2 289,4 443.1 391.2 376.8 314.8 375,1 1,6 j 186,5 0,8 } 284,4 ślady i tra c e s ' 241,9 3,2 I 356,2 i 4,0 j 202,0 i ‘ ślady j “ 257,0 traces J " I 212 ,8 " ! 240,0 " i 174,5 I j 235,2 32,3 83.2 29, 8 139,8 86. 2 187,8 180,6 192,6 1 8 0 , 6 180,6 0,04 0,04 0 ,06 0 , 1 0 0,08 0,5 0 , 2 0 , 2 2 , 1 2,1 35,0 60,2 180,6 j 0,02 0,3 51,4 51,5 98,8 ślady traces 0,1 47,8 64,9 144,4 0,02 0,1 73,4 90,5 98,8 0,04 1,1 34,8 64,4 120,4 0,06 1,9 28,3 22,6 г 108,4

—'1

traces tracesślady 23,2 43,8 114,4 «î n

25,4 31,0 90,3 » n

58,5 50,1 102,3 0,04 fl

T a b e l a 3 Zawartość wypłukanych składników z popiołu elektrowni Konin w % s.m.

Conent of leached elements from ashes of the e le c tric power-station Konin in per cent o f dry matter Kombinacje Treatments Ilo ś ć wody odpowiadająca opadom Water amount corresponding with the pre­ cip ita tion s

‘Czas wypłu­ kiwania Leaching time Sucha pozos­ tałość Dry r e s i ­ due Straty na ża­ rzeniu Ig n i­ tion losses Si02 r_ -L»uma skład­ ników po od­ d z ie le ­ niu krze­ mionki Gum of elemen­ ts a f ­ ter s i l i c a sepa­ ration i Fe2°3 --- j CaO r.IgO S03 1 ! k2° j 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 _________ą P2°5 i i i i i i _____________ A1203

Popiół bez dodatków Ash without additions

n + gipe-gypaum " + siarka-sulphur Popiół + t o r f wysoki Ash + Raised peat Popiół + t o r f niski Ash + low geat

i 500 mm /355 ml/100 g 1 6 dni 16 days 2,15 3.48 2,42 3,53 2.49 0,11 0,16 0,15 0,75 0,61 0,07 0,08 0,08 0,21 0,12 1,97 3,24 2,13 2,57 1,76 0,008 0,008 ślady traces 0,018 0,035 0,67 1,50 0,76 1,01 0,68 0 ,1 3 0,10 0,12 0,11 0,08 0,11 0,20 0,11 0,40 0,30 0,87 j 1 0,64 j 0,68 0,64 0,64 ślady i traces i ! i >• ślady traces " •t •1 и —--- — Popiół bez dodatków 2,49 0,20 0,15 2,57 0,011 1,32 0,25 0,43 1 , 3 2 ślady slady j

Ash without additions traces traces

" + gips-gypsum 1000 mm

I * ?ni 4,25 0,18 3,07 3,93 0,005 2,02 0,37 0,37 0,70 n it

" + siarka-sulphur /710 ml/1OOg 32 days 2,77 0,14 0,13 2,52 ślady 1,73 0,34 0,46 1, 0 3 " и

Popiół + t o r f wysoki traces

Ash + raised peat 5,67 1,27 0,69 3,72 0,022 2,53 1,21 0,69 0,70 " и

Topiół + t o rf n iski 2,98 0,77 0,16 1,93 0,028 1,45 0,25 0,46 0,85 » II 1 Ash + low £eat ,

Popiół bez dodatków 5,04 0,14 0,18 4,73 slady 2,75 0,30 0,24 1,15 ślady ślady j

Ash v/ithout additions traces traces tracesi

" + gips-gypsum 1500 mm 48 dni 4,54 0,15 0,22 4,17 » 2,23 0,25 0,47 1,21 •• « ! " + siarka-sulphur /1065 ml/1 OOg 48 days 4,80 0,62 0,16 4,02 " 2,56 0,27 0,32 1,00 " _{" i} Popiół + t o r f wysoki 6,10 1,25 1,49 3,36 •• 1,85 0,62 0,54 1,09 « » j Ash + raised peat

Popiół + t o r f n iski 6, 56 1 ,22 1,33 3,99 » 2,51 0,29 0,55 0,89 •• " !

200 F. M a cia k , S. L iw s k i, E. B iern a ck a 100 r 8 0 ' i 60 -40 zo + . 'го ) °o ■

Rys. 1. Rozkład błonnika w popio­ łach i glebie po trzech miesiącach

in kubacji w tem peraturze 22°C К — popiół z elektrow ni Konin. A — po­

piół z elektrowni A d a m ó w , Sk — popiół z elektrow n i Skawina., Si — popiół z elek­ tro w n i Siekierki, G — gleba m ineralna,

T — torf, M — m ikroelem enty

Cellulose decomposition in ashes and soil 3 months after incubation at

the tem perature of 22°C

К — ashes from the electric p o w e r-s ta ­ tion Konin, A — ashes from the electric p ow er-station A d a m ó w , Sk — ashes from the electric p ow er-station Skaw in a, Si — ashes from the electric pow er-station Siekierki, G — m ineral soil, T — peat,

M — m inor elements

Adamów. Natomiast dodatek samego azotu (N) oraz mikroelementów nie zwiększa aktywności rozkładu błonnika.

Wyniki rozkładu błonnika wskazują, że w pewnych przypadkach ele­ mentem istotnym, wpływającym na procesy rozkładowe oraz na zwiększe­ nie aktywności biologicznej popiołu, jest dodatek substancji organicznej.

IN T E N S Y W N O Ś Ć W Y D Z I E L A N I A SIĘ C 0 2 P O D O D A N IU D O P O P IO Ł U M A S Y O R G A N IC Z N E J

Z dotychczasowych doświadczeń wegetacyjnych na składowiskach po­ piołu wynika, że dodatek substancji organicznej w postaci torfu lub węgla brunatnego w wyraźny sposób stymulował wzrost roślin.

Doświadczenie inkubacyjne (rys. 2) wskazuje, że w „martwym’'

ma-Rys. 2. W yd zielanie się C 0 2 z substan­ cji organicznej dodanej do popiołu

i gleby

1 — gleba m in eraln a + N , 2 — gleba m in eral­

na + N + to rf w ysoki, 3 — popiół (K onin) + N , 4 — popiół (K o n in ) + N + to rf wysoki, 5 — popiół (K o n in ) + N + w ę gie l brun atny

C 0 2 secretion from organie matter added to ash and soil

1 — m in eral soil + N , 2 — M in eral soil + N +

raised peat, 3 — ash from the electric po­ w er-station K on in ) + N, 4 — ash (K onin) + N + raised peat, 5 — ash (K o n in ) + N +

b ro w n coal

Przyrodnicze w łaściw ości składow isk popiołu po różnych w ęglach ₂₀₁

teriale, jaki stanowił popiół na składowisku, po zastosowaniu masy orga­ nicznej i zaszczepieniu go wyciągiem żyznej glöby rozkład suibstancji

organicznej odbywał się dość intensywnie (aczkolwiek nie w takim stop­ niu jak w glebie mineralnej). Jak wynika z przeprowadzonego doświad­ czenia, spośród dodanej do popiołów materii organicznej torf ulega w większym stopniu rozkładowi niż węgiel brunatny. W ciągu 12 tygodni w glebie mineralnej (bielicowej) z dodatkiem torfu wydzieliło się 302 mg C 02/100 g s.m., w popiele z dodatkiem torfu 115 mg C02/100 g s.m., zaś w popiele z dodatkiem węgla brunatnego 77 mg C0/2100 g s.m. Sia­ dowe ilości C02 znaleziono w inkubowanym popiele bez dodatku sub­ stancji organicznej.

O M Ó W IE N IE W Y N I K Ó W

Zagospodarowanie rolnicze lufo leśne składowisk popiołu po węglu brunatnym i kamiennym wymaga specjalnych zabiegów agrotechnicznych z uwagi na specyficzny materiał, jakim składowiska te się odznaczają.

O składzie mechanicznym i właściwościach fizycznych popiołu na po­ szczególnych składowiskach decyduje w dużym stopniu sposób składo­ wania popiołów.

Popioły składowane hydraulicznie na „mokro” odznaczają się bardzo nierównomiernym składem mechanicznym, gdyż obok cząstek najdrob­ niejszych (poniżej 0,06 mm) zawierają często warstwy silnie scemento- wane, dużą ilość utworów o charakterze twardych łupków i gruzu ce­ mentowego.

Natomiast popioły składowane na „sucho” w większości przypadków mają charakter ziemistej masy ulegającej łatwemu unoszeniu przez wiatr. Badane popioły mają małą pojemność wodną (79-124%) oraz zawierają znaczną ilość wody niedostępnej dla roślin. Czynniki te nie sprzyjają wzrostowi roślin na hałdzie.

Sposoby składowania i formowania hałd popiołu wpływają również na ich właściwości chemiczne i biochemiczne. Przy hydraulicznym trans­ porcie p o p i o ł ó w na składowisko pod wpływem działania wody następuje całkowite „rozlasowanie się” tlenków i przejście ich w wodorotlenki. Wskutek tego nie ma późniejszego „zagrzewania” się górnych warstw hałdy popiołu, co obserwuje się np. przy suchym składowaniu, gdzie wody opadowe nawilżające poszczególne jego warstwy powodują „lasowanie się” popiołu z powstawaniem wysokiej temperatury. Uwalniane ciepło hamuje lub wręcz uniemożliwia uprawę roślin. W naturalnych warunkach na składowisku proces lasowania trwać może przez dłuższy czas, dopóki pod wpływem klimatu nie nastąpi nawilżenie i przewietrzenie warstw składowiska.

202 F. Maciak, S. Liwski, E. Biernacka

Popioły odzanczają się bardzo dużą różnorodnością .pod względem odczynu i składu chemicznego. Odczyn ich jest zasadowy (pH 8,7-11,2), przy którym w naturalnym stanie rośliny nie utrzymają się. Wysokie pH oprócz bezpośredniego ujemnego wpływu na rośliny może powodować również w warstwie korzeniowej taki stan, w którym większość zarówno makro- jak i mikroelementów nie jest przyswajalna dla roślin [3, 4]. Do­ tyczyć to może zarówno składników znajdujących się w popiołach, jak i składników dodanych w postaci nawozów. Z dalszych czynników można wymienić występowanie w masie popiołów niektórych składników che­ micznych w wysokich koncentracjach, jak np. 'krzemionki, wapnia, glinu, żelaza, siarki oraz manganu.

Właściwości chemiczne badanych popiołów sprawiają, że dawki fos­ foru pod uprawiane na składowisku rośliny powinny być 'kilkakrotnie wyższe niż normalnie stosowane, z uwagi na uwstecznienie fosforu, za­ chodzące przy wysokiej zasadowości środowiska oraz dużej ilości wapnia, glinu i żelaza [2, 3]. Również z powodu alkaliczności środowiska azot musi być stosowany na składowiska w odpowiedniej formie (azotanowej), a także w wysokich dawkach ze względu na zupełny jego brak w popiele i możliwość strat w wyniku ulatniania się jonu amonowego.

Składowiska popiołu charakteryzuje duża koncentracja soli, którą moż­ na obniżyć stosując do popiołu dodatek gipsu i substancji organicznej. Szczególnie bardzo korzystne wydaje się działanie substancji organicznej w postaci torfu, a nawet w postaci węgla brunatnego na zmniejszenie się koncentracji niektórych szkodliwych składników chemicznych w war­ stwie wierzchniej składowiska popiołu.

Dodatek substancji organicznej polepsza właściwości buforowe śro­ dowiska popiołowego, a także zwiększa jego aktywność biologiczną; ma to istotne znaczenie przy stosowaniu dawek nawożeniowych pod rośliny w przyszłych uprawach na składowiskach popiołu.

W N I O S K I

1. Składowiska popiołów po węglu brunatnym elektrowni Konin i Ada­ mów oraz po węglu kamiennym elektrowni Siekierki i Skawina odzna­ czają się wysoką zasadowością (pH 8,7-11,2).

2. Badane popioły mają znacznie zróżnicowaną ilość składników che­ micznych. Popioły elektrowni Konin i Adamów są bogate w wapń, potas, glin, żelazo, mangan i krzemionkę. Popioły z elektrowni Siekierki i Ska­ wina poza znaczną zawartością krzemionki i żelaza zawierają pozostałe składniki w średnich bądź niewielkich ilościach.

3. Wskutek potraktowania popiołu wodą (popiół elektrowni Konin) dawkami odpowiadającymi 500, 1000, 1500 m opadów następowało inten­ sywne wymywanie z popiołów wapnia, magnezu, potasu, siarki i krze­

Przyrodnicze w łaściw ości składow isk popiołu po różnych w ęglach ₂₀₃

mionki; inne składniki chemiczne, jak fosfor, glin oraz żelazo ulegały wypłukiwaniu w nieznacznym stopniu. Intensywność wypłukiwania skład­ ników chemicznych z popiołu zależała od czasu traktowania popiołu wodą oraz od wielkości stosowanej dawki wody. Dodatek do popiołu gipsu lub torfu powodował zwiększenie stopnia wypłukiwania przez wodę niektó­ rych składników chemicznych.

4. Największą aktywnością biologiczną (największy rozkład błonnika w popiele) odznaczały się popioły elektrowni Siekierki i Konin, następnie popiół elektrowni Skawina, najniższą aktywność wykazał popiół elek­ trowni Adamów. Dodatek do popiołów składników nawozowych (N PK ) zwiększał ich aktywność (biologiczną.

5. W ciągu 12-tygodniowego okresu inkubacji w glebie mineralnej z dodatkiem torfu wydzieliło się 302 mg C 02/100 g s.m. gleby, w popiele (elektrowni Konin) z dodatkiem torfu wydzieliło się 115 mg C 02/100 g s.m. gleby, a w popiele z dodatkiem węgla brunatnego — 77 mg C02/100 g s.m. gleby.

L I T E R A T U R A

[1] G r ü n e k l e s H. G.: ö d lan d b ergrü n u n g im G ebiet des Siedlungsverbandes Ruhrkohlenbezirk. D er Forst und H o lzw irt 22, 1965, 504-510.

[2] I l l i n e r K., R a a s с h H .: Z u r Bestim m ung des K alkgehaltes von B ra u n ­ kohlenasches fü r die M elioration von Kippen. Z. L andesku ltur 8, 1967, <3, 171-178.

[3] J o n e s L. H.: A lu m in ium uptake and toxicity in plants. P lan t and Soil 13, 1961, 297-310.

[4] P i k a t o w a G.: W ykorzystanie roślinności wieloletniej dla celów re k u lty ­ w acyjnych. Biul. Zakł. B ad ań G O P P A N , M ater, sympoz. 5, 1965.

[5] S k a w i n a T., Z u b i k o w s k a - S k a w i n o w a Z.: Zagadnienie toksyczności i neutralizacji na rekultyw ow an ych zw ałow isk ach kopalni w ę g la brunatnego Turów . W ę g ie l brun. 2, 1964.

[6] S k o p k o v a M .: Prukopnicke rostliny pro rekultivaci ploch devastowanych terbou uhli. Vedecké P race 7, 1965, 83-96.

[7] T a r c z e w s k i W. , C h a m i d u l i n a M . W .: O pyt oblesienija prom yszlennych otw ałow . Les. Coz. 12, 1966, 28-30.

Ф . М А Ц И А К , С. Л И В С К И , E. Б Е Р Н А Ц К А Н Е К О Т О Р Ы Е Ф И З И К О -Х И М И Ч Е С К И Е И Б И О Х И М И Ч Е С К И Е С В О Й С Т В А С В А Л О К З О Л Ы Б У Р О Г О И К А М Е Н Н О Г О У Г Л Я Институт природны х основ мелиорации, Сельскохозяйственая академия в В арш аве Р е з юме Проведены испытания с целью определения некоторых ф изико-хим ических и биохимических свойств поверхностного слоя свалок (насыпей) золы бурого и каменного угля из электростанций. Характеристика свалок золы в отноше­

204 F. Maciak, S. Liwski, E. Biernacka нии выш еназванных свойства бы ла нуж на для установления способов и х агро­ номического рекультивирования. А н али зы показали, что в зависимости от сва­ лочной техники исследованные золы характеризуются большим разнообразием в отношении механического состава (от м елких цементированных пылевидных образований до крупны х зернистых и песчаных частей). Золы содержат зн а­ чительное количество недоступной для растений влаги и отличаются низкой влагоемкостью. И х реакция (pH ) колеблется в пределах 8,7-11,2. Испытанные золы бурого угля очень богаты кальцием, калием, алюминием, ж елезом и крем­ неземом. Золы каменного угля содержат значительное количество ж е л е за и кремнезема, но содержание других элементов в них лиш ь среднее или невы­ сокое. Обработка золы водой способствовала интенсивному вымыванию кальция, магния, к али я и серы. П рибавка к золе гипса и ли торф а повысила степень элюирования водой некоторых химических элементов. Испытание разлож ения ц еллю лозы в золе показало, что скорость р а зл о ­ ж ения зависит от вида золы и от внесения в нее удобрений и органического вещества. П рибавка минеральны х удобрений (N P K ) и торф а ускоряла р а зл о ­ ж ение ц еллю лозы в золе. Разлож ен и е органического вещества (торф ) проте­ к ало почти 3 раза 'медленнее, чем в минеральной (подзолистой) почве. F. M A C IA K , S. L IW S K I, Е. B IE R N A C K A S O M E P H Y S I C O - C H E M I C A L A N D B IO C H E M IC A L P R O P E R T IE S O F T H E A S H D U M P S A F T E R B R O W N A N D H A R D C O A L

Institute of N a tu ra l Fundam entals of Reclamation A gricu ltu ral U niversity of W a rs a w

S u mma r y

The investigations aim ing at determination of some physico-chem ical and b io ­ chemical properties of upper layers of the ash dumps after bro w n and hard coal, from the coal-bu rning electric p ow er station, w e re carried out. The characteristics o f the ash dumps w ith regard to the above properties w as necessary fo r deter­ mination of their agricultural recultivation w ay. The analyses have proved that the ashes investigated distinguish themselves, depending on their storage w ay, w ith a great variability of the m echanical composition (from fin e cemented silty particles to coarse gran ular and sandy particles). The ashes contain a considerable am ount of w ater u n available to plants and show a lo w w ater capacity. Their r e ­ action (pH ) varies w ithin the limits 8.7-11.2. The ashes originating from burned b ro w n coal are very rich in calcium, potassium, alum inium , iron and silica. The ashes from hard coal contain a considerable amount of iron and silica at a m edium or low content of the rem aining components.

The treatment of the ashes w ith w ater caused an intensive leaching of calcium, magnesium, potassium and sulphur from it. A n addition of gypsum or peat to the ash caused an increase of leaching of some chemical components by water.

The attempts of cellulose decomposition in the ash have proved that this de­ composition depended on the ash kind and on the addition of fertilizers and

Przyrodnicze w łaściw ości składow isk popiołu po różnych w ęglach ₂₀₅

organie m atter to the ash. A n addition to it of m in eral fertilizers (N P K ) or organic m atter (peat) caused an increase of the cellulose decomposition in the ash. The o r­ ganic m atter (peat) decomposition ran in the ash almost three times slow er than in m in eral (podzolic) soil.

Prof. dr hab. Franciszek Maciak W płyn ęło do P T G w grudniu 1972

Instytut Przyrod niczych Podstaw M elioracji A R