Monitoring wód podziemnych

Monitoring wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi

  1. Wstęp

Monitoring wód podziemnych jest częstym narzędziem stosowanym dla dostarczenia aktualnych informacji o składzie chemicznym i jakości wody, o ilości zasobów wodnych dostępnych do gospodarczego wykorzystania, a także pomocnym w określeniu stanu komponentów środowiska bezpośrednio zależnych od stanu wód podziemnych. W Polsce wyróżnia się dwa systemy monitoringu wód podziemnych. Pierwszy związany jest z wodami przeznaczonymi do spożycia oraz drugi dotyczy wody w obiegu hydrogeologicznym, tj. w warstwach wodonośnych, a jego głównym zadaniem jest ochrona przed degradacją zasobów, w wyniku nadmiernej eksploatacji, lub zanieczyszczeniami przenikającymi z powierzchni terenu [2]. Monitoring wód podziemnych przeprowadza się w skali regionalnej oraz lokalnej, w obrębie której wyróżnić można monitoring osłonowy, organizowany wokół obiektów lub obszarów ochronnych i prawnie chronionych oraz wokół obiektów zagrażających albo stanowiących potencjalne zagrożenie dla jakości wód podziemnych. Obiektami objętymi tego typu monitoringiem są przede wszystkim składowiska odpadów, stacje paliw, magazyny substancji chemicznych, a także kopalnie, co związane jest z odwadnianiem górotworu. Wyniki monitoringu wód podziemnych wokół obiektów stanowiących zagrożenia, takich jak składowisko odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi, pozwalają na ocenę zmian chemizmu wód podziemnych i umożliwiają podjęcie właściwych decyzji w zakresie ochrony tych wód.

Streszczenie

Zaprezentowano wyniki monitoringu wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi prowadzonego w latach 2003-2017. Monitoring wód podziemnych obejmował badania: pH, przewodnictwa elektrolitycznego właściwego (PEW), ilości ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i zanieczyszczeń metalami: chromem, kadmem, miedzią, ołowiem, cynkiem i rtęcią. W czternastoletnim okresie prowadzonego monitoringu nie stwierdzono wyraźnego wpływu zdeponowanych odpadów na wody podziemne w rejonie składowiska. W każdej kwartalnej sesji monitoringowej notowano zawartości cynku w wodach podziemnych pobranych ze wszystkich piezometrów, ale jego stężenia nie przekraczały wartości dopuszczalnych dla II klasy jakości wód podziemnych. Obecność pozostałych badanych zanieczyszczeń metalami, ilości ogólnego węgla organicznego oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych stwierdzano incydentalnie, a ich zawartości mieściły się w dopuszczalnych zakresach dla I i II klasy jakości wód podziemnych.

 

  1. Charakterystyka obiektu badań

W 1994 roku zbudowano jedną kwaterę o powierzchni ok. 1,7ha składowiska odpadów komunalnych na wzniesieniu w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi. Konieczność unieszkodliwiania odpadów w gminach znajdujących się w południowo-wschodniej części obecnego województwa opolskiego doprowadziła do podjęcia takiej decyzji. Unieszkodliwianie odpadów komunalnych pochodzących z gminy Polska Cerekiew oraz gmin sąsiednich Reńska Wieś, Cisek i Branice trwało nieprzerwanie do 2013 roku [7].

Na etapie budowy kwatery składowiska wykonano uszczelnione warstwą naturalnej gliny o miąższości wynoszącej od 0,5 do 1,0 m bez zastosowania sztucznej izolacji syntetycznej oraz zainstalowano drenaż odcieków wraz ze zbiornikiem [7]. Wykonano sieć monitoringu wód podziemnych składającą się z czterech piezometrów (od P-1 do P-4). W oparciu o wody tych piezometrów, od 2003 roku Zakład Monitoringu GIG, na etapie funkcjonującego składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi, prowadził monitoring jakości wód podziemnych czwartorzędowego piętra wodonośnego.

W roku 2014 składowisko zaprzestało unieszkodliwiania odpadów i zostało podane rekultywacji. Składowisko to zostało zamknięte w 2016 roku i od 2017 roku monitoring wód podziemnych został ograniczony do fazy poeksploatacyjnej [6] zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013r., w sprawie składowisk odpadów [5].

2.1. Warunki geologiczne

Składowisko w Ciężkowicach położone jest na terenie Gminy Polska Cerekiew wchodzącej w skład makroregionu Niziny Śląskiej, gdzie przebiega granica dwóch jednostek morfologicznych. Południowo-zachodnia część, odznaczająca się urozmaiconą rzeźbą należy do Płaskowyżu Głubczyckiego, natomiast pozostały obszar – w tym omawiane składowisko – znajduje się w obrębie Kotliny Raciborskiej [3].

W rejonie Gminy Polska Cerekiew występują utwory dolnokarbońsie (kulm), trzeciorzędowe i czwartorzędowe. Utwory dolnego karbonu to szarogłazy, łupki i zlepieńce, na których niezgodnie zalegają osady trzeciorzędowe w postaci iłów zwartych lub piaszczystych przewarstwionych różnoziarnistymi piaskami i żwirami. Utwory te występują na głębokościach od 25 do 60 m p.p.t. Na osadach trzeciorzędowych występują czwartorzędowe utwory plejstoceńskie – piaski i lessy oraz holoceńskie – gliny zwałowe, lessy, piaski i żwiry, występujące głównie w dolinach cieków wodnych.

2.2. Warunki hydrogeologiczne

Pod względem hydrogeologicznym w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi występuje czwartorzędowe piętro wodonośne. Woda tego piętra występuje w piaskach różnoziarnistych i żwirach na głębokościach od 0 (samowypływ) do ok. 20 m p.p.t. Woda z tego poziomu jest wykorzystywana w gospodarstwach domowych na terenie gminy, a jej zwierciadło ma charakter swobodny. Wszystkie piezometry zlokalizowane w pobliżu składowiska odpadów w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi ujmują wody czwartorzędowego piętra wodonośnego i znajdują się na kierunku odpływu wód podziemnych, co jest związane z usytuowaniem składowiska na wzniesieniu. Spływ wód podziemnych ukierunkowany jest w warstwach piaskowo-żwirowych na północny zachód i zachód od składowiska. Lokalizację piezometrów zaprezentowano na rysunku 1.

W latach 2003-2017 pomiary wykazały, że zwierciadło tych wód czwartorzędowych wahało się od + 0,00 m (samowypływ) w piezometrze P-2, poprzez maksymalnie 1,2 m p.p.t. w piezometrach P-1 i P-3 do 3,4 m p.p.t. w piezometrze P-4.

monitoring wód podziemnych

Rys. 1. Okolice składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi oraz lokalizacja piezometrów ujmujących czwartorzędowe wody podziemne.

  1. Metodyka badań w ramach prowadzonego monitoringu

Monitoring składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi jest prowadzony od 2003 r. do chwili obecnej przez pracowników Zakładu Monitoringu Środowiska Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach. W latach 2003-2016 wody podziemne pobierane były z czterech piezometrów w cyklach kwartalnych, natomiast od 2017 r. po rozpoczęciu fazy poeksploatacyjnej w cyklach półrocznych. Próbki wód są pobierane i badane w Laboratoriach Zakładu Monitoringu Środowiska GIG, który posiada akredytację AB 145 Polskiego Centrum Akredytacji w Warszawie.

W pobranych wodach z piezometrów rozmieszczonych wokół składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi pomiary pH wykonywane są metodą potencjometryczną, przewodność elektrolityczna właściwa (PEW) metodą konduktometry-czną, a oznaczane stężenia Cd, Cr, Cu, Pb i Zn przy zastosowaniu spektroskopii emisyjnej z plazmą wzbudzoną (OES-ICP). Zawartość Hg oznaczono stosując absorpcyjną spektrometrię atomową z generowaniem zimnych par (CV-AAS). Stężenie ogólnego węgla organicznego (OWO) oznaczono stosując wysokotemperaturowe spalanie z detekcją IR, natomiast stężenie wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) wykorzystując ekstrakcję SPE oraz wysokosprawną chromatografię cieczową.

  1. Wyniki monitoringu

4.1. Wody podziemne

W okresie prowadzonego monitoringu (lata 2003-2017) wartości pH wód z czterech piezometrów wahają się od 5,8 do 7,8 przy wyliczonych wartościach średnich od 6,55 (P-1) do 7,12 (P-3), (tab. 1). Woda z piezometru P-2 znajdującego się najbliżej składowiska (rys. 1) charakteryzuje się średnią wartością pH = 6,71 przy najniżej średniej wartości PEW, natomiast woda z piezometru P-3 zlokalizowanego w największej odległości od miejsca deponowania odpadów, średnią wartością – 7,12.

Średnie wartości pH wód z poszczególnych piezometrów wskazują, że wody te charakteryzują się lekko kwaśnym lub obojętnym odczynem (tab. 1). Jednocześnie średnie wartości PEW dla monitorowanych wód wahają się w przedziale 800-1000 µS/cm, przy czym wartości PEW wód z piezometru P-2 wykazują stabilność – w okresie 2013-2016 różnice nie przekraczały 50 µS/cm, a w ostatnich pięciu latach najmniejsze zasolenie obserwowano w wodach z piezometru P-1 (tab. 1, rys. 2).

Tab. 1. Wyniki monitoringu w latach 2003-17 wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi

Wyniki

dla n = 58 pomiarów

pH PEW

[µS/cm]

OWO Zn Cr Cd Cu Pb WWA
[mg/l] [µg/l]

Piezometr P-1

Wartość średnia 6,55 800 16,5 0,16 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 0,006
Minimum 5,80 471 0,9 0,01 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 <0,002
Maximum 7,30 1130 32,0 0,31 <0,01 <0,001 0,015 0,05 0,100
Odchylenie standardowe 0,28 155 7,0 0,05 0,032

Piezometr P-2

Wartość średnia 6,71 794 2,4 0,04 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 0,003
Minimum 6,20 475 1,0 0,01 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 <0,002
Maximum 7,20 1020 11,0 0,19 <0,01 0,001 0,017 0,05 0,082
Odchylenie standardowe 0,24 90 1,7 0,04 0,029

Piezometr P-3

Wartość średnia 7,12 962 3,4 0,05 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 <0,002
Minimum 6,15 718 1,1 0,01 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 <0,002
Maximum 7,60 1230 30,0 0,46 <0,01 0,004 0,014 0,04 0,033
Odchylenie standardowe 0,24 93 5,1 0,07

Piezometr P-4

Wartość średnia 7,07 895 3,6 0,04 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 <0,002
Minimum 5,80 334 0,6 0,01 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 <0,002
Maximum 7,80 1130 36,0 0,24 0,01 0,006 0,018 0,08 0,009
Odchylenie standardowe 0,27 159 6,2 0,04

monitoring wód podziemnych wokół składowiska

 

Rys. 2. Wyniki monitoringu (2003-17) przewodności elektrolitycznej właściwej (PEW) wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi

Analiza rozkładu punktów na rys. 2 przedstawiających przebieg wahań pomiarów przewodności elektrolitycznej właściwej (PEW) w monitorowanych wodach pozwoliła na zaobserwowanie znacznych różnic wartości tego parametru w czasie. Szczególnie jest to widoczne na przykładzie wód z piezometru P-4, charakteryzujących się amplitudami dochodzącymi do 500 µS/cm. Małe wahania, a jednocześnie najwyższe wartości zasolenia występują w wodach z piezometru P-3 (tab. 1, rys. 2).

Najniższe wartości PEW odnotowano w wodach z piezometru P-2, znajdującego się najbliżej miejsca unieszkodliwiania odpadów, a największe w wodach pobieranych z piezometru P-3 usytuowanego od niego najdalej (rys. 1). Piezometr P-3 zlokalizowany jest w sąsiedztwie pól uprawnych, a piezometr P-2 na terenie dolinnych łąk i pastwisk, co ma znaczenie dla wartości pomiarów pH i zasolenia wód tych piezometrów. Wyraźne znaczące amplitudy wartości przewodności elektrolitycznej właściwej (PEW) w wodach podziemnych z piezometrów usytuowanych pomiędzy polami uprawnymi, P-3 i P-4 oraz alkalizacja (śr. pH > 7) można tłumaczyć zabiegami agrotechnicznymi i nawożeniem pól uprawnych. Prawdopodobnie zabiegi związane z prowadzoną gospodarką na polach uprawnych mogą mieć większy wpływ na wartości pH i przewodności elektrolitycznej właściwej (PEW) wód podziemnych niż unieszkodliwione na składowisku odpady.

W monitorowanych wodach podziemnych wszystkich piezometrów nie stwierdzano anomalii związanych z podwyższonymi wartościami ogólnego węgla organicznego. Sporadycznie stwierdzano przekroczenie wartości 5 mg/l stanowiącej granicę I klasy jakości wód [4], ale najczęściej w wodach piezometru P-1, w którym odnotowano wody o najniższym odczynie (tab. 1).

W czternastoletnim okresie przeprowadzania monitoringu wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach nie stwierdzono stężeń wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) przekraczających dopuszczalną ilość dla I klasy jakości wód [4]. Najczęściej stężenia WWA były mniejsze od 0,002 µg/l, a wartość maksymalną, 0,1 µg/l, odnotowano w wodzie piezometru P-1 (tab. 1). Podobnie jak w przypadku stężeń OWO w wodzie piezometru P-1, występowanie WWA w tej wodzie nie wskazuje jednoznacznie na chwilowe oddziaływanie gromadzonych odpadów na wody podziemne.

Od 2003 r. w monitorowanych wodach podziemnych nie stwierdzono obecności rtęci (Hg), chrom Cr6+ wykryto tylko raz w wodzie piezometru P-4 (0,01 mg/l), podobnie jak kadm (Cd) jednokrotnie w wodach z piezometrów P-2 (0,001 mg/l), P-3 (0,004 mg/l) i P-4 (0,006 mg/l), (tab. 1). Występowanie miedzi i ołowiu w monitorowanych wodach podziemnych było incydentalne, a stężenia powyżej granicy oznaczalności (0,01 mg/l) występowały tylko w pierwszych 8 kwartałach monitoringu. W przypadku Cu, stężenia nie przekraczały wartości 0,02 mg/l oraz 0,08 mg/l dla ołowiu (Pb), (tab. 1). Śladowe ilości Cr, Cd, Cu i Pb w monitorowanych wodach oraz ich marginalny czasowo charakter występowania nie wskazują na oddziaływanie gromadzonych odpadów na wody podziemne.

Natomiast w odniesieniu do tak sformułowanego stwierdzenia, stężenia w monitorowanych wodach innego metalu – cynku (Zn) – wykazują dwoisty charakter. W wodach podziemnych wszystkich monitorowanych punktów badawczych stwierdzano obecność cynku. Najczęściej stężenia tego pierwiastka mieściły się w zakresach dopuszczalnych wartości dla I i II klasy jakości wód podziemnych, nie przekraczając wartości stanowiącej granicę II klasy jakości [4]. Największą średnią zawartością cynku charakteryzowała się woda podziemna z piezometru P-1, położonego nieco dalej od składowiska. Natomiast woda podziemna z piezometru najbliższego składowiska, to jest w P-2, wykazywała średnio 0,04 mg Zn/l, podobnie jak z piezometrów P-3 (0,05 mg Zn/l) i P-4 (0,04 mg Zn/l), (tab. 1). Obecność Zn w wodach podziemnych, podobnie jak w przypadku wahań wartości przewodności elektrolitycznej właściwej, może być związana zarówno ze zdeponowanymi na składowisku odpadami, jak i z pracami agrotechnicznymi na polach uprawnych otaczających składowisko. Prawdopodobnie znaczna ilość cynku w monitorowanych wodach związana jest ze stosowanymi w rolnictwie nawozami mineralnymi.

 4.2 Opady atmosferyczne w rejonie składowiska odpadów komunalnych

Monitoring gminnego składowiska odpadów komunalnych w Polskiej Cerekwi obejmuje także gromadzenie danych dotyczących miesięcznych sum opadów atmosferycznych. Pomiary pochodzą z najbliższej dla miejscowości Ciężkowice stacji meteorologicznej znajdującej się w Sukowicach i są udostępniane z bazy Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Zestawienie w postaci monitoringu sum opadów kwartalnych zaprezentowano na rysunku 3.

monitoring ilości opadów

Rys. 3. Wyniki monitoringu ilości opadów atmosferycznych w ujęciu kwartalnym dla rejonu składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi

Uzyskany zbiór danych, w korelacji z innymi mierzonymi parametrami, pozwolił na stwierdzenie jedynie słabej zależności wartości pH w wodach podziemnych piezometru P-2 od wielkości opadów. W wodach podziemnych pochodzących ze wszystkich piezometrów współczynnik korelacji pomiędzy wartością pH a PEW jest bliski zeru (tab. 2). W przypadku wód z piezometrów P-1 oraz P-2 można stwierdzić nieznaczną korelację pomiędzy wartościami PEW oraz OWO, natomiast w przypadku wód z pozostałych dwóch piezometrów zależność ta jest statystycznie nieistotna.

Tab. 2. Wartości korelacji pomiędzy poszczególnymi parametrami uzyskanymi na podstawie prowadzonego monitoringu w latach 2003-17 wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi

Piezometry pH/PEW PEW/OWO pH/opad
n = 58; α = 0,01 n = 58; α = 0,01 n = 51; α = 0,01
P-1 – 0,11 0,35 – 0,09
P-2 0,07 0,29 0,32
P-3 0,12 – 0,07 0,01
P-4 0,04 0,12 0,10

Kwartały, w których wartości sumy opadów przekraczały 200 mm (200 l/m2) stanowiły 23,5% wszystkich uzyskanych wyników (powyżej zielonej linii na rys. 3), a w przeprowadzanych bezpośrednio po nich badaniach notowano w wodach podziemnych obniżenie wartości pH. Wyliczono, że korelacja pomiędzy sumą kwartalnych opadów a pH monitorowanych wód podziemnych dla n = 51 pomiarów jest istotna tylko dla wód piezometru P-2. W przypadku monitorowanych wód pochodzących z pozostałych piezometrów korelacje takie nie występują. Natomiast opady atmosferyczne z pewnością intensyfikują przedostawanie się zanieczyszczeń pochodzących z nawozów mineralnych, w tym cynku, do wód podziemnych [1, 8]. Jednak nie stwierdzono istotnych statystycznie zależności pomiędzy stężeniami cynku w monitorowanych wodach a wielkością opadów w badanych kwartałach.

  1. Podsumowanie

Monitoring wód podziemnych z piezometrów rozmieszczonych wokół składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi w latach 2003-2017 w zakresie badania – pH, przewodnictwa elektrolitycznego właściwego, awartości ogólnego węgla organicznego oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i zanieczyszczeń metalami – chromem, kadmem, miedzią, ołowiem, cynkiem i rtęcią nie wykazał wpływu zdeponowanych odpadów na jakość tych wód. W każdej kwartalnej sesji monitoringowej notowano zawartości cynku w wodach podziemnych pobranych ze wszystkich piezometrów, ale jego stężenia nie przekraczały wartości dopuszczalnych dla II klasy jakości wód podziemnych. Obecność Zn w wodach podziemnych, może być związana zarówno ze zdeponowanymi na składowisku odpadami jak i z pracami agrotechnicznymi na polach uprawnych otaczających składowisko. Prawdopodobnie znaczna ilość cynku w monitorowanych wodach związana jest ze stosowanymi w rolnictwie nawozami mineralnymi. Obecność pozostałych badanych metali, ilości ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) stwierdzano incydentalnie, a ich zawartości mieściły się w dopuszczalnych zakresach dla I i II klasy jakości wód podziemnych.

W monitorowanym przedziale czasu stwierdzono słabe zależności pomiędzy pH w wodach podziemnych z piezometru P-2 i kwartalną sumą opadów atmosferycznych oraz pomiędzy zasoleniem (PEW) i zawartością węgla organicznego (OWO) w wodach podziemnych z piezometrów P-1 i P-2. Jednak ze względu na lokalizację piezometrów wśród pól uprawnych oraz oddziaływania związane z ich nawożeniem i pracami agrotechnicznymi, wyliczone słabe korelacje i brak innych istotnych zależności prawdopodobnie nie odzwierciedla stanu współzależności pomiędzy poszczególnymi parametrami monitorowanych wód podziemnych.

  1. Literatura

 

  1. Alloway B.J.: Heavy Metals in Soils. Blackie Ac. Chapman & Hall. Glasgow, UK 1995.
  2. Kazimierski, B.: Monitoring wód podziemnych – przykład zastosowania lokalnego, Przegląd Geologiczny, vol.56, nr 4, 2008.
  3. Kondracki J.: Geografia regionalna Polski, Wydawnictwo Naukowe PWN 2001.
  4. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 grudnia 2015r., w sprawie kryteriów
    i sposobu oceny stanu jednolitych części wód podziemnych. – Dz. U. 2016r., poz. 85.
  5. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013r., w sprawie składowisk odpadów – Dz. U. 2013r., poz. 523.
  6. Stelmach-Orzechowska M.: Program ochrony środowiska dla gminy Polska Cerekiew na
    lata 2017-2020 z perspektywą do 2024r. EKO-LOGIKA Sp. z o.o.; 2017. (niepublikowane).
  7. Thym O.: Plan gospodarki odpadami dla gminy Polska Cerekiew na lata 2010-2013.
    OLT-EKO Sp. z o.o.; 2010 (niepublikowane).
  8. Węglarzy K.: Metale ciężkie – źródła zanieczyszczeń i wpływ na środowisko. Wiadomości Zootechniczne. Rocz. XLV, nr 3, 2007; 31-38.

mgr inż. Hubert Makuła, Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, Zakład Monitoringu Środowiska, Pracownia Analiz Ekologicznych

monitoring wód podziemnych Technologia Wody Artykuł pochodzi z dwumiesięcznika „Technologia Wody”; 2/2019 (64). Tekst zamieszczony za zgodą autora i wydawcy – Wydawnictwa Seidel-Przywecki Sp. z o.o. – w formie opublikowanej w czasopiśmie.

 

reklama

partner portalu

reklama

partner portalu

reklama

reklama

reklama

reklama

reklama

reklama

 

partner medialny

reklama