Multioborová exkurze BIOLOGIE FYZIKA CHEMIE

PRAKTICKÁ VÝUKA PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ NA ZŠ A SŠ CZ.1.07/1.1.30/02.0024 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Multioborová exkurze BIOLOGIE – FYZIKA – CHEMIE

Téma: ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY IQPARK LIBEREC ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY TÉMA: ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY AUTORKA: RNDr. ZDEŇKA CHOCHOLOUŠKOVÁ, Ph.D. 1 NÁRODNÍ PŘÍRODNÍ PAMÁTKA BÍLÉ STRÁNĚ U POKRATIC (1. DEN) NPP Bílé stráně u Pokratic (viz Obr. 1, 2) se nacházejí v CHKO České středohoří, oblasti Verneřické středohoří. Vlevo od Pokratického potoka, severně od Litoměřic leží v nadmořské výšce 286 – 335 m n. m., na ploše 3,24 ha NPP Bílé stráně u Pokratic, chráněná pravděpodobně již před rokem 1929 německým okrašlovacím spolkem. Hostí teplomilnou flóru a vegetaci představovanou teplomilnými trávníky (svaz Bromion) a lemovými společenstvy a lesy. Geologicky jsou tato místa tvořena opukami (druhohorní slínité vápence), které se v místech tektonických zlomů křídového souvrství dostaly na povrch nebo naopak byly erodovány nadložní vrstvy. Takto vznikly surové slínité nebo rendzinovité bělavé půdy, které jsou velmi bohaté na vápenaté ionty a hostí tedy vápnomilné druhy. Svoji bílou barvou daly název celé NPP. Stráně jsou orientovány jihovýchodně až severozápadně se sklonem 10 – 40 °. Vzhledem k teplému až mírně teplému klimatu, rozmrzání a zamrzání v zimě je lokalita vystavena značné erozi. NPP Bílé stráně jsou evropsky významnou lokalitou v rámci soustavy Natura 2000 pro ochranu teplomilných trávníků s výskytem střevíčníku pantoflíčku (Cypripedium calceolus).

Obr. 1

Označení Národní přírodní památky „Bílé stráně“

2

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY

Obr. 2

Bílé stráně u Pokratic s kvetoucím vstavačem nachovým (Orchis purpurea)

Obr. 3

Střevíčník pantoflíček (Cypripedium calceolus)

NPP Bílé stráně se vyznačují neskutečnou diverzitou xerotermních druhů (uvádí se zde cca 475 druhů cévnatých rostlin). Na NPP Bílé stráně se roste řada zajímavých, ale i chráněných druhů rostlin: bíle kvetoucí plamének přímý (Clematis recta), růžově kvetoucí, jedovatá a omamně vonící třemdava bílá (Dictamnus albus), hořec křížatý (Gentiana cruciata), modře kvetoucí koulenka prodloužená (Globularia bisnagarica) (viz Obr. 4), kriticky ohrožený hrachor panonský chlumní (Lathyrus pannonicus subsp. collinus), len tenkolistý

3

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY (Linum tenuifolium), len žlutý (Linum flavum), silně ohrožená čičorka pochvatá (Coronilla vaginalis), bíle kvetoucí bělozářka liliovitá (Anthericum liliago), větvená bělozářka větvitá (Anthericum ramosum), kokořík vonný (Platanthera odorata), nenápadná lněnka lnolistá (Thesium linophyllon), chrpa chlumní (Centaurea triumfettii), hvězdnice chlumní (Aster amellus), hvězdnice zlatovlásek (Aster linosyris) a v lese i medovník meduňkolistý (Melittis melissophyllum), sasanka lesní (Anemone sylvestris), silně ohrožený zvonek boloňský (Campanula bononiensis) nebo růžová nápadná lilie zlatohlávek (Lilium martagon), pryšec prutnatý (Euphorbia tommasiniana), sasanka lesní (Anemone sylvestris), hladýš širolistý (Laserpitium latifolium) nebo černohlávek velkokvětý (Prunella grandiflora).

Obr. 4

Koulenka prodloužená (Globularia bisnagarica)

NPP je zajímavá spoustou zástupců čeledi vstavačovitých (Orchidaceae). V travních porostech bíle kvetoucí vemeník dvoulistý (Platanthera bifolia) či vemeník zelenavý (Platanthera chlorantha) a růžově kvetoucí pětiprstka žežulník (Gymnadenia conopsea) i pětiprstka hustokvětá (Gymnadenia densiflora). Dále okrotice bílá (Cephalanthera damasonium), kruštík růžkatý (Epipactis muelleri), naše nejvyšší vstavačovitá rostlina vstavač nachový (Orchis purpurea) a zřídka kvetoucí vstavač vojenský (Orchis militaris). Naprostým

4

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY skvostem je bezesporu střevíčník pantoflíček (Cypripedium calceolus). Zajímavý je i tořič hmyzonosný (Ophrys insectifera), který svými květy napodobuje hmyz, kterým je opylován. V lese pak bradáček vejčitý (Listera ovata) nebo okrotice bílá (Cephalanthera damasonium).

Obr. 5

Vstavač nachový (Orchis purpurea)

5


Obr. 6

Tořič hmyzonosný (Ophrys insectifera)

V lesích zde najdeme jeřáb muk (Sorbus torminalis), a místy nepůvodní vysázenou borovici černou (Pinus nigra). Podél potoka roste jasan ztepilý (Fraxinus excelsior) a v podrostu např. pryskyřník kosmatý (Ranunculus lanuginosus), zvonečník klasnatý (Phyteuma spicatum) nebo kostival hlíznatý (Symphytum tuberosum). V současnosti není území hospodářsky využíváno. Provádějí se zde pouze zásahy k potlačení expanze jasanu a prořeďují se houstnoucí porosty borovice lesní. Otázky: Co je výsledkem mapování Natura 2000? K vyhlášení jakých území u nás došlo? Jaké znáte velkoplošná chráněná území a jaká maloplošná? Uveďte příklady nejbližší vašemu bydlišti.

6

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY Co jsou to chráněné druhy a jak jsou u nás chráněny? Uveďte kategorie ochrany? Co je to nepůvodní druh? Vysvětlete pojem invazní druh?

2 BOTANICKÁ ZAHRADA V LIBERCI Botanická zahrada v Liberci byla založena v roce 1876 Spolkem přátel přírody. K největším zajímavostem patří viktorie královská (Victoria regia), která zde kvete, na spodní straně obrovských listů (které unesou i malé dítě) jsou trny, které zabraňují okusu býložravých ryb. Dále jsou zde unikátní sbírky kaktusů, sukulentů, orchidejí, kapradin, tropických užitkových rostlin a masožravých rostlin. Probíhá zde program záchrany tučnice české (Pinguicula bohemica).

Obr. 7

Skleníková část botanické zahrady v Liberci s masožravými rostlinami

Ve venkovní expozici můžeme najít např. již zmiňovaný střevíčník pantoflíček (Cypripedium calceolus) nebo z dřevin např. klokoč zpečený (Staphylea pinnata).

7


Obr. 8

Klokoč zpeřený (Staphylea pinnata)

Otázky: Uveďte příklady masožravých rostlin z naší přírody a mechanismy, jakými lapají potravu. Vysvětlete, proč to tyto rostliny dělají? Detektiva masožravé rostliny nesní, ale podívejte se na YouTube např. na: http://www.youtube.com/watch?v=-kN7ZaK-UIM

3 STARÉ EKOLOGICKÉ ZÁTĚŽE (2. DEN) Staré ekologické zátěže představují např. odvaly a haldy po těžbě. Asi nejrizikovější jsou právě haldy po těžbě uranových břidlic, ze kterých se získával uran promýváním. Haldy pak můžeme rozdělit na nerizikové a potenciálně rizikové, což lze poznat pomocí fytoindikačního průzkumu. Rostliny citlivě reagují na své podloží a podle změn na jejich vzhledu, posunu fenologických fází, apod. můžeme usuzovat na problematická místa.

8

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY Otázky: Vysvětlete pojem fytoindikace. Města a vesnice jsou osídlena specifickou flórou a vegetací, která je závislá na lidských aktivitách. Většina ploch ve městech je v současné době zpevněná, používají se výhřevné, tmavé substráty a ploch, kde může růst vegetace ubývá. Společenstva měst se stávají uniformějšími a převládají konkurenčně schopné dominanty. Většina míst je pak intenzívně zhutňována jak sešlapem, tak sjížděním vozidly, převládají zde sešlapové porosty, které jsou těmto lidským aktivitám přizpůsobeny, např. jílek vytrvalý (Lolium perenne), jitrocel větší (Plantago major), apod. Otázky: Jaké další porosty převládají ve městech?

4

PANSKÁ SKÁLA (3. DEN) Panská skála (597 m n. m.) spadá pod CHKO Lužické hory a je ukázkou sloupcové odlučnosti čediče mezi Kamenickým Šenovem a Práchní. Původně holé návrší s trojicí křížů na vrcholu (Kalvárie nebo Křížový vrch). Před koncem 18. st. se zde začal lámat čedič, který se využíval na sloupky, patníky, obrubníky, apod. Podle vzhledu, připomínajícím píšťaly varhan se jim lidově říká Kamenné varhany. Těžba byla ukončena v roce 1913. Pak mezi válkami byla těžba obnovena, a až v roce 1953 byla skála prohlášena přírodní rezervací. Dnes je tento pozoruhodný vulkanický útvar o rozloze 1,26 ha chráněn jako Národní přírodní památka a představuje nejstarší chráněný geologický útvar u nás. Pod skálou je malé jezírko, které vzniklo naplněním vytěžené jámy dešťovou vodou. Na jihovýchodním úpatí Panské skály stojí Mariánský sloup, postavený na památku mladého tovaryše a vdovy, kteří zde umrzli za bouřlivé zimní noci 18. ledna 1739.

9


Obr. 9

Panská skála – čedičový útvar

Skalní hrad Sloup, rozhledna Na Stráži, vyhlídka E. Maxe, Hraběnčina vyhlídka, Maxmiliánova vyhlídka, jeskyně Liščí díry, Sloup Pískovcové útvary s bizardními tvary skalních sloupů vzniklých erozí, včetně skalního okna s výhledem do okolí.

Obr. 10 Pískovcový útvar s názvem „Medvěd“

Vyskytují se zde dobře zachovalé květnaté bučiny s bohatým podrostem, v němž roste např. lilie zlatohlávek (Lilium martagon).

10


Obr. 11 Květnatá bučina

Obr. 12 Lilie zlatohlávek (Lilium martagon)

11

BIOLOGIE ROSTLINY NAŠÍ KRAJINY Otázky: Jaký je chemismus pískovcových skal? Jakou flóru a vegetaci zde tedy můžeme očekávat?

LITERATURA 1. www.sps-ul.cz/lib/exe/fetch.php/aktuality:aktuality2010:bile_strane.pdf (dostupné 11. 5. 2014) 2. Kohoutová D. (2007): České středohoří, Bílé stráně u Litoměřic – národní přírodní památka (dostupné z http://botany.cz/cs/bile-strane/) 3. Foto autorka

12

FYZIKA IQPARK LIBEREC TÉMA: IQPARK LIBEREC AUTOR: RNDr. MIROSLAV RANDA, Ph.D, 1 ÚVOD Největší science centrum v České republice se nalézá v Libereckém kraji ve městě Liberec. Je součástí centra Babylon, které se postupně buduje od roku 1996ve staré textilní továrně Hedva, která byla v té době opuštěná a zchátralá. Její výhodou byla blízkost centra města a dostatečná rozloha více než 30 000 m2. V roce 1998 bylo otevřeno nákupní centrum, pak následovala diskotéka, gastronomické provozy, lunapark, aquapark se čtyřmi tobogány, skluzavkami, romantickými jeskyněmi i divokou řekou ve stylu antických lázní. Pro pohodlí a komfort byl vybudován čtyřhvězdičkový hotel a sál, později také wellness centrum. V roce 2004 přibylo zábavně naučné centrum iQPARK. Po vzoru zahraničních center i zde je hlavním heslem „Co si vyzkoušíš, tomu porozumíš“. Mnoho fyzikálních, matematických, biologických a chemických interaktivních exponátů přilákalo od svého vzniku desetitisíce nadšených návštěvníků zejména školních a rodinných kolektivů, stalo se též cílem školních výletů a exkurzí. Součástí IQPARKu je originální zrcadlové bludiště s desítkami optických klamů a dalších optických experimentů nazvané Labyrint.

Obr. 13 Plánek Liberce (http://www.mapy.cz)

13

FYZIKA IQPARK LIBEREC V roce 2014 byla otevřena další součást Centra Babylon – iQLANDIA vyrostla v Liberci v roce 2014. Toto nové centrum nabízí 3D planetárium, interaktivní expozice s moderními technologiemi a exponáty v ČR. Fyzikální část multimediální exkurze zahrnuje experimentální show týkající se experimentů s vysokým napětím a kapalným dusíkem, návštěvu 3D filmu v planetáriu a prohlídku expozic iQLANDIE a IQPARKu.

Obr. 14 Plánek IQParku a Labyrintu (http://www.centrumbabylon.cz/User_Files/iqpark.jpg)

14

FYZIKA IQPARK LIBEREC 2 IQPARK Expozice IQParku jsou rozloženy ve 4 poschodích. Každé poschodí je tematicky jinak zaměřeno. U každého exponátu se nachází stručné vysvětlení principu fungování exponátu a fyzikálního jevu, který exponát demonstruje. Případné další dotazy je možné vznést na pracovníky IQParku, kteří jsou přítomni v každém poschodí a jsou připraveni dotazy zodpovědět.

Obr. 15 Plánek IQParku (vlastní foto) 2.1 Expozice v přízemí Ihned u vstupu je možné navštívit prodejnu zajímavých vědeckých hraček, hlavolamů, publikací a dalších zajímavých předmětů. Expozice jsou zaměřeny na optické klamy (např. „hlava na talíři“, „je člověk symetrický?“, chůze otáčejícím se válcem, přehlídka optických klamů, …), vodní expozici (princip různých druhů pump, proudění kapaliny kanálem s nejrůznějšími překážkami, otočná vodní koule bz tření, řez WC, Archimédův šroub, vytvoření paraboloidního tvaru vodní hladiny v rotujícím válci s vodou, princip vodovodu, ukázka kapalin s různou viskozitou,

15

FYZIKA IQPARK LIBEREC hydrodynamické paradoxon a další). Hned u vchodu zaujme každého deska z plastových tyčinek, která umožňuje vytvořit reliéf postavy či „umělecká 3D kresba“ i několik simulátorů (sjezd na lyžích, formule 1, motocykl, …), které umožní návštěvníků využít své fyzikální znalosti a postřeh prakticky. Na tomto poschodí je rovněž instalován místní poledník.

16

FYZIKA IQPARK LIBEREC

17


18


Obr. 16 Expozice v přízemí (vlastní foto) 2.2 Expozice v 1. patře Expozice v 1. patře je velmi rozmanitá. Část expozice obsahuje exponáty z elektřiny a magnetismu (simulátory výroby elektrické energie, galvanické články, permanentní magnety „překonej magnetickou sílu“, elektrostatické experimenty „tři a pozoruj, co se děje“,

19

FYZIKA IQPARK LIBEREC simulace Kirchhoffových zákonů, …), přenos zvukového vlnění na dálku pomocí dvou parabolických antén, mechanické hlavolamy, experimenty s povrchovým napětím (obří bubliny, vytváření různě tvarovaných mýdlových blan na drátěných modelech, …), prolézačky pro malé děti, jednoduché pohybové prostředky, demonstrace odstředivé síly, jednoduché mechanické stroje (kladky a kladkostroje, zvedání sebe sama pomocí kladkostrojů, exponáty pro šikovné ruce, pohyblivý model sluneční soustavy, výstavka dříve používaných předmětů a přístrojů v domácnosti, Archimédův důkaz toho, že koruna panovníka není vyrobena ze zlata, vodní model Pythagorovy věty, hydrodynamické paradoxon v proudu vzduchu, příklady nejrůznějších mechanických i magnetických převodů, různé typy houpaček a vozítek, zvukofon, stroj času, … Vedlejší expozice je na stejném poschodí věnována lidskému tělu (sestavovací modely lidského těla, měření vlastního zraku, měření citlivosti lidského sluchu na různé frekvence zvuku, měření systolického a diastolického tlaku krve, odraz světla a vnímání okem, měření doskoku, dosahu a rozpětí paží člověka, měření tepu srdce, měření postřehu a pozornosti člověka, ukázky očních chorob „jak vidí člověk s poškozeným zrakem“, …

20


21


22


23


24


25


26


27


28


29


30


31


32


33


Obr. 17 Expozice v 1. patře (vlastní foto) 2.3 Expozice ve 2. patře Expozice ve 2. patře má několik nosných témat. Hlavním z nich je „Díváme se na sebe fyzikálníma očima“. V rámci tohoto sjednocujícího tématu si návštěvníci mohou vyzkouše, jak by si připadali vedle dosud největšího člověka, sednout si na velkou židli, aby na fotografii vypadali jako trpaslíci, vyzkoušet si rychlost svého běhu a srovnat svou maximální rychlost s rychlostí různých živočichů, poznat, jak nás smysly klamou, když stojíme například v nakloněné místnosti (například kdybychom se ocitli na potápějící se lodi), změřit si sílu stisku ruky, vyzkoušet si hloubku svého předklonu, zjistit, že člověk funguje snadno jako elektrický článek, změřit si rychlost své reakce na několik způsobů, vyzkoušet si, v jaké situaci se denně nacházejí televizní osobnosti předpovědi počasí, ale i další televizní moderátoři a jejich hosté ve studiích při klíčování obrazu, vyzkoušet si fakírské lůžko a sedačku s různými plošnými hustotami hřebíků, na různých exponátech se přesvědčit o existenci naprosto nečekaných a šokujících optických klamů a mnoho dalších zajímavých experimentů. Ve 2. patře nalezneme rovněž místnost s četnými akustickými experimenty, s velkým počtem tradičních i netradičních hudebních nástrojů, s poznáváním směru, odkud přichází zvuk, s rozeznáváním zvuků z různých zdrojů, experimentů se stereofonním záznamem zvuku, …

34

FYZIKA IQPARK LIBEREC Speciální expozice obsahuje hlavolamy nejrůznějších typů, skládačky a stavebnice, jakož i experimenty vyžadující zručnost, stabilitu a ovládání svého těla. Tato expozice se jmenuje „Zručná věda“. Další experimenty ve 2. patře ukazují například spřažené kmity na dvou houpačkách, to, jaké zpoždění vzniká při šíření vzduchu trubicí, experimenty prokazující pomocí sady kmitajících kladiv zákony zachování energie a hybnosti, Lissajousovy obrazce vznikající při kmitech nádoby s pískem zavěšené na dvou kolmých závěsech, nepravidelný pohyb Newtonova vozíku (vozíku s těžkým kyvadlem), odhad doby pohybu kuličky po různých trajektoriích a pak ověření svého odhadu, experiment s Bernoulliho balony prokazující hydrodynamické paradoxon, seznámení se s Braillovým písmem a Morseovou abecedou a vyzkoušení si vytvoření či dekódování zprávy v tomto písmu, zobrazení válcovým zrcadlem, experiment demonstrující Faradayův a Lenzův zákon elektromagnetické indukce formou elektromagnetického děla či elektromagnetické levitace, četné experimenty s rovinnými i sférickými a válcovými zrcadly včetně kreslení obrázku podle jeho obrazu v různých typech zrcadel,

35


36


37


38


39


40


41


42


43


44


Obr. 18 Expozice ve 2. patře (vlastní foto) 2.4 Expozice ve 3. patře Ve 3. patře se nachází laboratoře, v nichž je možné si objednat program zaměřený na laboratorní práce z fyziky, chemie či biologie. Tyto laboratoře jsme se rozhodli během multioborové exkurze nenavštívit, a tak jsme si neobjednali. V hlavní části expozice se nacházejí experimenty několika typů. První větší skupina je inspirována vlastnostmi naší Země i vlastností dalších planet sluneční soustavy. Experimenty přibližují návštěvníkům gravitační zrychlení na površích planet, podstatu vzniku pohybu litosférických desek, zemětřesení, vln tsunami a dalších jevů. Další pokusy umožňují seznámení zájemců s principem ponorky, lodí, balonů, vzducholodí, letadel. Druhá sekce ukazuje návštěvníkům infračervené záření, které jednotliví návštěvníci emitují. Na živě promítané obrazovce se tak mohou všichni podívat, které části lidského těla (a oblečení) jsou intenzivnějším a které méně intenzivním zdrojem infračerveného záření. S touto expozicí úzce souvisí i výstavka možných řešení zateplení budov včetně dveří a oken, zjišťování tepelných ztrát budov a další záležitosti, které lze pomocí infračerveného záření monitorovat. Třetí sekce je osvětlena zdrojem ultrafialového záření a umožňuje si uvědomit, jak se pro pocit bělejší barvy využívají jako přísady do pracích prostředků, zubních past a barev na botách, tričkách a dalších součástech oblečení, které vyzařují a rozptylují část energie na vlnových délkách na pomezí ultrafialového a viditelného záření. Znalí, ale i neznalí

45

FYZIKA IQPARK LIBEREC návštěvníci mohou pozorovat v ultrafialovém oboru také některé ochranné prvky našich i cizích bankovek. V expozici se vyskytují i další názorné experimenty využívající optické vlastnosti různých světelných zdrojů, polarizační světelné experimenty, experimenty se skládáním barevného světla, různé druhy kinetoskopů, model hyperboloidů a paraboloidů a mnoho dalších zajímavých experimentů. S ohledem na nedostatečné světelné podmínky v těchto expozicích nemohou být jednotlivé experimenty doprovázeny tak bohatou fotografickou dokumentací jako experimenty v jiných patrech IQParku. V nejvyšším poschodí se vyskytuje také množství snadno přesunutelných taburetek a na druhé straně pracovních ploch, takže lze prostor využít i k nejrůznějším workshopům. Jeden z nejpůsobivějších experimentů na tomto poschodí je „zvukové dělo“, které umožňuje vytvořit zvukovou vlnu a jí rozhýbat vzdálenou stěnu pokrytou zavěšenými cédéčky. Kromě toho nalezneme v expozicích například i experiment pro vyzkoušení vlastností točivého magnetického pole, další pokusy z elektromagnetismu, plazmové koule a jejich obdoby, ukázky relé, …

46


47


48


49


Obr. 19 Expozice ve 3. patře (vlastní foto)

50

FYZIKA IQPARK LIBEREC 3 LABYRINT Prohlídka expozice Labyrint v IQParku začíná zrcadlovým bludištěm, které je ve srovnání se zrcadlovými bludišti v České republice velmi dlouhé a výrazně náročnější. To je způsobeno jednak úmyslně nízkým osvětlením, jednak konstrukcí, kdy se mnohonásobnými odrazy v zrcadlech objevují četné obrazy osob a předmětů ve směrech, kde by nebyly očekávány. Komu průchod vstupním zrcadlovým bludištěm nestačí, může si projít ještě další připravená bludiště: křišťálové a temné. Po absolvování zrcadlového bludiště čekají návštěvníka expozice s velkým množstvím optických klamů, experimenty dokumentující optické vlastnosti zobrazení, exponáty představující vlnové vlastnosti světla, soutěže na postřeh a rychlost reakce a mnoho dalších zajímavých objektů. Zajímavým (a nečekaným) doplňkem jsou expozice ukazující na historický vývoj předmětů denní spotřeby, fotografie, přístrojů používaných v domácnosti, a to ve velké většině funkčních. Pamětníci si tak mohou připomenout například přehrávače hudby včetně jukeboxů, přehlídku radiových a televizních přístrojů včetně možnosti pustit si oblíbenou pohádku, podívat se na vývoj žehliček, sporáků, bicyklů a mnoho dalších exponátů. Nechybí zde ani kvizy „co je to?“ a další interaktivní prvky obohacující návštěvníky o velké množství poznatků a zážitků.

51


Obr. 20 Labyrint (vlastní foto) 4 IQLANDIA V době konání multioborové exkurze bude science centrum v Liberci kromě výše zmíněných expozic obsahovat zcela novou expozici iQLANDIA. Podle internetových informací a informací získaných při konferencích Veletrh nápadů učitelů fyziky z vystoupení odborníků iQLANDIA bude v iQLANDIA k vidění a vyzkoušení ve třech patrech zhruba stejný počet exponátů jako v iQPARKu. Kromě osvědčených a oblíbených exponátů, které se zde objeví v novém provedení a ve větším měřítku, by měl návštěvník spatřit unikátní vodní stěnu, na níž bude moci pomcí prstu a displeje elektronicky nakreslit „promítané motivy“, užít si obří expozice s vodou nazvané „vodní svět“, navštívit a zahrát si na hudební nástroje v expozici věnované podstatě vzniku zvuku v různých hudebních nástrojích, ba dokonce si zahrát na harfu s neviditelnými strunami, navštívit expozici „sexmise“, shlédnout odborný program v 3D planetáriu, seznámit se s funkcí mnoha předmětů denní potřeby, užít si velkoplošné desky z plastových tyčinek, která umožňuje vytvořit reliéf postavy či „uměleckou 3D kresbu“ či si prohlédnout expozici věnovanou vesmíru, vyzkoušet si výcvik kosmonautů, provést si simulovanou laparoskopickou operaci nebo si vyzkoušet umělé zemětřesení či vichřici, případně se dotknout „minitornáda“. Na návštěvníky bude čekat i robot Thespian, u něhož si může každý

52

FYZIKA IQPARK LIBEREC navolit náladu, výraz tváře, popovídat si s ním, naučit ho další slůvka, prostě si užít dobré nálady a pohody. Centrální částí iQLANDIA je spirálová chodba mezi patry, na jejichž skleněném zábradlí se ukazuje vývoj vynálezů během lidské existence. A koho návštěva unaví, může si uvnitř odpočinout ve „vědecké restauraci“, venku sednout na lavičku vedle bronzového Einsteina, nechat se zlákat obřími akustickými experimenty, či si zvednout pomocí páky osobní automobil… 5 ZÁVĚR Návštěva libereckého science centra je velkým zážitkem. Na prohlídku všech expozic by bylo zapotřebí několika dnů, takže návštěva bude pouze malou ochutnávkou.

LITERATURA 1. Foto: Miroslav Randa, Jana Rejlová

53

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ TÉMA: ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ AUTOŘI: Prof. Ing. MILAN KRAITR, CSc., PaedDr. VLADIMÍR SIROTEK, CSc. 1 ÚVOD Chemické výroby a další výrobní obory založené na chemických procesech patří spolu s těžbou nerostných surovin k odvětvím lidské činnosti, která mají nejvýraznější negativní vliv na prostředí. Současné společenské klima ve vyspělých zemích vytváří výrazný tlak na ochranu prostředí, která se opírá o přísnou legislativu. Nepříznivé dopady výroby společnost reguluje, aspoň co se týká aktuálně činných a zejména nově projektovaných provozů. Uplynulá období však zanechala smutné dědictví – více či méně výrazné pozůstatky poškození prostředí nejrůznějších typů. Ty jsou v současnosti obvykle označovány jako staré ekologické zátěže (dále SEZ). Jde např. o zamoření prostředí látkami toxickými či radioaktivními, které je nutno eliminovat sanačními postupy, jež si vyžadují často obrovské finanční prostředky. Při některých postupech sanace (opatření k nápravě škod způsobených lidskou činností) jde jen o zneškodnění škodlivých látek v prostředí, u jiných postupů se získává při sanaci „bonus“ ve formě druhotných surovin. V rámci této akce se podrobně seznámíme s největším a nejvýznamnějším sanačním projektem v České republice (exkurze v podniku DIAMO). Jde o odstraňování následků chemické těžby uranu podzemním loužením v lokalitě Stráž pod Ralskem, které si v průběhu let 1996 – 2040 vyžádá náklady zhruba 45 mld Kč. Při exkurzi v podniku PRECIOSA-LUSTRY se seznámíme i se sklářskou výrobou v lokalitě Kamenický Šenov. Ta představuje z hlediska SEZ zcela odlišný případ. Ačkoliv sklářská výroba zde existuje od 1. poloviny 18. století, výrazné škody v prostředí nejsou patrné. Dopad výroby na okolní přírodu se projevoval především těžbou dřeva a podílel se na vzniku dnešní kulturní krajiny. V okolí zrušených skláren lze nalézt jen zarostlé zbytky popelových hald nebo lomů po těžbě surovin, případně zarostlé hromady skleněných střepů, zejména ze starších období výroby. Současně provozované sklárny však tyto pozůstatky zpravidla dávno „uklidily“. S nejvýznamnějšími příklady sanací SEZ v ČR se pro ucelenost pohledu seznámíme aspoň teoreticky, protože jejich rozptýlená lokalizace neumožňuje navštívit je v rámci jedné exkurzní akce. První velký projekt sanace SEZ v chemickém průmyslu, který byl s plným úspěchem ukončen v r. 2008, je zneškodnění polychlorovaných dioxinů a dalších chlorovaných derivátů v opuštěném provozu ve Spolaně Neratovice. Tato akce s náklady asi 3,5 mld Kč je pozoruhodná i ve světovém měřítku.

54

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ Další SEZ představuje extrémní zamoření opuštěného provozu staré elektrolýzy rtutí, situované ve stejném závodě. Čeká léta na sanaci, která byla v současné době zahájena. Předpokládané náklady jsou asi 800 mil. Kč. Projekt ukončený v r. 2011 s vynaloženými náklady 650 mil. Kč se zabýval sanací části areálu chemické úpravny uranové rudy s odkalištěm v lokalitě Mydlovary u Č. Budějovic. Je příkladem dílčího řešení sanace části výrobního areálu, kde bude pokračovat v budoucnu sanace dlouhodobá, která si vyžádá investice ve výši další 2 mld Kč. Mezi chemiky i ochránci přírody je proslulý pojem „Ostravské ropné laguny“ (LAGUNY OSTRAMO). Jedná se o nádrže odpadních kalů z opuštěného provozu rafinérie ropy, který se zde nashromáždil za 100 let činnosti závodu. Laguny, z velké části otevřené, jsou situovány v blízkosti bytové zástavby města Ostravy a mají mimořádně negativní dopady na prostředí jak z hlediska zamořování ovzduší, tak kvůli ohrožení vodního ekosystému okolního území. Dlouho oddalovaný a postupně často měněný projekt sanace, jehož náklady už přesáhly 3 mld Kč, byl realizován v r. 2011 částečnou sanací lagun, jejímž produktem je druhotná surovina – alternativní palivo pro spalování v cementárně. Zmíněné příklady budou v textu stručně charakterizovány (úspěšný projekt SPOLANADIOXINY podrobněji). Detailní rozbor a řešení sanace bude popsáno pro nejzávažnější projekt – sanaci po chemickém loužení uranu. 2 CHEMICKÁ TĚŽBA URANU VE STRÁŽI P. RALSKEM A JEJÍ SANACE 2.1 Princip chemické těžby uranu Jde o alternativu těžby hlubinným dobýváním uranové rudy, při níž se vyluhování uranu z horninového prostředí provádí pod zemí, kam se přivádějí roztoky chemikálií, zejména H2SO4. (Přitom se užívá stejných chemických postupů jako v tzv. chemických úpravnách na povrchu, které zpracovávají hornicky narubanou rudninu.) Roztoky s rozpuštěným uranem se po cca 3 měsících začínají čerpat na povrch, kde se v chemické stanici zpracovávají až na finální uranový koncentrát diuranan amonný (NH4)2U2O7 (tzv. žlutý koláč). Ve Stráži p. Ralskem byla metoda podzemního loužení užita pro rudninu s nízkým obsahem uranu, většinou pod 0,1 %. V Areálu ve Stráži p. R. byla kromě chemické stanice zpracovávající roztoky s vylouženým uranem i chemická úpravna vytěžené uranové rudy z nedalekého hlubinného dolu v Hamru na Jezeře. Úpravna je zčásti využívána v rámci projektu sanace chemické těžby.

Areál dnešního podniku DIAMO, jenž se nyní zabývá sanací po těžbě, kterou dříve provozoval, je ukázán na obr. 1. „Důl“ chemické těžby měl 37 vyluhovacích polí na ploše . Celkem bylo vyvrtáno přes 8 tis. technologických vrtů. Vtlačovacími vrty se pod zem vháněla

55

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ 2–3% kyselina sírová s přísadou dalších chemikálií, zejména kyseliny dusičné. Těžební vrty sloužily k čerpání roztoků uranu do chemické stanice.

Obr. 1 Areál DIAMO Stráž p. Ralskem (podle lit.5) 2.2 Historie chemické těžby a navazující sanace Chemická těžba se ve Stráži p. R. provozovala v l. 1966-1996. Za tu dobu byla její produkce uranu téměř 16 tis. t. Od r. 1996 se přešlo na sanační režim. Při něm se z podzemí vyvádějí roztoky, z nichž se izolují zbytky uranu a zneškodňují se chemikálie kontaminující prostředí (zjednodušeně: kyselina sírová). Přitom se získává cenná druhotná surovina – kamenec amonno-hlinitý. Část vyčištěné vody se vede do blízké řeky Ploučnice, větší část vod ze sanačního procesu se vrací pod zem. Na obr. 2 jsou ukázány roční těžby uranu z podzemního loužení (v tunách U/r). Dobře patrný je počáteční strmý nárůst těžby, její stabilizovaná úroveň v době vrcholné těžby a pokles při dotěžování ve fázi sanačního režimu. Během těžby (1966-1996) bylo do podzemí vtlačeno přes 4 mil. t H2SO4, přes 300 tis. t HNO3 a 25 tis. t HF.

56

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ

1000 900 800

[t U/rok]

700 600 500 400 300 200 100 2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

1973

1971

1969

1967

0

[rok]

Obr.2 Produkce uranu z podzemního loužení v letech 1967-2005 (upraveno podle lit.20) 2.3 Geologická charakteristika ložiska Obr. 3 představuje zjednodušené blokové schéma současného stavu sanačního projektu. Ukazuje názorně také geologickou situaci ložiska situovaného v křídovém masivu. Nositelem uranového zrudnění jsou polohy ve starších cenomanských vrstvách, kde probíhalo chemické vyluhování v hloubkách 170–200 m. Nad porézními cenomanskými vrstvami („cenomanský kolektor“) je asi 50 m mocná nepropustná vrstva („izolátor“). Ta je už součástí mladších vrstev turonských, které pokračují nad izolátorem vrstvami porézních hornin (pískovec). Ty jsou mimořádně významným zdrojem pitné vody („turonský kolektor“). Zamoření cenomanského kolektoru chemikáliemi (před sanací 6 mil. t rozpuštěných látek, kontaminovaná plocha asi 24 km2) ohrožuje na ploše asi 10 km2 turonský vodní kolektor (v něm těžba neprobíhala, jeho kontaminace rozpuštěnými látkami je asi 100x nižší). Děje se tak mj. přes poškozené vrty. Sanační procesy (odčerpávání cenomanských vod s následným odstraněním rozpustných látek) jsou nezbytnou podmínkou pro zamezení kontaminace turonských vod.

57

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ

Obr. 3 Blokové schéma řetězce sanačních technologií pro období 2012 až 2030 (podle lit.10) 2.4 Zjednodušený chemismus podzemního loužení uranu a výroby uranového koncentrátu (ve Stráži p. R.) Kyselina sírová s přísadou oxidačního činidla převádí uranovou rudu (U3O8, smolinec) na rozpustný síran uranylu. 1 HNO3 U3O8 + 3 H2SO4 + O2  → 3 UO2SO4 + 3 H2O (1) 2 Alkalizací výluhů (Ca(OH)2, CaCO3) přejde uran na diurananový anion − 2 UO2+ → U2O2-7 + 3 H2O 2 + 6 OH 

(2)

Ten je sorbován iontoměničem (anexem) a následně eluován roztokem iontů SO42- + CO32-. Eluát je okyselením zbaven iontů CO32- a plynným amoniakem je srážen diuranan amonný (NH4)2U2O7, tzv. žlutý koláč U2O2-7 + 2 NH+4  → (NH4 )2U2O7

(3)

Ten je konečným produktem chemické stanice (i zpracování U–rudy z hornické těžby v chemické úpravně) a prodává se do zahraničí k hutnickému zpracování na uran.

58

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ Kyselé loužení uranu je dnes převládající postup výroby uranového koncentrátu. Kromě něj se užívají s ohledem na výchozí suroviny i jiné postupy, v ČR v některých úpravnách byl užíván postup alkalického loužení.

2.5 Sanace areálu Stráž p. Ralskem V areálu chemické těžby je asi 25 sanačních vrtů, které vyvádějí na povrch kontaminované kyselé vody a postupně v nich snižují obsah rozpuštěných látek. Koncentrace H2SO4 v současnosti klesla z hodnoty 20–50 g/l asi na desetinu a pH se dnes pohybuje o řád výše na hodnotě asi 1,5–2. Kontaminované cenomanské vody ještě po 10 letech sanačního provozu měly obsah rozpuštěných látek až 60 g/l. Ten se postupně snižuje a po skončení sanace by měl dosáhnout průměrné zbytkové hodnoty max. 8 g/l. Obr. 3 ukazuje zapojení jednotlivých technologických článků sanačního komplexu. V sestavě jsou dvě neutralizačně dekontaminační stanice [NDS] (neutralizace vody vápnem). V chemické stanici se získávají zbytky dotěžovaného uranu popsaným postupem (dnes jen několik málo desítek tun/rok) a roztoky obohacené amoniakem se vedou k zahuštění do odparky a dále do krystalizace, kde se získává hodnotná druhotná surovina – kamenec amonno-hlinitý NH4Al(SO4)2.12H2O. (Deuranizované vody obsahují ionty SO42-, NH4+ a ionty Al3+ vzniklé reakcí kyseliny sírové s horninami). V prvním období sanačního projektu byla produkce kamence až 60 tis. t. Dnes se pohybuje kolem 30 tis. t a počítá se při postupném poklesu koncentrace roztoků s ukončením výroby do r. 2030. Kamenec je v současnosti dodáván do Lovochemie v Lovosicích, kde se uplatní při výrobě kombinovaných hnojiv na bázi NH4NO3. Při reakci s amoniakem vzniká hydroxid hlinitý → 2 (NH4 )2SO4 + (NH4NO3 ) + Al(OH)3 NH4 Al(SO4 )2 + (NH4NO3 ) + 3 NH4 OH 

(4)

Hydroxid hlinitý je sice v hnojivu balastem, ale zlepšuje strukturu granulí a snižuje jejich rozpadavost. V závodě DIAMO se v l. 2001–2010 vyráběl z kamence bezvodý síran hlinitý (kapacita 10 tis. t/r). Posledním a nejmodernějším (2011) článkem sanační sestavy je provoz zpracování matečných louhů (ZML) využívající dvoustupňové neutralizace vápenným mlékem. Přítok matečných louhů z krystalizace má kapacitu 130 m3/h. Kaly s převahou síranu vápenatého jsou izolovány v automatických kontinuálně pracujících kalolisech, jejich produkce je 45 t/h (až 200 tis. m3/r).

59

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ Obr. 3 ukazuje pestré kombinace vodních okruhů. Odlišná je úprava vod podle typu kontaminované vody (cenomanské, turonské...). Jsou zřejmé i alternativní možnosti vedení dekontaminovaných vod.

2.6 Perspektivy sanace do roku 2042 Počítá se s odstavením sanačních technologií v r. 2037, kdy bude dosaženo cílových parametrů dekontaminace vod a celého horninového prostředí. Do r. 2040 proběhne podstatná část likvidace technologických zařízení včetně technologických, průzkumných i sanačních vrtů. Výši a specifikaci nákladů na sanaci chemické těžby uranu v letech 2012–2042 (celkem 31 mld Kč) ukazuje obr. 4 (náklady na sanační práce jsou ve spodní třetině sloupků grafu. Z obrázku je zřejmé, že se kromě posledních let pohybují celkové náklady projektu kolem 1 miliardy Kč ročně. Z celkové výše nákladů asi 45 mld za celou dobu trvání projektu od r. 1996 vycházejí náklady v průměru rovněž na 1 mld Kč/ročně.

1 600,0

investice

1 400,0

likvidační práce sanační práce Finanční prostředky [mil. Kč]

1 200,0

1 000,0

800,0

600,0

400,0

200,0

2042

2041

2040

2039

2038

2037

2036

2035

2034

2033

2032

2031

2030

2029

2028

2027

2026

2025

2024

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

0,0

[roky]

Obr. 4 Finanční prostředky na řešení důsledků po chemické těžbě uranu a souvisejících činností v oblasti Stráže p. Ralskem v letech 2012-2042 (podle lit.10)

60

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ 2.7 Závěr 30 let těžby uranu podzemním loužením kyselinou sírovou zanechalo velmi nepříznivé důsledky, především kontaminaci podzemních vod, která ohrožuje kvalitu pitné vody ve vodním kolektoru v nadloží těžených vrstev. Pro eliminaci těchto rizik bylo třeba aplikovat technicky i finančně náročnou sanaci areálu těžby a výroby uranového koncentrátu, která bude trvat 45 let a je dosud nejrozsáhlejší akcí svého druhu v ČR. Pozitivním jevem provázejícím sanaci je skutečnost, že kromě nápravy škod a dotěžování zbytků uranu jsou z kontaminantů vyvedených z podzemního ložiska vyráběny hodnotné druhotné suroviny.

3 EXKURZE DO SKLÁRNY PRECIOSA-LUSTRY, KAMENICKÝ ŠENOV České křišťálové lustry z Kamenického Šenova už historicky patří ke špičkové úrovni tohoto typu sklářské produkce hned vedle lustrů benátských. Tradice jejich výroby se datuje od r. 1724. V současnosti je výroba soustředěna v moderním závodě a.s. PRECIOSA-LUSTRY, který patří k největším světovým producentům tohoto sortimentu. Je součástí skupiny Preciosa. V Kamenickém Šenově se v hutním provozu vyrábějí ručně foukané komponenty lustrů, např. ramena; křišťálové ověsky pro lustry dodává sesterský podnik Preciosa a.s., Jablonec n. N. Sklářská huť vyrábí olovnatý křišťál s obsahem 24 % PbO nebo 7 % PbO, opálové sklo a různé druhy skel barevných. Je vybavena dvěma šestipánvovými a jednou dvoupánvovou pecí. K otopu pecí je užit zemní plyn. Dále se v Kamenickém Šenově provádí zušlechťování skleněných dílů (broušení, rytí, matování, pískování, chemické leštění, nanášení hydroglazur). Je zde také provoz galvanického pokovování se třemi linkami s pestrým sortimentem (niklování, chromování, zlacení aj.), slévárna mosazi a laserová řezačka kovů. Ze skleněných i kovových dílů jsou nakonec sestavovány lustry různých typů (ověsová i moderní bytová svítidla, historické lustry i speciální luxusní produkty podle návrhu zákazníků). 4 SANACE POLYCHLOROVANÝCH DIOXINŮ A JINÝCH CHLOROVANÝCH KONTAMINANTŮ V SEZ V AREÁLU SPOLANA NERATOVICE Tento sanační projekt má několikerý primát v oboru zneškodňování toxických látek v chemickém průmyslu. Je prvním projektem v ČR, který s úspěchem a úplně vyřešil daný problém; prvním projektem, kde náklady řešení přesáhly 3 mld Kč. Použitá technologie byla ve světovém měřítku poprvé užita pro likvidaci kontaminace „dioxiny“ s tak vysokou úrovní a s tak velkým rozsahem.

61

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ 4.1 Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDD/PCDF) Tato skupina látek patří k nejtoxičtějším známým látkám vůbec. Jejich existence a účinky jsou sledovány teprve od r. 1976. V obecném jazyce jsou nesprávně označovány jako DIOXINY. (Nesubstituované dioxiny nemají významnou toxicitu.) PCDD/PCDF vznikají jako vedlejší produkt syntézy chlorovaných látek nebo při jejich nedokonalém spalování. Jedná se o látky chlorované na skeletu I (PDCD), nebo na skeletu II (PCDF).

9 8 7 6

O O

9

1 2

1

8

2

7

3

(I)

3 4

(II) 6

O

4

Tabulka 1 Cílové limity obsahu kontaminantů stanovené ČIŽP pro dekontaminaci materiálů při pilotní fázi sanačního projektu SPOLANA-DIOXINY (podle lit.18)

Kontaminovaný materiál/kontaminant Půda PCDD/PCDF (TEQ) hexachlorbenzen hexachlorcyklohexan Pevné odpady, prach, beton, cihly, sádra PCDD/PCDF (TEQ) hexachlorbenzen hexachlorcyklohexan

Cílový limit 0,2 ng/g 10 mg/kg 10 mg/kg 5 ng/g 10 mg/kg 10 mg/kg

PCDD zahrnují 75 a PCDF 135 chlorovaných derivátů obsahujících 1–8 atomů chloru. Jejich bod tuhnutí je 190–332 oC. Nejtoxičtějším isomerem je 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-5,10dioxin (zkráceně 2,3,7,8-TCDD). Celková toxicita směsi „dioxinů“ v materiálech je vztažena k této látce, která má tzv. ekvivalent toxicity (TEQ) roven 1,00, ostatní PCDD/PCDF mají hodnoty nižší. TEQ směsi dioxinů je dán součtem příspěvků jednotlivých isomerů obsažených ve směsi. V tabulkách 1 a 2 jsou uvedeny hodnoty TEQ, týkající se projektu SPOLANADIOXINY.

62

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ Tabulka 2

Obsah dioxinových sloučenin (PCDD/PCDF) ve vzorcích kontaminovaných a dekontaminovaných materiálů po jejich zpracování technologií ITD/BCD resp. BCD při pilotní fázi projektu SPOLANA-DIOXINY (podle lit.18)

Materiál beton půda kondenzát z ITD odpadní chemikálie

Obsah PCDD/PCDF [TEQ – ng/g] Technologie ITD vstup výstup vstup 4780 0,066 45 0,0030 96 170 209

BCD výstup (olej)

0 0

4.2 Vznik SEZ „dioxiny“ ve Spolaně Neratovice Kontaminace se týká opuštěné výrobny pesticidů, která byla činná v l. 1961–1968. Vyráběly se zde chlorované látky (samy o sobě toxické), mezi nimi totální herbicid, jenž byl součástí bojového prostředku s defoliačním (odlisťovacím) účinkem, který byl užit ve vietnamské válce. V té době ovšem o mimořádné toxicitě PCDD/PCDF, které se do vyráběných pesticidů dostávaly jako příměs, nebylo nic známo. Četné nevysvětlené otravy (včetně smrtelných) pracovníků výrobny vedly k jejímu zastavení. Jedna ze tří kontaminovaných budov provozovny byla „sanována“ v r. 1998 zalitím betonem (model černobylského sarkofágu). O projektu dekontaminace ve Spolaně se začalo seriózně jednat až po r. 2001. Realizace projektu SPOLANA-DIOXINY proběhla v l. 2003–2008 (včetně fáze poloprovozní). Byla použita americká technologie BCD (Base Catalyzed Decomposition) v kombinaci s předřazenou nepřímou termickou desorpcí (ITD).

4.3 Dekontaminační technologie ITD/BCD Vlastní technologie BCD je obvykle použita samostatně pro zneškodňování neředěných chlorovaných látek. U materiálů kontaminovaných „dioxiny“ jde o malé obsahy PCDD/PCDF. Proto je vhodnější získat v předřazené jednotce ITD koncentrát, který se vede do BCD. Ve Spolaně se získával koncentrát (kondenzát) organických látek ze zamořené půdy, zdiva budov ap. Chlorované látky „odložené“ v objektech (např. hexachlorcyklohexan) se zneškodňovaly přímo v BCD.

63

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ 4.3.1 Podstata technologie ITD a její realizace ve Spolaně V inertní dusíkové atmosféře (eliminace spalovacích procesů) se materiál 1-4 hodiny zahřívá na 600-650 oC. Po průchodu filtrem se dusík s příměsmi zchladí pod 50 oC. Vzniklý kondensát je koncentrátem škodlivin pro navazující technologii BCD. Pevné zbytky z ITD jsou plně dekontaminovány. Ve Spolaně byla užita kontinuálně pracující rotační pec délky 14 m a průměru 1,6 m s kapacitou 140 t/24 hod., s pláštěm vyhřívaným spalinami zemního plynu. Zjednodušené schéma technologie ITD ukazuje obr. 5. Pevný materiál kontaminovaný PCDD/PCDF aj. chlorovanými POP

Dusík

ROTAČNÍ DESORBÉR 650 °C, 2 hod.

FILTR s keramickými vlákny

KONDENZÁTOR

FILTR s aktivním uhlím

Voda

Dekontaminovaný materiál k depozici

Kondenzát (koncentrát toxických POP) na BCD

Dusík do atmosféry

POP – těžko rozložitelné organické polutanty prostředí (Perzistent Organic Polutants)

Obr. 5 Zjednodušené schéma technologie nepřímé termické desorpce (ITD) dioxinů (PCDD/PCDF) aj. chlorovaných POP z pevných vzorků s nízkým obsahem kontaminantů (podle lit.16)

4.3.2. Podstata technologie BCD a její realizace ve Spolaně Násada škodlivin se smísí s olejovou suspenzí NaOH. Reaktantem je NaOH i olej, který je donorem reaktivního atomárního vodíku. Ten se uplatňuje v radikálovém mechanismu rozkladu organických látek. Katalyzátorem procesu je hexadekan-1-ol. Pracovní teplota procesu, který se provádí rovněž v inertní atmosféře dusíku je cca 350 oC, tlak asi 1 MPa. Doba trvání procesu je několik hodin. Nejprve proběhne dechlorační fáze rozkladu.

R-Cl + H+  → RH + Cl-

(5)

H• + Cl•  → HCl

(6)

HCl + NaOH  → NaCl + H2O

(7)

64

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ Další fází je hluboká destrukce skeletu organických látek, které se rozpadnou až na elementární uhlík. Ten udílí dekontaminovaným pevným zbytkům z BCD tmavé zbarvení. Tyto zbytky jsou netoxické, způsobilé k uložení. Ve Spolaně se proces BCD prováděl v diskontinuálně pracujících reaktorech objemu 10 m s nepřímým olejovým ohřevem. Zjednodušené blokové schéma technologie BCD je na obr. 6. 3

NaOH Materiál kontaminovaný chlorovanými POP nebo koncentrát z termické desorpce

Olej-donor vodíku Katalyzátor

Dusík BCD REAKTOR

350 °C 1 MPa 2-8 hod.

N2+H2O(g) KONDENZÁTOR

KONDENZÁTOR 8 °C


Voda Kondenzát (H2O) SEDIMENTACE

Dusík do atmosféry


Regenerovaný olej

Voda na ČOV ODSTŘEDIVKA

Dekontaminované pevné zbytky (uhlík, NaCl) k depozici

Obr. 6 Zjednodušené schéma technologie zásaditého katalytického rozkladu (BCD) dioxinů (PCDD/PCDF) aj. chlorovaných POP (podle lit.16)

65

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ 4.4 Realizace projektu SPOLANA-DIOXINY Projekt si vyžádal poloprovozní ověření, které proběhlo v r. 2003 na malém zařízení. Hlavní fáze projektu se realizovala v l. 2006–2008. Zpracovalo se při ní přes 40 tis. t kontaminovaných materiálů (půda, suť ze stavebních hmot, kovové konstrukce), které poskytly 1000 t koncentrátu pro BCD. Procesem BCD se likvidovalo také 200 t odpadních chemikálií. Smlouva se společností SITA BOHEMIA garantující realizaci projektu zahrnovala cílové limity stanovené Českou inspekcí životního prostředí (tabulka 1). Z tabulky 2, která uvádí výsledky skutečně dosažené při poloprovozním ověření technologií vyplývá, že cílové limity byly s velkou rezervou splněny a dekontaminace zamořených objektů byla dokonalá, což plně potvrdily i výsledky hlavní fáze projektu. Provedení hlavní fáze dekontaminace si vyžádalo výstavbu dočasně fungující „továrny v továrně“, s rozměry převyšujícími rozměry původního kontaminovaného provozu. Provozní budovy byly pro demolici uzavřeny v ochranném plášti výšky 23 m z ocelových konstrukcí a silné plastové fólie s plechovou střechou. Ve vnitřním prostoru bylo udržováno vakuum a odváděný vzduch se filtroval aktivním uhlím. Také vlastní technologická hala, vystavená z plastů, pracovala ve vakuovém režimu. V celém prostoru pracovalo v nepřetržitém provozu 160 zaměstnanců.

4.5 Závěr Realizace projektu SPOLANA-DIOXINY musí nepochybně vzbuzovat obdiv k brilantnímu provedení složitého technického problému a k jeho výborným výsledkům. Současně vzbuzuje smutek nad tím, jaké problémy přinesla a jaké náklady si vyžádala nešťastně koncipovaná výrobna provozovaná pouhých 8 let. 5 SANACE ZAMOŘENÍ RTUTÍ V OPUŠTĚNÉ VÝROBNĚ STARÉ AMALGAMOVÉ ELEKTROLÝZY (SAE) VE SPOLANĚ NERATOVICE V areálu Spolany je téměř 40 let odstavená a opuštěná výrobna „staré amalgamové elektrolýzy“ provozovaná v l. 1950-1975. Tato jednotka je podle kvalifikovaných odhadů zamořena rtutí (především elementární) v celkovém množství asi 260 t, z toho přes 80 % je uloženo v zemině pod halou SAE (zamořený objem zeminy je asi 60 tis. m3). Po dlouhých letech odkladů a komplikovaného soutěžení o zakázku na sanaci SAE byla v r. 2006 uzavřena smlouva s firmou Geosan v hodnotě asi 650 mil. Kč. V r. 2013 po zahájení přípravných prací na projektu byla na dodatečné stavební práce uzavřena dodatečná smlouva na 117 mil. Kč.

66

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ Vlastní projekt sanace je podle některých zdrojů problematický a počítá s vytvořením jakéhosi sarkofágu, konzervujícího kontaminovaný materiál v areálu závodu.

6 SANACE ÚPRAVNY URANOVÉ RUDY V MYDLOVARECH Úpravna uranových rud MAPE Mydlovary byla jednou ze tří chemických úpraven uranové rudy v ČR. Byla v provozu v l. 1962-1991. Zpracovalo se zde 17 mil. t rudniny s průměrným obsahem uranu 0,18 % a byl vyroben koncentrát v množství 26 tis. t (v přepočtu na elementární uran). Na několik odkališť s celkovou plochou 285 ha bylo uloženo 36 mil. t odpadních kalů. V úpravně se vedle kyselého loužení uranu (viz kap. 2.4) užívalo i loužení alkáliemi. Celková plocha území kontaminovaného provozem MAPE má rozlohu přes 900 ha a náklady na celkovou sanaci dosáhnou cca 2,5 mld Kč. V r. 2011 byla úspěšně uzavřena dílčí sanace a rekultivace samotného areálu úpravny (včetně likvidace objektů) a jednoho z odkališť na celkové ploše 47 ha. Náklady této akce činily 650 mil. Kč. 7 SANACE LAGUN OSTRAMO „Laguny Ostramo“ představuje skládka odpadů z bývalé ostravské rafinérie ropy, která byla v provozu od r. 1888 do r. 1980, kdy se závod orientoval na regeneraci upotřebených automobilových olejů kyselinovou rafinací, která zde deponovala odpady až do r. 1996. Nejstarší z „lagun“ obsahuje tuhé odpady a je přikrytá navážkami. Tři otevřené laguny jsou z největší části naplněny kašovitými produkty (tzv. sludge). Jde o dehtovité ropné produkty s obsahem kyseliny sírové, užívané při rafinaci. Koncem roku 2011 byl ukončen projekt zaměřený na odtěžení tří novějších lagun a využití neutralizovaného produktu k výrobě alternativního paliva. Kvůli enormnímu obtěžování obyvatel v okolí lagun zapáchajícími exhalacemi, případně prachem, byl projekt sledován veřejností. Cíle projektu (smlouvou vymezené množství vytěžených kalů) bylo dosaženo. Projekt nezahrnoval sanaci haldy pevného materiálu a horninového prostředí v okolí lagun, které mají být řešeny v budoucnu dalším sanačním projektem. Navíc se ukázalo, že oproti předpokladům bylo v lagunách víc materiálu, s čímž projekt nepočítal a dotěžení bude vyžadovat další finanční prostředky. Kaly se těžily bagry, neutralizace se prováděla promícháváním s vápenným mlékem přímo v lagunách. Certifikované alternativní palivo GEOBAL 4 se získává promícháním neutralizovaných kalů s uhelným prachem. Obsahuje do 10 % uhlí a asi 8 % vápna. Hlavní část GEOBALU 4 je určena ke spálení v cementárně Čížkovice u Lovosic. V roce 2012 zde bylo spáleno přes 10 tis. t paliva bez negativních dopadů na ovzduší. GEOBAL 4 byl v r. 2011

67

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ dopraven z Ostravy vlaky na skládku u Litvínova, kde byl uložen v celkovém množství 110 tis. t a do Čížkovic je dopravován kamiony. Cementárna jej bude spalovat 5-6 let. Tento sanační projekt vyřešil otázku ostravských lagun jen částečně a bude mít své pokračování. Pozitivním rysem projektu je to, že spolu se zneškodněním škodlivého odpadu je získána druhotná (energetická) surovina. Nepochybně by využití alternativního paliva bylo výhodnější, kdyby jej spaloval závod v blízkosti Ostravy.

LITERATURA 1. 2.

[fermi2010.eu/doc/KA06/KJCH/TPCJE/TPCJE_draft_L.pdf] Staženo 5.6.2013. http://www.ceskapozice.cz/domov/ekologie/zamorena-spolana-ohrozuje-labe-icesky-ro... Staženo 6.6.2013. 3. http://www.cistaostrava.cz/article.asp?mid=2 Staženo 4.6.2013. 4. http://www.diamo.cz/mydlovary Staženo 6.6.2013. 5. http://www.diamo.cz/straz-pod-ralskem Staženo 4.6.2013. 6. http://www.enviweb.cz/clanek/sanace/88580/laguny-v-ostrave-spolykaji-dalsistamiliony Staženo 4.6.2013. 7. http://www.enviweb.cz/printclanek/chemlatky/93671 Staženo 6.6.2013. 8. http://www.geofond.cz/dokumenty/nersur_rocenky/rocenkanerudy03/html/uran.ht m Staženo 5.6.2013. 9. http://www.hornicky-klub.info/view.php?cisloclanku=2012010001 Staženo 4.6.2013. 10. http://www.komora.cz/download.aspx?dontparse=true&FilelD=4035 Staženo 5.6.2013 11.http://kooperace.preciosa.com/redakce/index.php?clanek=540&xuser=&langG=cs&slo zk Staženo 4.6.2013. 12. http://odpady.ihned.cz/c1-53647450-sanace-ropnych-lagun-ostramo-nabidkaaskutecnost Staženo 4.6.2013. 13. http://www.preciosa.com/cs/firma/skupina-preciosa/ Staženo 4.6.2013. 14. http://www.vz24.cz/clanky/likvidace-ropnych-lagun-v-ostrave-se-prodrazi-omiliardu/ Staženo 6.6.2013. 15. http://www.v-zakazky.cz/opatreni-vedouci-k-odstraneni-stare-ekologicke-zateze-vareal Staženo 6.6.2013. 16. Kraitr, M., Richtr, V., Sirotek, V.: In: Chemie XXII, ZČU v Plzni, str. 23 (2008). 17. Kraitr, M., Richtr, V., Sirotek, V.: Biologie-Chemie-Zeměpis 18, č. 1, str. 31 (2009).

68

CHEMIE ZNEŠKODŇOVÁNÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Kubal, M., Fairweather, J., Crain, P., Kuraš, M.: In: Waste Management and the Environment II, str. 13. WIT Press, Southampton 2004. Kuncová, H., Petrlík, J., Stávková, M.: Výroba chloru ve Spolaně Neratovice a rtuť v životním prostředí. Arnika, Praha 2007. Mužák, J.: DIAMO XII, zvl.č. listopad 2006, str. 1-7 (2006). Petrová, Š., Soudek, P., Vaněk, T.: Chem. Listy 107, 283 (2013). [slon.diamo.cz/hpvt/2008/sanace/s08.pdf] Staženo 5.6.2013. Trojačková, K.: DIAMO XVI, č. 5, str. 1 (2011).

69

Multioborová exkurze BIOLOGIE FYZIKA CHEMIE

Recommend Documents