DIPLOMOVÁ PRÁCE
2009 Pavel Kolář
Studijní program: 6208 -Ekonomika a management Studijní obor: Podniková ekonomika
Optimalizace procesu sanace na ložisku Stráž The Optimization of Remediation Process on
the Stráž Deposit
DP – HF – KPE – 2009 – 22
Pavel Kolář
Vedoucí práce: Ing. Jaromír Švihovský, Ph.D.
Katedra podnikové ekonomiky Konzultant: Ing. Hana Čermáková, CSc.
Ústav řízení systémů a spolehlivosti
Počet stran: 85 Počet příloh: 0
Datum odevzdání: 14. 5. 2009
Prohlášení
Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případe má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladu, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
V Liberci, 23. 3. 2009
Anotace
Dobývání uranu v oblasti Stráže pod Ralskem probíhalo dvěma zcela odlišnými metodami.
Klasickou metodou hlubinného dobývání a nově zavedenou tzv. chemickou těžbou.
S provozováním chemické těžby vznikla na ložisku Stráž ekologická zátěž v podobě 4.9 mil. tun kontaminantů uložených ve vrstvách cenomanské zvodně. Sanace ekologické zátěže, tak výjimečná svým rozsahem, je komplexní problém postihující problematiku mnoha vědních oborů. Pro hledání optimálního řešení sanačního postupu byly na s. p. DIAMO vyvinuty metodiky a simulační nástroje, pomocí nichž jsou hledány efektivní sanační postupy. Pomocí nástrojů simulace jsou zpracovávány technologické varianty sanace a jejich výsledky jsou porovnávány podle technologické úspěšnosti i podle ekonomických hodnotících kriterií. Úspěšnější sanační varianty vymezují efektivnější technologické postupy vhodné k realizaci a jsou podkladem k návrhům dalších prací.
Na příkladu dvou reálných variant sanace je popsán postup hledání optimálního řešení procesu sanace s využitím matematických simulačních nástrojů.
Klíčová slova
náklady, neutralizace, optimalizace, přetok, sanace, simulace, technologie, těžba, účinnost, uran, varianta, vtláčení
Annotation
The mining of uranium ore in the Stráž area was proceeded by two totally different methods. It was the conventional deep mining method and newly so-called chemical leaching method was used. Huge ecological weight originated on the Stráž deposit in consequence of thee chemical leaching operation - 4,9 mil. tons of contaminants in the subsurface aquifer. The remediation of ecological weight is a complex problem that is related to many branches of science. The special processes and the simulation tools were developed in DIAMO for finding of the optimal solution of the remediation process. Special mathematical simulation software is used in these variants. The procedure of searching for the optimal solution is described on two real remediation variants. Their results are compared according to the technological and economical evaluative criteria. The most successful scenario defines more effective technological procedure and it is chosen for another variant examination.
Key words
Cost, Neutralization, Optimization, Overflow, Remediation, Simulation, Technology, Mining, Efficiency, Uranium, Scenario, Injection
Obsah
Seznam zkratek a symbolů ... 8
Seznam tabulek ... 11
Seznam obrázků... 12
1. Úvod ... 14
2. Stručná charakteristika DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem ... 15
2.1 Hlavní činnosti s. p. DIAMO ...15
2.2 Organizační struktura ...16
2.3 TÚU, o. z., Stráž pod Ralskem...18
2.4 Vznik a charakteristika ekologické zátěže...19
2.5 Důvody pro zahájení sanace...26
2.6 Problematika stanovení cílového parametru sanace ...28
3. Současný stav procesu sanace ... 29
3.1 Dosavadní postupy optimalizace sanačního procesu ...29
3.2 Realizovaný scénář sanace ...31
3.3 Formulace úlohy ...34
4. Teoretická východiska řešení problematiky ... 37
4.1 Rizikové faktory ...37
4.2 Ekonomická hlediska ...38
4.3 Příklad využití souhrnného kritéria k hodnocení efektivnosti procesu ...41
5. Nástroje vyhledávání efektivních řešení ... 44
5.1 Diskuse k volbě nástrojů optimalizace...46
5.2 Výběr čerpacích - vtláčecích míst...51
5.3 Doprava roztoků, materiálů a produktů v průběhu sanace ...53
5.4 Volba vhodných technologií a jejich zařazení v čase...54
5.5 Volba intenzity sanace ...56
6. Popis variant, technologická a ekonomická východiska... 59
6.1 Popis simulačních variant ...59
6.2 Technologická hlediska...62
6.3 Ekonomická hlediska ...71
7. Vyhodnocení výsledků ... 75
7.1 Diskuze k cílovému parametru sanace ...78
8. Závěr ... 83
9. Seznam použité literatury... 84
Seznam zkratek a symbolů
Zkratky:
a. s. akciová společnost
AC průměrné celkové náklady AFC průměrné fixní náklady atd. a tak dále
ATPL Aktualizace technického plánu likvidace AVC průměrné variabilní náklady
cca cirka, asi, přibližně CPS cílové parametry sanace CR cirkulační roztok
č. číslo
ČR Česká republika DH I Důl Hamr I
DIAMO název státního podniku od roku 1992, složen ze slov DIuranát AMOnný, což je první prodejný produkt koncentrátu uranu (tzv. yellow cake – žlutý koláč); nerozepisuje se
FC fixní náklady
GEAM název odštěpného závodu v Dolní Rožínce, složen ze slov Geologie, Ekologie, Atom, Morava; nerozepisuje se
HB hydraulická bariera
CHPOPAV oblast s chráněnou akumulací podzemních vod CHT chemická těžba
CHU chemická úpravna kap. kapitola
Kč koruna česká
LAC dlouhodobé průměrné náklady LTC dlouhodobé celkové náklady mil. milion
ML matečný louh
mld. miliarda
MPO Ministerstvo průmyslu a obchodu MZ Ministerstvo zahraničí
NDS neutralizační dekontaminační technologie
ODRA název odštěpného závodu ODRA, nerozepisuje se PCPS předběžné cílové parametry sanace
RL rozpuštěné látky s. p. státní podnik SH síran hlinitý
SLKR Stanice likvidace kyselých roztoků
SUL název odštěpného závodu Správa uranových ložisek Příbram, může se rozepisovat
TC celkové náklady
TDS anglická zkratka pro rozpuštěné látky, RL tis. tisíc
TÚU název odštěpného závodu Těžba a úprava uranu Stráž pod Ralskem, může se rozepisovat
tzn. to znamená tzv. tak zvaný USD americký dolar UV usnesení vlády var. varianta
VC variabilní náklady
VM software Visual MODFLOW
VP vyluhovací pole, místo provádění chemické těžby ZML technologie zpracování matečného louhu
ZTR zbytkové technologické roztoky
Symboly:
m metry, jednotka délky
pH záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů t tuna, jednotka hmotnosti
m3 metry krychlové, jednotka objemu min. minuta, jednotka času
g. l-1 koncentrace vyjádřená v gramech na litr kg kilogram, jednotka hmotnosti
km2 kilometr čtvereční, jednotka obsahu
% procenta
$ značka pro americký dolar
Seznam tabulek
Tabulka 2-1: Hlavní mezníky CHT v oblasti Stráže pod Ralskem 21
Tabulka 2-2: Charakteristiky kontaminace v sanační lokalitě 24
Tabulka 3-1: Posloupnost zavádění současně aktivních sanačních technologií 32
Tabulka 5-1: Vybrané produkty určené k přepravě 53
Tabulka 6-1: Potřebná dotace na sanaci a likvidaci v tis. Kč – varianta č. 1 72 Tabulka 6-2: Potřebná dotace na sanaci a likvidaci v tis. Kč – varianta č. 2 72
Tabulka 6-3: Výstupy, náklady a výnosy NDS 10 73
Tabulka 6-4: Výstupy, náklady a výnosy NDS 6 74
Tabulka 7-1: Hodnoty nákladů na zpracovatelské technologie ve variantách č. 1 a č. 2 75 Tabulka 7-2: Hmotnost vyvedených kontaminantů při dosažení CPS ve variantě č. 1 77 Tabulka 7-3: Hmotnost vyvedených kontaminantů při dosažení CPS ve variantě č. 2 77
Seznam obrázků
Obrázek 2.1: Struktura činností s. p. DIAMO 16
Obrázek 2.2: Organizační struktura s. p. DIAMO Stráž pod Ralskem 17
Obrázek 2.3: Schematická mapa strážské oblasti 19
Obrázek 2.4: Schematický popis aplikované dobývací metody na ložisku Hamr 22
Obrázek 2.5: Schematický popis hlubinného dobývání in-situ 23
Obrázek 2.6: Schematický řez sanační oblastí 24
Obrázek 2.7: Plošné rozložení kontaminantu SO4
2- v oblasti chemické těžby 25
Obrázek 2.8: Lokalizace oblasti sanace 27
Obrázek 3.1: Schéma procesu řízení sanace 30
Obrázek 3.2: Schéma zapojení sanačních technologií v současnosti 32 Obrázek 3.3: Schéma plánovaného zapojení sanačních technologií 33
Obrázek 4.1: Trend vývoje celkových nákladů sanace 39
Obrázek 4.2: Trend vývoje jednotkových nákladů 40
Obrázek 4.3: Technologický efekt ve vazbě na ekonomické ukazatele 40 Obrázek 4.4: Závislost intenzity vyvádění ZTR a času potřebného pro dosažení limitu sanace 41 Obrázek 4.5: Závislost koncentrace ZTR a objemu vyvádění na technologii 42 Obrázek 5.1: Schéma procesu vyhledávání dílčích optimálních řešení 44 Obrázek 5.2: Výběr vhodných čerpacích uzlů v optimalizačním systému CENOMAN 48 Obrázek 5.3: Rozhodovací úloha o způsobu nakládání s roztoky 49
Obrázek 5.4: Definice vhodných čerpacích míst v systému VM 50
Obrázek 5.5: Vyhodnocení výsledků čerpání z cenomanské zvodně v systému VM 51
Obrázek 5.6: Vrty určené pro sanační čerpání 52
Obrázek 5.7: Hlavní směry dopravních tras 54
Obrázek 5.8: Dosažení limitu sanace za použití jednotlivých technologií 55 Obrázek 5.9: Volba technologie v závislosti na poklesu koncentrace RL v nátoku 56 Obrázek 5.10: Závislost celkových nákladů na intenzitě vyvádění ZTR přes NDS 10 57
Obrázek 6.1: Zapojení sanačních technologií ve variantě 1 60
Obrázek 6.2: Zapojení sanačních technologií ve variantě č.2 61
Obrázek 6.3: Schematická mapa zapojení sanačního čerpání ve variantě č. 1 – rok 2016 63 Obrázek 6.4: Rozložení ZTR v řezu (sever – jih) ve variantě č.1 – rok 2016 64
Obrázek 6.5: Schematická mapa zapojení sanačního čerpání ve variantě č. 1 – rok 2031 64 Obrázek 6.6: Rozložení ZTR v řezu (sever – jih) ve variantě č.1 – rok 2031 65 Obrázek 6.7: Podíl jednotlivých technologií SLKR na vyvádění kontaminace – var. č. 1 66 Obrázek 6.8: Vyvedená kontaminace podle technologií – varianta č. 1 66 Obrázek 6.9: Schematická mapa zapojení sanačního čerpání ve variantě č. 2 – rok 2016 67 Obrázek 6.10: Rozložení ZTR v řezu (sever – jih) ve variantě č.2 – rok 2016 68 Obrázek 6.11: Schematická mapa zapojení sanačního čerpání ve variantě č. 2 – rok 2031 69 Obrázek 6.12: Rozložení ZTR v řezu (sever – jih) ve variantě č.2 – rok 2031 69 Obrázek 6.13: Podíl jednotlivých technologií SLKR na vyvádění kontaminace – var. č. 2 70 Obrázek 6.14: Vyvedená kontaminace podle technologií – varianta č. 2 70
Obrázek 7.1: Průběh vyvádění RL pro varianty č.1 a č.2 78
Obrázek 7.2: Vývoj množství vyvedených RL podle varianty 2 80
Obrázek 7.3: Rozložení kontaminace na začátku sanace s vyznačením hranice PCPS 81
1. Úvod
Chemická těžba je zvláštní způsob dobývání nerostných surovin, při kterém nedochází ke klasickému otvírání ložiska hlubinným nebo povrchovým způsobem a užitkový nerost je získáván vyloužením z podzemí a následnou separací z technologických roztoků na povrchu. Po ukončení chemické těžby zůstalo v podzemí značné množství zbytkových technologických roztoků. Vzhledem k riziku, které představují pro podzemní zdroje pitných vod, je potřeba tyto roztoky z podzemí odstranit. Diplomová práce se zabývá problematikou likvidace dolu chemické těžby a principy její optimalizace.
V úvodu stručně představíme likvidátora dolu chemické těžby s. p. DIAMO a popíšeme historii vzniku ekologické zátěže. Dále zdůvodníme nutnost sanovat zasaženou zvodeň a vysvětlíme princip schváleného sanačního postupu. Pro úspěšnou optimalizaci procesu je nutné vycházet z daných teoretických předpokladů a současně zohledňovat ekonomická hlediska. Tato problematika je shrnuta v samostatných kapitolách.
Na dvou reálných variantách sanace předvedeme postup hledání optimálního řešení sanace s využitím matematických simulačních nástrojů. Jejich výsledky navzájem porovnáme podle technologické úspěšnosti a zároveň podle zvolených ekonomických hodnotících kriterií.
V závěru zhodnotíme dosažené výsledky obou variant a navrhneme další postup hledání optimálního řešení.
2. Stručná charakteristika DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem
DIAMO, státní podnik, je nástupnickou organizací bývalého Československého uranového průmyslu. Jeho moderní historie je datována od roku 1946. V současné době je DIAMO, s. p., jedinou organizací v České republice, která dobývá uranovou rudu a zabývá se jejím zpracováním. Její další aktivity zahrnují především likvidaci následků těžby uranu, sanační práce, imobilizaci zbytkových technologických roztoků, výrobu vedlejších produktů při zpracování uranu, činnosti v oblasti ochrany životního prostředí, jakož i výzkum a vývoj nových technologií a matematických nástrojů modelování sanačních technologií. Organizace je ze 100% vlastněna státem.
Celá produkce uranu v současné době pochází ze dvou důlních lokalit. První lokalitou je Stráž pod Ralskem v severních Čechách, kde produkce uranu v roce 2008 činila 40 t uranová koncentrátu. Další lokalitou je Dolní Rožínka na západní Moravě. Přibližně 1 400 pracovníků z celkového počtu 3 362 zaměstnanců státního podniku DIAMO se podílí na těžbě a zpracování uranové rudy. Téměř 1100 zaměstnanců státního podniku zajišťuje přípravu a provádění sanačních a likvidačních prací, které jsou hlavní součástí komplexního programu v oblasti ekologie životního prostředí regionů dotčených těžbou a zpracováním uranové rudy.
2.1 Hlavní činnosti s. p. DIAMO
Předmětem činnosti státního podniku DIAMO jsou zejména:
• hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem: výzkum, vyhledávání, průzkum, těžba, úprava a rozpracování radioaktivních nerostů a ostatních užitkových surovin, včetně rozpracování dodaných surovin, geodetické a měřické práce,
inženýrsko-geologické práce a jejich vyhodnocování,
• likvidační práce, sanační práce, odstraňování následků po uranové činnosti a technická
• výroba a dodávky tepelné energie, teplé vody, tlakového vzduchu,
• koupě zboží za účelem jeho dalšího prodeje a prodej, kromě činností vázaných a koncesovaných,
• provádění inženýrských staveb, včetně technické vybavenosti, včetně prací prováděných hornickým způsobem, mimo činností koncesovaných živností. Provádění průmyslových staveb, včetně prací prováděných hornickým způsobem, kromě koncesovaných živností,
• silniční motorová doprava nákladní vnitrostátní, mezinárodní a osobní příležitostná, provozovaná osobními automobily včetně oprav motorových vozidel,
Státní podnik provádí další činnosti v souladu s udělenými živnostenskými oprávněními.
O procentuálním vyjádření zastoupení jednotlivých druhů činností s. p. DIAMO vypovídá obrázek č. 2. 1.
10%
27%
13%
38%
12%
Těžba a úprava uranu Likvidační práce Sanační práce
Správa sociálních nákladů
Ostatní doprovodné činnosti
Obrázek 2.1: Struktura činností s. p. DIAMO Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
2.2 Organizační struktura
Organizační struktura s. p. DIAMO je popsána na obrázku č. 2. 2. Ředitelství státního
podniku jako nejvyšší orgán s. p. sídlí ve Stráži pod Ralskem. Jednotlivé odštěpné závody pak mají sídla v místě, kde ve velké většině provádějí svoji činnost.
Obrázek 2.2: Organizační struktura s. p. DIAMO Stráž pod Ralskem Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem
TÚU, o. z., Stráž pod Ralskem
Provádí likvidační práce po těžbě uranu na ložisku Hamr a Břevniště a rozsáhlou sanaci horninového prostředí po chemické těžbě uranu na ložisku Stráž.
GEAM, o. z., Dolní Rožínka
Těží a upravuje uranové rudy z posledního otevřeného ložiska Rožná. Provádí likvidační práce po těžbě uranu a ostatních rud a uhlí v oblasti Moravy a východních Čech.
SUL, o. z., Příbram
Zajišťuje správu likvidovaných těžebních a úpravárenských kapacit uranových a ostatních rudných ložisek na území Čech, mimo severočeskou a východočeskou oblast.
ODRA, o. z. Ostrava Vítkovice
Dokončuje technickou likvidaci bývalých dolů OKD, zajišťuje čerpání důlních vod, degazaci důlních prostor a kontrolu zlikvidovaných důlních děl po těžbě černého uhlí.
2.3 TÚU, o. z., Stráž pod Ralskem
TÚU je zkratkou slovního spojení “těžba a úprava uranu”. Tento odštěpný závod byl zřízen za účelem provádění hornických činností v oblasti Stráže pod Ralskem. V souvislosti s útlumem uranového hornictví v České republice v současnosti převažují aktivity související se sanací a likvidací ekologických zátěží vzniklých v oblasti Stráže pod Ralskem.
Drtivá většina ekologických zátěží souvisí s těžbou a úpravou uranové rudy. Jsou to především:
• Založení podzemních důlních děl DH I,
• likvidace jam,
• postupné snížení množství zbytkových technologických roztoků v cenomanské zvodni až na požadovanou úroveň, která zaručí nepřekročení limitů v turonské zvodni,
• postupné snížení množství kontaminace v turonské zvodni až na úroveň, která zaručí nepřekročení kvality surové upravitelné vody ve vodárenském systému pro město Mimoň,
• likvidace vrtů,
• likvidace a rekultivace odkaliště,
• likvidace nepotřebných povrchových objektů a zařízení,
• rekultivace pozemků a revitalizace krajiny s respektováním územních systémů ekologické stability a územních plánů.
Sanace cenomanské zvodně je jednoznačně nejnáročnější činností prováděnou na o. z.
TÚU. Jedná se o velice rozsáhlou a složitou problematiku, jejíž řešení si v průběhu následujících cca 30 let vyžádá vynaložení značných finančních prostředků. Složitost problému nedovoluje zcela přesně určit, jakým způsobem se bude vyvíjet průběh sanace.
Proto se zde nabízí jako významný pomocník pro strategické rozhodování využití simulačních technik k odhadu budoucího stavu.
2.4 Vznik a charakteristika ekologické zátěže
Po objevení ložisek uranu v oblasti Stráže pod Ralskem a Hamr na Jezeře se začalo intenzivně pracovat na otevření prvního hlubinného dolu. Stalo se tak v severní části ložiska Hamr v roce 1967. Současně s rozvojem hlubinného dobývání se prováděly první experimenty s chemickou těžbou. V sedmdesátých letech minulého století se obě metody intenzivně rozvíjely.
V průběhu rozvoje obou metod docházelo k nežádoucímu průniku kyselých roztoků z oblasti chemické těžby do dolového pole Hamr. To si vyžádalo výstavbu umělé hydraulické bariery. Vtláčením nekontaminovaných vod soustavou vrtů vznikla v podzemí umělá hydraulická hráz, která oddělovala obě oblasti a dovolovala provozovat obě metody hlubinného dobývání.
Obrázek 2.3: Schematická mapa strážské oblasti Zdroj: vlastní
Postupně se budovaly podpůrné provozy, jako chemická úpravna, odkaliště chemické úpravny, drenážní systémy k ochraně dolového pole, neutralizační stanice atd. Chybné
v bezprostřední blízkosti způsobilo do budoucna mnoho komplikací a vyžádalo si řadu nestandardních technologických a finančně náročných řešení. Na likvidaci starých ekologických zátěží způsobených oběma způsoby dobývání se vynakládají značné finanční prostředky. Mapa zobrazující hlavní objekty související s těžbou uranu na ložisku Stráž je na obrázku č. 2. 3.
Usnesením vlády ČR č. 166/91 bylo rozhodnuto nerozšiřovat plochy vyluhovacích polí do doby komplexního posouzení stavu a stanovení ekologických podmínek dotěžení ložiska, způsobu ukončení těžby a sanace ložiska.
Vývojem sanace prostředí se vláda zabývala pravidelně a v jednotlivých usneseních bylo reagováno na aktuální stav sanace a na výsledky rozsáhlých ověřovacích prací.
V Usnesení vlády ČR č. 366/92 ze dne 20. května 1992 bylo stanoveno období zvláštního režimu (1992 – 1994) chemické těžby, který minimalizoval dopad do životního prostředí, umožňoval provést rozsáhlé ověřovací práce a navrhnout možné postupy sanace chemické těžby.
V usneseních vlády ČR č. 244/95 ze dne 26. dubna 1995 a č. 170/96 ze dne 6. 3. 1996 bylo rozhodnuto o zahájení likvidace Dolu Hamr I a chemické těžby uranu. Současně byl stanoven i způsob likvidace podzemní kontaminace, která bude vyčerpána na povrch a následně přepracována na odbytovatelné či ekologicky uložitelné produkty.
Tento základní princip byl i nadále zachován a v rámci dalších rozhodnutí vlády ČR byly převážně upřesňovány povrchové technologie, jejich výstavba a rozsah jejich provozu.
UV ČR č. 170/96 ze dne 6. dubna 1996 byla schválena základní koncepce sanace, která předpokládala provoz tří odparek ve Stanici likvidace kyselých roztoků - I. etapa (SLKR I) a produkci kamence ve výši 250 000 tun za rok. Kamenec měl být přepracováván na oxid hlinitý, alunit, kyselinu sírovou, síran hlinitý a síran amonný. Matečné louhy měly být zahuštěny a přepracovány opět na kamenec, kyselinu sírovou a na kalcinovaný zbytek ukládaný do odkaliště.
V UV ČR č. 687/00 ze dne 12. července 2000 byly na základě posouzení trhu s kyselinou
sírovou a dalšími komoditami upřesněny technologie na přepracování kamence. Měl být produkován síran hlinitý, oxid hlinitý a sanační materiály. Nově bylo již uvažováno i se zařazením neutralizační stanice na zpracování roztoků o koncentraci cca 10 g. l-1 rozpuštěných látek.
V období let 2000 – 2005 byly vyhodnoceny dosavadní zkušenosti s provozem SLKR I, byla zprovozněna první linka technologie pro výrobu síranu hlinitého z kamence a byla ověřena možnost výroby hnojiv z kamence. Nově získané poznatky byly zohledněny při zpracování ATPL a sanačního plánu 2005, která byla následně schválena MPO ČR. Oproti představě z roku 2000 byly zredukovány technologie na přepracování kamence a naopak posíleny technologie neutralizace kontaminovaných roztoků s tím, že filtrační koláč bude ukládán do odkaliště Stráž.
V UV ČR č. 621/05 ze dne 25. května 2005 bylo rozhodnuto o výstavbě pěti sanačních technologií a to: Sanační vrty – II. etapa, Konečné řešení odkaliště Stráž, Zpracování matečných louhů (ZML), Výroba síranu hlinitého – 2. stavba a Neutralizační a dekontaminační stanice NDS 10 a hrazení jejich výstavby z prostředků výnosů z privatizace.
Hlavní mezníky chemické těžby uranu a následné sanace na ložisku Stráž shrnuje tabulka 2- 1.
Tabulka 2-1: Hlavní mezníky CHT v oblasti Stráže pod Ralskem Rok Charakteristika události
1963 objevení ložiska
1967 první pokusy s chemickou těžbou
1974 schválení metody chemické těžby (CHT) 31.3.1996 ukončení CHT rozhodnutím vlády 1.4.1996 počátek sanace CHT
Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
Princip hlubinné těžby
Jedná se o klasické hlubinné dobývání, kdy je ložisko zpřístupněno vertikálním důlním
dílem, jamou. Systémem překopů a konturačních chodeb je zájmová oblast ložiska připravena k těžbě. Na ložisku Hamr se jako základní metoda používala metoda komora – pilíř. Princip této metody spočívá ve střídavém úplném vytěžení a založení (vyplnění) komor mezi konturačními chodbami. V současnosti je těžba na hlubinném dole již ukončena a důl se postupně zatápí.
Schéma postupu těžby metodou komora - pilíř dokumentuje obrázek č. 2.4.
Obrázek 2.4: Schematický popis aplikované dobývací metody na ložisku Hamr Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
Princip chemické těžby
Uranové zrudnění je uloženo v hloubce kolem 220 m pod povrchem v cenomanském souvrství. To se nachází pod turonským zvodnělým kolektorem. Turonské a cenomanské souvrství je odděleno vrstvou, kterou tvoří vodě nepropustné horniny.
Soustavou vtláčecích vrtů, které jsou otevřeny (perforovány) pouze v zájmovém horizontu uranového zrudnění, se do podzemí vtláčel loužící roztok až 5-ti % kyseliny sírové.
Roztok obohacený kovem byl čerpán systémem čerpacích vrtů na chemickou úpravnu.
Po úpravě a separaci obsaženého uranového zrudnění byl roztok připraven k opětovnému použití jako loužící roztok a vtláčen do podzemí. Princip chemické těžby na ložisku Stráž je schematicky znázorněn na obrázku č. 2. 5.
Obrázek 2.5: Schematický popis hlubinného dobývání in-situ Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem
Charakteristika ekologické zátěže
V rozmezí let 1967 až 1996 probíhal intenzivní rozvoj chemické těžby. Provoz chemické těžby za sebou zanechal v cenomanském kolektoru, v místě uranového zrudnění, cca 186 mil. m3 zbytkových technologických cenomanských roztoků (dále jen ZTR). Ty se nacházejí v ploše vyluhovacích polí (VP), na kterých probíhala chemická těžba. Intenzita zasažení je nehomogenní, jak dokumentují obrázky 2. 6 a 2. 7. Nejvyšší koncentrace zbytkových technologických roztoků je převážně uprostřed VP a ke kraji VP se postupně snižuje.
Obrázek 2.6: Schematický řez sanační oblastí Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
Z obrázku dokumentujícího rozložení zbytkových technologických roztoků v řezu (obrázek č. 2. 6) je patrno, že se ZTR nacházejí téměř výhradně v cenomanském kolektoru. Šíření zbytkových technologických roztoků do turonského kolektoru brání nepropustná vrstva oddělující oba kolektory.
Tabulka 2-2: Charakteristiky kontaminace v sanační lokalitě
Vybraná charakteristika měrná jednotka hodnota
Objem ZTR v oblasti VP [mil. m3] 180
Počet vyluhovacích polí - 42
Plocha vyluhovacích polí [km2] 6.28
Množství rozpuštěných látek (RL) [mil.t] 4.8
Z toho měrná jednotka hodnota
SO42- [mil.t] 3.9
Al [tis.t] 420
Fe [tis.t] 110
NH4+ [tis.t] 90
Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, o. z. TÚU, upraveno autorem
V tabulce 2-2 jsou uvedeny vybrané významné globální charakteristiky charakterizující rozsah znečištění lokality Stráž.
Obrázek 2.7: Plošné rozložení kontaminantu SO42-
v oblasti chemické těžby Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem
Na ložisku Stráž bylo v souvislosti s těžbou odvrtáno:
• Průzkumných vrtů 2 210
• Těžebních vrtů 7 684
podle vyhlášky MZ ČR č. 252/2004, je SO42-
. Jeho rozložení v ploše bývalé oblasti těžby dokumentuje obrázek č. 2. 7.
2.5 Důvody pro zahájení sanace
Samotné ložisko Stráž se nachází v oblasti chráněné akumulace podzemních pitných vod v severní části české křídové tabule.
V oblasti existují dvě na sobě nezávislé zvodně, oddělené vzájemně nepropustným kolektorem. Geologicky starší cenomanská zvodeň je oproti volné turonské hladině napjatá.
To znamená, že její výtlačná úroveň je vyšší, než je strop cenomanského souvrství. To způsobuje nepropustný kolektor, který odděluje turonskou a cenomanskou zvodeň.
Svrchní turonská zvodeň je významným zdrojem snadno dostupné pitné vody, využitelné k zásobování obyvatelstva. Činností chemické těžby nebyla výrazněji zasažena, došlo však k jisté kontaminaci puklinovými průsaky z cenomanské zvodně. Sanace turonské zvodně v současnosti úspěšně probíhá, i když je svým rozsahem prací výrazně menší u cenomanské zvodně.
Na obrázku č. 2.6 je výtlačná úroveň cenomanské zvodně vyznačena červenou barvou a volná turonská hladina je znázorněna barvou modrou. Z důvodů dosud neukončeného, právě probíhajícího zatápění dolu Hamr, je v oblasti dolového pole Hamr výtlačná úroveň cenomanské zvodně pod hladinou turonskou. V oblasti chemické těžby je výtlačná úroveň cenomanské hladiny níže z důvodů probíhajícího sanačního čerpání z cenomanského kolektoru. To způsobuje pokles výtlačné úrovně cenomanské hladiny.
Ustane-li v této oblasti činnost, způsobující pokles výtlačné úrovně cenomanské zvodně, dojde k postupnému návratu úrovně hladiny cenomanské zvodně na úroveň před zahájením činnosti chemické těžby. Na základě hydrogeologického monitoringu a výsledků simulačních modelových výpočtů je předpovídán stav, kdy výtlačná úroveň cenomanské hladiny bude místně výš, než je hladina turonské zvodně.
Ponecháme-li zbytkové technologické roztoky bez sanačního zásahu, hrozí po vyrovnání cenomanské hladiny s turonskou přestup ZTR z cenomanské zvodně do turonské především
z těchto důvodů:
• V oblasti CHT bylo odvrtáno tisíce vrtů, u kterých je nemožné s jistotou zaručit absolutní těsnost oddělující cenomanskou a turonskou zvodeň. Případná netěsnost může způsobit nekontrolovaný přestup ZTR z cenomanské do turonské zvodně. Problém je řešen postupnou likvidací a tamponáží (zacementováním) vrtů.
• Na ložisku Stráž se nacházejí geologické struktury (zlomy, žíly), které narušují napříč nepropustný kolektor a zvyšují tím riziko přestupu ZTR a znečištění potenciálních zásob pitné vody.
Z důvodu reálné možnosti budoucího ohrožení mohutného zdroje pitné vody bylo na úrovni vlády ČR rozhodnuto o likvidaci chemické těžby a následném zahlazení jejích následků.
Usnesením vlády ČR č. 336 ze dne 20. května 1992 započala realizace ověřovacích a průzkumných prací, s cílem vyřešit způsob sanace horninového prostředí ovlivněného chemickou těžbou. Na základě usnesení vlády ČR č. 170 přešla 6. března 1996 chemická těžba do likvidačního režimu.
Praha
Brno
Oblast sanace
Praha
Brno
Oblast sanace CHOPAV
Obrázek 2.8: Lokalizace oblasti sanace Zdroj: vlastní
Na obrázku 2. 8 upřesňuje žlutá šipka lokalizaci ložiska Stráž pod Ralskem. To se nachází uvnitř regionální geologické struktury zvané strážský blok (modrá linie). Samotný strážský
blok se nachází uvnitř CHOPAV (fialová kontura). Zelená hranice definuje umístění české křídové tabule v České republice.
2.6 Problematika stanovení cílového parametru sanace
Před zahájením a v průběhu sanačního procesu je nezbytně nutné specifikovat cílový stav ekologické zátěže, kterého chceme dosáhnout. K popisu cílového stavu je vhodné stanovit parametry, které budou měřitelné a tudíž kontrolovatelné v průběhu procesu sanace.
Riziková analýza zpracovaná pro potřeby DIAMO, s. p., v roce 1997 popisuje možná rizika vyplývající z ekologické zátěže. Z rizikové analýzy zabývající se zahlazováním ekologické zátěže z chemické těžby na ložisku Stráž vyplývají následující úkoly:
• uvést horninové prostředí do stavu, který zajistí trvalé využívání turonských zásob pitných vod v severočeské křídě,
• zlikvidovat vrty a povrchová zařízení,
• začlenit povrch vyluhovacích polí do ekosystémů s ohledem na regionální systémy ekologické stability a plány regionálního rozvoje,
• k dosažení bezpečného stavu v podzemí vyvést cca 2. 7 mil. t RL.
Na základě variantních simulačních výpočtů bylo množství 2.7 mil. t zbytkové kontaminace z cenomanské zvodně stanoveno jako dostatečné k zajištění bezpečného stavu horninového prostředí. V tom případě případný přetok zbylých ZTR neohrozí turonské vody, využitelné pro zásobování obyvatelstva pitnou vodou.
Tento parametr je doposud nazýván jako předběžný cílový parametr sanace PCPS.
Z důvodů postupného vývoje chemismu v cenomanské zvodni, měnících se požadavků podniku a vývoje pokročilých sanačních technologií, bude PCPS modifikován tak, aby vyhovoval aktuálním představám o průběhu sanačního procesu.
3. Současný stav procesu sanace
V současné době probíhá likvidace a rekultivace vyluhovacích polí a rozsáhlá sanace zasaženého horninového prostředí, s cílem vyvést uranem obohacené zbytkové technologické roztoky z podzemí a revitalizovat horninové a životní prostředí v oblasti ovlivněné chemickou těžbou.
Sanace je řešena řízeným čerpáním a čištěním zbytkových technologických roztoků v povrchových technologiích na stanici likvidace kyselých roztoků a neutralizační dekontaminační stanici. Je využívána technologie odpařování vody o kapacitě 5.5 m3.min-1 s následnou krystalizací a rekrystalizací kamence (krystalický kamenec – síran hlinito- amonný) a dále neutralizační technologie se srážením solí a kovů o maximální kapacitě 5. 5 m3.min-1 s přepracováním na využitelné nebo bezpečně uložitelné i nevyužitelné produkty. Vyčištěná voda je vypouštěna do toku Ploučnice.
3.1 Dosavadní postupy optimalizace sanačního procesu
Sanace je prováděna na základě požadavků podniku. Ty jsou ovlivňovány jak změnami probíhajícími uvnitř podniku, tak zároveň působením vnějších vlivů okolí. K vnějším vlivům patří zejména stanovené ekologické limity a legislativa, týkající se problematiky sanace.
Nemalou měrou ovlivňuje celkový průběh a plánování sanačních prací dostupnost finančních zdrojů (obrázek č. 3. 1).
Na základě platných ekologických limitů byly stanoveny předběžné cílové parametry sanace, které charakterizují požadovaný cílový stav sanace. Průběžně probíhají ověřovací práce, monitoring, laboratorní experimenty, poloprovozní zkoušky ad., pomocí nichž je sledován vývoj situace v podzemí i na povrchových zpracovatelských technologiích. Všechny tyto informace tvoří vstupy do simulačních modelů, z jejichž výsledků vychází dlouhodobé koncepce sanace. Případné změny v navrženém postupu sanace jsou zohledněny v aktualizovaném technickém projektu likvidace, který je sestavován v pětiletých intervalech.
datábáze hydrogeologických dat
cílové parametry sanace
státní dotace investiční výstavba financování provozu
požadavky podniku ekologické limity
legislativa
koncepční model sanace
dlouhodobá koncepce sanace
aktualizace technického projektu likvidace
aktualizace podmínek
provozní databáze činnosti vrtů
technologický scénář sanace režimy povrchových technologií
objemy vtláčení jednotlivých proudů
objemy čerpání podle technologických proudů
lokalizace čerpání, vtláčení - koncepce produkce SK1, produkty k odbytu celkové množství vyvedených látek
Požadavky technologických proudů sanace
SLKR: kapacita, RL, Ca, kyselost, ...
zajištění produkce SK1: Al, NH , SO4 4
NDS: kapacita, NH , SO4 4
CR: objem, RL ředící roztok: objem, RL CHS: požadavky těžby uranu
lokalizace čerpání / vtláčení podle proudů
lokalizace podle chemismu roztoků
požadavky vypouštění
dodržení limitů vypouštění látek - kontrolní stanoviště
další požadavky
kapacity potrubních řad
koncentrace čerpacích a vtláčecích prací v ploše
požadavky provozu
Projekty sanace pro běžný rok
Měsíční plán činnosti vrtů
Schéma řízení sanace
Obrázek 3.1: Schéma procesu řízení sanace Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
Podle technického projektu likvidace a požadavků podniku jsou stanoveny roční plány, kterými jsou řízeny jednotlivé podprocesy sanace. Režim jednotlivých skupin uzlů sanačních čerpacích vrtů je nutno stanovit s jemnějším než ročním krokem. Z informací pocházejících z vyhodnocených údajů hydrogeologického a hydrochemického monitoringu jsou upravovány měsíční plány činnosti vrtů, jejich zapojení či vyřazení v konkrétním období i intenzita jejich činnosti.
Platí i zpětná vazba - aktualizace podmínek sanace ovlivňuje vstupy pro ověřovací práce a jejich nová zpřesněná zjištění následně mění požadavky podniku.
Na obrázku č. 3. 1 je ve zjednodušené podobě znázorněno schéma řízení sanace.
3.2 Realizovaný scénář sanace
Současný proces sanace cenomanské zvodně na ložisku Stráž dokumentuje obrázek č. 3. 2.
Zbytkové technologické roztoky jsou nejprve systémem čerpacích vrtů čerpány na chemickou stanici. Zde jsou roztoky zbaveny rozpuštěného uranu jako druhotného produktu sanace.
Roztoky s koncentrací do 10 g. l-1 rozpuštěných látek (RL) jsou upravovány na neutralizační stanici NDS 6 (Neutralizační dekontaminační stanice). Roztoky s vyšší koncentrací jsou vedeny na odpařovací stanici (odparka).
Stanice likvidace kyselých roztoků (SLKR) je soubor navazujících sanačních technologií.
Zahrnuje odpařovací stanici, kde jsou roztoky zahušťovány, a technologii krystalizace kamence. Po odpaření a následném zahuštění (krystalizaci) jsou roztoky upravovány na požadované množství síranu hlinitého Al(SO4)3 nebo kamence určeného na hnojiva. Oba tyto produkty jsou komerčně využitelné.
Obrázek 3.2: Schéma zapojení sanačních technologií v současnosti Zdroj: vlastní
Nevyužité zahuštěné zbytkové technologické roztoky je prozatím vtláčeny zpět do centrální části vyluhovacích polí. Odpařená voda je po vyčištění vypouštěna do řeky Ploučnice. Kaly pocházející z neutralizační stanice NDS 6 jsou ukládány na odkališti.
Tabulka 3-1: Posloupnost zavádění současně aktivních sanačních technologií Rok
náběhu
Událost
1996 zprovoznění technologie odpařovací stanice (SLKR) 1999 produkce kamence amonno-hlinitého
2001 provoz výroby síranu hlinitého
2003 NDS 6 - neutralizace cenomanských roztoků 2004 expedice kamence k výrobě hnojiv
Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem
Řízeným nakládáním s vodami je udržována podbilance čerpaných roztoků v cenomanské zvodni (více se čerpá, než vtláčí). Tím je zajištěno udržení ZTR v místě jejich vzniku.
Na základě výsledků hydrogeologických modelů byla stanovena maximální povolená podbilance čerpaných roztoků na 5. 5 m3.min-1. Tento fakt se stává významným limitujícím faktorem při plánování výkonu projektovaných sanačních technologií. V případě překročení
povoleného množství čerpání by docházelo k osušování zvodnělého horizontu a to by sebou přinášelo komplikace při zajištění kontinuálního optimálního režimu čerpání.
V roce 2008 byla zahájena výstavba neutralizační stanice zpracování matečných louhů (ZML). Tato technologie je určena k likvidaci ZTR (zbytkové technologické roztoky) neutralizací. Zahájení provozu je plánováno na rok 2010. Kaly vznikající při procesu neutralizace na ZML jsou určeny k uložení na odkališti. Vyčištěnou vodu lze vtláčet zpět do cenomanské zvodně, anebo vypouštět do vodoteče.
ZML bude připravena zpracovávat zahuštěné roztoky pocházející z odpařovací stanice.
Tyto roztoky již prošly úpravou a část ZTR byla přepracována na komerčně využitelné produkty kamenec a síran hlinitý. Do zprovoznění technologie ZML byly ZTR vraceny zpět do cenomanské zvodně. Směr zpětného vtláčení je na obrázku č. 3. 2 vyznačen červenou barvou.
Obrázek 3.3: Schéma plánovaného zapojení sanačních technologií Zdroj: vlastní
Zprovozněním ZML se výrazně změní situace ve vyvádění ZTR z cenomanské zvodně.
Nejdůležitější změnou je, že nevyužité ZTR, nevhodné k přepracování na komerčně využitelné produkty, nebudou zpětně vtláčeny do podzemí. Tím se výrazně zintenzívní
vyvádění kontaminace a urychlí sanace cenomanské zvodně (obrázek č. 3. 3).
Další změnou v řetězci sanačních technologií je možnost zprovoznění další linky na výrobu síranu hlinitého. To je však podmíněno případným zvýšením poptávky po tomto produktu.
Technologií, s jejímž zařazením do řetězce sanačních technologií se uvažuje, je další neutralizační stanice NDS 10 (neutralizační dekontaminační stanice). Jejím úkolem bude zpracovávat ZTR pocházející z přímého čerpání těchto roztoků. Optimální koncentrace ZTR v nátoku na technologii NDS 10 je stanovena na 25 g. l-1 RL.
Přednosti zapojení technologie NDS 10 do sanace
• NDS 10 bude projektována s možností variabilní změny výkonu. Je uvažováno s třemi nezávislými neutralizačními linkami. Současně provozovaná technologie NDS 6 takovou možnost nemá.
• NDS 10 postupně nahradí již zastaralou technologii NDS 6.
• Provoz NDS 10 bude v porovnání s NDS 6 levnější.
Důvody proti výstavbě technologie NDS10
• Investiční náročnost výstavby NDS10.
3.3 Formulace úlohy
Koncepční model sanačního procesu likvidace chemické těžby na ložisku Stráž musí splňovat řadu požadavků a kritérií:
• výběr vhodných povrchových technologií, které vyhovují svými parametry charakteristikám zpracovávaných roztoků v dílčích obdobích sanace podle vývoje situace v podzemí,
• výběr vhodného režimu povrchových technologií,
• výběr vhodného režimu čerpání, který zajistí požadovaný nátok na jednotlivé technologie v prostoru i čase,
• výběr vhodného režimu vtláčení, který bude nápomocný sanačnímu procesu vytěsňováním kontaminace i k udržení potřebné podbilance v oblasti,
• procesy čerpání i vtláčení musí být usměrněny v lokalizaci i intenzitě činnosti.
Koncepční model je pak výsledkem celé řady simulačních výpočtů, kdy jsou modelu předkládány varianty možných technologických scénářů a výsledky jsou hodnoceny z hlediska rychlosti a vývoje procesu zneškodnění kontaminace, splnění cílových parametrů sanace i ekonomických kritérií.
Úkolem diplomové práce bude pomocí nástrojů vyhledání optimální koncepce procesu sanace cenomanské zvodně na ložisku Stráž posoudit dva konkrétní technologické scénáře sanace. K tomuto účelu formulujeme a následně prověříme dvě varianty sanace:
1. Výstavba NDS 10 a odstavení NDS 6 v roce 2020
Sanace bude realizována technologiemi SLKR , ZML, NDS 6 a NDS10. Činnost NDS 6 bude v roce 2020 ukončena.
2. Nevýstavba NDS 10
Sanace bude realizována technologiemi SLKR , ZML a NDS 6.
Nejistoty a rizikové faktory sanace
Sanace horninového prostředí na ložisku Stráž je komplexním problémem, a svým rozsahem a velikostí je ve světovém měřítku výjimečná. Takto dlouhodobě plánovaná sanace nemá ve světě srovnání. Při hledání optimálního řešení je nutné počítat se slabými místy a rizikovými faktory ovlivňujícími konečný výsledek sanace.
Vzhledem k dlouhodobě plánované koncepci sanace je třeba se vypořádat s měnícími se podmínkami v čase. U sanačních prací standardního rozsahu je plánování celého procesu značně zjednodušené. Stačí zmapovat charakteristiku ekologické zátěže a podle jejího typu zvolit sanační postup. Následuje výčet hlavních rizikových faktorů, které lze označit jako slabá místa v plánované koncepci sanace na ložisku Stráž. Jsou to především:
• složitost geologické stavby a hydrogeologických podmínek,
•
• problematika stanovení cílového parametru sanace,
• obtížnost stanovení jednotkových nákladů,
• ztížená variabilita výběru čerpacích míst,
• možné změny legislativy, výpustných limitů atd.
4. Teoretická východiska řešení problematiky
Teoretická východiska, která ovlivňují proces sanace, lze soustředit do následujících kategorií:
• rizikové faktory vyplývající z geologické stavby ložiska Stráž,
• ekonomická hlediska ovlivňující technologický proces sanace,
• problematika stanovení cílových parametrů sanace.
4.1 Rizikové faktory
Hlavním rizikem hydrogeologické situace v oblasti ložiska Stráž je možnost šíření kontaminace mimo cenomanskou oblast. Tato situace je v současnosti řešena řízeným sanačním čerpáním, kdy jsou roztoky drženy v místě jejich vzniku, tedy v ploše bývalého dolu chemické těžby.
Šíření kontaminace ovlivňují tyto faktory:
• regionální směr proudění podzemních vod k jihozápadu,
• přirozená (vertikální) komunikace mezi oběma zvodnělými horizonty ve strážském bloku,
• přirozená komunikace mezi zvodnělými horizonty a mezi sousedními bloky geologické stavby (horizontální).
Základní rizika geologické stavby pro možnou komunikaci mezi oběma zvodněnými kolektory souvisejí s:
• netěsností turonského izolátoru (pukliny, žíly a zlomy) umožňující vertikální komunikaci,
• kontaktem odlišných kolektorů směrem ven z bloku, umožňujícím horizontální komunikaci.
Další rizika možné komunikace mezi oběma zvodněnými kolektory představují
antropogenní vlivy, především vrty umožňující vertikální komunikaci: geologicko průzkumné vrty, technologické vrty pro chemickou těžbu a hydrogeologické vrty.
Riziko přetoku cenomanských vod do svrchních vod turonských je reálné pouze v případě příhodných hydraulických podmínek, jak bylo zmíněno v kapitole 2.5.
4.2 Ekonomická hlediska
Rozložení kontaminace v ploše ložiska Stráž je velmi nehomogenní a proměnlivé v horizontálním i vertikálním směru. Proto stěžejním faktorem efektivnosti zvolené koncepce sanace je strategie čerpání ZTR s jejich následnou úpravou povrchovými technologiemi. Efektivita možných technologických variant se může lišit a také obvykle značně liší. Hodnotícím kritériem pro volbu vhodného technologického postupu v okamžiku splnění nastavených cílových parametrů sanace bude ukazatel ekonomické efektivnosti, resp. výše celkových nákladů sanačního procesu.
V ekonomickém modelu, který tvoří doplněk simulačních technologických modelů, jsou projektované sanační procesy dopočítány do ukazatelů ekonomické náročnosti. Pro tyto potřeby je sestaven nákladový model jednotlivých technologických činností s podrobnou strukturou nákladových položek. Podstatou nákladového modelu je rozlišení variabilních a fixních nákladů. Do položek variabilních nákladů jsou zahrnuty činnosti, resp. část procesů závislých na intenzitě, objemu a kvalitě projektovaného procesu. Konkrétně se jedná o procesy závislé na objemu čerpání a vtláčení, objemu nátoku na zpracovatelské technologie a na kvalitě (koncentračních faktorech) zpracovávaných roztoků, na vzdálenosti přepravy roztoků i výsledných produktů. S intenzitou procesů souvisejí rovněž mzdové náklady, náklady na hydrogeologický a hydrochemický monitoring, náklady dopravy, náklady údržby atd.
Trend vývoje variabilních nákladů v závislosti na množství vyvedených zbytkových roztoků má tvar obráceného „S“ (obrázek 4. 1) Jejich růst není proporcionální vzhledem vyvedenému objemu ZTR a bude se v čase měnit.
Fixní náklady tvoří v případě dlouhodobé sanace především ty položky nákladů, které jsou
vynaloženy před samotným zahájením sanačních prací. Jsou to náklady na vybudování komunikačních a potrubních tras a vrtných sítí určených pro sanační čerpání i vtláčení a vybudování zpracovatelských povrchových technologií.
Obrázek 4.1: Trend vývoje celkových nákladů sanace Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
Cílem sanace je vyvedení takového množství ZTR z vrstev cenomanské zvodně, které naplňuje požadavek dosažení cílového parametru sanace. Ten je definován jako maximální přípustné množství ZTR, které lze ponechat v podzemí.
Simulačním modelem průběhu sanace je sledován ukazatel množství zneškodněného (vyvedeného) kontaminantu a proces simulace je ukončen při naplnění požadovaného limitu.
Ekonomickým kritériem posouzení efektivnosti simulovaných technologických alternativ sanace jsou celkové náklady sanace při splnění požadavku cílového parametru a jednotkové náklady sanace na vyvedení 1 kg kontaminantů.
Typický průběh absolutních a průměrných jednotkových nákladů je zachycen na obrázku č. 4. 2. Fixní jednotkové náklady s vyvedeným množstvím kontaminace klesají, ale proměnné rostou, protože na každý další kg ZTR je třeba vyčerpat větší objem roztoku.
Výsledné jednotkové náklady jsou součtem obou položek. Poloha jejich minima odpovídá průsečíku křivek fixních a proměnných nákladů.
Obrázek 4.2: Trend vývoje jednotkových nákladů Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem, upraveno autorem
K vyhledávání efektivních způsobů čištění byly vyvinuty modelové nástroje, které umožňují sledovat množství vyváděných látek a vývoj situace v podzemí. K porovnávání výhodnosti jednotlivých scénářů sanace slouží technologicko-ekonomické souhrnné hodnotící kriterium.
Ekonomický ukazatel jako nástroj optimalizace a řízení technologického procesu
model technologického procesu
technologické parametry (režim)
technologický efekt
ekonomick ý model ekon omick é parametry technologický proces
souhrnné kritérium efe ktivnosti procesu
parametry optimálního technologického režimu
výběr optimální technologické varianty e konom ický efekt
řízení technologického procesu
Obrázek 4.3: Technologický efekt ve vazbě na ekonomické ukazatele Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem.
Schéma na obrázku č. 4. 3 dokumentuje součinnost technologického a ekonomického hlediska při hodnocení celkové efektivnosti sanační varianty.
Určení doby zahájení činnosti konkrétní sanační technologie, intenzita i ukončení její činnosti souvisí s jejím optimálním využitím v průběhu procesu sanace. Také tyto parametry ovlivňují celkový konečný ekonomický efekt navrženého postupu sanace.
4.3 Příklad využití souhrnného kritéria k hodnocení efektivnosti procesu
Jako ilustrační příklad vyhodnocení souhrnného efektu volby intenzity činnosti zpracovatelské technologie použijeme plánovanou technologii NDS 10. Je navržena jako systém se třemi samostatně funkčními neutralizačními linkami (obrázek č. 4. 4).
Obrázek 4.4: Závislost intenzity vyvádění ZTR a času potřebného pro dosažení limitu sanace Zdroj: vlastní
Obrázek dokumentuje, jakým způsobem se bude měnit koncentrace v sanačním čerpacím uzlu, zapojíme-li variantně 1, 2 nebo všechny 3 neutralizační linky. Pod pojmem čerpací uzel si lze představit skupinu čerpacích vrtů, které zásobují potřebnými roztoky určitou technologii. Z obrázku je zřejmé, že zapojení 3 linek neutralizace způsobí mnohem
V tomto případě je dosaženo dříve tzv. technologického limitu NDS 10. Technologický limit je možné vysvětlit tak, že koncentrace rozpuštěných látek v nátoku na technologii se blíží koncentraci rozpuštěných látek ve vodách po neutralizaci a výsledný technologický efekt čištění je téměř nulový.
Aby k takovéto situaci nedocházelo, jsme nuceni častěji měnit vhodná místa pro čerpání (čerpací uzly) k zajištění kvality nátoku na NDS 10. Při menší intenzitě činnosti NDS 10 (zapojení jedné linky) nemusíme čerpací místa měnit tak často, protože pokles koncentrace v nátoku bude pomalejší. Menší zpracovávané objemy však představují na druhé straně menší intenzitu procesu a tedy prodlužování sanace. Rozpor mezi těmito dvěma hledisky řeší vhodná strategie čerpání. Nabízí se možnost zapojit nejdříve 3 linky a s ubývající koncentrací v místě čerpání postupně snižovat intenzitu až na jednu linku. Druhou možností je od začátku provozovat pouze linky dvě (a na třetí provozovat periodickou profilaxi).
Obrázek 4.5: Závislost koncentrace ZTR a objemu vyvádění na technologii Zdroj: vlastní
Ekonomické hledisko řešené úlohy dokumentuje obrázek č. 4. 5. Při zvyšující se koncentraci nátoku klesají dlouhodobé průměrné náklady na jednotku zpracovávaného roztoku (červená linie). Budeme-li ale chtít zpracovávat roztoky o vyšší koncentraci než je technologický limit příslušné technologie, způsobí to vznik dodatečných nákladů. Modrá
linie na obrázku dokresluje trend závislosti nákladů na čerpání na koncentraci roztoku v nátoku.
Budeme-li chtít vyvádět stejné množství kontaminantů při nižší koncentraci ZTR v nátoku na technologii, bude to pouze za cenu zvýšeného objemu čerpání (modrá linie). Hledáme takový objem a koncentraci ZTR v nátoku, při kterém jsou celkové náklady na neutralizaci ZTR nejnižší. Produkční limit technologie vymezuje moment, od jaké úrovně koncentrace ZTR jsme nuceni uplatnit dodatečné náklady. Ty vyplývají z nutnosti takových úprav technologie, aby byla schopna zpracovávat roztoky s vyšší koncentrací ZTR.
5. Nástroje vyhledávání efektivních řešení
Na obrázku č. 3. 1 je zobrazeno schéma procesu řízení sanace. Výsledky ověřovacích prací ovlivňují požadavky podniku, na jejichž základě vzniká dlouhodobá koncepce sanace.
Ověřovací práce v sobě zahrnují laboratorní experimenty, provozní a poloprovozní zkoušky plánovaných technologických zařízení, simulační výpočty navržených variant sanace atd.
Procesem simulace navržených variant sanace v rámci ověřovacích prací se zabývá vývojový diagram na obrázku č. 5. 1. Prvním nezbytným krokem před zahájením samotné simulace procesu sanace je důkladná příprava. Všechny vstupní údaje musí být aktualizovány na základě dat pocházejících z monitoringu a výsledků provedených experimentů s přihlédnutím ke zvolené strategii sanace.
Příprava modelování
Stanovení rámcového scénáře Volba strategie
Rozdělení sanace na etapy, definice etap
Optimalizační systém
Transformace scénáře a strategie do vstupů modelu
Optimální řešení
Výběr čerpacích a vtláčecích míst
NE
Modelová simulace
Výpočet proudění
Výpočet transportu a chemie bilance látek
činnost povrchových technologií
Kontrola shody výpočtu s předpokladem
Integrace dílčích výsledků
Dokumentace varianty Sestavení map a grafů T - E hodnocení
Zpracování a zápis dílčího výsledku Přechod na další rok (s případnou změnou etapy)
Dosažení cílových parametrů
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
NEDOSTATEČNÁ
Obrázek 5.1: Schéma procesu vyhledávání dílčích optimálních řešení Zdroj: DIAMO, s. p. Stráž pod Ralskem
Vstupy do optimalizačního systému tvoří soustava parametrů, které charakterizují zvolenou technologickou alternativu sanace. Patří k nim charakteristiky činnosti jednotlivých povrchových technologií (technologický scénář, intenzita a kvalita nátoku na povrchové technologie), technologických proudů (objemy čerpání, vtláčení a vypouštění a jejich
přípustné koncentrace) a charakteristiky volené strategie lokalizace čerpání a vtláčení.
Optimalizační systém vyhledání optimálního řešení zvolené technologické varianty sanace funguje na principu lineárního programování a byl vyvinut na s. p. DIAMO pro účely modelování koncepce sanace. Výsledkem optimalizačního kroku je stanovení čerpacích a vtláčecích míst, která splňují parametricky nastavené podmínky sanace pro příslušný časový krok.
Určení čerpacích a vtláčecích míst tvoří vstup do simulačního programu. Následně je spuštěna simulace dějů probíhajících v cenomanské zvodni. Výsledkem simulace je aktualizovaná mapa rozložení kontaminace v podzemí, která tvoří podklad k výběru vhodných čerpacích a vtláčecích míst pro následující časový krok.
Výsledné údaje modelové simulace jsou porovnávány s teoretickými předpoklady a znalostmi o fungování sanačních technologií, chemických reakcí atd. V případě nedostatečné shody je proces vrácen do optimalizačního systému s požadavkem na prověření příslušného parametru. Simulace probíhá s časovým krokem jeden rok, dokud není dosaženo PCPS pro cenomanskou zvodeň.
Výsledky zpracovaných variant jsou dokumentovány a vyhodnocovány pomocí map, grafů, tabulek ad. Výsledky jednotlivých variant jsou navzájem porovnávány ve sledovaných parametrech.
Sledovanými parametry jsou zejména:
• doba trvání sanace,
• celkové náklady,
• množství produktů sanace určených k uložení na odkališti,
• množství komerčně využitelných produktů sanace,
• spotřeba chemikálií při úpravě ZTR,
• efektivnost využití sanačních technologií,
• množství vod vypouštěných do vodoteče,
• konečné rozložení kontaminace na ložisku Stráž.
