Kväverening i en bioreaktor vid Malmberget. Roger B. Herbert Institutionen för geovetenskaper Uppsala universitet

Transkript

1 Kväverening i en bireaktr vid Malmberget Rger B. Herbert Institutinen för gevetenskaper Uppsala universitet

2 Varför kväve? Ammniumnitratemulsiner används av den svenska gruvindustrin Icke detnerade sprängämnen ch spill är källr till vattenlösliga rester (ammnium, nitrat) i: Dränering från tunnlar ch gråbergshögar Grundvatten från gruvan, används sm prcessvatten i anrikningen Risker för txiska effekter från vissa kvävefrmer (ammniak ch nitrit) i ytvattenrecipienter, samt övergödning i kvävebegränsade akvatiska system Relevanta frmer: Nitrat, NO 3 - Nitrit, NO 2 - Ammnium, NH 4 + Ammniak, NH 3 Kvävgas, N 2

3 Dagens föredrag Kväverening i en piltskalig anläggning Fältplatsen i Malmberget Bireaktrbygge ch drift Resultat Lärdmar ch framtida planer

4 Kväverening från dräneringsvatten På grund av sin txicitet är ammniakbildning av str betydelse, men höga nitrathalter förekmmer i gruvmiljöer ch brde åtgärdas Både nitrit- ch nitrathalter kan minskas genm att skapa förutsättningar för denitrifikatin 4NO3 5CH 2O 2N2( g) 4HCO3 H2CO2 2H2O Under jämförbara gekemiska förhållanden kan anaerbt ammniumxidatin anammx ske: NH 4 NO2 N2( g) 2H2O Reaktinskinetik viktig!

5 Bireaktrinstallatin VINNOVA-prjekt; samarbete med Bliden ch LKAB; Malmberget valdes sm fältplats I 2010 byggdes en piltskalig bireaktr för att minska nitrathalter i gruvlakvatten med hjälp av denitrifikatin. Första resultat i Syftet med prjektet: bestämma denitrifikatinshastigheter sm kan uppnås under relevanta förehållanden (d.v.s hydrauliska uppehållstider, gekemiska förhållanden, temperatur) Begränsningar: ska användas för att hantera kväveutsläpp nära källan, ht spts Passivsanering, eller så passivt sm möjligt Inte ett nytt kncept men några utmaningar, främst låga temperaturer i nrra Sverige

6 Malmberget järnmalmsgruva, LKAB N, årsmedeltemperatur -0.6 C

7 Sand- ch klarningsmagasinen Utflödet till Linaälven Bireaktr Enir.se Grundvattenavsänkning i gruvan prducerar vatten till anriknings- ch pelletsverken Utflödet till Linaälven från 0 till >10,000 m 3 /day NO 3 - = mg N L -1 NH 4 + = mg N L -1

8 Bireaktrknstruktin 9m x 2m x 1.5m med inre väggar. Reaktivblandning: bergkrss + sågspån (2:1) + avlppsslam. Ny blandning i juni Anaerb miljö skapas för denitrifikatin

9 Sammanfattning från 2011 Inflödet ~ 5 m 3 /d Tidiga resultat visade att en extra klkälla behövdes för att uppnå en hög kväverening: 5CH COO 3 8NO 4N 2 g 3H 10HCO 4H Med en acetattillsats uppnåddes en nitratrening på >95% ch nitrithalter reducerades till under detektinsgränsen O

10 Temperatur 2012 driftsperid Dygnsmedeltemperatur i bireaktrn (termistrer T1, T3) ch i luften (termistr T5) för 2011 ch 2012

11 Nitrat Flw I ch II: NO 3 - under detektinsgränsen Flw III: delvis reduktin I nitrat, främst när acetattillsatsen avbryts Hydrauliska prblem vid slutet av driftsperiden 2012 driftsperid, börjar 21 juni Flw I, II ch III visar flödet med 5.4, 10.8, and 14.4 m 3 d -1. Mtsvarar hydrauliska uppehållstider på 40 h, 21 h, 8.5 h Gröna markeringar: acetattillsatsen avbröts tillfälligt

12 Nitrit Flw I and II: endast låga NO 2 - halter Flw III: NO 2 - prduceras, d.v.s icke fullständig reduktin av nitrat till N 2 Nitrittppar efter acetattillsatsen återställs, men sedan minskning I nitrithalten En lättillänglig klkälla behövs för en väsentlig nitritreduktin vid höga flöden

13 Ammnium Flw I: ammnium lakas från färsk avlppsslam Flw II: mest låga NH 4+ - halter Flw III: mindre effektiv rening av ammnium. Allmänt högre NH 4+ -halter när NO 2 - -halter är låga Bevis för anammx?

14 Alkalinitet ch TOC Flw III g 5CH3COO 8NO3 3H 4N2 10HCO3 4H2O

15 Lärdmar ch framtida planer Effektiv rening av nitrat, nitrit ch ammnium vid acetattillsats ch flöden < 11 m 3 /d Vid högre flöden sker en ökning i kanalbildning ch minskning i permeabilitet 33% ökning i flöde ger ca 60% minskning i hydraulisk uppehållstid (visas med spårsämnesförsök) Bireaktrdesign bidrar till kanalbildning, vilket bidrar till fullständig nitrat- ch nitritreduktin Bifilmtillväxt eller materialförflyttningar kan leda till permeabilitetsminskningar : Nytt VINNOVA-prjekt med bireaktr i Kiruna Ny design: under markytan, islerad, minimera kanalbildning Nytt material: träflis, inte sågspån Fastfälla uppehållstider utan acetattillsats för fullständig rening

16 Tack för uppmärksamheten!