Behandling av lakvatten med hjälp av sulfatreducerande bakterier RVF Utveckling 23:5 ISSN 113-492 RVF Utveckling
RVF Utveckling 23:5 ISSN 113-492 RVF Service AB Tryck: Daleke Grafiska 23 Upplaga: 1 ex
FÖRORD Avfall som deponeras innehåller tungmetaller. Dessa tungmetaller riskerar att spridas via lakvatten. I dagens deponier binds oftast tungmetallerna som metallsulfider i deponin. Nya deponier kommer troligen inte att innehålla något biologiskt nedbrytbart avfall. Det innebär att deponierna troligen kommer att befinna sig i ett aerobt tillstånd. Tungmetallerna kommer därför inte att fastna i deponin lika lätt. En metod att då rena lakvattnet från tungmetaller kan vara att använda sulfatreducerande bakterier (SRB). På sikt kan man till och med tänka sig att återvinna metallerna ur de erhållna fällningarna. Projektet har genomförts av Renova AB. Författare till rapporten är Anna Möller och Ulrika Welander Avd. för Bioteknik, Kemicentrum vid Lunds Tekniska Högskola samt Anna Hedman, Renova AB. Malmö i maj 23 Anders Assarsson Ordf. RVFs Utvecklingskommitté Weine Wiqvist VD RVF 1
INNEHÅLLSFÖRTECKNING Förord...1 Innehållsförteckning...2 Sammanfattning...3 Inledning...4 Beskrivning av avfallsupplagen och de olika lakvattenflödena...5 Utförande...5 Metallanalyser...5 Sulfidproduktion...6 Satsvisa försök...7 ph och uppehållstid...7 Me:Sulfid-förhållandet...8 Kontinuerliga försök...8 Resultat och diskussion...9 Sulfidproduktion...9 Satsvisa försök...1 ph och uppehållstid...1 Me:Sulfid-förhållandet...1 Kontinuerliga försök...11 Slutsatser...13 Råd till den som funderar på att använda en process med sulfat-reducerande bakterier för rening av lakvatten...14 Referenser...15 Bilaga 1. Satsvisa försök: ph och uppehållstid...16 Bilaga 2. Koncentrationerna av de olika metallerna i de fyra lakvattnen under de kontinuerliga försöken....17 2
SAMMANFATTNING Fyra lakvatten från Renova AB:s deponier Tagene och Torsviken i Göteborg har använts i projektet Behandling av lakvatten med hjälp av sulfatreducerande bakterier. Tre av lakvattnen kom från Tagene (L2, L3 och L4) och ett från Torsviken (T). Projektets syfte var att undersöka möjligheterna att använda sulfatreducerande bakterier (SRB) för att rena dessa vatten med avseende på tungmetaller. De metaller som studerades var Pb, Cu, Cr, Cd, As (en halvmetall), Hg, Ni och Zn. Satsvisa såväl som kontinuerliga försök har genomförts i syfte att undersöka vilka parametrar som har betydelse för processens effektivitet. I de kontinuerliga försöken studerades biofilmsprocesser då dessa är mer tåliga mot giftiga ämnen än de processer som använder suspenderat slam. De satsvisa försöken, i vilka sulfidlösning och lakvatten blandades i provrör, indikerade att fällningen sker relativt snabbt. Ingen markant minskning av metallkoncentrationerna erhölls när försöken fick stå en vecka i jämförelse med de försök som bröts efter ett dygn. Det kontinuerliga försöket med lakvatten från Torsviken visade dock en klar trend för fällningen av Cd, Cu och Zn. Koncentrationerna av dessa metaller minskade markant mellan varje provpunkt vilket visar att fällningen av dessa metaller i detta lakvatten var klart uppehållstidsberoende. Ett satsvist försök med olika metall-sulfidförhållanden visade att Cu och Cd fälldes bäst när mängden sulfid ökade upp till en viss nivå. Ingen skillnad erhölls dock när kvoten ändrades från 1:45 till 1:89. Ett av lakvattnen från Tagene användes i försöket. Resultat från satsvisa försök med olika ph-värden (ph 3, lakvattnets ursprungliga ph som var ca 7, samt ph 9) visade att Cu i de flesta fall fälldes bäst vid ph 3 medan Cr, As, Cd och Zn fälldes bäst vid ph 9. Inget tydligt ph-beroende kunde urskiljas för fällningen av Hg och Ni. Fällningen av Pb gav svårtolkade resultat med avseende på ph-beroendet. Resultaten från de kontinuerliga försöken visade att fällningen fungerade bäst för lakvattnen L2 och T. Bäst resultat erhölls för Cu och Cd medan Cr var den mest svårfällda metallen. Försöken gav lovande resultat dock måste varje lakvatten studeras individuellt då resultaten varierade beroende på vilket lakvatten som studerades i försöken. 3
INLEDNING Avfall som deponeras innehåller stora mängder tungmetaller. Dessa metaller lakas och sprids med lakvattnet till det reningsverk där det skall renas eller ut i naturen. Den vanligaste reningsmetoden för kommunala lakvatten i Sverige är sambehandling med kommunala avloppsvatten. Det pågår dock diskussioner om hur effektiv reningsprocessen i de kommunala avloppsvattenreningsverken är när det gäller att rena lakvatten. Ett problem är risken för att tungmetaller som kommer från lakvattnet ackumuleras i slammet på reningsverket. Detta medför att det blir svårt för reningsverken att få avsättning för det överskottsslam som bildas. Lakvatten bör därför renas i lokala behandlingsanläggningar. Den traditionella metoden för att avlägsna tungmetaller från förorenat vatten är att höja ph så att metallerna faller som hydroxider och oxider. Metallsulfider är dock oftast mer svårlösliga än motsvarande hydroxid och oxid. Genom att använda sulfid kan ett bredare ph-intervall utnyttjas eftersom sulfiderna kan falla även vid lägre ph. Vidare är det mindre risk för utlakning av metallerna ur sulfidfällning under både oxiderande och icke-oxiderande förhållanden (Hammack et al. 1992, Kolmert 1999). Ett sätt att minska koncentrationerna av tungmetaller i lakvattnet skulle därför kunna vara att använda sulfatreducerande bakterier (SRB). Dessa bakterier reducerar sulfat till sulfid, reaktion 1. Metallerna fälls sedan som svårlösliga metallsulfider, reaktion 2. 2<CH2O> + SO4 2- H2S+ 2HCO3 3- (1) <CH2O> står för en kolkälla Me 2+ + S 2- MeS (2) Me 2+ står för en tvåvärd metalljon och MeS för metallsulfid. Vattnet bör luftas efter det att fällningen avlägsnats i syfte att oxidera överskottssulfid då sulfid är en giftig substans. Syftet med detta projekt var att studera potentialen för rening av lakvatten från kommunala deponier med hjälp av SRB. I de flesta studier som gjorts tidigare har man använt förorenade vatten med betydligt högre metallkoncentrationer än de som normalt finns i lakvatten från svenska kommunala avfallsupplag. En väsentlig andel av tungmetallerna är dessutom bunden till små partiklar (kolloider) eller i komplex vilket påverkar resultaten (Gounaris et al. 1993, Christensen et al. 21). Fördelningen mellan de olika formerna är olika för olika metaller och varierar mellan olika lakvatten (Christensen et al. 21). Lakvatten från Renovas deponier Torsviken och Tagene i Göteborg användes i laboratorieförsöken. Lakvatten togs från tre olika punkter vid Tagene (lakvattnen benämns i fortsättningen L2, L3 och L4) och från en punkt vid Torsviken (T). En fördel med att använda biologiskt producerad sulfid i jämförelse med en kemiskt framställd sulfid är att fällningen ofta blir lättare att separera. Den bildade 4
metallsulfiden kan fällas ut på t.ex. döda mikroorganismer som lämnar reaktorn. Detta förbättrar fällningen så att den blir lättare att avskilja från vätskefasen (Kolmert 1999). Processer som bygger på biofilmskonceptet har använts i försöken. I dessa processer växer mikroorganismerna på ett bärarmaterial till skillnad från t.ex. luftade dammar och den traditionella aktivslamprocessen i vilka mikroorganismerna är suspenderade i vattenfasen. Biofilmsprocesser är mer tåliga mot förgiftning av toxiska ämnen än de processer som bygger på suspenderat slam vilket är en fördel då sulfid är en giftig substans. BESKRIVNING AV AVFALLSUPPLAGEN OCH DE OLIKA LAKVATTENFLÖDENA Vid Tagene avfallsupplag deponeras framförallt stabiliserad flygaska och slagg från avfallskraftvärmeverket i Sävenäs men även energiaskor, gallerrens från avloppsreningsverk, asbest, industrislam och en del annat icke brännbart avfall. Brännbart avfall deponeras i händelse av haveri på Sävenäs. L2 är det största lakvattenflödet vid Tagene och kommer från deponins södra del. Vattnet är starkt färgat och starkt grumligt. En tidigare studie har påvisat en giftighet från metaller men denna reduceras delvis tack vare vattnets hårdhet samt närvaron av humus (Fjällborg 1999). Koppar är t.ex. huvudsakligen giftigt i sin jonform, och inte då metallen är bunden till partiklar (Hedman 1999). Lakvattnet L3 kommer från deponins norra del och det innehåller en hel del rent ytvatten vilket har en utspädande effekt. L3 har tidigare bedömts som Tagenes minst förorenade lakvatten. Vattnet är liksom L2 starkt färgat och starkt grumligt. Inom området finns slamlaguner i vilka kalkat slam har deponerats (Hedman 1999). L4-flödet samlas upp i ledningar inom ett begränsat område av deponin under den nuvarande placeringen av virkesupplag och slaggsorteringen. Flödet är det enda av Tagenes lakvatten som inte har någon inblandning av vatten från öppna diken vilket gör att vattnet inte späds (Hedman 1999). Misstankar finns om att hushållsavfall eller annat avfall innehållande mycket organiskt material har deponerats i området som dräneras i L4 (Hedman 1999). Deponin vid Torsviken har under 2 år använts för deponering av farligt avfall och särskilt byggavfall men är sedan 1 januari 1999 stängd. Exempel på avfallsslagg som deponerats på Torsviken är metallhydroxidslam, färgslam från sprutboxar, stora mängder oljeslam från tankrengöring samt förorenade jordmassor. UTFÖRANDE Metallanalyser Metallerna analyserades med ICP-MS. 5
Sulfidproduktion Två olika biofilmsprocesser med olika design studerades med avseende på sulfidproduktion. Den ena var en packadbäddprocess, figur 1. Ett specialdesignat bärarmaterial av plast (Kaldnes K1, Kaldnes Miljøteknolgi, Tønsberg, Norge) packades i två olika reaktorer. Reaktorerna ympades med en ymp bestående av Desulfovibrio-bakterier. Ett medium innehållande natriumlaktat (ett salt av mjölksyra) och olika oorganiska salter pumpades in i reaktorerna (Kolmert 1999). Mediet blandades på laboratoriet. Dess sammansättning är framtagen för att säkerställa mikroorganismernas behov av olika näringsämnen och spårmetaller och kan användas generellt för sulfatreducerande bakterier. Utloppet från reaktorerna analyserades med avseende på sulfid enligt en metod beskriven av Cord-Ruwisch (1985). Två olika packadbäddreaktorer (reaktor A och B) startades i syfte att säkerställa en kontinuerlig drift om problem med någon av reaktorerna skulle uppstå. Vätskevolymen i reaktor A var cirka 7 ml och i reaktor B 5 ml. Den andra processen bygger på konceptet med suspenderade bärare. Samma bärare och medium som i packadbäddprocessen användes. Bärarna hölls dock i rörelse i reaktorn med hjälp av en omrörare, figur 2. Packadbäddreaktorerna användes för fällningsförsöken. Reaktor A användes för det kontinuerliga försöket med lakvatten L2 medan reaktor B användes för övriga kontinuerliga försök. lakvatten recirkulering sedimentering sulfat,fosfat,kol källa luftningssteg pump bärarmaterial Figur 1. En skiss över en packadbäddprocess. Luftningssteget är till för att oxidera överskottssulfid. 6
kolkälla,fosfat, sulfat lakvatten utlopp bärare omrörare Mixningssteg sedimentering luftningssteg Figur 2. En skiss över suspenderadbärarprocessen. Luftningssteget är till för att oxidera överskottssulfid. Satsvisa försök Satsvisa försök genomfördes för att undersöka effekten av lakvattnets ph-värde, sulfid-metallförhållandet och uppehållstiden på fällningen av olika metaller. De metaller som studerades var Hg, As, Cr, Cd, Cu, Zn, Ni och Pb. Försöken genomfördes i syratvättade provrör av plast. Sulfidlösning från en av reaktorerna filtrerades och blandades med respektive lakvatten och blandningen fick stå under en förutbestämd tid. Proverna filtrerades och fällningen avbröts genom tillsats av väteperoxid. Väteperoxiden oxiderar överskottet av sulfid. ph och uppehållstid Tre olika ph-värden studerades, ph 3, det ph som lakvattnet hade från början samt ph 9. ph ställdes i lakvattnen med salpetersyra (extra ren, suprapur) respektive kaliumhydroxid innan de blandades med sulfidlösningen. Alla fyra lakvattnen användes i försöket. Eftersträvat metall-sulfidförhållande var 1:1 men pga skillnader i sulfidhalter varierade det verkliga förhållandet något, tabell 1. Tabell 1. Lakvattnets ursprungliga ph samt verkligt Me:Sulfid- förhållande. Lakvatten ph (ursprungligt) Me:Sulfidförhållande L2 7,32 17 L3 6,89 12 L4 7,6 11 T 6,94 9 Hälften av försöken avbröts efter ett dygn och resten efter en vecka. 7
Me:Sulfid-förhållandet Metall-sulfidförhållandet beräknades genom att den totala metallkoncentrationen (summan av koncentrationerna av samtliga studerade metaller i lakvattnet) dividerades med koncentrationen sulfid. Enheten mol/l användes vid beräkningarna. En mol per liter motsvarar 6,23*1 23 atomer per liter. Enheten är av betydelse då förhållandet beräknat på ovanstående sätt ger en uppskattning av antalet sulfidjoner per metalljon. Lakvatten L2 med oförändrat ph-värde (7,32) användes för försöket. Målet var att studera följande metall-sulfidförhållanden 1:1, 1:1, 1:2, 1:5 respektive 1:1. De verkliga förhållandena blev 1:1, 1:9, 1:17, 1:45 och 1:89. Försöken avbröts efter 2,5 dygn. Metall-sulfidförhållandet kan teoretiskt ha betydelse, se reaktion 2 i inledningen. En ökad sulfidkoncentration skulle kunna göra att reaktionen förskjuts åt höger och att en större mängd metaller kan avskiljas i form av metallsulfider. Kontinuerliga försök Reaktorutflödet och lakvattnet blandades kontinuerligt i en plastflaska som fyllts med livsmedelsgas (2% koldioxid, 8% kvävgas) i syfte att skapa en syrefri miljö, figur 1. Prov togs efter fällningsflaskan. Vid försöket med lakvatten L4 byggdes systemet ut i syfte att undersöka uppehållstidens inverkan på fällningen. Lakvatten/sulfid-blandningen fick passera ytterligare två flaskor efter fällningssteget. Prov togs efter varje flaska. Uppehållstiderna i de olika punkterna var 3,1, 6,1 och 12,3 timmar. Vid försöket med lakvatten T utökades fällningssystemet med ytterligare tre flaskor. De olika flaskorna motsvarade då uppehållstiderna 6,5, 12,9, 19,4, 25,8, 38,8 och 51,7 timmar. En sammanställning av processparametrar redovisas i tabell 2. Laktat användes som kolkälla i försöken. Kontinuerliga försök har också utförts i biofilmsreaktorer med ett polymert substrat. Syftet med dessa försök var att jämföra kapaciteten med avseende på sulfidproduktionen hos dessa reaktorer med reaktorer som matats med laktat. Tabell 2. Processdata från de kontinuerliga fällningsförsöken. ph sulfidlösning ph lakvatten Flödeshastighet Sulfidlösning Flödeshastighet Lakvatten Uppehållstid (timmar) Me:S (ml/min) (ml/min) L2 6,7 7,3,19 3, 2,6 1:1 L3 6,8 6,9,14 3,7 2,2 1:114 L4 6,8 7,6,14 2,6 3,1 1:75 T 6,7 6,9,13 1,2 6,5 1:62 8
RESULTAT OCH DISKUSSION I tabell 3 återfinns data för de olika lakvattnen. Tabell 3. Koncentrationer av metaller och COD i obehandlade lakvatten. Alla koncentrationer är angivna i enheten µg/l förutom COD-koncentrationerna som är angivna i mg/l. ph COD As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L2 7,32 373 16,54 1,79 18,89 117 1,14 3,25 3,11 159,5 L3 6,89 81,4 2,31,26 14,81 48,2,3 26,17 2,19 88,52 L4 7,6 464 29,51,67 45,93 18,6 3,15 7,37 1,28 129,3 T 6,94 88,4 1,99 2,73 8,77 16,7,41 27,53,49 1146 Sulfidproduktion Ingen väsentlig skillnad med avseende på sulfidproduktionen erhölls mellan suspenderadbärarprocessen och packadbäddprocessen. Packadbäddprocessen valdes därför för fortsatta studier då denna inte kräver omrörning. Detta kan vara en fördel eftersom SRB är anaeroba organismer som är känsliga för syretillförsel. Dessutom undviks de slitage problem och extra höga energikostnader som rörliga delar medför. Packadbäddreaktorerna kördes kontinuerligt under 5 månader. I figur 3 visas ett typiskt exempel på hur sulfidkoncentrationen ut från reaktor B varierade med tiden under experimenten. Sulfidkoncentrationen låg normalt mellan 6 och 8 mm vilket motsvarar cirka 19 till 26 mg/l. sulfidkoncentration (mm) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 tid (dag) Figur 3. Sulfidkoncentrationen ut från reaktor B som funktion av tiden. Försöken med det polymera substratet visade att det effektivt kan användas för sulfatreduktion. Kapaciteten hos dessa reaktorer med avseende på sulfidproduktion var jämförbar med kapaciteten hos reaktorer som matats med natriumlaktat. 9
Dock måste ytterligare försök utföras i större skala i syfte att utreda hur dessa reaktorer fungerar vid en verklig driftssituation. Flödet genom reaktorerna var,2 ml/min vilket gav en uppehållstid på cirka 57 timmar. Det är rimligt att anta att en reaktor i större skala kan ge ungefär samma koncentration sulfid som laboratoriereaktorerna (19 till 26 mg/l) under förutsättning att uppehållstiden hålls konstant. Försök måste dock utföras i pilotskala under realistiska förhållanden t.ex. låg temperatur för att säkra resultat skall kunna erhållas. Satsvisa försök ph och uppehållstid Resultaten från försöket med olika ph-värden och uppehållstid redovisas i figurer i bilaga 1. Generellt kan sägas att resultaten efter ett dygn och en vecka är relativt lika vilket tyder på att fällningen sker snabbt. Bäst resultat för Cu erhölls i de flesta fall vid ph 3 medan As-, Cd- och Zn-koncentrationerna minskade mest vid ph 9. Vid några tillfällen ökade vissa metallkoncentrationer efter fällningen vilket inte är lätt att förklara. En del av förklaringen skulle kunna vara att andelen tungmetaller som sitter bunden till små partiklar (kolloider) i lakvattnet ofta är betydande (Gounaris et al. 1993, Christensen et al. 21). Detta gör provtagningen problematisk då mängden kolloider i det uttagna provet kraftigt kan påverka metallkoncentrationen. Dessutom kan fällningen med sulfid påverkas av att metallen redan sitter bunden i komplex. Denna teori stöds av att Pb som har visat sig bilda stabila komplex tillsammans med humussyror är den metall som har ökat i koncentration vid flest tillfällen (Harmsen 1983). Me:Sulfid-förhållandet Försöket med olika metall-sulfidförhållanden visade att Cu och Cd fälldes betydligt effektivare vid högre sulfidkoncentrationer, figur 4. För övriga metaller kunde inga tydliga trender urskiljas. 1
Cd-koncentration (µg/l) 1,8 1,6 1,4 1,2 1,,8,6,4,2 - L2 1:1 1:9 1:17 1:45 1:89 12, 1, 8, 6, 4, 2,, Cu-koncentration (µg/l) Cd Cu Me:S förhållande Figur 4. Cd- och Cu-koncentrationerna som funktion av Me:Sulfid- förhållandet. Lakvatten L2 användes vid försöket. Provpunkt L2 visar det obehandlade lakvattnets Cd- och Cukoncentrationer. Kontinuerliga försök Resultaten varierade beroende på vilket lakvatten som studerades, figur 5 och 6 samt bilaga 2. Bäst fungerade fällningen för lakvattnen L2 och T medan metoden fungerade sämst för lakvatten L4. I vissa fall ökade koncentrationen av några metaller. Generellt kan sägas att koncentrationerna av många av metallerna är relativt låga i de olika lakvattnen vilket innebär att risken för kontaminering inte är obetydlig. Tillsats av t.ex. väteperoxid, eller kaliumhydroxid till proverna medför risk för att metaller tillförs. Väteperoxiden, och basen analyserades därför med avseende på metallinnehåll, tabell 4. Dessutom finns risken att metaller tillförs när de olika salterna tillförs mediet. Utloppen från sulfidreaktorerna analyserades därför med avseende på metaller, tabell 4. Ytterligare ett problem är analysnogrannheten i vissa av de koncentrationsintervall som varit aktuella i denna studie. Tabell 4. Metallkoncentrationerna i väteperoxiden (H2O2), kaliumhydroxiden samt reaktor utflödena. Koncentrationerna är angivna i enheten µg/l. As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn H 2 O 2,89,44 6,377 2,77,129 5,99,287 7,332 KOH,,42 4,23 4,14, 1,55,21 1,7 Reaktorutlopp 2,23,17 46,7 4,83,2 11,4,27 46,9 A Reaktorutlopp B 1,59,24 52,3 4,32,3 11,2,35 45,3 De bästa resultaten erhölls för Cu och Cd medan Cr var den mest svårfällda metallen. Svårigheten att fälla Cr kan eventuellt förklaras av att denna metall inte fälls som metallsulfid. Om Cr förekommer i formen Cr 3+ kan metallen istället fällas som hydroxid (Christensen et al. 21). Vilken form som Cr föreligger i beror på om miljön i vilken metallen befinner sig är reducerande eller oxiderande. Reaktorut- 11
loppen innehöll relativt höga koncentrationer av Cr, Ni och Zn, vilket ytterligare kan påverka resultatet, tabell 4. 8 6 minskning (%) 4 2-2 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L2 L3-4 Figur 5. Procentuell minskning av metallkoncentrationerna i försöken med lakvatten L2 respektive L3. Negativ stapel innebär att metallkoncentrationerna ökade. Resultaten är beräknade som medelvärden av sex provtagningar för lakvatten L2 och åtta provtagningar för lakvatten L3. minskning (%) 1 75 5 25-25 -5-75 -1-125 -15-175 -2 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn T L4 Figur 6. Procentuell minskning av metallkoncentrationerna i försöken med lakvatten T respektive L4. Negativ stapel innebär att metallkoncentrationerna ökade. Resultaten är beräknade som medelvärden av sex provtagningar för lakvatten T och fem provtagningar för lakvatten L4 i den första provtagningspunkten. Ökningarna av Cr, Pb och Hg-koncentrationerna i en del av fallen i figur 5 och 6 är något större än vad som motsvarar en massbalans inkluderande bidraget från 12
reaktorutloppet. Detta beror troligen på analysfel samt lakvattnets komplexitet. (Dess innehåll av små partiklar (kolloider) som kan binda metaller gör provtagningen något komplicerad). Ingen utrustning av glas förekom efter reaktorn vilket minskar risken för ytterligare tillskott av metaller från utrustningen. Försöket med lakvatten T visade att reduktionen av Cd-, Cu- och Znkoncentrationerna ökade med uppehållstiden, figur 7. (Den procentuella minskningen ökade efter varje flaska som vattnet passerat). För övriga metaller kunde ingen tydlig trend urskiljas. Inget uppehållstidsberoende kunde urskiljas i försöket med lakvatten L4 för fällningen av någon av metallerna. 9 85 minskning (%) 8 75 7 65 Cd Cu Zn 6 55 5 1 2 3 4 5 6 provtagningspunkt Figur 7. De procentuella minskningarna av Cd-, Cu- respektive Zn- koncentrationerna är beräknade som medelvärden av fem provtagningar. Provpunkterna motsvarar uppehållstiderna 6,5, 12,9, 19,4, 25,8, 38,8 och 51,7 timmar. Lakvatten T användes i försöket. SLUTSATSER En fördel med den studerade processen är att reaktorvolymen som krävs i de flesta fall är relativt liten. Detta beror på att koncentrationerna av metaller i de flesta lakvatten är låg i jämförelse med de 19 till 26 mg/l sulfid som produceras i processen. Höga sulfid-metallförhållanden kan följaktligen erhållas med en liten volym tillsatt sulfidlösning. Varje lakvatten måste dock studeras separat då variationen i kemisk sammansättning hos olika lakvatten har en avgörande betydelse för resultaten. Lakvattnets innehåll av humusliknande ämnen kan ha betydelse då dessa ämnen binder t.ex. Pb. Dessutom kan olika metaller påverka varandra genom att de samfälls. Resultaten från försöken med det polymera substratet är intressanta då användningen av detta skulle kunna minska driftskostnaderna för processen avsevärt. 13
Det finns en potential för rening av lakvatten med hjälp av SRB. Experimenten visar dock att resultaten varierar relativt mycket från ett lakvatten till ett annat. Fler lakvatten från olika deponier behöver därför studeras i laboratorieskala i syfte att se om resultaten kan kopplas till de typer av avfall som lagts på deponin varifrån lakvattnet kommer. Det vore också mycket intressant att studera processen i pilotskala med avseende på rening av något eller några av de lakvatten som använts i denna studie. I en pilotstudie skulle suspenderadbärarprocessen kunna vara av intresse då lakvattnet kan ledas in direkt i reaktorn. Risken för igensättningar är mindre i denna process än i en packadbädd. Lakvattnets innehåll av spårämnen som mikroorganismerna behöver skulle då utnyttjas vilket skulle kunna minska behovet av tillsatser av olika kemikalier och därmed kostnaderna för processen. En jämförelse med de resultat som erhållits i denna studie under optimala förhållanden med ett väl sammansatt medium är av intresse. För att ge en uppskattning av metodens potential redovisas nedan en beräkning av storleksordningen för en fullskaleprocess för behandling av lakvatten från Torsvikens avfallsupplag. Denna beräkning är osäker då många parametrar spelar in vid en uppskalning av en process. Därför bör en pilotstudie i fält genomföras innan processen byggs i fullskala. Beräkningen bygger på att uppehållstiden i fullskalereaktorn skall vara densamma som i reaktorerna på laboratoriet (ca 2,5 dygn) och att kvoten mellan flödet av lakvatten och sulfidlösning i blandningssteget är samma som i det kontinuerliga laboratorieförsöket (ca 9). Lakvattenflödet var under år 21 31, m 3 /år (85 m 3 /dygn) vilket under ovan gjorda antaganden medför att cirka 9 m 3 /dygn sulfidlösning krävs. Med en uppehållstid på 2,5 dygn ger det en reaktorvolym på ca 23 m 3. RÅD TILL DEN SOM FUNDERAR PÅ ATT ANVÄNDA EN PROCESS MED SULFAT-REDUCERANDE BAKTE- RIER FÖR RENING AV LAKVATTEN Då enbart fyra lakvatten från två olika deponier har studerats hittills kan inga allmänna rekommendationer för hur en reningsprocess ska dimensioneras lämnas. Försök på nya lakvatten bör inledas med nya laboratorieförsök. Vid dessa försök bör en relativt hög metall:sulfid kvot användas för att säkerställa att sulfid finns i tillräcklig omfattning. En kvot mellan 1:5 och 1:1 kan vara en bra utgångspunkt, se figur 4. Systemet skall också ha en relativt lång uppehållstid så att en så effektiv utfällning av metallerna som möjligt säkerställs, se figur 7. I ett första skede studeras fällningen vid lakvattnets ursprungliga ph-värde då det är opraktiskt att behöva ph-reglera vattnet för mycket och det inte är säkert att en ändring av ph-värdet ger någon större förbättring. Jämför t.ex. lakvatten T vid de olika phvärdena som användes i satsvisa försök, bilaga 1. Om laboratorieförsöket ger tillfredställande resultat kan sedan en pilotstudie genomföras. 14
REFERENSER Christensen T.H., Kjeldsen P., Bjerg P.L., Jensen D.L., Christensen J.B., Baun A., Albrechtsen H-J., Heron G. (21) Biogeochemistry of landfill leachate plumes. Appl. Geochem. 16:659-718. Cord-Ruwisch R. (1985) A quick metod for the determination of dissolved and precipitated sulfides in cultures of sulfate-reducing bacteria. J.Microbiol.Meth. 4:33-36. Fjällborg B (1999) Gifter och giftighet i lakvatten. Examensarbete, Avdelningen för miljövetenskaplig programutbildning, Göteborgs Universitet. Gounaris V., Anderson P.R., Holsen T.H. (1993) Characteristics and environmental significance of colloids in landfill leachate. Environ.Sci.Technol. 27:1381-1387. Hammack R.W., Edenborn H.M. (1992) The removal of nickel from mine waters using bacterial sulfate reduction. Appl.Microbiol.Biotechnol. 37:674-678. Harmsen J. (1983) Identification of organic compounds in leachate from a waste tip. Wat.Res. 17:699-75. Hedman A. (1999) Lakvatten Tagene deponi, Renova rapport. Kolmert Å. (1999) Sulfate-reducing bacteria in bioremedition processes. Licentiat avhandling, Avdelningen för Bioteknik, Lunds Universitet. 15
BILAGA 1. SATSVISA FÖRSÖK: PH OCH UPPE- HÅLLSTID Provbeteckningarna anger lakvatten, ph och uppehållstider enligt följande mönster: L23D= lakvatten 2, ph 3 och ett dygns uppehållstid L37V=lakvatten L3, ph 7 och en veckas uppehållstid Enstaka staplar saknas i några av diagrammen. Metallkoncentrationerna minskade i dessa fall med mellan och 1%. Minskning (%) 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L23D L27D L29D Minskning (%) 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 -12 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L23V L27V L29V 8 8 6 6 Minskning (%) 4 2-2 -4 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L33D L37D L39D Minskning (%) 4 2-2 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L33V L37V L39V -6-4 -8-6 1 75 5 Minskning (%) 5-5 -1 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L43D L47D L49D Minskning (%) 25-25 -5-75 -1-125 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn L43V L47V L49V -15-2 -15-175 -2 Minskning (%) 1 8 6 4 2-2 -4-6 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn T3D T7D T9D 16 Minskning (%) 12 1 8 6 4 2 2 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn T3V T7V T9V
BILAGA 2. KONCENTRATIONERNA AV DE OLIKA ME- TALLERNA I DE FYRA LAKVATTNEN UNDER DE KONTINUERLIGA FÖRSÖKEN. 3 Metallkoncetnration (µg/l) 2,5 2 1,5 1,5 As Cd Hg Pb 2 4 6 Mättillfälle Figur 1 Koncentrationerna av As, Cd, Hg och Pb efter fällning av lakvatten T. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. Proverna är tagna i provpunkt 1 vilken motsvarar en uppehållstid på 6,5 timmar. Cr-,Cu-,Ni-koncentration (µg/l) 12 1 8 6 4 2 14 12 1 8 6 4 2 Zn-koncentration (µg/l) Cr Cu Ni Zn 1 2 3 4 5 Mättillfälle Figur 2. Koncentrationerna av Cr, Cu, Ni och Zn efter fällning av lakvatten T. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. Proverna är tagna i provpunkt 1. vilken motsvarar en uppehållstid på 6,5 timmar. 17
Metallhalt (µg/l) 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, 2 4 6 8 Mättillfälle As Cr Ni Pb Figur 3. Koncentrationerna av As, Cr, Ni och Pb efter fällning av lakvatten L2. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. Cu, Zn (µg/l)) 18 16 14 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 Mättillfälle 2, 1,8 1,6 1,4 1,2 1,,8,6,4,2, Cd, Hg (µg/l) Cu Zn Cd Hg Figur 4. Koncentrationerna av Cu,Zn,Cd och Hg efter fällning av lakvatten L2. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. 18
2,5 Metallhalt (µg/l) 2, 1,5 1,,5 As Cd Hg Pb, 2 4 6 8 1 Mättillfälle Figur 5. Koncentrationerna av As, Cd, Hg och Pb efter fällning av lakvatten L3. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. Metallhalt (µg/l) 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, 2 4 6 8 1 Mättillfälle Cr Cu Ni Zn Figur 6. Koncentrationerna av Cr, Cu, Ni och Zn efter fällning av lakvatten L3. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. 19
Metallkoncentration(µg/l) 25 2 15 1 5 As Cr Cu Ni Zn 2 4 6 8 Mättillfälle Figur 7. Koncentrationerna av As, Cr, Cu, Ni och Zn efter fällning av lakvatten L4 Provtagningarna genomfördes normalt en gång om dagen. Mellan provtagningstillfälle 4 och 5 har det dock gått en vecka. Proverna är tagna i provpunkt 1 vilken motsvarar en uppehållstid på 3,1 timmar. Provpunkt visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten. Metallkoncentration (µg/l) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 2 4 6 8 Mättillfälle Cd Hg Pb Figur 8 Koncentrationerna av Cd,Hg och Pb i lakvatten L4 vid de olika mättillfällena. Provtagningsintervall och provpunkt är de samma som i ovanstående figur. 2
Rapporter från RVF 23 23:1 Rening av lakvatten i markbaserade växtsystem. Vägledning vid dimensionering 23:2 Karakterisering av lakvatten med Nitocra Spinipes 23:3 Karakterisering av dioxininnehåll i avfall - en litteratursammanställning (RVF-Rapport) 23:4 Svensk avfallshantering. Statistik 21 (RVF-Rapport) 23:5 Behandling av lakvatten med hjälp av sulfatreducerande bakterier RVF - Svenska Renhållningsverksföreningen och RVF Service AB. Prostgatan 2, 211 25 Malmö. Tel 4-35 66. Fax 4-35 66 26. Hemsida www.rvf.se E-post office@rvf.se