Kväverening i en bireaktr vid Malmberget Rger B. Herbert Institutinen för gevetenskaper Uppsala universitet
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
Dagens föredrag Kväverening i en piltskalig anläggning Fältplatsen i Malmberget Bireaktrbygge ch drift Resultat Lärdmar ch framtida planer
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!
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 2011. 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
Malmberget järnmalmsgruva, LKAB 67 13 N, årsmedeltemperatur -0.6 C
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 - = 10 60 mg N L -1 NH 4 + = 0.5 2 mg N L -1
Bireaktrknstruktin 9m x 2m x 1.5m med inre väggar. Reaktivblandning: bergkrss + sågspån (2:1) + avlppsslam. Ny blandning i juni 2012. Anaerb miljö skapas för denitrifikatin
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 3 3 2 O
Temperatur 2012 driftsperid Dygnsmedeltemperatur i bireaktrn (termistrer T1, T3) ch i luften (termistr T5) för 2011 ch 2012
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 2012. 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
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
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?
Alkalinitet ch TOC Flw III g 5CH3COO 8NO3 3H 4N2 10HCO3 4H2O
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 2013 2016: 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
Tack för uppmärksamheten!