Återställandet av en biologiskt död sjö åtgärder och uppföljning SveMin 6 okt. 2014 Sjön Hornträsket Jacks G 1), Miskovsky K 2), Ragnvaldsson D 2), & Lundkvist A 3) 1) Avd. mark- & vattenteknik, KTH, SE-100 44 Stockholm; 2) Envix Nord, SE-903 62 Umeå; 3) Boliden AB, SE-936 31 Boliden; (gunnjack@kth.se) 1
Hornträskets avrinningsområde Granlunda mine O + O Hornträsk + mine Acid-intermediate metavolcanites Metasediments, sulphidic: pyrite, As-pyrite, sphalerite Basic metavolcanites O Rävlidmyran mine + 1 km Outlet 2
Kvalitativ Me-budget 2006 (J Toivonen pro gradu arbete) Flöde Zn kg/år Cu kg/år Export från sjön (baserat regional avrinning och 6 analyser) Sedimentation (baserat på 15 sedimentprover och regional sedimentation) Hornträskgruvan (avrinning och analys 6 tillfällen) Rävlidmyrgruvan (6 analyser och regional avrinning) Lakning från jordar (skillnad mellan siffrorna ovan) - 9 400-1 400-700 - 100 4 200 1 300 (mest akvatoxiskt) 1000 70 4 900 ~ 100 3
Cu mg/l 160 140 120 100 80 Cu-halt i sjöns utflöde Stängning av gruvan (0.45 mm filter) Vattenavledning Sista provfisket Injektion av mesakalk Sprinkling av mesakalk Borttagning av malm Täckning med morän & vegetationsetablering 60 40 20 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 År (Årligt medelvärde av 6-12 analyser/år) 4
Number of fish per net Fiskförekomst i Hornträsket 8 7 6 5 4 3 Perch White fish Pike 2 1 0 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 Year 5
Hornträskgruvan Nedläggningen 1996 av Hornträskgruvan var mindre lyckad sulfidhaltigt grovt berg bulldosades ned i gruvhålen och täcktes med morän, vilket tillät syrediffussion och kanalisering av vattenflödet genom materialet. Syrediffussion Surt gruvvatten ph ~ 4 6
Reaktioner i sulfidhaltigt mtrl FeS 2 + 3,5 O 2 H 2 O -> Fe 2+ + 2 H + + 2 SO 2-4 Fe 2+ + 0,25 O 2 + H + -> Fe 3+ + 0,5 H 2 O FeS 2 + 14 Fe 3+ + 8 H 2 O -> 15 Fe 2+ + 16 H + + 2 SO 2-4 Zinkblände och blyglans bildar inte aciditet: ZnS + 2 O 2 -> Zn 2+ + SO 2-4 ZnS + H + -> Zn 2+ + HS - 7
Surt Pyritoxidation gruvvatten Pyritoxidation med Acidithiobacillus ferrooxidans är snabbast. Log pyrite ox -9 o oo o o Fe 3+ är oxidant: -10 FeS 2 + 14 Fe 3+ + 8 H 2 O -> 15 Fe 2+ + 16 H + + 2 SO 4 2-3+ Oxidation/mol Fe ~ 1:1-11 oo (Gleisner et al., 2006; Janzen et al., 2000) o -12-6 -4-2 logfe[iii] M 8
Skogsdikning Skogsdikning i stor skala har utförts under 1980-talet med 400 km diken i det 2 30 km stora avrinningsområdet. Detta har orsakat oxidation av sulfider i metasedimenten (svartskiffrar). Medan As stannar i Fe(III)fällningar*, är Zn mera mobil. *(Jacks et al. 2013) 9
Hornträskgruvan, kartskiss N Filled open pit G Filled open pit E Filled open pit O Ore storage P Parking area W Waste rock GK Yellow spring P12 Stream outlet K4 spring discharge K6 K4+ + P K6 Fe-precipitate Hornträsket lake Yellow spring P12 + GK N O E G W 100 m 10 Filled up open pits Sulphidic ore/waste Diversion ditches Catchment limits Road
Avledning av vatten med HDPE* liners F. d. dagbrotten N & G * HDPE = High-Density PolyEthylene 11
12 Injektion av mesa + avloppsslam 5,3 t mesa-kalk + 3,2 t avloppsslam för att neutralisera och fylla upp hålrum Pump Injektionsrör
Sprinkling av mesalösning ph 12.5 13
Surt källsprång: Gula källan ph 4,5 > 20 mg/l Cu ph 4,5 > 20 mg/l Cu 14
Cu ug/l Cu mg/l Neutralisering av ett surt käll- flöde i Gula källan 25000 20000 Höjning av ph med 1.5 enheter kan sänka Cuhalten till ~1/10 15000 10000 5000 0 4,5 5 5,5 6 6,5 ph 15
Sammanfattning Halten som mättes med DGT* provtagare är ca 30 % av den filtrerbara Cu-halten i det diagram som visats tidigare. För att nå under 10 mg/l Cu av biotillgänglig Cu, en halt då faunan i stort sett bör vara återställd behöver vi nå under 30 mg/l total Cu (filtrerbar). Detta har uppnåtts men gädda och sik kan behöva återinplanteras då de tycks vara totalt utdöda. * DGT = Diffusive Gradients in Thin-films 2+ 16
Referenser Baker B, Banfield F (2003) Microbial communities in acid mine drainage. FEMS Microbiology Ecology 44(2): 139-152. Gleisner W, Herbert R B, Kockum P C F (2006) Pyrite oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans at various concentrations of dissolved oxygen. Chemical Geology 225(1-2): 16-29. Jacks G, Slejkovec Z, Mörth M, Bhattacharya P (2013) Redox cycling of arsenic along the water pathways in a metasediment area, N. Sweden. Appl. Geochem. 35: 35-42. Janzen M P, Nicholson R W, Scharer J W (2000) Pyrrhotite reactor kinetics: Reaction rates for oxidation by oxygen, ferric iron and for nonoxidative dissolution. Geochem Cosmochem 64(9): 1511-1522. Svensson U. (1980) Geochemical investigation of minor elements of the principal Precambrian rocks of Västerbotten county, Sweden. Swed. Geol. Survey, Serie C 764.79 pp. Weihed P, Arndt N, Billström K, Duchessne J-C, Eilu P, Papunen H & Lahtinen R. (2006) Precambrian geodynamics and ore formation the Fennoscandian Shield, Ore Geology Reviews 27(1-4):273-322. 17
Erkännanden Vi tackar Länsstyrelsens miljöenhet i Umeå för gott stöd Ett tack också till lokalbefolkningen som visat tålamod trots att det tagit tid att genomföra arbetet Tack för tålmodigt lyssnande!! 18