RENING AV KVÄVEHALTIGT GRUVVATTEN Seth Mueller (Jan-Eric Sundkvist, Paul Kruger) 1
BOLIDEN TEKNIK I FOKUS Teknik är nyckeln till Bolidens framgång som företag (1924-2014) Samarbeta med utrustningsleverantörer Forskning i samarbete med universitet och i EU- projekt Först i Sverige med en Fentonprocess för rening av tiosalter i processvatten Ett av de första gruvföretag att installera kväverening i Sverige Filosofin är att utveckla / välja teknik efter behovet 2
ÖSTERSJÖN Vattendirektivet: Ett EU-direktiv som syftar till att förhindra att övergödning, försurning, översvämningar och andra problem inte ska ställa till större skador än att naturen kan läka sig själv Övervakas av Vattenmyndigheterna, vilket är delar av Länsstyrelsen i olika län 3
SPRÄNGÄMNE Sprängmedel som kommersiellt används i gruvor är ammoniumnitrat baserat Vid sprängning finns rester av sprängmedel kvar efter detonation, ca 5-10%, resterande blir kväveföreningar i gasform, främst som N 2. Odetonerat sprängmedel hamnar dels i gruvvattnet vid dammbekämpning, som innebär att man spolar vatten på salvan, dels i malmen som transporteras till anrikningsverket. 4
VATTENKVALITÉN Gruvvattenkvalitén kan variera otrolig mycket från ett området till ett annat Utsläppsvillkor kan också variera kraftig från ett området till ett annat pga. lokala faktorer Det finns ingen generisk lösning för alla gruvvatten Ofta utvecklar/utvärderar Boliden nya reningstekniker för att säkerställa att de krav som ställs kan uppnås 5
KVÄVEUTSLÄPP FRÅN BOLIDENS ANLÄGGNINGAR År Kväve (tonn) Brutet berg (Ktonn) Kväve kg/ktonn brutet berg 2009 94 54343 1,72 2010 102 60228 1,69 2011 90 63487 1,41 2012 135 79733 1,69 2013 124 81089 1,53 Mål: Bibehålla kemiskt status i våra recipienter när vi inför processförändringar, expanderar produktion etc. Kväveprojekt status: Garpenberg: idrift Aitik: Idéstudie och labbförsök på konventionelteknik, DS labbförsök pågår Kankberg: labbförsök utförda, förprojekt 6
ALTERNATIV FÖR KVÄVERENING Bakteriella nitrifikations- och denitrifikationsprocesser, första val Aktivt slam (faller ofta på att den är väldigt energi- och utrymmeskrävande) Fastfilmsteknik (en variant som kallas Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR, första val, kompakt och kostnadseffektiv) Ammoniakstrippning (temp och phberoende, ekonomiskt ohållbart) Jonbytesfilter (passande för små anläggningar) Kemisk (utfällning av struvit (MgNH 4 PO 4 ), främst för fosfatrening) 7
GARPENBERGSPROJEKTET Målet är att rena uppfordrat gruvvatten som innehåller ca 40 mg Ntot/L, till 2 mg Ntot/l kväve för att klara miljövillkoret på max 10 mg N tot /liter i utsläppsvatten till recipienten MBBR-teknik blev processvalet; stabil process (biofilm) och liten footprint för anläggningen. Anläggning designad för både nitrifikation och de-nitrifikation. Utredningar inkluderade provtagning (gruvvatten och utskov) under ett helt år plus de-nitrifikationsförsök i en pilotanläggning för att säkerställa att vattnet inte är toxiskt. Utredningar började i 2011 och anläggning togs i drift under första hälften av 2014 8
NYA INNOVATIONER (DS-KULTUREN) Vatten från våra gruvor och anrikningsverk innehåller förutom kväveföreningar ofta även tiosalter som tiosulfat (S 2 O 3 ) och tetrationat (S 4 O 6 ). Det har visat sig att det finns sk. autotrofa bakteriekulturer som kan nyttja tiosalter som reduktionsmedel vid de-nitrifikation. Dessa kulturer kan även nyttja löst syre (D.O) för oxidation av tiosalter. Anaerob biooxidation (ph 6.5-7.5, Thiobacillus Denitrificans) 5 S 2 0 3 + 8 NO 3- + H 2 0 ==> 10 S0 4 + 4 N 2 + 2 H + (ingen tillväxt) 0.844 S 2 O 3 + NO 3- + 0.347 CO 2 + 0.0865 CO 3 + 0.0865 NH 4+ + 0.434 H 2 O ==> 0.0865 C 5 H 7 O 2 N + 0.5 N 2 + 1.689 SO 4 + 0.697 H + (vid tillväxt) Aerob biooxidation (ph 6.5-7.5, Thiobacillus Denitrificans) S 2 O 3 + 2 O 2 + H 2 O 2 SO 4 + 2 H + (ingen tillväxt) 9
BOLIDENS PROCESS Boliden har i egen regi utvecklat en process där man i ett steg kan reducera både kväve- och tiosaltinnehållet i de fall då det föreligger ett stökiometriskt överskott av tiosalter. För att få processen att fungera krävs en väl balanserad syretillförsel. En för låg tillförsel av syre kan innebära höga resthalter av tiosalter. En alltför stor tillförsel av syre innebär att denitrifikationen upphör medan tiosaltoxidation blir mer eller mindre fullständig. Boliden har nyligen fått ett patent beviljat på processen. 10
PILOTREAKTOR PILOT REAKTOR 11
RESULTAT: KONTINUERLIGA PILOTFÖRSÖK Reaktorvolym: 500 liter Fyllnadsgrad biofilmbärare: 60 % Typ av biofilmbärare: Anox-Kaldnes K1 Balanserad luftning Obalanserad luftning (underskott på O 2 ) 12
FÖRDELAR MED DEN NYA TEKNIKEN Några fördelar relativt konventionella metoder. Både de-nitrifikation och oxidation av tiosalter kan göras i ett steg. Större upptag av ammoniumkväve än vid konventionell de-nitrifikation indikerat då även oxidationen av tiosulfatöverskottet genererar biomassa. Krävs endast luft (eller annan syrekälla) och en koldioxidkälla (alt. CO 2, NaHCO 3, Na 2 CO 3, CaCO 3 ) som tillsats. Ev. P-tillsats i vissa fall. Miljöfördel. Inga organiska tillsatser krävs (ex.vis. metanol, etanol, acetat). Miljöfördel. Sker vid neutralt ph. Innebär att processen är mindre känslig för metaller, fluor etc. i jämförelse med en bakteriell tiosaltoxidation som sker vid lågt ph De-nitrifikation kan utföras effektivare vid lägre temperatur än vid konventionella metoder med organiska reduktionsmedel och kolkällor. Den autotrofa kulturen som vi använder tycks vara psykrotolerant alternativt psykrofil. Totalt lägre drifts och investeringskostnad. Genom MBBR teknik krävs endast en reaktor. 13
Pilotkörning vid Hötjärnsmagasinet Bioreaktorkur 14
SAMMANFATTNING Det finns inga generiska lösningar som passar alla vattenkvalitéer, bästa lösningen är fallspecifik Trycket på miljön ökar med befolkningsökningen Miljökraven kommer att öka. Rent vatten bristvara i framtiden? Stort behov av nya vattenreningsprocesser som både är robusta och kostnadseffektiva Boliden som företag har satt upp mål som innebär att man skall minska sina metall- och kväveutsläpp till givna nivåer 15
Tack så mycket Har ni frågor? 16