Kosteikot kaivosvesien puhdistuksessa Maailman vesipäiväseminaari 2018

Transkriptio

1 Kosteikot kaivosvesien puhdistuksessa Maailman vesipäiväseminaari 2018 Anna-Kaisa Ronkanen, Heini Postila, Uzair Khan, Katharina Kujala Vesi- ja ympäristötekniikan tutkimusyksikkö Oulun yliopisto

2 SISÄLTÖ Taustaa yleisesti - Miksi kosteikkoja tai passiivisia ratkaisuja käytetään? - Millaisia ratkaisuja on käytössä? - Mitä niillä on saavutettu? Tilanne Suomessa - Mikä on niiden ensisijainen tavoite ollut? - Millaisia puhdistustuloksia on saavutettu? - Mitkä ovat haasteet? - Vesienkäsittelyn tarve kaivostoiminnan eri vaiheissa Yhteenveto 2 Suomen ilmakuva oy

3 Suomen ympäristökeskus, 2016 Kaivosten vesistökuormitus Vuoden 2015 aineistossa Ni: 25% koko teollisuuden kuormasta As: 33% koko teollisuuden kuormasta Happamat kaivosvedet (Acid Mine Drainage = AMD) aiheuttavat käsittelemättömänä merkittävää luonnon pilaantumista - Maaperän saastuminen - Biodiversiteetin köyhtyminen - Vesien suolaantuminen - Vesistöjen ekologisen tilan huononeminen Vesimäärät ovat merkittäviä etenkin Suomessa Vaikutukset ovat pitkäaikaisia Tyypilliset ominaisuudet - Alhainen ph - Korkea SO Haitta-aineita kuten: As, Sb, Ni, Cu, Zn, Mn jne. 3

4 Kosteikot 1. Suodattavat kiinteän ja partikkelimaisen aineen 4Wendling and Mroueh VTT Technology Kasvit pidättävät juuriin, varsiin ja lehtiin haitta-aineita 3. Haitta-aineet adsorptoituvat tai ioninvaihtoprosessin kautta kiinnittyvät epäorgaanisiin partikkeleihin tai orgaaniseen ainekseen 4. Haitta-aineet neutralisoituvat ja saostuvat bakteerien orgaanisen aineen hajotuksessa muodostuu HCO 3-, H 2 S ja NH 3 5. Saostuminen ja uusien yhdisteiden tuottaminen aerobisten ja anaerobisten bakteerien toimesta Sulfaatin pelkistyminen ja saostuminen yhdessä muiden haitta-aineiden kanssa anaerobisesti

5 Kosteikkoja on käytetty laajasti ja pitkään Jo ennen 1980 lukua mm. Kanadassa Useimmat rakennettuja kosteikkoja - Toiminta voidaan mitoittaa ja säätää Myös luonnonkosteikkoja on käytetty - Haitta-aineiden akkumuloituminen ongelma - Prosesseja vaikea säätää Molemmissa hyödynnetään luonnon prosesseja - Mikrobit, bakteerit, kasvit, sorptio, saostus, sedimentaatio, suotautuminen Suosituin: LAMMIKKOKOSTEIKKO + kasvit - Australia: uraanikaivoksen vedet - Bulgaria: AMD, uraanikaivos - Kanada: AMD, kultakaivos - Etelä-Afrikka: AMD - Thaimaa: ligniini kaivoksen valumavedet - Iso-Britannia: rautakaivoksen vedet 5 Leveäosmankäämi Typha latifolia Yksistään usein tehottomia ja yhdellä ratkaisulla ei voida kaivosvesiä kokonaisvaltaisesti puhdistaa Rinnalla usein esim. bioreaktori, jotka ovat selektiivisempiä tietylle haitta-aineelle

6 KUVA: Blowes, D.W., Ptacek, C.J., Jambor, J.L., Weisener, C.G., Paktunc, D., Gould, W.D., Johnson, D.B., The Geochemistry of Acid Mine Drainage, Treatise on Geochemistry Esimerkki miten kosteikko integroidaan Hapen diffuusion sulku Rikastushiekkaaltaan pato Sheet pile barrier Läpäisevä reaktiivinen seinä (PRB) - modifioitua zeoliittiä - kalkkikiveä - aktivoitua hiiltä - orgaanista ainetta Sulfidin pelkistymisvyöhyke Käsittelykosteikko 6

7 KUVAT: Cravotta III, C.A., Abandoned mine drainage in the Swatara Creek Basin, Southern Anthracite Coalfield, Pennsylvania, USA: 2. performance of treatment systems. Mine Water Environ. 29, 200e

8 KUVAT: Cravotta III, C.A., Abandoned mine drainage in the Swatara Creek Basin, Southern Anthracite Coalfield, Pennsylvania, USA: 2. performance of treatment systems. Mine Water Environ. 29, 200e

9 Kosteikko 9

10 Kosteikko 10

11 Bioreaktori Sulfaatin pelkistys Erittäin hyvä puhdistuskyky raskasmetalleille 11

12 Bioreaktori Sulfaatin pelkistys Erittäin hyvä puhdistuskyky raskasmetalleille 12

13 SUOMESSA PALJON KÄYTETTY: lähes luonnontilainen suo - Suunniteltu puskuriksi kaivoksen ja alapuolisen vesistön väliin - Vain esikäsiteltyjä vesiä - Kiintoaineen pidätys Image Source: Yle, 2015 Image Source: International peat society Image Source: USDA NRC 13

14 SUOMESSA PALJON KÄYTETTY: lähes luonnontilainen suo - Suunniteltu puskuriksi kaivoksen ja alapuolisen vesistön väliin - Vain esikäsiteltyjä vesiä - Kiintoaineen pidätys Image Source: Yle, 2015 Erityinen ongelma on luontaiset pohjavedet ja pintavedet Image Source: International peat society Image Source: USDA NRC 14

15 Toimineet tiettyjen aineiden osalta hyvin Kaivosveden haittaaineet Puhdistustehokkuus Nickel 40 90% Arsenic 80 99% Antimony 0 99% Copper 50 70% Sulfate % Nitrogen 0 80% Iron %

16 MALMIVAROJEN SELVITTÄMINEN Vesienkäsittely ja kaivostoiminnan elinkaari Ei tarvetta vesienkäsittelylle KAIVOKSEN SUUNNITTELU YVA prosessi Vesien puhdistus ja käsittely suunnitellaan LOUHINTA JA RIKASTUS Vesimäärät lisääntyvät kaivostoiminnan aikana Vesienlaatu muuttuu kun louhinta etenee eri geologisiin kerroksiin Veden tarve lisääntyy kun tuotanto lisääntyy KAIVOKSEN SULKEMINEN Vain suotovesiä kaivosrakenteiden läpi Vesimäärät ja laatu muuttuvat Luonnollinen ennallistuminen alkaa

17 As MALMIVAROJEN SELVITTÄMINEN Vesienkäsittely ja kaivostoiminnan elinkaari Ei tarvetta vesienkäsittelylle KAIVOKSEN SUUNNITTELU YVA prosessi Vesien puhdistus ja käsittely suunnitellaan EDUSTAA LUONNONVESIEN PITOISUUTTA LOUHINTA JA RIKASTUS Vesimäärät lisääntyvät kaivostoiminnan aikana Vesienlaatu muuttuu kun louhinta etenee eri geologisiin kerroksiin Veden tarve lisääntyy kun tuotanto lisääntyy KAIVOKSEN SULKEMINEN Vain suotovesiä kaivosrakenteiden läpi Vesimäärät ja laatu muuttuvat Luonnollinen ennallistuminen alkaa Jo pidättyneiden haitta-aineiden huuhtoutumisen riski kosteikolta lisääntyy

18 Kefeni K.K, Msagati T.A.N, Mamba B.B, Acid mina drainage: Prevention, treatment options, and resource recovery: A review. Journal of Cleaner Production 151: Viime aikaisten tutkimusten suuntaus 18

19 YHTEENVETO: kotiin mukaan Vesiensuojelun näkökulmasta happamien vesien muodostuminen tulisi estää/minimoida, jolloin niitä ei tarvitse käsitellä. Viime vuosina suuntaus on, että liukoiset metallit ja muut haitalliset aineet poistetaan selektiivisesti ja erillisesti. Monet aktiiviset menetelmät eivät ole riittävän kustannustehokkaita. Kosteikot passiivisina ja kustannustehokkaina puhdistusyksikköinä eivät usein yksistään riitä kaivosvesille - Eivät poista sulfaattia ja rautaa - Haitta-aineita mahdoton saada pois - Huuhtoutumisriski Uusia materiaaleja ja rakenteita passiivisissa ratkaisuissa tulisi testata lisää Suomen oloissa. Passiiviset ratkaisut ovat vaihtoehto myös kaivoksen sulkemisen jälkeen. 19

20 Kiitos! Kysymyksiä?