Risk för metallspridning vid efterbehandling av en zinkgruva
Vittring av pyrit och andra sulfidmineraler orsakar stora miljöproblem i form av ett surt lakvatten (AMD) och höga halter tungmetaller. Svärtträskgruvan är en nedlagd zinkgruva varifrån lakvatten innehållande metaller såsom zink, kadmium och nickel bildas från oxiderande gråbergsdeponier som finns i området och sprids till recipienten. I dagsläget samlas allt lakvatten till en utsläppspunkt där det behandlas med kalk och järnsulfat innan det når en sedimentationsbassäng. Sedimentationsbassängen mynnar sedan via ett utlopp direkt ut i Börtingbäcken. En effekt av detta är att pH-värdet i den övre delen av Börtingbäcken har ökat.Flera mindre gråbergsdeponier är idag utspridda över gruvområdet. För att bättre kunna kontrollera generationen av lakvatten planeras det att samla gråberget från dessa mindre deponier till en enda stor deponi. Initialt förväntas därmed pyritvittringen öka till följd av att nya sulfidhaltiga ytor exponeras och gråberg omblandas vilket innebär att metallspridningen ökar. I syfte att motverka den ökade metallspridningen planeras en tillfällig behandlingsmetod att implementeras.Som ett led i efterbehandlingen av gruvan planeras vattenbehandlingen att upphöra, vilket innebär att pH-värdet i den övre delen av Börtingbäcken på sikt återgår till sin naturliga nivå. En följd av detta är att geokemin och troligen specieringen av metaller i bäcken förändras. Därmed är det av intresse att undersöka specieringen av metaller idag i Börtingbäcken och analysera vad som sker vid ett lägre pH-värde.Syftet med detta examensarbete var att undersöka föroreningsspridningen som sker idag vid Svärtträskgruva, bland annat genom att jämföra koncentrationen partikelbundna metaller med halterna upplösta joner. Vidare har arbetet syftat till att bedöma risken för metallutlakning i framtiden när kalkning inte längre utförs, samt att undersöka en alternativ behandlingsmetod för att motverka den förväntat ökade metallspridningen vid den planerade förflyttningen av gråbergsdeponier.Inom denna studie har provtagning utförts vid Svärtträskgruva vid två provtagningstillfällen där både totalhalter och upplösta halter metaller analyserades. Ett laboratorieförsök med anaerobiskt filter utfördes inom vilket fyra olika organiska material (torv, kompost, bark och slam) testades för sin förmåga att minska metallkoncentrationerna i lakvattnet. Simuleringar av lakvattnet utfördes med jämviktsprogrammet Visual Minteq version 3. Med programmet har speciering och fasbestämning av lakvattnet utförts. Analysresultat från de utförda provtagningarna inom denna studie analyserades med den statistiska programvaran Minitab 16.Metallspridningen förekom till största del i upplöst fas vid de två provtagningstillfällena som utfördes. Närmare lakvattenkällan, vid utloppet till sedimentationsdammen, var andelen partikulärbundna metaller relativt hög (>55 %), medan den nedströms systemet minskade. Gränsvärden för zink hade överskridits vid några tillfällen inom de senaste två åren enligt analysdata från tidigare provtagningar.Dessa gränsvärden gällde både totalhalter zink i ett mjukt laxfiskvatten enligt gällande miljökvalitetsnormer och upplösta halter zink enligt ett föreslaget gränsvärde. Vid en jämförelse mellan gränsvärden för metaller angivna som totalhalter och upplösta halter, konstaterades det att de gränsvärden som avser upplösta metallhalter kan vara striktare än de gränsvärden som avser totalhalter metaller enligt provtagningsdata inom denna studie i Gunnarbäcken. Till exempel var det gränsvärde som avsåg upplöst zinkhalt betydligt lägre (7 ?g/l) än det gränsvärde som avsåg totalhalt zink (30 ?g/l), medan de uppmätta zinkhalterna (totalhalt respektive upplöst halt) i recipienten (Gunnarbäcken) var ungefär lika stora. Därmed bör metallhalter analyseras i upplöst fas även i fortsättningen.Bakgrundshalten i Gunnarbäcken undersöktes och uppskattades till ca 4 ?g/l. Den naturliga alkaliniteten i Gunnarbäcken bestämdes till ca 3 mg CaCO3/l, vilket motsvarar ett mjukt vatten. Då tidigare provtagningar hade påvisat förhöjda halter zink vid en provtagningspunkt i Gunnarbäcken som avsåg ett referensvärde (uppströms i systemet där rimligtvis ingen påverkan från gruvan borde förekomma) undersöktes metallhalter uppströms denna provtagningspunkt. Det konstaterades att halten partikulärbunden zink vid ett av provtagningstillfällena hade ökat kraftigt på endast några hundra meter. Därmed förefaller det finnas en tillförsel av partikulärbundet zink utan någon känd spridningsväg från Svärtträskgruva.Dagens vattenbehandling medför att pH ökar till ca 10,5- 11,5. Simulering av lakvattnet visade att de mest förekommande Zn-, Ni- respektive Cd-specierna i vattnet som ansluter till kalkningen är ZnOH2 och Zn(OH)3-, Ni(OH)3- och Ni(OH)2, respektive Cd(OH)2 och svagt (elektrostatiskt) bundet kadmium till organiskt material. Utfällningar sker, enligt simuleringen, av zink vid pH-intervallet 7,5- 10,5 och av nickel vid pH- intervallet 9,5- 11,5.När kalkningen upphör kommer en pH-sänkning ske i den närliggande, mindre recipienten Börtingbäcken. Därmed finns det risk att allt större andel metaller omvandlas från hydroxider och karbonater till fria metalljoner allt eftersom pH sänks. Vid pH 6,5 förekommer, enligt simuleringen, mer än 84 % av Cd, Ni respektive Zn som fria metalljoner. Som en effekt av det mobiliseras metallerna varmed biotillgängligheten ökar.En möjlig behandlingsmetod för att minska metallspridningen vid förflyttningen av mindre gråbergsdeponier till en enda deponi är att placera ett anaerobiskt filter i botten på det nuvarande största dagbrottet vid Svärtträskgruvan som kommer att användas som deponi. Resultaten av laboratorieförsök visade att slam mest effektivt avlägsnande metallhalter dock med kvardröjande höga sulfathalter, medan torv avlägsnade både metall- och sulfathalter effektivt. Teoretiskt sätt skulle det ta längst tid för torv som anaerobiskt filter att uppnå samma L/S-kvot som de i laboratorieförsöken. Detta talar möjligen för att torv som anaerobt filter skulle vara funktionsdugligt under längst tid av de fyra materialen