University of Oulu

Biologiset sulfaatinpelkistysmenetelmät happamille kaivosvesille

Saved in:
Author: Heikkinen, Ville1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.5 MB)
Pages: 35
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202109169009
Language: Finnish
Published: Oulu : V. Heikkinen, 2021
Publish Date: 2021-09-16
Thesis type: Bachelor's thesis
Description:

Tiivistelmä

Tässä kandintyössä tarkastellaan kaivosten happamien ja metallipitoisten jätevesien muodostumista ja niiden käsittelymenetelmiä. Työ tehdään mahdollisessa diplomityössä kehitettävän uuden menetelmän käyttökohteiden tunnistamiseksi. Tarkastelu toteutetaan kirjallisuuskatsauksena, jossa perehdytään menetelmien toimintaan, etuihin ja heikkouksiin. Erityisenä tarkastelun kohteena ovat biologiset sulfaatinpelkistysmenetelmät ja niissä hyödynnettävät sulfaatinpelkistäjäbakteerit, joihin uusi menetelmä perustuu.

Kaivostoiminnan aikana ja jälkeen muodostuu luonnollisten prosessien seurauksena jätevesiä, jotka ovat erittäin happamia ja sisältävät runsaasti sulfaattia sekä liukoisessa muodossa olevia metalleja. Nämä jätevedet ovat erittäin myrkyllisiä ja siksi ne olisi käsiteltävä ennen päätymistään lähivesistöihin. Lisäksi näiden jätevesien käsittelyyn sisältyy taloudellista potentiaalia niiden sisältämien metallien talteenotossa.

Yleisesti jätevesiä käsitellään aineilla, jotka poistavat sulfaatin ja metallit kiinteässä muodossa. Kemiallisessa saostuksessa nämä aineet joko neutraloivat jäteveden happamuutta, vähentäen useiden metallien liukoisuutta, tai saostavat niitä suoraan. Kemikaalikulujen ja käsittelyn valvonnan tarpeen vähentämiseksi on pyritty kehittämään sulfaatinpelkistäjäbakteereita hyödyntäviä menetelmiä, joissa metallit saadaan saostumaan bakteerien sulfaatinpelkistyksessä muodostuvien aineiden avulla. Tarvittaessa jätevesiä voidaan vielä jälkikäsitellä menetelmillä, joilla voidaan saavuttaa metallien ja sulfaatin riittävän alhainen pitoisuus.

Tarkasteluissa todettiin kemiallisen saostuksen olevan tällä hetkellä ainoa ratkaisu käsittelemään suurempia metallipitoisuuksia jätevesistä. Nykyään hyödynnetyt sulfaatinpelkistäjämenetelmät ovat erikoiskohteiden ratkaisuja. Sulfaatinpelkistäjien tarvitsema ravinto estää kehityksen alla olevien menetelmien yleistymisen, koska bioreaktorityyppisissä ratkaisuissa käytetty ravinto on liian kallista ja biokompostityyppisissä ratkaisuissa hyödyntäminen tekee jäteveden käsittelystä liian epävarmaa. Lisäksi sulfaatinpelkistäjäbakteerien metalliensietorajat asettavat rajan sille, miten metallipitoisia jätevesiä näillä menetelmillä kyetään käsittelemään. Jos nämä ongelmat saataisiin ratkaistua uudessa menetelmässä, tulisi siitä varteenotettava vaihtoehto kemialliselle saostukselle. Tämä puolestaan johtaisi kaivosten jätevesien taloudellisempaan ja ympäristöystävällisempään käsittelyyn sekä mahdollistaisi hyödyllisten metallien talteenoton. Muista menetelmistä adsorptio on edullisten materiaaliensa ansiosta sopiva kohtalaisesti metalleja sisältävien jätevesien käsittelyyn, kunhan tarvittavan biomassan määrä on järkevissä rajoissa. Jos biokompostityyppisten menetelmien ongelma saataisiin ratkaistua, ne voisivat korvata adsorption käytön, sillä ne soveltuvat samanlaisten jätevesien käsittelyyn ja hyödyntävät samanlaisia biomassoja. Ioninvaihto ja kalvosuodatus ovat sopivia menetelmiä puhdistamaan pieniä metallipitoisuuksia tai tuottamaan erittäin puhdasta vettä sitä vaativiin käyttökohteisiin.

Tiivistelmä

This bachelor’s thesis discusses how acid mine drainages (AMDs) are formed and how to treat them. The thesis is written to recognize possible uses for a new method that will possibly be developed in the following master’s thesis. This bachelor’s thesis is a literature review which gathers information about function, as well as pros and cons of the treatment methods for AMD. Special attention is given to biological sulfate reduction methods and the sulfate-reducing bacteria because the new method is based on them.

Acid mine drainages, that are formed in natural processes during and after the mining activity, are very acidic and contain high levels of sulfate and metals in soluble form. These wastewaters are toxic and should be treated before they end up in local water systems. There also exists economical potential in these wastewaters as the valuable metals can be recovered.

Generally, these wastewaters are treated by adding chemicals that precipitate the sulfate and metals to solid form. In chemical precipitation, these substances either raise the pH so that most metal ions are less soluble, or they precipitate metals directly. To reduce costs and need for control of wastewater treatment, new methods that use sulfate-reducing bacteria are being developed, in which metals are precipitated using substances that are formed when these bacteria reduce sulfate. If needed, wastewaters can be treated with downstream processes to reach sufficient concentration for sulfate and metals.

The results part concludes that, at the moment, chemical precipitation is the only method capable of treating high metal concentrations from wastewaters. Currently used sulfate-reducing methods are mainly applications for special cases. The substrate of sulfate-reducing bacteria prevents the developing sulfate-reducing methods from becoming more commonly utilized, because substrate used in bioreactors is too expensive and the more affordable substrate used in biocompost reactors makes water treatment unreliable. Also, the metal resistance limits for sulfate-reducing bacteria set a limit on metal content that can be treated. If these problems could be solved in the new method, it would become a serious competitor for chemical precipitation. This would lead to a more economical and environmentally friendly treatment of wastewaters and even for metal recovery from the said waters. Among the other methods, adsorption can be used for treatment of moderately high metal content wastewaters due to cheap materials used, when the needed material quantity is within reasonable limits. If the unreliability problem of the biocompost methods were solved, they could replace adsorption, because they both use similar materials and are meant for similar situations. Ion exchange and membrane filtration methods are for treating low metal content wastewaters or for producing clean water for other applications.

see all

Subjects:
Copyright information: © Ville Heikkinen, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.