Kväveutsläpp från gruvindustrin
- miljörisker, krav, möjliga åtgärder
Lennart Lindeström, Svensk MKB AB
Sammanställning åt SveMin
SveMin-rapport , version maj 2012
www.svemin.se
SYFTE
Sammanställa aktuell kunskap:
o om flöden och förekomstformer av kväveföreningar i
gruvor och deras bräddvatten,
o om risker för oönskade miljöeffekter,
o om gällande mål och normer, och myndigheters krav,
o om möjligheter att minska kväveutsläppen.
Vilka kvävekällor finns inom gruvindustrin?
o Sprängämnen - helt dominerande
o Cyanid - om malmen lakas (framför allt vid utvinning av guld)
•
CNO omvandlas till NO3 & NH4
o Spillvatten (klosett & BDT) - liten betydelse
o Rötslam - om sådant används - liten betydelse
Exempel på kvävebalans
Garpenbergsgruvan 2011
Ca 10 %
odetonerat
Varje gruva är unik!
GENERELLT
o Andelen odetonerat
sprängämne verkar ha
minskat under senare år
o …….och är mindre i
dagbrott än i
underjordsgruvor
6-7 % av
kvävet i
sprängämnet
hamnade i
recipienten
o Kväveavgången över
magasinen är större i
söder än i norr
Ca 35 %
avgick i
magasinen
Kvävehalten varierar under året
Garpenbergsgruvan
Kväveutsläpp från Garpenbergsgruvan
10
N-tot (mg/l)
NH4-N (mg/l)
8
(mg/l)
Vinter
6
4
2
0
Sommar
Kirunagruvan
Kvävets kretslopp i naturen
Kväve förekommer i
naturen i väldigt
många former
Lilla kvävecykeln
Gruvindustrin
Moderna sprängämnen =
ammoniumnitrat
Vilka oönskade effekter kan kväve orsaka?
ÖVERGÖDNING
o oönskad algblomning i vattnet
o igenväxning med vattenväxter
o ev. förändrad artsammansättning
GIFTEFFEKT - TOXICITET
o vissa specifika kväveföreningar
Risk för övergödning orsakat av kväve
I världshaven är förhållandet mellan
kväve och fosfor 16:1 (viktbasis)
Genomsnittliga förhållandet i växter är N/P = 15:1
o För att skapa en växtbiomassa som innehåller 15 kg
kväve så åtgår i genomsnitt 1 kg fosfor
•
om ytterligare kväve tillförs så leder detta inte till ökad
algtillväxt
o Är kvoten N/P större än 20:1 är det inte troligt att
kväve begränsar algproduktionen
•
detta är det normala i vattenrecipienter till gruvor
När kan kväve från gruvindustrin orsaka övergödning?
Är kvoten N/P mindre än 10:1 är det högst troligt
att kväve begränsar algproduktionen.
Detta kan inträffa
o nära gruvan om det samtidigt sker betydande
utsläpp av fosfor
o längre ner i samma vattensystem om där
förekommer höga fosforhalter
o i det havsområde där vattendraget mynnar
GENERELLT
Det är sällsynt att kväve är begränsande
för algproduktionen i sötvatten och i
norra delarna av Östersjön (Bottenhavet
& Bottenviken)
Risk för toxicitet av kväveföreningar
NITRIFIKATION
Ammonium (NH4+) + syre →
nitrit (NO2-) + vatten
Nitrit (NO2-) + syre →
nitrat (NO3-)
Gruvindustrin
Det är ammoniak (NH3) som är giftigt
Ammoniak utgör en del av fraktionen ammonium (NH4)
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
20 grader
NH4 total
5 grader
NH3
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10 pH
Ju högre pH desto större andel ammoniak
Ju högre temperatur desto större andel ammoniak
pH har större betydelse än ammoniumhalten
AMMONIAK
AMMONIUM
2
2
NH4
NH3
1,5
NH3 mg/l
NH4-N mg/l
1,5
1
1
0,5
0,5
0
2005
2006
2007
0
2005
2008
2006
2007
2008
pH-VÄRDE
13
Utskovet från
Garpenbergsgruvan
pH
11
10
pH
MEN - även höga halter av
ammonium kan vara giftigt för
fisk
- kan omvandla NH4 till NH3
12
9
8
7
6
2005
2006
2007
2008
Nitrit (NO2) är en övergångsform vid oxidation av
ammonium till nitrat
Nitrit förstör funktionen hos röda blodkroppar
- kan leda till kvävning hos bl.a. fiskar
Vattnets kloridhalt påverkar giftigheten
EIFAC, European Inland Fisheries Advisory Commission (1984)
Rekommenderade vattenkvalitetskriterier (medelhalter)
Klorid
(mg/l)
Nitritkväve (NO2-N)
(µg/l)
Laxfisk
Övrig fisk
1
10
20
5
50
100
10
90
180
20
120
240
Kan kväveutsläppen registreras i
recipienter till svenska gruvor?
Totalkväve
nedströms
Garpenbergsgruvan
Gruvan
Gruvsjön
Herrgårdsdammen
Total bergproduktion
Total bergproduktion
2,5
Åsgarn
1
0,5
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
0
1994
Mton/år
2
1,5
Ammonium och nitrit i Kalixälven
Ammonium- & nitritkväve
nedströms
Aitikgruvan & Malmberget (Vitåfors)
Malmberget
Aitik
Medelhalter i
vattendragen
NH4-N
(µg/l)
NO2-N
(µg/l)
Bakgrund (ca)
3 (15)
1
Aitik (Leipojoki)
Malmberget
45
25
Lina älv
60
40
Sakajoki
Leipojoki
Vassara älv
Sakajärvi
klarningsm
agasin
Myllyjoki
sand magasin
dabbrott
Nitrit-analysen kan vara osäker
- Vissa laboratorium tillämpar tidsmarginalen 5 timmar
- Fältinstrument har högre detektionsgräns (ca 5 µg/l NO2-N)
Vad kräver myndigheterna?
Aktuella utsläppsvillkor (febr. 2012)
Gruva
kväveförening
värde
Kiruna
NH3
Boliden
Garpenberg
N-tot
N-tot
20 mg/l
10 mg/l
Maurliden
N-tot
10 mg/l
Fäboliden
N-tot
N-tot
NH4-N
typ av villkor
0,005 mg/l Begränsningsvärde
mätpunkt
Ut klarningsmagasin
2009-05-07
Månadsmedel, riktvärde
Månadsmedel, riktvärde
Ut sandmagasin
Ut sandmagasin
2007-12-19
2012-01-31
Månadsmedel, riktvärde
Ut gruvvatten
2010-06-23
Ut processavlopp
Ut processavlopp
Ut processavlopp
2008-09-17
20 mg/l Månadsmedel, riktvärde
60 ton/år Årsutsläpp, riktvärde
4 mg/l Månadsmedel, riktvärde
Ersmarksberget NH4- + NO3-N
8 mg/l
Enskild mätning, riktvärde Ut sandmagasin
NH4- + NO3-N
8 mg/l
Månadsmedel, riktvärde
Ut dränagevatten
8 mg/l
20 mg/l
Månadsmedel, riktvärde
Årsmedel, riktvärde
Ut från klarning
Ut gruvbassäng
Svärtträsk
N-tot
Björkdalsgruvan NO3-N
NO2-N
Svartliden
NH4- + NO3-N
0,2 mg/l Årsmedel, riktvärde
4 mg/l
tid för beslut
Månadsmedel, riktvärde
2000-09-15
2002-07-05
2010-06-24
Ut gruvbassäng
In till klarning
2003-08-28
Total-kväve
KRAV PÅ GRUVINDUSTRIN
o 8-20 mg/l (riktvärde)
KRAV PÅ KOMMUNALA RENINGSVERK
o < 100 000 p.e.
• 15 mg/l (riktvärde)
o > 100 000 p.e.
• 10 mg/l (riktvärde)
Aitikgruvan & Malmberget - krav från vissa myndigheter
Myndighetskrav
”Halten i bräddvatten av ammoniak
och nitrit får inte överstiga
riktvärdena för laxfiskevatten”
Fiskevattendirektivet (EU)
förordningen 2001:554
Riktvärden för laxfiskevatten
Ammoniak: 5 µg/l
Nitrit: 10 µg/l
”…tillämpas på de fiskevatten som
Naturvårdsverket föreskriver.”
(föreskrift NFS 2002:6)
Bl.a. utpekas Ängesån i Kalixälven.
Avstånd till utsläppspunkterna: ca 90 km
Malmberget
Aitik
Lina älv
Sakajoki
Leipojoki
Vassara älv
Sakajärvi
klarningsm
agasin
Myllyjoki
sand magasin
dabbrott
Om fiskevattendirektivet tillämpas på bräddvatten….
I praktiken krävs därmed att
laxfiske-vattenkvalitet ska
upprätthållas, inte bara i
recipienten, utan även i
klarningsmagasinen!
Dessutom innebär kravet
”….får inte överskrida…”
att riktvärden för
laxfiskevatten ska
tillämpas som
”gränsvärden” för
bräddvattnen.
Riktvärden
för laxvatten
EIFAC
Fiskvattendirektivet
Aitikgruvans klarningsmagasin ( 1,5 km2)
NO2-N NO2
(µg/l) (µg/l)
10*
3
* Vid lägsta kloridhalt
10
Har det skett en
felräkning hos EU?
Aitik - pågår försök att ta fram förslag till platsspecifika riktvärden
Toxicitetsförsök på öring vid olika
spädningar av bräddvatten från
Aitik med recipientvatten,
sommaren 2012.
• Exponering av 3-årig öring
under 1 månad
• samt 1-årig öring (akuttest)
Inblandning av
bräddvatten
0%
10 %
25 %
50 %
100 %
Ammonium: 290 µg/l
Ammoniak: 0,7 µg/l
Nitrit: 1 800 µg/l
Analyser och testresultat
Hög kloridhalt
& sulfathalt i
bräddvattnet
Genomgång pågår.
Hittills inga tecken
på påverkan!
LÄRDOM
Viktigt med platsspecifika villkor
för potentiellt toxiska ämnen!
Analyser på 3-årig fisk:
• Morfometriska variabler
• vikt (helkropp, gonad,
lever)
• konditionsfaktor
• m.m.
• Fysiologiskt hälsotillstånd
• syretransportfunktion
• energilagringsfunktion
• leverfunktioner
• immunförsvar
• Blodbild (röda & vita)
• Sjukdomssymptom
• Vävnadsprov (histologiska
förändringar)
• lever
• mjälte
• njurar
• gälar
Vilka åtgärder kan sättas in för att minska
kväveutsläppen från svenska gruvor?
Frauke Ecke
Sveriges Lantbruksuniversitet
Total-kväve
SAMMANLAGT UTSLÄPP FRÅN
SVENSKA GRUVINDUSTRIN
o ca 500 ton/år
• ca 3 % av den antropogena
kvävetillförseln från Sverige till
Bottenhavet & Bottenviken
• ca 1 % av den totala
kvävetillförseln
