Behandling av lakvatten med hjälp av sulfatreducerande bakterier

RVF Utveckling 2003:05
ISSN 1103-4092
RVF Utveckling
Behandling av
lakvatten med hjälp
av sulfatreducerande
bakterier
RVF Utveckling 2003:05
ISSN 1103-4092
© RVF Service AB
Tryck: Daleke Grafiska 2003
Upplaga: 1000 ex
FÖRORD
Avfall som deponeras innehåller tungmetaller. Dessa tungmetaller riskerar att
spridas via lakvatten. I dagens deponier binds oftast tungmetallerna som metallsulfider i deponin. Nya deponier kommer troligen inte att innehålla något biologiskt
nedbrytbart avfall. Det innebär att deponierna troligen kommer att befinna sig i ett
aerobt tillstånd. Tungmetallerna kommer därför inte att fastna i deponin lika lätt.
En metod att då rena lakvattnet från tungmetaller kan vara att använda sulfatreducerande bakterier (SRB). På sikt kan man till och med tänka sig att återvinna metallerna ur de erhållna fällningarna.
Projektet har genomförts av Renova AB. Författare till rapporten är Anna Möller
och Ulrika Welander Avd. för Bioteknik, Kemicentrum vid Lunds Tekniska Högskola samt Anna Hedman, Renova AB.
Malmö i maj 2003
Anders Assarsson
Ordf. RVFs Utvecklingskommitté
Weine Wiqvist
VD RVF
1
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Förord.............................................................................................................................................. 1
Innehållsförteckning...................................................................................................................... 2
Sammanfattning ............................................................................................................................. 3
Inledning ......................................................................................................................................... 4
Beskrivning av avfallsupplagen och de olika lakvattenflödena ............................................... 5
Utförande........................................................................................................................................ 5
Metallanalyser............................................................................................................................. 5
Sulfidproduktion........................................................................................................................ 6
Satsvisa försök ........................................................................................................................... 7
pH och uppehållstid ............................................................................................................. 7
Me:Sulfid-förhållandet .........................................................................................................8
Kontinuerliga försök................................................................................................................. 8
Resultat och diskussion................................................................................................................. 9
Sulfidproduktion........................................................................................................................ 9
Satsvisa försök .........................................................................................................................10
pH och uppehållstid ...........................................................................................................10
Me:Sulfid-förhållandet .......................................................................................................10
Kontinuerliga försök...............................................................................................................11
Slutsatser .......................................................................................................................................13
Råd till den som funderar på att använda en process med sulfat-reducerande bakterier för
rening av lakvatten.......................................................................................................................14
Referenser .....................................................................................................................................15
Bilaga 1. Satsvisa försök: pH och uppehållstid........................................................................16
Bilaga 2. Koncentrationerna av de olika metallerna i de fyra lakvattnen under de
kontinuerliga försöken. ...............................................................................................................17
2
SAMMANFATTNING
Fyra lakvatten från Renova AB:s deponier Tagene och Torsviken i Göteborg har
använts i projektet ”Behandling av lakvatten med hjälp av sulfatreducerande bakterier”. Tre av lakvattnen kom från Tagene (L2, L3 och L4) och ett från Torsviken
(T). Projektets syfte var att undersöka möjligheterna att använda sulfatreducerande
bakterier (SRB) för att rena dessa vatten med avseende på tungmetaller. De metaller som studerades var Pb, Cu, Cr, Cd, As (en halvmetall), Hg, Ni och Zn. Satsvisa såväl som kontinuerliga försök har genomförts i syfte att undersöka vilka parametrar som har betydelse för processens effektivitet. I de kontinuerliga försöken
studerades biofilmsprocesser då dessa är mer tåliga mot giftiga ämnen än de processer som använder suspenderat slam.
De satsvisa försöken, i vilka sulfidlösning och lakvatten blandades i provrör, indikerade att fällningen sker relativt snabbt. Ingen markant minskning av metallkoncentrationerna erhölls när försöken fick stå en vecka i jämförelse med de försök
som bröts efter ett dygn. Det kontinuerliga försöket med lakvatten från Torsviken
visade dock en klar trend för fällningen av Cd, Cu och Zn. Koncentrationerna av
dessa metaller minskade markant mellan varje provpunkt vilket visar att fällningen
av dessa metaller i detta lakvatten var klart uppehållstidsberoende. Ett satsvist försök med olika metall-sulfidförhållanden visade att Cu och Cd fälldes bäst när
mängden sulfid ökade upp till en viss nivå. Ingen skillnad erhölls dock när kvoten
ändrades från 1:45 till 1:89. Ett av lakvattnen från Tagene användes i försöket.
Resultat från satsvisa försök med olika pH-värden (pH 3, lakvattnets ursprungliga
pH som var ca 7, samt pH 9) visade att Cu i de flesta fall fälldes bäst vid pH 3
medan Cr, As, Cd och Zn fälldes bäst vid pH 9. Inget tydligt pH-beroende kunde
urskiljas för fällningen av Hg och Ni. Fällningen av Pb gav svårtolkade resultat
med avseende på pH-beroendet.
Resultaten från de kontinuerliga försöken visade att fällningen fungerade bäst för
lakvattnen L2 och T. Bäst resultat erhölls för Cu och Cd medan Cr var den mest
svårfällda metallen.
Försöken gav lovande resultat dock måste varje lakvatten studeras individuellt då
resultaten varierade beroende på vilket lakvatten som studerades i försöken.
3
INLEDNING
Avfall som deponeras innehåller stora mängder tungmetaller. Dessa metaller lakas
och sprids med lakvattnet till det reningsverk där det skall renas eller ut i naturen.
Den vanligaste reningsmetoden för kommunala lakvatten i Sverige är sambehandling med kommunala avloppsvatten. Det pågår dock diskussioner om hur effektiv
reningsprocessen i de kommunala avloppsvattenreningsverken är när det gäller att
rena lakvatten. Ett problem är risken för att tungmetaller som kommer från lakvattnet ackumuleras i slammet på reningsverket. Detta medför att det blir svårt för
reningsverken att få avsättning för det överskottsslam som bildas. Lakvatten bör
därför renas i lokala behandlingsanläggningar.
Den traditionella metoden för att avlägsna tungmetaller från förorenat vatten är
att höja pH så att metallerna faller som hydroxider och oxider. Metallsulfider är
dock oftast mer svårlösliga än motsvarande hydroxid och oxid. Genom att använda sulfid kan ett bredare pH-intervall utnyttjas eftersom sulfiderna kan falla
även vid lägre pH. Vidare är det mindre risk för utlakning av metallerna ur sulfidfällning under både oxiderande och icke-oxiderande förhållanden (Hammack et al.
1992, Kolmert 1999). Ett sätt att minska koncentrationerna av tungmetaller i lakvattnet skulle därför kunna vara att använda sulfatreducerande bakterier (SRB).
Dessa bakterier reducerar sulfat till sulfid, reaktion 1. Metallerna fälls sedan som
svårlösliga metallsulfider, reaktion 2.
2<CH2O> + SO42-
H2S+ 2HCO33-
(1)
<CH2O> står för en kolkälla
Me2+ + S2-
MeS
(2)
Me2+ står för en tvåvärd metalljon och MeS för metallsulfid.
Vattnet bör luftas efter det att fällningen avlägsnats i syfte att oxidera överskottssulfid då sulfid är en giftig substans.
Syftet med detta projekt var att studera potentialen för rening av lakvatten från
kommunala deponier med hjälp av SRB. I de flesta studier som gjorts tidigare har
man använt förorenade vatten med betydligt högre metallkoncentrationer än de
som normalt finns i lakvatten från svenska kommunala avfallsupplag. En väsentlig
andel av tungmetallerna är dessutom bunden till små partiklar (kolloider) eller i
komplex vilket påverkar resultaten (Gounaris et al. 1993, Christensen et al. 2001).
Fördelningen mellan de olika formerna är olika för olika metaller och varierar
mellan olika lakvatten (Christensen et al. 2001). Lakvatten från Renovas deponier
Torsviken och Tagene i Göteborg användes i laboratorieförsöken. Lakvatten togs
från tre olika punkter vid Tagene (lakvattnen benämns i fortsättningen L2, L3 och
L4) och från en punkt vid Torsviken (T).
En fördel med att använda biologiskt producerad sulfid i jämförelse med en kemiskt framställd sulfid är att fällningen ofta blir lättare att separera. Den bildade
4
metallsulfiden kan fällas ut på t.ex. döda mikroorganismer som lämnar reaktorn.
Detta förbättrar fällningen så att den blir lättare att avskilja från vätskefasen (Kolmert 1999). Processer som bygger på biofilmskonceptet har använts i försöken. I
dessa processer växer mikroorganismerna på ett bärarmaterial till skillnad från
t.ex. luftade dammar och den traditionella aktivslamprocessen i vilka mikroorganismerna är suspenderade i vattenfasen. Biofilmsprocesser är mer tåliga mot förgiftning av toxiska ämnen än de processer som bygger på suspenderat slam vilket
är en fördel då sulfid är en giftig substans.
BESKRIVNING AV AVFALLSUPPLAGEN OCH DE
OLIKA LAKVATTENFLÖDENA
Vid Tagene avfallsupplag deponeras framförallt stabiliserad flygaska och slagg från
avfallskraftvärmeverket i Sävenäs men även energiaskor, gallerrens från avloppsreningsverk, asbest, industrislam och en del annat icke brännbart avfall. Brännbart
avfall deponeras i händelse av haveri på Sävenäs.
L2 är det största lakvattenflödet vid Tagene och kommer från deponins södra del.
Vattnet är starkt färgat och starkt grumligt. En tidigare studie har påvisat en giftighet från metaller men denna reduceras delvis tack vare vattnets hårdhet samt närvaron av humus (Fjällborg 1999). Koppar är t.ex. huvudsakligen giftigt i sin jonform, och inte då metallen är bunden till partiklar (Hedman 1999).
Lakvattnet L3 kommer från deponins norra del och det innehåller en hel del rent
ytvatten vilket har en utspädande effekt. L3 har tidigare bedömts som Tagenes
minst förorenade lakvatten. Vattnet är liksom L2 starkt färgat och starkt grumligt.
Inom området finns slamlaguner i vilka kalkat slam har deponerats (Hedman
1999).
L4-flödet samlas upp i ledningar inom ett begränsat område av deponin under den
nuvarande placeringen av virkesupplag och slaggsorteringen. Flödet är det enda av
Tagenes lakvatten som inte har någon inblandning av vatten från öppna diken vilket gör att vattnet inte späds (Hedman 1999). Misstankar finns om att hushållsavfall eller annat avfall innehållande mycket organiskt material har deponerats i området som dräneras i L4 (Hedman 1999).
Deponin vid Torsviken har under 20 år använts för deponering av farligt avfall
och särskilt byggavfall men är sedan 1 januari 1999 stängd. Exempel på avfallsslagg som deponerats på Torsviken är metallhydroxidslam, färgslam från sprutboxar, stora mängder oljeslam från tankrengöring samt förorenade jordmassor.
UTFÖRANDE
Metallanalyser
Metallerna analyserades med ICP-MS.
5
Sulfidproduktion
Två olika biofilmsprocesser med olika design studerades med avseende på sulfidproduktion. Den ena var en packadbäddprocess, figur 1. Ett specialdesignat bärarmaterial av plast (Kaldnes K1, Kaldnes Miljøteknolgi, Tønsberg, Norge) packades i två olika reaktorer. Reaktorerna ympades med en ymp bestående av Desulfovibrio-bakterier. Ett medium innehållande natriumlaktat (ett salt av mjölksyra) och
olika oorganiska salter pumpades in i reaktorerna (Kolmert 1999). Mediet blandades på laboratoriet. Dess sammansättning är framtagen för att säkerställa mikroorganismernas behov av olika näringsämnen och spårmetaller och kan användas generellt för sulfatreducerande bakterier. Utloppet från reaktorerna analyserades
med avseende på sulfid enligt en metod beskriven av Cord-Ruwisch (1985). Två
olika packadbäddreaktorer (reaktor A och B) startades i syfte att säkerställa en
kontinuerlig drift om problem med någon av reaktorerna skulle uppstå. Vätskevolymen i reaktor A var cirka 700 ml och i reaktor B 500 ml.
Den andra processen bygger på konceptet med suspenderade bärare. Samma bärare och medium som i packadbäddprocessen användes. Bärarna hölls dock i rörelse
i reaktorn med hjälp av en omrörare, figur 2.
Packadbäddreaktorerna användes för fällningsförsöken. Reaktor A användes för
det kontinuerliga försöket med lakvatten L2 medan reaktor B användes för övriga
kontinuerliga försök.
lakvatten
recirkulering
sedimentering
sulfat,fosfat,kol
källa
pump
luftningssteg
bärarmaterial
Figur 1. En skiss över en packadbäddprocess. Luftningssteget är till för att oxidera överskottssulfid.
6
kolkälla,fosfat,
sulfat
lakvatten
utlopp
bärare
Mixningssteg
sedimentering
omrörare
luftningssteg
Figur 2. En skiss över suspenderadbärarprocessen. Luftningssteget är till för att oxidera
överskottssulfid.
Satsvisa försök
Satsvisa försök genomfördes för att undersöka effekten av lakvattnets pH-värde,
sulfid-metallförhållandet och uppehållstiden på fällningen av olika metaller. De
metaller som studerades var Hg, As, Cr, Cd, Cu, Zn, Ni och Pb. Försöken genomfördes i syratvättade provrör av plast. Sulfidlösning från en av reaktorerna filtrerades och blandades med respektive lakvatten och blandningen fick stå under en
förutbestämd tid. Proverna filtrerades och fällningen avbröts genom tillsats av
väteperoxid. Väteperoxiden oxiderar överskottet av sulfid.
pH och uppehållstid
Tre olika pH-värden studerades, pH 3, det pH som lakvattnet hade från början
samt pH 9. pH ställdes i lakvattnen med salpetersyra (extra ren, suprapur) respektive kaliumhydroxid innan de blandades med sulfidlösningen. Alla fyra lakvattnen användes i försöket. Eftersträvat metall-sulfidförhållande var 1:10 men
pga skillnader i sulfidhalter varierade det verkliga förhållandet något, tabell 1.
Tabell 1. Lakvattnets ursprungliga pH samt verkligt Me:Sulfid- förhållande.
Lakvatten
L2
L3
L4
T
pH
(ursprungligt)
7,32
6,89
7,60
6,94
Me:Sulfidförhållande
17
12
11
9
Hälften av försöken avbröts efter ett dygn och resten efter en vecka.
7
Me:Sulfid-förhållandet
Metall-sulfidförhållandet beräknades genom att den totala metallkoncentrationen
(summan av koncentrationerna av samtliga studerade metaller i lakvattnet) dividerades med koncentrationen sulfid. Enheten mol/l användes vid beräkningarna.
En mol per liter motsvarar 6,023*1023 atomer per liter. Enheten är av betydelse
då förhållandet beräknat på ovanstående sätt ger en uppskattning av antalet sulfidjoner per metalljon.
Lakvatten L2 med oförändrat pH-värde (7,32) användes för försöket. Målet var att
studera följande metall-sulfidförhållanden 1:1, 1:10, 1:20, 1:50 respektive 1:100.
De verkliga förhållandena blev 1:1, 1:9, 1:17, 1:45 och 1:89. Försöken avbröts efter
2,5 dygn. Metall-sulfidförhållandet kan teoretiskt ha betydelse, se reaktion 2 i inledningen. En ökad sulfidkoncentration skulle kunna göra att reaktionen förskjuts
åt höger och att en större mängd metaller kan avskiljas i form av metallsulfider.
Kontinuerliga försök
Reaktorutflödet och lakvattnet blandades kontinuerligt i en plastflaska som fyllts
med livsmedelsgas (20% koldioxid, 80% kvävgas) i syfte att skapa en syrefri miljö,
figur 1. Prov togs efter fällningsflaskan. Vid försöket med lakvatten L4 byggdes
systemet ut i syfte att undersöka uppehållstidens inverkan på fällningen. Lakvatten/sulfid-blandningen fick passera ytterligare två flaskor efter fällningssteget.
Prov togs efter varje flaska. Uppehållstiderna i de olika punkterna var 3,1 , 6,1 och
12,3 timmar. Vid försöket med lakvatten T utökades fällningssystemet med ytterligare tre flaskor. De olika flaskorna motsvarade då uppehållstiderna 6,5 , 12,9 ,
19,4, 25,8, 38,8 och 51,7 timmar. En sammanställning av processparametrar redovisas i tabell 2. Laktat användes som kolkälla i försöken.
Kontinuerliga försök har också utförts i biofilmsreaktorer med ett polymert substrat. Syftet med dessa försök var att jämföra kapaciteten med avseende på sulfidproduktionen hos dessa reaktorer med reaktorer som matats med laktat.
Tabell 2. Processdata från de kontinuerliga fällningsförsöken.
pH sulfid- pH lak- Flödeshastighet Flödeshastighet
Lakvatten
lösning
vatten
Sulfidlösning
(ml/min)
(ml/min)
L2 6,7
7,3
0,19
3,0
L3 6,8
6,9
0,14
3,7
L4 6,8
7,6
0,14
2,6
T 6,7
6,9
0,13
1,2
8
Uppehållstid Me:S
(timmar)
2,6
2,2
3,1
6,5
1:100
1:114
1:75
1:62
RESULTAT OCH DISKUSSION
I tabell 3 återfinns data för de olika lakvattnen.
Tabell 3. Koncentrationer av metaller och COD i obehandlade lakvatten. Alla koncentrationer
är angivna i enheten µg/l förutom COD-koncentrationerna som är angivna i mg/l.
pH
7,32
6,89
7,60
6,94
L2
L3
L4
T
COD
373
81,4
464
88,4
As
16,54
2,31
29,51
1,99
Cd
1,79
0,26
0,67
2,73
Cr
18,89
14,81
45,93
8,77
Cu
117
48,02
108,6
106,7
Hg
1,14
0,3
3,15
0,41
Ni
30,25
26,17
70,37
27,53
Pb
3,11
2,19
1,28
0,49
Zn
159,5
88,52
129,3
1146
Sulfidproduktion
Ingen väsentlig skillnad med avseende på sulfidproduktionen erhölls mellan suspenderadbärarprocessen och packadbäddprocessen. Packadbäddprocessen valdes
därför för fortsatta studier då denna inte kräver omrörning. Detta kan vara en fördel eftersom SRB är anaeroba organismer som är känsliga för syretillförsel. Dessutom undviks de slitage problem och extra höga energikostnader som rörliga delar
medför. Packadbäddreaktorerna kördes kontinuerligt under 5 månader. I figur 3
visas ett typiskt exempel på hur sulfidkoncentrationen ut från reaktor B varierade
med tiden under experimenten. Sulfidkoncentrationen låg normalt mellan 6 och 8
mM vilket motsvarar cirka 190 till 260 mg/l.
sulfidkoncentration (mM)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
tid (dag)
Figur 3. Sulfidkoncentrationen ut från reaktor B som funktion av tiden.
Försöken med det polymera substratet visade att det effektivt kan användas för
sulfatreduktion. Kapaciteten hos dessa reaktorer med avseende på sulfidproduktion var jämförbar med kapaciteten hos reaktorer som matats med natriumlaktat.
9
Dock måste ytterligare försök utföras i större skala i syfte att utreda hur dessa reaktorer fungerar vid en verklig driftssituation.
Flödet genom reaktorerna var 0,2 ml/min vilket gav en uppehållstid på cirka 57
timmar. Det är rimligt att anta att en reaktor i större skala kan ge ungefär samma
koncentration sulfid som laboratoriereaktorerna (190 till 260 mg/l) under förutsättning att uppehållstiden hålls konstant. Försök måste dock utföras i pilotskala
under realistiska förhållanden t.ex. låg temperatur för att säkra resultat skall kunna
erhållas.
Satsvisa försök
pH och uppehållstid
Resultaten från försöket med olika pH-värden och uppehållstid redovisas i figurer
i bilaga 1.
Generellt kan sägas att resultaten efter ett dygn och en vecka är relativt lika vilket
tyder på att fällningen sker snabbt. Bäst resultat för Cu erhölls i de flesta fall vid
pH 3 medan As-, Cd- och Zn-koncentrationerna minskade mest vid pH 9. Vid
några tillfällen ökade vissa metallkoncentrationer efter fällningen vilket inte är lätt
att förklara. En del av förklaringen skulle kunna vara att andelen tungmetaller som
sitter bunden till små partiklar (kolloider) i lakvattnet ofta är betydande (Gounaris
et al. 1993, Christensen et al. 2001). Detta gör provtagningen problematisk då
mängden kolloider i det uttagna provet kraftigt kan påverka metallkoncentrationen. Dessutom kan fällningen med sulfid påverkas av att metallen redan sitter
bunden i komplex. Denna teori stöds av att Pb som har visat sig bilda stabila
komplex tillsammans med humussyror är den metall som har ökat i koncentration
vid flest tillfällen (Harmsen 1983).
Me:Sulfid-förhållandet
Försöket med olika metall-sulfidförhållanden visade att Cu och Cd fälldes betydligt effektivare vid högre sulfidkoncentrationer, figur 4. För övriga metaller kunde
inga tydliga trender urskiljas.
10
120,00
1,60
1,40
100,00
1,20
80,00
1,00
0,80
60,00
0,60
40,00
0,40
20,00
0,20
-
Cu-koncentration (µg/l)
Cd-koncentration (µg/l)
1,80
Cd
Cu
0,00
L2
1:1
1:9 1:17 1:45 1:89
Me:S förhållande
Figur 4. Cd- och Cu-koncentrationerna som funktion av Me:Sulfid- förhållandet. Lakvatten
L2 användes vid försöket. Provpunkt L2 visar det obehandlade lakvattnets Cd- och Cukoncentrationer.
Kontinuerliga försök
Resultaten varierade beroende på vilket lakvatten som studerades, figur 5 och 6
samt bilaga 2. Bäst fungerade fällningen för lakvattnen L2 och T medan metoden
fungerade sämst för lakvatten L4.
I vissa fall ökade koncentrationen av några metaller. Generellt kan sägas att koncentrationerna av många av metallerna är relativt låga i de olika lakvattnen vilket
innebär att risken för kontaminering inte är obetydlig. Tillsats av t.ex. väteperoxid,
eller kaliumhydroxid till proverna medför risk för att metaller tillförs. Väteperoxiden, och basen analyserades därför med avseende på metallinnehåll, tabell 4.
Dessutom finns risken att metaller tillförs när de olika salterna tillförs mediet. Utloppen från sulfidreaktorerna analyserades därför med avseende på metaller, tabell
4. Ytterligare ett problem är analysnogrannheten i vissa av de koncentrationsintervall som varit aktuella i denna studie.
Tabell 4. Metallkoncentrationerna i väteperoxiden (H2O2), kaliumhydroxiden samt reaktor
utflödena. Koncentrationerna är angivna i enheten µg/l.
As
H2 O2
0,089
KOH
0,00
Reaktor- 2,23
utlopp A
Reaktor- 1,59
utlopp B
Cd
0,044
0,042
0,017
Cr
6,377
4,23
46,7
Cu
2,770
4,14
4,83
Hg
0,129
0,00
0,02
Ni
5,099
1,55
11,4
Pb
0,287
0,21
0,27
Zn
7,332
10,7
46,9
0,024
52,3
4,32
0,03
11,2
0,35
45,3
De bästa resultaten erhölls för Cu och Cd medan Cr var den mest svårfällda metallen.
Svårigheten att fälla Cr kan eventuellt förklaras av att denna metall inte fälls som
metallsulfid. Om Cr förekommer i formen Cr3+ kan metallen istället fällas som
hydroxid (Christensen et al. 2001). Vilken form som Cr föreligger i beror på om
miljön i vilken metallen befinner sig är reducerande eller oxiderande. Reaktorut-
11
loppen innehöll relativt höga koncentrationer av Cr, Ni och Zn, vilket ytterligare
kan påverka resultatet, tabell 4.
80
minskning (%)
60
40
L2
20
L3
0
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
-20
-40
Figur 5. Procentuell minskning av metallkoncentrationerna i försöken med lakvatten L2 respektive L3. Negativ stapel innebär att metallkoncentrationerna ökade. Resultaten är beräknade som medelvärden av sex provtagningar för lakvatten L2 och åtta provtagningar för lakvatten L3.
100
75
50
minskning (%)
25
0
-25
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
-50
Pb
Zn
T
L4
-75
-100
-125
-150
-175
-200
Figur 6. Procentuell minskning av metallkoncentrationerna i försöken med lakvatten T respektive L4. Negativ stapel innebär att metallkoncentrationerna ökade. Resultaten är beräknade
som medelvärden av sex provtagningar för lakvatten T och fem provtagningar för lakvatten L4 i
den första provtagningspunkten.
Ökningarna av Cr, Pb och Hg-koncentrationerna i en del av fallen i figur 5 och 6
är något större än vad som motsvarar en massbalans inkluderande bidraget från
12
reaktorutloppet. Detta beror troligen på analysfel samt lakvattnets komplexitet.
(Dess innehåll av små partiklar (kolloider) som kan binda metaller gör provtagningen något komplicerad). Ingen utrustning av glas förekom efter reaktorn vilket
minskar risken för ytterligare tillskott av metaller från utrustningen.
Försöket med lakvatten T visade att reduktionen av Cd-, Cu- och Znkoncentrationerna ökade med uppehållstiden, figur 7. (Den procentuella minskningen ökade efter varje flaska som vattnet passerat). För övriga metaller kunde
ingen tydlig trend urskiljas. Inget uppehållstidsberoende kunde urskiljas i försöket
med lakvatten L4 för fällningen av någon av metallerna.
90
minskning (%)
85
80
75
Cd
Cu
Zn
70
65
60
55
50
1
2
3
4
5
6
provtagningspunkt
Figur 7. De procentuella minskningarna av Cd-, Cu- respektive Zn- koncentrationerna är beräknade som medelvärden av fem provtagningar. Provpunkterna motsvarar uppehållstiderna
6,5, 12,9, 19,4, 25,8, 38,8 och 51,7 timmar. Lakvatten T användes i försöket.
SLUTSATSER
En fördel med den studerade processen är att reaktorvolymen som krävs i de
flesta fall är relativt liten. Detta beror på att koncentrationerna av metaller i de
flesta lakvatten är låg i jämförelse med de 190 till 260 mg/l sulfid som produceras
i processen. Höga sulfid-metallförhållanden kan följaktligen erhållas med en liten
volym tillsatt sulfidlösning. Varje lakvatten måste dock studeras separat då variationen i kemisk sammansättning hos olika lakvatten har en avgörande betydelse
för resultaten. Lakvattnets innehåll av humusliknande ämnen kan ha betydelse då
dessa ämnen binder t.ex. Pb. Dessutom kan olika metaller påverka varandra genom att de samfälls.
Resultaten från försöken med det polymera substratet är intressanta då användningen av detta skulle kunna minska driftskostnaderna för processen avsevärt.
13
Det finns en potential för rening av lakvatten med hjälp av SRB. Experimenten
visar dock att resultaten varierar relativt mycket från ett lakvatten till ett annat.
Fler lakvatten från olika deponier behöver därför studeras i laboratorieskala i syfte
att se om resultaten kan kopplas till de typer av avfall som lagts på deponin varifrån lakvattnet kommer. Det vore också mycket intressant att studera processen i
pilotskala med avseende på rening av något eller några av de lakvatten som använts i denna studie. I en pilotstudie skulle suspenderadbärarprocessen kunna vara
av intresse då lakvattnet kan ledas in direkt i reaktorn. Risken för igensättningar är
mindre i denna process än i en packadbädd. Lakvattnets innehåll av spårämnen
som mikroorganismerna behöver skulle då utnyttjas vilket skulle kunna minska
behovet av tillsatser av olika kemikalier och därmed kostnaderna för processen.
En jämförelse med de resultat som erhållits i denna studie under optimala förhållanden med ett väl sammansatt medium är av intresse.
För att ge en uppskattning av metodens potential redovisas nedan en beräkning av
storleksordningen för en fullskaleprocess för behandling av lakvatten från Torsvikens avfallsupplag. Denna beräkning är osäker då många parametrar spelar in vid
en uppskalning av en process. Därför bör en pilotstudie i fält genomföras innan
processen byggs i fullskala. Beräkningen bygger på att uppehållstiden i fullskalereaktorn skall vara densamma som i reaktorerna på laboratoriet (ca 2,5 dygn) och att
kvoten mellan flödet av lakvatten och sulfidlösning i blandningssteget är samma
som i det kontinuerliga laboratorieförsöket (ca 9). Lakvattenflödet var under år
2001 31,000 m3/år (85 m3/dygn) vilket under ovan gjorda antaganden medför att
cirka 9 m3/dygn sulfidlösning krävs. Med en uppehållstid på 2,5 dygn ger det en
reaktorvolym på ca 23 m3.
RÅD TILL DEN SOM FUNDERAR PÅ ATT ANVÄNDA
EN PROCESS MED SULFAT-REDUCERANDE BAKTERIER FÖR RENING AV LAKVATTEN
Då enbart fyra lakvatten från två olika deponier har studerats hittills kan inga allmänna rekommendationer för hur en reningsprocess ska dimensioneras lämnas.
Försök på nya lakvatten bör inledas med nya laboratorieförsök. Vid dessa försök
bör en relativt hög metall:sulfid kvot användas för att säkerställa att sulfid finns i
tillräcklig omfattning. En kvot mellan 1:50 och 1:100 kan vara en bra utgångspunkt, se figur 4. Systemet skall också ha en relativt lång uppehållstid så att en så
effektiv utfällning av metallerna som möjligt säkerställs, se figur 7. I ett första skede studeras fällningen vid lakvattnets ursprungliga pH-värde då det är opraktiskt
att behöva pH-reglera vattnet för mycket och det inte är säkert att en ändring av
pH-värdet ger någon större förbättring. Jämför t.ex. lakvatten T vid de olika pHvärdena som användes i satsvisa försök, bilaga 1. Om laboratorieförsöket ger tillfredställande resultat kan sedan en pilotstudie genomföras.
14
REFERENSER
Christensen T.H., Kjeldsen P., Bjerg P.L., Jensen D.L., Christensen J.B., Baun A.,
Albrechtsen H-J., Heron G. (2001) Biogeochemistry of landfill leachate plumes.
Appl. Geochem. 16:659-718.
Cord-Ruwisch R. (1985) A quick metod for the determination of dissolved and
precipitated sulfides in cultures of sulfate-reducing bacteria. J.Microbiol.Meth.
4:33-36.
Fjällborg B (1999) Gifter och giftighet i lakvatten. Examensarbete, Avdelningen
för miljövetenskaplig programutbildning, Göteborgs Universitet.
Gounaris V., Anderson P.R., Holsen T.H. (1993) Characteristics and environmental significance of colloids in landfill leachate. Environ.Sci.Technol. 27:13811387.
Hammack R.W., Edenborn H.M. (1992) The removal of nickel from mine waters
using bacterial sulfate reduction. Appl.Microbiol.Biotechnol. 37:674-678.
Harmsen J. (1983) Identification of organic compounds in leachate from a waste
tip. Wat.Res. 17:699-705.
Hedman A. (1999) Lakvatten Tagene deponi, Renova rapport.
Kolmert Å. (1999) Sulfate-reducing bacteria in bioremedition processes. Licentiat
avhandling, Avdelningen för Bioteknik, Lunds Universitet.
15
BILAGA 1. SATSVISA FÖRSÖK: PH OCH UPPEHÅLLSTID
Provbeteckningarna anger lakvatten, pH och uppehållstider enligt följande mönster:
L23D= lakvatten 2, pH 3 och ett dygns uppehållstid
L37V=lakvatten L3, pH 7 och en veckas uppehållstid
Enstaka staplar saknas i några av diagrammen. Metallkoncentrationerna minskade
i dessa fall med mellan 0 och 1%.
100
80
60
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
Minskning (%)
40
L23D
L27D
L29D
20
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
-40
-80
-100
-120
80
80
60
60
40
20
0
-20
L23V
L27V
L29V
0
-20
-60
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
Minskning (%)
Minskning (%)
Minskning (%)
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
L33D
L37D
L39D
-40
40
L33V
L37V
L39V
20
0
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
-20
-60
-40
-80
-60
75
100
50
25
50
(%)
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
-50
L43D
L47D
L49D
Minskning
Minskning (%)
0
0
-100
-25
As
L43V
L47V
L49V
-50
-75
-100
-125
-150
-150
-175
-200
-200
100
80
As
Cd
Cr Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
Minskning (%)
Minskning (%)
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
T3D
T7D
T9D
16
60
T3V
T7V
T9V
40
20
0
As
20
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
BILAGA 2. KONCENTRATIONERNA AV DE OLIKA METALLERNA I DE FYRA LAKVATTNEN UNDER DE
KONTINUERLIGA FÖRSÖKEN.
Metallkoncetnration (µg/l)
3
2,5
2
As
Cd
Hg
Pb
1,5
1
0,5
0
0
2
4
6
Mättillfälle
120
1400
100
1200
1000
80
800
60
600
40
400
20
Zn-koncentration (µg/l)
Cr-,Cu-,Ni-koncentration (µg/l)
Figur 1 Koncentrationerna av As, Cd, Hg och Pb efter fällning av lakvatten T. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i
obehandlat lakvatten. Proverna är tagna i provpunkt 1 vilken motsvarar en uppehållstid på 6,5
timmar.
Cr
Cu
Ni
Zn
200
0
0
0
1
2
3
4
5
Mättillfälle
Figur 2. Koncentrationerna av Cr, Cu, Ni och Zn efter fällning av lakvatten T. Provtagningarna
genomfördes en gång om dagen. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat
lakvatten. Proverna är tagna i provpunkt 1. vilken motsvarar en uppehållstid på 6,5 timmar.
17
35,0
Metallhalt (µg/l)
30,0
25,0
As
Cr
Ni
Pb
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0
2
4
6
8
Mättillfälle
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0
2
Cu
4
Mättillfälle
Zn
Cd
6
Cd, Hg (µg/l)
Cu, Zn (µg/l))
Figur 3. Koncentrationerna av As, Cr, Ni och Pb efter fällning av lakvatten L2. Provtagningarna
genomfördes en gång om dagen. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat
lakvatten.
8
Hg
Figur 4. Koncentrationerna av Cu,Zn,Cd och Hg efter fällning av lakvatten L2. Provtagningarna
genomfördes en gång om dagen. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat
lakvatten.
18
Metallhalt (µg/l)
2,50
2,00
As
Cd
Hg
Pb
1,50
1,00
0,50
0,00
0
2
4
6
8
10
Mättillfälle
Figur 5. Koncentrationerna av As, Cd, Hg och Pb efter fällning av lakvatten L3. Provtagningarna
genomfördes en gång om dagen. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat
lakvatten.
100,0
90,0
Metallhalt (µg/l)
80,0
70,0
Cr
Cu
Ni
Zn
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
0
2
4
6
8
10
Mättillfälle
Figur 6. Koncentrationerna av Cr, Cu, Ni och Zn efter fällning av lakvatten L3. Provtagningarna genomfördes en gång om dagen. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna
i obehandlat lakvatten.
19
Metallkoncentration(µg/l)
250
200
As
Cr
Cu
Ni
Zn
150
100
50
0
0
2
4
6
8
Mättillfälle
Figur 7. Koncentrationerna av As, Cr, Cu, Ni och Zn efter fällning av lakvatten L4 Provtagningarna genomfördes normalt en gång om dagen. Mellan provtagningstillfälle 4 och 5 har det
dock gått en vecka. Proverna är tagna i provpunkt 1 vilken motsvarar en uppehållstid på 3,1
timmar. Provpunkt 0 visar de ursprungliga metallkoncentrationerna i obehandlat lakvatten.
Metallkoncentration (µg/l)
5
4,5
4
3,5
3
Cd
Hg
Pb
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
2
4
6
8
Mättillfälle
Figur 8 Koncentrationerna av Cd,Hg och Pb i lakvatten L4 vid de olika mättillfällena. Provtagningsintervall och provpunkt är de samma som i ovanstående figur.
20
Rapporter från RVF 2003
2003:01
2003:02
2003:03
2003:04
2003:05
Rening av lakvatten i markbaserade växtsystem. Vägledning
vid dimensionering
Karakterisering av lakvatten med Nitocra Spinipes
Karakterisering av dioxininnehåll i avfall
- en litteratursammanställning (RVF-Rapport)
Svensk avfallshantering. Statistik 2001 (RVF-Rapport)
Behandling av lakvatten med hjälp av sulfatreducerande
bakterier
RVF - Svenska Renhållningsverksföreningen och RVF Service AB.
Prostgatan 2, 211 25 Malmö. Tel 040-35 66 00. Fax 040-35 66 26.
Hemsida www.rvf.se
E-post [email protected]