SLU-nyhet

Nitratföroreningar i gruvdammar kan minskas med tillsatt kol

Publicerad: 20 maj 2019

Vattenreservoarer som används för gruvdrift förorenas med nitrater från sprängämnen. Detta orsakar övergödning nedströms i avrinningsområdet. En ny studie från SLU visar att det är möjligt att påskynda nitratnedbrytningen genom att tillsätta kol, men att valet av kolkälla är avgörande för att inte samtidigt öka produktionen av kraftfulla växthusgaser.

Gruvdrift kräver tillgång till stora volymer vatten för att utvinna de eftersökta mineralerna. Därför anläggs dammar vid gruvorna, till vilka vattnet, förorenat av processen, återcirkulerar efter användandet. I närheten av dammarna deponeras restmaterial (krossad sten) från gruvdriften i så kallade gråbergshögar. I högarna finns rester av ammoniumnitrat från sprängämnen och när det regnar sköljs dessa ur, och hamnar i dammarna. Dessa blir därför mycket kväverika.

För höga halter

Det kväverika vattnet i dammarna rinner ut i närliggande vattendrag och orsakar övergödning. Vid järngruvan i Kiruna är vattnet vid utsläppspunkten ur dammarna över 500 gånger mer nitratrikt än i en referenspunkt i Kalixälven. Cirka en mil nedströms från dammen är nitratnivåerna över 100 gånger högre än i referenspunkten, och ytterligare en mil senare runt 10 gånger högre. Jämfört med jordbrukets utsläpp står gruvdriften för bara cirka 1 % av kväveutsläppen, men dessa är mycket mer koncentrerade till enskilda platser och kan ha stor påverkan lokalt. De uppmätta halterna är inte i linje med EUs direktiv för vattenmiljö och behöver minskas. Ny och förfinad teknik för gruvbrytning gör att mindre ammoniumnitratrester numera finns kvar i stenmassorna, men det mest praktiskt tillämpbara sättet att minska mängden kväve i vattnet är genom kvävenedbrytande bakterier som finns naturligt i bottensedimenten.

Mätning av djupet i dammen vid järngruvan i Kiruna där vatten- och sedimentsprover togs. Foto: Maria Hellman.
Tre sorters kolkällor, plus en kontroll, testades i experimentet. Foto: Maria Hellman.
Lust- och kvävgasproduktionen mättes veckovis i den här försöksuppställningen. Foto: Maria Hellman.

Olika strategier

Emellertid har olika bakterier olika strategier för detta. Förenklat kan de delas in i tre grupper; de som omvandlar nitrat till ammonium, vilket inte avlägsnar något kväve från systemet; de som omvandlar nitrat till lustgas, vilket är en mycket kraftfull växthusgas; och de som även är kapabla att omvandla lustgasen till kvävgas. Det sistnämnda är det enda förlopp som minskar kvävemängden i vattnet utan att öka utsläppet av växthusgaser, varför det är önskvärt att gynna bakteriesamhällen kapabla till detta (så kallad fullständig denitrifikation). Denna process kräver dock tillgång till kolföreningar som kan verka som elektrongivare, vilket det råder brist på i de kväverika dammarna.

Kolkällan avgörande

I en ny studie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid SLU konstateras att det är möjligt att minska nitratmängderna i dammarna genom att tillsätta organiskt kol, men att det krävs finjustering i val av kolkälla för att uppnå fullständig denitrifikation. Maria Hellman är artikelns huvudförfattare.

- Acetat är bra som kolkälla för att påskynda denitrifikationen. Det är dock inte ekonomiskt möjligt att använda acetat i stora naturliga system. Vi ville därför pröva tillsatser av fotosyntetiskt kol. När vi jämförde bakteriesamhällets sammansättning och potentialen för kvävereduktion i bottensediment i dammarna, såg vi ett tydligt samband mellan dessa faktorer och tillgången på organiskt kol – ju mer kol, desto fler denitrifierande bakterier och desto mer denitrifikation. Vi tillsatte därför kol från olika kolkällor (natriumacetat, alger och cellulosa) till bottensedimentsprover för att under 10 veckor studera effekten på denitrifikationen, berättar Maria Hellman

Försöket visade alger och acetat som kolkälla nästan helt förbrukade allt nitrat i proverna, medan cellolusa fungerade betydligt sämre, troligen på grund av att cellulosamolekylen är för komplex för att ge elektroner effektivt. Emellertid ökade ammoniumproduktionen kraftigt i till följd av algbehandlingen, vilket tyder på att den gynnat ammoniumproducerande bakteriesamhällen. Även produktionen av lustgas och metan var högst i algbehandlingen.

Finjustering krävs

- Resultaten visar att vi visserligen lyckades eliminera kväve i form av nitrat, men inte lyckades gynna de fullständigt denitrifierande bakterierna som bryter ner lustgas till kvävgas. Dessutom skapade algtillsatsen goda förutsättningar för metanbildning. Alger som kolkälla riskerar därför att öka produktionen av växthusgaser i atmosfären och ammonium i vattnet samtidigt som det minskar nitratmängden. De stora skillnaderna i effektivitet mellan behandlingarna visar emellertid att det kan vara värt att finjustera valet av kolkälla för att finna ett sätt att gynna bakterier som kan bryta ner nitrat hela vägen till kvävgas, säger Maria Hellman.

Text av Mårten Lind.

Sidansvarig: cajsa.lithell@slu.se