| dc.description.abstract | Killingdal er et område i Trondheim hvor et tidligere flotasjonsverk som behandlet pyritt, sinkblende, og kobberpyritt var aktivt fra 1953 til 1986. Når gruveaktivitet stopper vil rester fra gruvedriften ligge igjen, og uten tilstrekkelig opprydding vil metaller og metalloider kunne lekke ut og ende opp i omgivelsene rundt. Til tross for oppryddingstiltak utført i 2010/2011, er vannet som har fylt seg opp i den tidligere lagringstunnelen svært forurenset med metaller og metalloider. Når sulfid mineraler som pyritt, sinkblende og kobberpyritt kommer i kontakt med luft og fuktighet vil de bli oksiderte. Denne prosessen fører til utlekking av metaller fra mineralene i tillegg til surgjøring av vannet, og resultatet kalles acid mine drainage (AMD). AMD lekker ut fra tunnelen i Killingdal til fjorden og utgjør en stor trussel for det akvatiske økosystemet i området.
Denne oppgaven beskriver dannelsen av AMD, i tillegg til mulige rensingsmetoder. Oppgaven fokuserer også på potensiell toksisitet av metall forurensningene i AMD, og beskriver et klassifikasjonssystem som sier noe om den toksiske effekten av ulike elementer i ulike konsentrasjoner. Systemet er inndelt i fem klasser fra bakgrunnsnivå (tilstrandsklasse I) til omfattende toksiske effekter (tilstandsklasse V).
Målet med denne oppgaven var å undersøke renseeffekten av olivin og kalk på elementene Cd, Pb, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn og As. Deres evne til å øke pH i AMD ble også undersøkt. Muligheten for å bruke lufting som et for-rensetrinn ble også utforsket, i tillegg til en blanding av olivin og aktivt kull, en adsorbent som blir vurdert som et mulig poleringstrinn i en annen masteroppgave. I tillegg til dette ble vannet inne i tunnelen overvåket fra oktober 2018 til februar 2020, og metallkonsentrasjonen i vannet som kommer inn i tunnelen gjennom tunnelveggene ble undersøkt.
Overvåkingen av tunnelvannet viste høye metallkonsentrasjoner, spesielt for Cd, Cu og Zn som ble funnet i tilstandsklasse V gjennom hele overvåkningsperioden. Dette understreker behovet for rensing av vannet inne i tunnelen. Høye konsentrasjoner av Cu og Zn, og til en viss grad Cd, ble funnet i vannet som kommer inn i tunnelen gjennom tunnelveggene.
Eksperimenter med olivin viste mellom 96.9%-100% renseeffekt for alle elementene, men unntak av Cr, som ble sluppet ut, og As, som hadde en renseeffekt på mellom 63.9% og 95.6%. Olivin økte pH i vannet fra 3.18 til 12.00. Den høye renseeffekten for olivin første til konsentrasjoner av Pb, As, Cd og Ni i tilstandsklasse II eller I. Til tross for høy renseeffekt ble Cu og Zn funnet i tilstandsklasse V eller IV etter resing. Selv om Cr økte ved rensing med olivin, ble var kosentrasjonene etter rensing i tilstandsklasse III. Olivin viser lovende resultater som et mulig rensemedium i Killingdal, men Cr-utslippet og renseeffekten over tid må undersøkes ytterligere. Et rensesystem med olivin vil mest sannsynlig forbedres dersom det kombineres med andre rensetrinn.
Lufting ble undersøkt som et mulig for-rensetrinn, men viste ingen effektiv fjerning av metaller ved utfelling. En blanding av olivin og aktivt kull ble undersøkt, men til tross for høy renseeffektivitet for Cd, Pb, Fe, Ni, Cu og Zn, var ikke renseeffektiviteten høyere enn for olivin alene. Mer Cr sluppet ut fra blandingen enn fra olivin, i tillegg til at As ble sluppet ut. Blandingen bør derfor ikke vurderes som rensemedium for AMD i Killingdal.
Kalk-eksperimentene viste at kalk hadde en renseeffektivitet på mellom 98.5% og 100% for Pb og Cr, og 99.9% for Fe i ett av eksperimentene. Da kalk ble testet over tid ble det funnet at denne effektiviteten avtar over tid. Kalk økte pH fra 3.18 til 6.52 i ett av eksperimentene.
Olivin ble funnet til å ha høy renseeffektivitet for Cd, Pb, Fe, Ni, Cu og Zn, og ogå for As is ett av eksperimentene, mens kalk ble funnet til å ha høy renseeffektivitet for Pb, Cr, og Fe. Denne renseeffektiviteten til kalk, spesielt for Cr, bør utforskes videre i kombinasjon med olivin. | |
| dc.description.abstract | Killingdal is an area in Trondheim where there was an active concentration plant from 1953 to 1986, which processed pyrite, sphalerite, and chalcopyrite. When mining activity stops, mining residue is left behind. Without proper cleaning, metals and metalloids can leach from the residue and end up in the surrounding environment. Despite clean-up efforts made in 2010/2011, the water that has filled up in the previous discharge, storage, and transport tunnel is acidic and heavily contaminated with metals and metalloids. When sulfide minerals like pyrite, sphalerite, and chalcopyrite come into contact with air and moisture, they become oxidized. This process leads to the release of metals and metalloids from the minerals, as well as acidification, and the resulting water is called acid mine drainage (AMD). The AMD inside the tunnel at Killingdal is seeping into the fjord and poses a serious threat to the aquatic ecosystems in the area.
This thesis describes the formation of AMD, as well as possible remediation strategies. It also focuses on the potential toxicity of the resulting contamination, and describes a classification system that predicts the toxic effects of the different elements in different concentrations. The system is divided into five classes from background levels (class I) to concentrations causing extensive toxic effects (class V).
The aim of this thesis was to investigate the treatment efficiency of olivine and lime on the elements Cd, Pb, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, and As. Their ability to raise the pH of the AMD was also tested. The possibility of using aeration as a pre-treatment step was also explored, as well as the combination of olivine and activated carbon, an adsorbent being considered as a possible polishing step in another master thesis. In addition, the water inside the tunnel was monitored with varying regularity from October 2018 to February 2020, and the level of contamination in the water coming into the tunnel through the tunnel walls was also investigated.
Monitoring of the tunnel water showed high concentrations of particularly Cd, Cu, and Zn which were found in class V throughout the entire sampling period, and underlined the need for treatment of this water. High concentrations of Cu and Zn, and to some degree Cd, in the water entering the tunnel through the tunnel walls indicate that this water also needs to be treated before being released into the fjord.
Experiments with olivine treating the AMD from the tunnel showed between 96.9% and 100% efficiency for all of the elements except for Cr, which was released, and As, which was treated with between 63.9% and 95.6% efficiency. Olivine was found to increase the pH from 3.18 to 12.00. The high treatment efficiency of olivine resulted in Pb, As, Cd, and Ni concentrations in class II or I. Despite the high efficiency, Cu and Zn were still in class V or IV after treatment. Even though it was being released, Cr was found in class III. Olivine shows promising results as a potential treatment medium for the AMD at Killingdal, but the Cr release as well as its effect over time needs further investigation. A treatment system with olivine will probably be ameliorated if combined with other treatment steps.
Aeration was investigated as a possible pre-treatment step, but did not show any efficient metal removal, and it was concluded that aeration of the AMD at Killingdal does not have any benefits for the removal of metals through precipitation. The mixture of olivine and activated
carbon was investigated, and even though the treatment efficiencies of Cd, Pb, Fe, Ni, Cu, and Zn were high, they were not higher than olivine’s treatment efficiency alone. In addition, the mixture of olivine and activated carbon increased the degree of Cr release, as well as releasing As. The mixture of olivine and activated carbon should not be considered as a treatment step for the AMD at Killingdal.
Experiments testing lime’s treatment efficiency showed between 98.5% and 100% efficiency for removing Pb and Cr, and in one of the experiments 99.9% for Fe. When testing lime’s efficiency over time it was found that this effect decreased over time. Lime raised the pH from 3.18 to 6.52 in one of the experiments.
Olivine was found to have high treatment efficiencies for Cd, Pb, Fe, Ni, Cu, and Zn, and in one experiment also for As, while lime was found to remove Cr and Pb, and in one experiment Fe, with high efficiencies. The treatment effect of lime on Cr in particular, should be explored and tested further in combination with olivine. | |
