Avløpsslam og biokull fra returtrevirke som jordforbedringsmidler i avgangsmasser fra gruvedrift : effekt på mobilitet og planteopptak av kobber, krom, arsen og nikkel

Abstract

Sammendrag Utgangspunktet for denne oppgaven var revegetering av deponi for gruveavgang ved Titania A/S. Massene i dette deponiet er lite egnet som vekstmedium for planter og nikkel (Ni) løses ut fra avgangsmassene. Denne oppgaven undersøkte effekter ved tilsettingen av avløpsslam og biokull fra ubehandlet (rent biokull) og trykkimpregnert trevirke med kobber (Cu), krom (Cr) og arsen (As) (CCA-biokull) som potensielle jordforbedringsmidler i gruveavgang. Planteopptak og binding i vekstmediet av kobber, krom, arsen og nikkel samt produksjon av overjordisk plantemateriale ble undersøkt i et potteforsøk i et klimaregulert rom med italiensk raigras (Lolium multiflorum var. Barpluto). Frø ble sådd i vekstmedier med gruveavgang og varierende forhold av rent biokull og CCAbiokull og med og uten avløpsslam. Bindingen av kobber, krom, arsen og nikkel ble undersøkt ved sekvensiell ekstraksjon av vekstmediet. Specieringsanalyse av arsen ble utført ved bruk av anionbyttekromatografi med HPLC-ICP-MS. Produksjonen av overjordisk plantemateriale ble sterkt redusert uten tilsetning av avløpslam i vekstmediet. Ved varierende innhold av CCA-biokull ble det kun målt små uregelmessige endringer på produksjon av biomasse. Fravær av biokull førte til en svak trend av lavere produksjon av plantemateriale. Den høyeste konsentrasjonen av kobber, arsen og nikkel i overjordisk plantemateriale ble funnet ved fravær av avløpslam. Med økende andel CCAbiokull økte også konsentrasjonen av kobber og arsen i plantematerialet. Konsentrasjonen av krom i overjordisk plantemateriale ble i svært liten grad påvirket av de ulike vekstmediene. Kationer av kobber, krom og nikkel viste at omtrent henholdsvis 0,8, 0,3 og 0,9 % kunne være lett plantetilgjengelig som utbyttbare kationer. Andelen vannløselige anioner av arsen var 0,5 %. Ved nedbrytning av organisk materiale kan store deler av kobber (47,6 %) og nikkel (34,6 %) potensielt løses ut. pH i vekstmediene var stabilt og i underkant av 8, noe som kan føre til at jern- og aluminiumassosiert arsen (4,4 %) kan løses ut over tid. Speciering av arsen i planteekstrakter antydet at arsenitt forekom i noe større grad enn arsenat. Vannløselig arsen forekom i hovedsak som arsenitt og noe arsenat mens overflatebunnet arsen forekom kun som arsenat. Som jordforbedringsmiddel antydet avløpsslam å kunne gi god effekt på produksjonen av overjordisk biomasse og redusert konsentrasjonen av kobber, arsen og nikkel. Fravær av biokull viste svært liten effekt på produksjonen av overjordisk biomasse.

Abstract The basis for this master thesis was reclaiming of a landfill for mine tailings from the mining company Titania A/S. These mine tailings have poor properties as growth medium for plants and nickel (Ni) is released from these deposits. This master thesis examined the effects of adding sewage sludge and biochar from untreated (clean biochar) and copper (Cu), chromium (Cr) and arsenic (As) impregnated wood (CCA-biochar) as potential soil amendments to mine tailings. The plant uptake and binding to the growth medium of copper, chromium and arsenic as well as production of above surface biomass was examined in a pot trial in a climate controlled room using Italian ryegrass (Lolium multiflorum var. Barpluto). Seeds were sown in growth mediums with mine tailings and varying contents of clean biochar and CCA-biochar and with or without sewage sludge. The binding of copper, chromium, arsenic and nickel was examined through sequential extraction of the growth medium. Speciation of arsenic was done by anion exchange chromatography using HPLC-ICP-MS. The production of above surface biomass was strongly reduced when sewage sludge was lacking in the growth medium. With varying CCA-biochar content, only small irregular changes in the production of biomass were measured. Absence of biochar showed only a weak trend of less biomass production. The highest biomass concentration of copper, arsenic and nickel in above surface biomass was found when sewage sludge was lacking. With increasing content of CCA-biochar, the biomass concentration of copper, arsenic and nickel also increased. The above surface biomass concentration of chromium showed only slight affects to variations in the growth medium. Cations of copper, chromium and nickel showed that about 0.8, 0.3 and 0.9 % respectively could be easily plant available as exchangeable cations. Water soluble anions of arsenic were 0.5 %. By degradation of organic matter, large amounts of copper (47.6 %) and nickel (34.6 %) could potentially be released. The pH in the growth mediums were stable just below 8 which could lead to the release of iron and aluminium associated arsenic (4.4 %) over time. The speciation of arsenic in plant extracts implied that arsenite was present in higher concentration than arsenate. Water soluble arsenic was mainly present as arsenite and smaller amounts of arsenate while surface bound arsenic was only present as arsenate. As soil amendment, sewage sludge indicated advantageous results in the production of above surface biomass and concentration of copper, arsenic and nickel. Absence of biochar showed only a small negative effect on the production of above surface biomass.