Biologisen käsittelyn kehittäminen sulfaatti- ja metallipitoisille kylmille kaivosvesille

Kaivostoiminnassa muodostuvat happamat metalli- ja sulfaattipitoiset jätevesipäästöt aiheuttavat luonnonvesien happamoitumista ja vahingoittavat vesistöjen eliöitä. Ympäristölupamääräyksiä tiukennetaan ympäristön pilaantumisen ehkäisemiseksi, päästöjen ja jätteiden määrän vähentämiseksi, luonnon monimuotoisuuden suojelemiseksi ja luonnonvarojen kestävän hyödyntämisen edistämiseksi, minkä myötä tarvitaan kestävämpiä ja tehokkaampia vedenkäsittelyratkaisuja. Biologista sulfaatinpelkistystä voidaan hyödyntää sulfaatinpoistoon sekä useiden metallien saostamiseen sulfideina.

Tässä väitöstyössä kehitettiin sulfaatinpelkistäjäbakteereja hyödyntävää biologista käsittelyprosessia kylmille kaivosvesille. Sulfaattia pelkistävä bakteerikasvusto rikastettiin pohjoiselta alueelta kerätystä maaperänäytteestä ja totutettiin kylmiin olosuhteisiin. Hiilenlähteenä bakteereille käytettiin sukkinaattia. Lisäksi tutkittiin sulfaattia pelkistävän bakteerikasvuston kykyä käyttää erilaisia edullisia hiilenlähteitä – käsiteltyä yhdyskuntalietettä, turvetta sekä heraa. Sulfaatinpelkistäjäsekakasvustoa hyödynnettiin jatkuvatoimisessa ylösvirtausbiofilmireaktorissa sulfaatin ja metallien poistoon keinotekoisista ja aidoista happamista kaivosvesistä. Sekakasvustoa sekä siitä eristettyä puhdaskasvustoa testattiin myös sulfaattikylläisen anioninvaihtohartsin bioregenerointiin. Hartsi kyllästettiin erikseen sulfaatilla ja kylläistä hartsia inkuboitiin sulfaatinpelkistäjien kanssa, jolloin hartsiin kiinnittyneet sulfaatti-ionit vaihtuivat bakteeriliuosten sisältämiin ioneihin.

Kylmänsietokykyisen sulfaatinpelkistäjäkasvuston todettiin kasvavan jopa 6 °C:ssa. Bakteerit pystyivät hyödyntämään edullisia orgaanisia hiilenlähteitä ja etenkin käsitellyn yhdyskuntalietteen käytöllä saavutettiin lupaavia tuloksia sulfaatinpoistossa keinotekoisesta kaivosvedestä. Kun sulfidogeenistä bioreaktoria ajettiin lämpötilassa 11,7 °C, sulfaatinpelkistysnopeus oli parhaimmillaan 4 500 mg/(L×d) ja 87 % aidon kaivosveden alkuperäisestä sulfaatista pelkistyi. Suurin osa aitojen kaivosvesien sisältämistä metalleista saostui joko erillään bioreaktorissa syntyneen rikkivetykaasun avulla tai bioreaktorin sisällä. Sulfaattikylläisen anioninvaihtohartsin bioregenerointi onnistui sekä puhdas- että sekakasvustolla. Kolonnikokeissa hartsin kapasiteetti palautui lähes kokonaan käytettäessä puhdaskasvustoa. Tämän tutkimuksen tulokset tarjoavat arvokasta tietoa mahdollisuuksista hyödyntää biologista sulfaatinpelkistystä kaivosvesien käsittelyssä matalissa lämpötiloissa sekä sulfaatinpelkistyksen ja ioninvaihdon hyötyjen yhdistämisestä.