SLU-nyhet

Mikroorganismer kan minska kväveutsläpp från gruvindustrin

Publicerad: 12 september 2022
En person i gul reflexväst håller i ett stort metallrör och står i en metalltrumma. Foto.

Kväveutsläpp från till exempel jordbruk leder till övergödning och hälsofarligt grundvatten. Maria Hellman har i sin doktorsavhandling undersökt om nitrathaltigt vatten från gruvindustrin kan renas med denitrifierande bioreaktorer. Resultaten visar att bioreaktorer med träflis fungerar bra för att rena gruvvatten.

Kväve släpps framför allt ut från jordbruket, men även från reningsverk och industrier. I gruvindustrin kommer kvävet från kvävebaserade sprängämnen. Att släppa ut kväve kan leda till övergödning och hälsofarligt grundvatten och därför behövs åtgärder för att minska utsläppen.

– Nitratförorenat vatten kan renas genom att vattnet leds genom en så kallad denitrifierande bioreaktor. De används i många länder för att minska nitratutsläppen till miljön, till exempel i avrinningsvatten från åkermark. I min avhandling undersökte jag om nitrathaltigt vatten från gruvindustrin kan renas med samma typ av bioreaktorer, säger Maria Hellman.

Enkel teknik med kolrikt material och mikroorganismer

Tekniken i en denitrifierande bioreaktor är relativt enkel. Vattnet leds genom en genomsläpplig barriär bestående av ett kolrikt material som till exempel träflis eller annat växtbaserat material. Sedan tar mikroorganismer i bioreaktorn bort nitratet genom att omvandla det till gasformiga kväveföreningar.

– Allra helst vill vi att det ska bildas ofarlig kvävgas. Men inte alla mikrobiella omvandlingar av nitrat leder till ofarlig kvävgas, nitratet kan även följa andra reaktionsvägar. Ibland bildas växthusgasen lustgas och ibland avlägsnas inte kvävet ur vattnet utan nitratet omvandlas till ammonium, som också orsakar skador på miljön, berättar Maria.

En kvinna pratar med två män på grusig mark framför stora grushögar. Foto.
Maria Hellman förklarar hur proverna ska tas i bioreaktorn i Kiruna. Arbetet i Kiruna utförts i samarbete med Uppsala universitet och gruvbolaget LKAB. Foto: Sara Hallin.
En hink, en borrmaskin och en vattendunk vid vetenskaplig utrustning på jordig mark. Foto.
Utrustning för vattenprovtagning i Kiruna. Gråbergshögar som läcker ut kväve syns i bakgrunden. Foto: Maria Hellman.
Långa rader med vattendunkar med kranar på inomhus. Foto.
Vattnet från bioreaktorn filtreras på labbet. Därefter görs en DNA-analys av vilka mikroorganismer som finns i vattnet. Foto: Maria Hellman.
En svartklädd man håller i ett avlångt föremål som får ner i den snöiga marken. Foto.
Jaanis Juhanson tar vattenprover i Kiruna. I bakgrunden syns en bioreaktor under konstruktion. Foto: Maria Hellman.

Var och när omvandlar mikroorganismerna kvävet?

I sin avhandling har Maria undersökt vilka kväveomvandlande processer som sker i de genomsläppliga barriärerna i bioreaktorerna samt när och var det händer.

– Denitrifierande bioreaktorer med träflis fungerar bra för att rena gruvvatten. Jag hittade också tydliga mönster av vilka kväveomvandlingar som var dominerande, både i tid och rum.

Hur väl bioreaktorerna fungerade (om nitratet avlägsnades eller omvandlades till oönskade kväveföreningar) var relaterat till proportionerna mellan de olika kväveomvandlande processerna.

– Vilket kolhaltigt material som användes i bioreaktorn visade sig vara viktigt för vilka mikroorganismer som etablerade sig, och därigenom också för vilka kväveomvandlande processer som blev vanligast.

Framtidens bioreaktorer

För att designa nya bioreaktorer med effektivare rening och utan produktion av skadliga föreningar behöver vi veta hur utvecklingen av mikrobsamhället i en bioreaktor påverkas av olika faktorer.

– I min avhandling bidrar jag med kunskap om de här faktorerna. I framtiden kan de här förbättrade bioreaktorerna till exempel användas för att minska kväveutsläppen till Östersjön, avslutar Maria.