Turvekosteikot kaivosvesien puhdistajina

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kahden pintavalutuskenttänä toimivan, alkujaan luonnontilaisen kosteikon toimintaa kaivosvesien jälkikäsittely-yksiköinä. Erityisesti tarkasteltiin antimonin, arseenin ja nikkelin pidättymistä kosteikkojen turpeeseen. Toimintaa selvitettiin ainetaseiden sekä pitoisuusreduktioiden näkökulmasta. Tutkimuskohteina olivat Kittilän kultakaivoksen (Agnico-Eagle Finland Oy, Kittilä Mine) pintavalutuskentät 1 (PVK1) ja 4 (PVK4). Tavoitteena oli tarkastella pintavalutuskenttien puhdistustehoa ja sen muutosta etenkin pitempään toimineella kosteikolla sekä pitoisuusreduktiota eri vuodenaikoina. Huomiota kiinnitettiin myös siihen, onko turpeeseen pidättynyt aineita velvoitetarkkailun vesinäyteanalyysien osoittama määrä. Antimonin, arseenin ja nikkelin pitoisuuksia verrattiin myös pilaantuneille maille määrättyihin raja-arvoihin ja pohdittiin kosteikkojen käyttöikää raja-arvojen ylittymisen kannalta. Työhön kuului myös alustava selvitys siitä, kuinka laajasti kosteikkokäsittelyä käytetään Suomen kaivoksilla ja millaisia vesiä ne puhdistavat. Pintavalutuskentällä 1 havaittiin hidastumista antimonin pidättymisessä. Muiden aineiden pidättymisessä ei havaittu hidastumista kummallakaan pintavalutuskentällä, ei myöskään antimonilla pintavalutuskentällä 4. Antimonin pitoisuus PVK1:n tulovirtaamassa on moninkertainen verrattuna muihin aineisiin sekä sen pitoisuuteen PVK4:n tulovirtaamassa. Tämä näkyy erona puhdistustehossa. Antimonin keskimääräinen reduktio PVK1:llä on ollut vain 24%, kun se PVK4:llä on ollut keskimäärin yli 82%. Arseenin reduktio PVK1:llä on ollut keskimäärin 67% ja nikkelin 80%, PVK4:llä arseenin 64% ja nikkelin 73%. Nämä ovat kuitenkin vähimmäisreduktioita, sillä As- ja Ni-pitoisuudet menovirtaamassa ovat olleet tyypillisesti alle määritysrajojensa. Tällöin menovirtaaman pitoisuudet ovat voineet olla todellisuudessa matalammat ja reduktiot siten korkeammat kuin nyt lasketut. Puhdistustehoissa ei ollut velvoitetarkkailun perusteella havaittavissa selkeää vuodenaikaista vaihtelua kummallakaan pintavalutuskentällä. Turveanalyysit osoittavat antimonia, arseenia ja nikkeliä on pidättyneen turpeeseen enemmän kuin vesinäyteanalyyseistä laskettujen pitoisuusreduktioiden perusteella näyttää. Osittain tämä johtunee myös siitä, että todellinen virtausala ja pidättymissyvyys ovat mahdollisesti pienemmät kuin laskelmissa oletetut alat ja syvyydet. Diplomityön sisältämässä katsauksessa kaivosteollisuuden kosteikkokäsittelyihin selvitettiin kosteikkojen käyttöä vesienkäsittelyssä Suomen kaivosteollisuudessa. Ympäristölupapäätösten pohjalta tehdyn kartoituksen perusteella noin kolmasosalla kaikista kaivoksista oli käytössä jonkinlainen kosteikkokäsittely osana vesienkäsittelyään. Suomen kaivoksilla käytössä olevat kosteikot eivät ole varsinaisia rakennettuja kosteikkopuhdistamoja, vaan kosteikot ovat pääsääntöisesti luonnontilaisia soita tai padottuja lampialueita, joita käytetään kaivosvesien jälkikäsittelyssä. Osalla kaivoksista on ollut ongelmia mm. riittävän puhdistustehon saavuttamisen, kiintoaineksen huuhtoutumisen tai pidättyneiden metallien takaisin liukenemisen kanssa. Kuitenkin myös toimivia kosteikkoja on käytössä, ja niillä puhdistustulokset ovat olleet enimmäkseen hyviä.The purpose of the Master Thesis was to clarify how two originally pristine peatlands perform as after-treatment units in the case of mining waters. Special focus was on retention of antimony, arsenic and nickel. Both mass balances and concentration reductions were used to examine the performance of treatment peatlands. The study sites were two overland flow areas (PVK1 and PVK4) which purify minig waters from a gold mine (Agnico-Eagle Finland Oy, Kittilä Mine) in northern Finland. The aim was to examine the treatment efficiency and possible changes in it, especially in the longer-performing peatland (PVK1), and the treatment efficiency during different periods of year. Attention was also paid to a question whether the peat has retained substances the amount indicated by the water sample analyzes. Antimony, arsenic and nickel concentrations were also compared to the threshold values specified for contaminated soils. The lifetime of peatlands was discussed based on when the concentrations will exceed these values. The study also included the preliminary report on the extent of using wetland treatment in the Finnish mine companies and what kind of water is treated by them. There was detected decrease in antimony retention in PVK1 whereas changes in arsenic and nickel retention were not observed in either PVK1 or PVK4. In PVK4 also antimony retention was stayed stable. Antimony concentration of the income flow in PVK1 was a clearly higher than other concentrations, as well as its concentration in the income flow of PVK4. This can be also seen in a difference between the treatment efficiencies. The average antimony retention in PVK1 has been only 24%, compared with PVK4 which has had an average of over 82%. The arsenic retention in PVK1 has had an average of 67% and nickel 80%. In PVK4 the arsenic retention has had an average of 64% and nickel retention 73%. However, these are minimum reductions, because the As- and Ni-concentrations in the out flow have been typically below the detection limits. In this case, the concentrations in the out flow are able to be actually lower and the retention higher than calculated ones. There was not a clear seasonal variability detected in studied overland flow areas based on the monitoring program. Peat analyzes showed that there were more antimony, arsenic and nickel retained in peat than it looked based on concentration reductions calculated from water sample analyzes. This is partly due to the fact that the actual flow area and the flow depth are possibly smaller/lower than the expected areas and depths used in calculations. Based on permission decisions one third of all mines was using some kind of treatment wetlands as a part of their water treatment. The treatment wetlands used in Finnish mines are not actual constructed wetland refineries but they are mainly natural wetlands or dammed pond areas, which are used as after-treatment units. Some of the mines have had problems for example to achieve sufficient treatment efficiencies and leaching of suspended solids or metals. However, there are also well-performing wetlands in use and the treatment results have been mostly good