Teollisuuden metallijätteet
Bioliuotuksesta kehitetään vaihtoehtoista menetelmää metallipitoisten jätteiden kemialliselle ja fysikaaliselle käsittelylle. Teknologiakonsepti on saanut nimen ecomining.
Osalle jätemateriaaleista bioliuotus soveltuu jo nykyisellään hyvin. Parhaimmillaan lähes kaikki metallit saadaan erotettua liuosmuotoon.
Biologisia menetelmiä käytetään myös kaivosvesien puhdistamiseen.
Metallipitoista jätettä syntyy vuosittain miljoonia tonneja
Metallipitoisia jätteitä ja sivuvirtoja syntyy muun muassa metalli- ja kaivosteollisuudessa, konepajoilla ja teollisuuden erilaisissa polttoprosesseissa sekä autojen ja sähkö- ja elektroniikkaromun kierrätyksessä.
”Esimerkiksi raudan ja teräksen valmistuksessa syntyy vuosittain 450 000 tonnia jätettä, josta arviolta 200 000 tonnia on metalleja. Kaivosteollisuuden jätealueille puolestaan päätyy vuodessa kolme miljoonaa tonnia jätemassaa, josta hyödynnetään vain 20 prosenttia”, kertoo tutkija Elina Vestola VTT:ltä.
Tulevaisuudessa metallijätteisiin ja -romuun sisältyvät metallit saatetaan ottaa talteen bioliuotuksen avulla (ecomining). Bioliuotus on muun muassa kaivoteollisuudessa hyödynnettävä prosessi, jolla metallit saatetaan liukoiseen muotoon bakteerien avulla.
Ecomining ja bioliuotus
Ecomining on teknologiakonsepti, jossa jätemateriaalien metallit pyritään saamaan talteen eri tekniikoita käyttäen. Tällä hetkellä kiinnostavin tekniikka on bioliuotus, jossa metallit liuotetaan materiaaleista bakteerien avulla. Liuenneet metallit otetaan talteen kemiallisesti tai biologisesti saostamalla.
Bakteerien kykyä liuottaa metalleja on hyödynnetty kaivosteollisuudessa jo kymmeniä vuosia. Hyviä tuloksia on saatu myös kaivosten rikastushiekan käsittelystä bioliuotuksen avulla.
Bioliuotusta tapahtuu myös luonnossa, mutta se on hyvin hidasta. Teollisessa toiminnassa liukenemista nopeutetaan parantamalla bakteerien elinoloja.
Bioliuotuksella lupaavia tuloksia
Vestolan vetämä hanke on osoittanut, että bioliuotus soveltuu metallijätteiden ja -romun käsittelyyn, joskin liuotuksen kannattavuus vaihtelee esimerkiksi jätteen metallipitoisuuden ja koostumuksen mukaan.
”Osalle materiaaleista teknologia soveltuu hyvin, ja parhaimmillaan lähes kaikki metallit saadaan erotettua liuosmuotoon. Haasteena on jätteiden erilaisuus ja jätteissä mahdollisesti olevat mikrobitoimintaa estävät yhdisteet, kuten liuottimet ja öljyt.”
Jatkossa prosessia optimoidaan kullekin materiaalille erikseen. Liuotuksen onnistumiseen vaikuttaa etenkin liuotuslämpötila ja myös happamuusaste.
Vestolan mukaan bioliuotusta voitaisiin periaatteessa hyödyntää myös metalleilla pilaantuneen maaperän ja sedimenttien käsittelyssä.
Lue bioliuotuksen hyödyntämisestä Talvivaaran kaivoksella >>>
Bioliuotuksen etuja
Bioliuotuksen etuja kemialliseen ja fysikaaliseen metallijätteiden käsittelyyn verrattuna ovat:
pienempi kemikaalien ja energian tarve ja siten myös pienempi ympäristökuormitus
mahdollisuus erottaa lähes kaikki metallit samanaikaisesti
pienemmät kustannukset.
Muitakin biomenetelmiä kehitetään
Metallipitoisten jätteiden käsittelyyn kehitetään myös muita biologisia menetelmiä.
”Niistä ehkä lupaavin on mikrobiliuotuksesta hieman poikkeava sieniliuotus, jossa hyödynnetään sienten tuottamia orgaanisia happoja ja sienten kykyä sitoa itseensä metalleja”, Elina Vestola arvioi.
Bakteerit puhdistavat kaivosvesiä
Kun kaivos suljetaan, kaivosyhtiön on eristettävä jätevedet ja kiinteät kaivosjätteet ympäristöstä – tai ne on käsiteltävä haitattomiksi. Varsinkin metalli- ja sulfaattipitoiset vedet voivat aiheuttaa alueen ympäristölle huomattavan riskin.
Maailmalla kaivosvesiä käsitellään useilla erilaisilla biologisilla menetelmillä, muun muassa kosteikkojen, reaktiivisten seinämien ja bioreaktorien avulla. Niitä on käytössä myös Suomessa, ja ne ovat toimineet suhteellisen hyvin.
”Esimerkiksi Outokummun Kotalahden vanhan nikkelikaivoksen metalli- ja sulfaattipitoiset jätevedet ovat kymmenessä vuodessa puhdistuneet sulfaattia pelkistävien mikrobien avulla. Vedellä täyttynyt avolouhos on toiminut suurena bioreaktorina”, Elina Vestola toteaa.
Tätä puhdistusmenetelmää käytetään muutamalla muullakin suljetulla kaivoksella Suomessa, hyvin tuloksin.
Kaivoksen toiminnan aikana biologiset menetelmät eivät ole paras vaihtoehto kaivosvesien käsittelyyn, koska vesimäärät ovat hyvin suuria. Yleensä vesiä käsitellään tässä vaiheessa kemiallisesti ja biologisiin menetelmiin siirrytään vasta, kun kaivos suljetaan.
Rauta saostuu biomenetelmin
Tampereen teknillisessä yliopistossa (TTY) on kehitetty biologista menetelmää raudan ja sulfaatin poistoon kaivosten happamista prosessi- ja jätevesistä. Menetelmä perustuu mikrobiologiseen raudan hapetukseen ja saostukseen.
Enimmillään raudasta saostui jopa 96–99 prosenttia ja sulfaatista parhaimmillaan noin 66 prosenttia, toteaa tutkija Paula Nurmi vuonna 2009 tarkastetussa väitöskirjassaan.
Mitä odotat biopuhdistusmenetelmiltä tulevaisuudessa?
"Jos ajatellaan biopuhdistusmenetelmien soveltamista yleisesti, niin odotan eniten ympäristön kunnostukseen liittyviltä sovelluksilta, kuten pilaantuneen maaperän ja pohjaveden puhdistukselta sekä tietenkin haitallisten metallien poistoon kehitetyiltä sovelluksilta", tutkija Elina Vestola sanoo.
”Vuonna 2020 jätteiden ja sivutuotteiden käsittelyssä on edistytty. Suomi on edelläkävijä biomassan jalostajana ja hyödyntäjänä, ja se myy jäteraaka-aineiden hyödyntämisen osaamistaan globaalisti.”
Bioteknologia 2020 – hyvinvointia suomalaisille
-raportti (TEM)