Gas Emissions from Contaminated Fibrous Sediments in Sweden The discharge of untreated wastewater from pulp and paper mills have resulted in the accumulation offibrous sediments on the bottom of many nearby aquatic recipients. Some accumulations are multiplemeters thick and consist almost entirely of cellulose fibre or wood chips; these are called fiberbanks.The often hypoxic conditions and high organic content in fiberbanks makes them favourable for methaneproducing microorganisms, and gas release by ebullition has been observed. CH4 has high globalwarming potential and this study therefore aims to investigate GHG emissions from Swedish fiberbanks.Since methanogenesis is influenced by temperature and organic content, the gas ebullition is expectedto vary with season and between fiberbanks. As such it was necessary to examine differences inebullition rate, bubble volume and bubble quantity between different fiberbanks and to test the influenceof temperature on ebullition. To achieve this, the gas ebullition from two fiberbanks with very differentcomposition (Väja and Sandviken), were investigated using optical ebullition sensors measuring thequantity and volume of released gas bubbles. The ebullition measurements were performed in laboratoryat room temperature (20oC) and with sediments in incubation (4 – 15oC). The results indicate differencesin both ebullition rate and mean bubble volume between these two fiberbanks, with only minordifferences in the quantity of bubbles released. In a period of stable ebullition over five consecutivedays, sediment from Väja released 83 – 90% larger volumes of gas per day, and also produced bubblesthat were on average 67 – 89 % larger in volume when compared to Sandviken. The incubationexperiments show that ebullition from both fiberbanks increases exponentially with temperature, at ratessimilar to those found in natural sediments (Väja Q10 3.9, Sandviken Q10 4.9). The rate of accelerationin ebullition from both sediments is very strong >10oC, which is also similar to what has been observedin natural sediments. If estimating the combined GHG emissions from Swedish fiberbanks based on theresults from this study, it shows that fiberbanks could emit as much as 550 000 – 900 000 tonnes of CO2equivalents annually. That would correspond to 1.1 – 1.7% of the combined annual Swedish GHGemissions in 2018, and with fiberbank ebullition showing such a strong temperature dependence, thatestimate would grow rapidly when water temperatures increase with a warming climate / Utsläpp av orenat processvatten från svensk pappersindustri har resulterat i ansamlingar av fiberhaltigasediment på botten av närliggande vattendrag. På vissa platser bildar de fiberhaltiga sedimenten flerameter tjocka fiberbankar som består nästan uteslutande av cellulosafibrer eller träflis. Det högaorganiska innehållet i fiberbankarna resulterar ofta i syrefria förhållanden vilket gör dem gynnsammaför metanproducerande mikroorganismer, och frisläppning av gasbubblor har observerats. Metangasbidrar starkt till växthuseffekten och det här projektet utformades därför med huvudmålet att uppskattaväxthusgasutsläppen via ebullition från svenska fiberbankar. Eftersom metangasproduktionenförväntades variera beroende på temperatur och fiberbankskomposition, undersöktes skillnader igasutsläpp från två olika fiberbankar, gällande koncentrationen på utsläppt gas, mängd utsläppt gas,volym på bubblor, antal bubblor, samt hur gasutsläppen från fiberbankarna påverkades av temperatur.Undersökningen inkluderade sediment från två fiberbankar med väldigt olika sammansättning (Väja ochSandviken) och gasutsläppen studerades med hjälp av optiska sensorer i rumstemperatur och underinkubation vid temperaturer från 4 – 15oC. Data från undersökningarna användas sedan till att uppskattade årliga växthusgasutsläppen från svenska fiberbankar. Resultaten indikerar att det är stora skillnader imängden utsläppt gas och volymen på frisläppta bubblor mellan dessa två fiberbanksediment, menendast små skillnader i antalet frisläppta bubblor. Fiberbankssediment från Väja släppte ut en 83 - 90%större gasvolym per dag och producerade också i genomsnitt 67 - 89% större bubblor jämfört medsediment från Sandviken. Inkubationsexperimenten visar att gasutsläppen från de bådafiberbanksedimenten ökar exponentiellt med temperatur, och tilltar i liknande hastighet som hosnaturliga sediment (Väja Q10 3.9, Sandviken Q10 4.9). Ökningen i gasutsläpp vid temperaturer över 10oCär mycket stark hos båda sedimenten, vilket också liknar observationer från naturliga sediment. Närresultaten används för att uppskatta växthusgasutsläppen från den totala mängden fiberbanksedimentsom kan finnas i Sverige, visar de att fiberbankar kan släppa ut så mycket som 550 000 - 900 000 tonCO2-ekvivalenter årligen. Det skulle innebära 1.1 – 1.7% av de sammanlagda årliga svenskaväxthusgasutsläppen.

Mercury contamination is an environmental issue with high priority due to its high toxicity. In addition to the atmospheric deposition, several lakes and rivers in Sweden are contaminated as a result from wood and pulp-fiber industries which stretches back 200 years. In Luleå, Sweden, a former groundwood industry, Karlshäll, has contributed to mercury pollution in the sediments of Notviken, a small bay connected to Luleå River and the Bothnian Sea, through release of process water. Industrial release of chemicals and wood pulp have resulted in a special type of sediment called fiber banks. The fiber banks contain high levels of organic matter and very little oxygen which contributes to large gas emissions from the fiber banks, gas ebullition. There is no generally accepted method for examining how mercury contaminants are spread through gas ebullition. The aim of this thesis was to review and find methods for that purpose. Through the literature review several types of methods emerged. Some of them were useful for measuring volumes of gas, whereas others were better designed for collecting gas and analysing it for concentration of elements. There are pros and cons with all methods but the one considered most useful in the case of Karlshäll would be Skarp’s method with active and passive sampling. The passive part includes setting up tents over the fiber bank with a known area, and then calculate the volumes of gas which migrate up through the water during a certain amount of time. The active sampling consists of stirring the fiber bank sediment with a stick and then gather the ascending gas bubbles in a Teflon-bag. The Teflon bag is thereafter sent to a chemical environmental laboratory for analysis of the concentration of elements. This method is the only one of the ones reviewed in this thesis which have been tested in Sweden at sites with gas- ebullition facilitated mercury transport. Although, Varadharajan et al’s (2011) sampling device with automation could be applicable if a long-term, high frequency monitoring programme would be used at Karlshäll. In addition, a sampling device with an integrated carbon-absorption-tube collector for trapping gaseous Hg would be beneficial if the samples can’t handle a long-distance transportation. Thus, the samples could be sent to a local laboratory instead. However, this type of device is not yet invented and would need further studies to develop. / Kvicksilverföroreningar är ett stort miljöproblem som räknas till de särskilt farliga ämnena vilka skall fasas ut för att nå miljömålet giftfri miljö. Föroreningarna är mycket giftiga för djur och miljö och det kvicksilver som redan spridits ansamlas och stannar kvar under lång tid i mark, vatten och biota. Utöver den atmosfäriska depositionen så är floder, älvar och sjöar i Sverige förorenade med kvicksilver, ett resultat av en 200-årig industri för tillverkning av pappersmassa och träfiber där kvicksilver varit en del i tillverkningsprocessen.  I Luleå fanns det ett träsliperi kallat Karlshäll mellan åren 1912–1962 som släppte ut orenat processvatten innehållandes kvicksilver tillsammans med rester av träfiber till den närliggande viken, Notviken, som är ett inlopp från Lule älv. Industriella utsläpp av kemikalier och träfiber har resulterat i bildandet av en viss typ av bottensediment, kallad fiberbank. Fiberbankarna innehåller höga nivåer av organiskt material i kombination med lite syre vilket bidrar till stora gasutsläpp från fiberbankarna, gasavgång. Det finns ingen vedertagen metod för att undersöka hur kvicksilverföroreningarna sprids genom gasavgång. Syftet med denna uppsats är att undersöka och hitta metoder som kan undersöka kvicksilverföroreningarnas spridning via gasavgång. Genom en litteraturstudie och intervju med en entreprenör inom miljöteknik framträdde flertalet olika metoder för att kunna kvantifiera eller mäta kvicksilver i gas från fiberbankar. Några av dem var användbara för att mäta volymer av gas. Andra metoder lämpade sig bättre för att samla in gas för analys av koncentrationer av olika ämnen.  Även om alla metoder i viss mån lämpar sig för att undersöka gasavgång från sediment ansågs Jonny Skarps metod som inkluderade både aktiv och passiv provtagning med gasfällor och teflonpåsar vara den mest passande för fiberbankar likt den i Karlshäll. Den passiva metoden innefattar installation av tält över en känd area på sedimentbotten och sen beräkna mängden gas som bubblar upp under en viss tid. Den aktiva insamlingsmetoden bygger på att sediment störs med ett spetsigt föremål, exempelvis ett lod, så att gasbubblor släpper från sedimentet och samlas in med hjälp av en teflon- påse. Teflon-påsen skickas sedan till ett kemiskt laboratorium i Göteborg för analys av innehållet i gasen. Båda dessa provtagningssätt kunde tillsammans mäta mängden kvicksilver ifrån gasen samt volymen av gasen. Denna metod är den enda av de som undersökts i denna uppsats som testats i Sverige på platser med kvicksilver som avgått i gasform från fiberbankar. Dock så är Varadharajan med fleras (2011) automatiserade gas-insamlare ett bra alternativ ifall en hög frekvens av provtagning är nödvändig i kombination med en lång insamlingstid. Denna skulle kunna kombineras med en insamlingsmetod av gasbubblor där det lokala kemilaboratoriet kan analysera innehållet. I detta fall krävs att ett kolfiber-rör är en del av mätinstrumentet. Dock finns det ännu inte något sådant instrument och fler studier behövs för att utveckla ett sådant.