Detta examensarbete utforskar hur övervakad naturlig självrening (ÖNS), en metod som utnyttjar naturens egna processer, kan användas i limniska miljöer för att minska toxiciteten och spridningen av metallföroreningar och därmed bidra till att förbättra ekosystemens hälsa. Fokus ligger på naturliga processer som kontrollerar metallföroreningar genom sorption eller sedimentering.Arbetet inleds med en presentation av en konceptuell modell för ÖNS som förklarar de viktigaste geokemiska processerna som påverkar metallers spridning i vattenmiljöer och betonar behovet av starka bevis på processernas effektivitet för att metoden ska kunna accepteras av både myndigheter och verksamhetsutövare.I studiens andra del redovisas en fallstudie på sjön Hornträsket, där historiska gruvaktiviteter har orsakat långvarig miljöpåverkan. Kemiska analyser av zink (Zn), kadmium (Cd) och koppar (Cu) i olika kontaktmedier (vatten, porvatten, sediment och sedimentfällor), tillhandahållna av Boliden Mineral AB, har undersökts för att bedöma sjöns kemiska tillstånd. Resultaten har även använts för modellering av framtida koncentrationsnivåer baserat på trender i metallhalter från 2014 till 2023. Sedan följer utvärdering av processer som avgör metallers spridning och ackumulation i sjön med hjälp av termodynamiska beräkningar i Phreeqc och Visual Minteq.Resultaten av denna studie visar att det halterna av Zn, Cd och Cu i sjövattnet minskar, men att halterna idag ändå överskrider miljökvalitetsnormerna för vattenförekomsten. Statistiska prognoser för halterna av zink och koppar indikerar en stabilisering för Zn och en potentiell minskning av halterna av Cd och Cu under de kommande åren. Metallhalterna i fallande sediment i sjön är lägre jämfört med övre sedimentlager, med en märkbar minskning av kopparnivåer i den norra delen av sjön. Baserat på resultaten från studien är det svårt att avgöra om metallerna kommer från sjöns naturliga avrinningsområde eller från tidigare gruvverksamhet, eller möjligen en kombination av båda källorna.Studien understryker att i Hornträsket, som generellt har ett genomsnittligt pH på 6,8 och övervägande oxiderande förhållanden, är adsorption en primär mekanism för att minska metallkoncentrationerna i sjövattnet. Närvaron av järn-, aluminium- och manganhydroxider och sekundära silikater kan främja adsorption av Zn och Cu, och i mindre grad Cd. Dessa resultat indikerar att den naturliga reningskapaciteten, även om den effektivt kan binda metaller i sediment, är en långsam process och det kan dröja innan den omfattande föroreningsbelastningen i sjövattnet minskar. ÖNS bör dock övervägas som en långsiktig underhållsstrategi ifall den kvarstående risken för återkontaminering av metaller från de förorenade sedimenten till vattenpelaren minimeras. På grund av osäkerheter i beslutsunderlaget och den komplexa inverkan från naturlig mineralisering krävs fortsatta undersökningar för att säkerställa ÖNS effektivitet och tillförlitlighet. / This thesis explores how monitored natural attenuation (MNA), a method that utilizes nature's own processes, can be applied in limnic environments to reduce the toxicity and spread of metal contaminants, thereby contributing to the improvement of ecosystem health. The focus is on natural processes that control metal pollution through sorption or sedimentation.The work begins with the presentation of a conceptual model for MNA, explaining the key geochemical processes influencing the distribution of metals in aquatic environments. It emphasizes the need for strong evidence of the processes' effectiveness for the method to be accepted by both authorities and operators.The second part of the study presents a case study of Lake Hornträsket, where historical mining activities have caused long-term environmental impact. Chemical analyses of zinc (Zn), cadmium (Cd), and copper (Cu) in various contact media (water, pore water, sediment, and sediment traps), provided by Boliden Mineral AB, were examined to assess the lake's chemical status. The results were also used to model future concentration levels based on trends in metal concentrations from 2014 to 2023. This is followed by an evaluation of processes determining the distribution and accumulation of metals in the lake using thermodynamic calculations in Phreeqc and Visual Minteq.The results of this study show that the levels of Zn, Cd, and Cu in the lake water are decreasing, but still exceed the environmental quality standards for the water body. Statistical forecasts for the levels of zinc and copper indicate stabilization for Zn and a potential decrease in the levels of Cd and Cu in the coming years. The metal levels in the falling sediment in the lake are lower compared to the upper sediment layers, with a noticeable reduction in copper levels in the northern part of the lake. Based on the study results, it is difficult to determine whether the metals originate from the lake's natural catchment area or from previous mining activities, or possibly a combination of both sources.The study emphasizes that in Lake Hornträsket, which generally has an average pH of 6.8 and predominantly oxidizing conditions, adsorption is a primary mechanism for reducing metal concentrations in the lake water. The presence of iron, aluminum, and manganese hydroxides and secondary silicates can promote the adsorption of Zn and Cu, and to a lesser extent Cd. These results indicate that the natural purification capacity, although effectively binding metals in the sediment, is a slow process, and it may take time before the extensive pollution load in the lake water decreases. However, MNA should be considered as a long-term maintenance strategy if the remaining risk of recontamination of metals from the contaminated sediments to the water column is minimized. Due to uncertainties in the decision-making basis and the complex impact of natural mineralization, further investigations are required to ensure the effectiveness and reliability of MNA.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:su-229845 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Kolpakova, Marina |
| Publisher | Stockholms universitet, Institutionen för miljövetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0159 seconds