Försök med ostörda jordprov 2016-2017

Laboratorieförsök med ostörda jordprov 2016–2017

Kolonnlakningsförsöken med ostörda jordprov fortsatte i PRECIKEM II-projektet under åren 2015–2018. Proverna togs på samma sätt som i PRECIKEM-projektet under åren 2011–2014 och försöksutrustningen var liksom tidigare Concell-apparaturen som tillverkats av företaget Geo-Petech. Försöksförhållanden och -kringutrustningen utvecklades och i försöken söktes svar på nya frågor. Två likadana försök utfördes alltid parallellt och kolonnlakningsutrustningen och behandlingssuspensionerna förvarades under hela experimentet i kylskåp vid 10 °C, vilket motsvarar medeltemperaturen på ett djup av 70–85 cm under markytan. I stället för hydrostatiskt tryck användes membranpumpar (Grundfoss DME eller DDA) för att pumpa sköljvatten och behandlingssuspensioner genom jordprovet. Ett konstant flöde kunde därför upprätthållas och justeras vid behov under hela experimentet. YSI Professional Plus mätare utrustade med Quatro-kabel och genomströmningsceller användes för att kontinuerligt mäta pH, konduktivitet och redoxpotential under experimentet och överföra mätvärden till en dator. I försöken var effekter på mikrobpopulationer av särskilt intresse, och vid beredning av suspensioner användes därför autoklaverat vatten (ångsteriliserat vid 120 °C) för att minimera risken för kontamination.

I behandlingarna användes ultrafinkornig kalkstenssuspension (Nordkalks produkt C2 med en medianpartikeldiameter på 2,5 µm) som också användes i det tidigare PRECIKEM-projektet, en suspension av utfälld kalciumkarbonat (Nordkalks produkt Enrich Bio med en medianpartikeldiameter på 0,3 µm och som behandlats med ett bionedbrytbart dispergeringsmedel för att stabilisera suspensionen), samt en suspension av ultrafinkornig torv vars medianpartikeldiameter var 20 µm. I både C2 och Enrich Bio-suspensionerna var halten behandlingssubstans 8 gram/liter, och i suspensionen med torv var halten 4 gram/liter. Dessutom gjordes kombinationsbehandlingar där jordprovet först behandlades med en kalkstenssuspension (4 gram/liter) och sedan med en torvsuspension (1 gram/liter).

Utkommande lakvatten analyserades kontinuerligt med avseende på pH, konduktivitet och redoxpotential på samma sätt som i PRECIKEM-projektet. Resultaten av behandling med kalkstenssuspension var också jämförbara med resultat från det tidigare projektet. Dessutom togs prover med jämna intervall för analys av Cl-, NO3-, SO42- och Br- med jonkromatografi i yrkeshögskolornas laboratorier. Metallanalyser med ICP-OES-metod beställdes. Behandlingseffekterna på lakvattnet var gynnsamma. Med C2- och Enrich Bio-behandling steg pH-värdet till nästan neutralt, metallhalterna sjönk och redoxpotentialen var låg.

I kombinationsbehandlingen med suspensioner av kalksten och torv steg pH-värdet inte riktigt lika hög, men metallhalterna och redoxpotentialen var låga. Kombinationsbehandlingen hade en mycket gynnsam effekt på mikrobpopulationerna vars diversitet ökade. En ren torvbehandling hade en svag effekt på pH-värde, metallhalter och redoxpotential.

Lakvattnets kvalitet var av stort intresse, men också geokemiska och mikrobiologiska processer som äger rum a) på ytorna i markens makroporer, och b) i de inre delarna av strukturen som utgörs främst av kompakt lera. Efter varje kolonnlakningsförsök förvarades (inkuberades) varje jordprov i fyra veckor i kylskåp vid en temperatur på 10 °C, varefter prover togs av makroporernas ytor och av de inre kompakta delarna för geokemiska och mikrobiologiska analyser.

Geokemiska och röntgenanalyser (XRF och XAS) visade att speciellt svavel och, i något mindre mån, järn anrikades på makroporernas ytor i form av de järn- och svavelinnehållande mineralerna schwertmannit och jarosit. Som ett resultat av behandlingar med C2 och Enrich Bio löstes jarosit upp och järnet föll ut igen som järnhydroxid.

Det visade sig att kvaliteten hos lakvattnet från ett kolonnlakningsförsök i mycket hög grad är beroende av de processer som äger rum på makroporernas ytor. Därför är det tillräckligt att man riktar in sig på att behandla ytorna i hydrologiskt aktiva makroporer när man tar i bruk metoder för att lindra de negativa effekterna av sura sulfatjordar. I laboratorieförsöken visades att ytorna kan påverkas genom att pumpa suspensioner av kalksten, utfälld kalciumkarbonat och torv genom jordprover. I analyserna av mikrobpopulationernas sammansättning visades att andelen acidofila mikrober minskade betydligt på ytorna medan behandlingarna hade mycket liten effekt i de inre kompakta delarna av strukturen.

Detaljerade resultat presenteras i artikeln Iron-sulfur geochemistry and acidity retention in hydrologically active macropores of boreal acid sulfate soils: effects of mitigation suspensions of fine-grained calcite and peat som publicerats i tidskriften Science of the Total Environment 2022, samt i artikeln Targeting oxidation sites on boreal acid sulfate soil macropore surfaces mitigates acid and metal release to recipient water streams som publicerats i tidskriften Applied Geochemistry 2023.