Methods for measuring mercury in gas ebullition from fiber banks : A literature study

• Main Author: Jonsson, Diana
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik 2021
• Subjects: Fiber bank; fiber rich-sediment; mercury; contaminants; gas ebullition; pulp-fiber; wood industry; paper industry; environmental toxicity; wood waste; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294107

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.