Biokol. En långvarig metod för avhjälpande av förorenad jord?

Abstract

This study investigates concentrations of three metals (Cu, Pb, Zn) in the soil water of biochar remediated soil. Field trials have been conducted by the Swedish Geotechnical Institution since 2019 as their project BALANCE is exploring the long-term effect of biochar in PAH- and metal contaminated soils. The long-term aim of the studies is to investigate whether biochar amendment is an affective remediation method for contaminated sites. However, it is essential to recognize that stabilized metals do not vanish; rather, they remain bound within the treated soil. The research poses great potential as it is a more sustainable method of contaminant remediation and can play a significant role in the transition towards a circular economy.
Pore water samples taken via lysimeters in April 2024, in addition to samples taken between 2019-2024, were used to investigate potential long-term concentration trends of Cu, Pb and Zn in water extracts from soil. The literature emphasizes that immobilization is highly dependent on site-specific conditions and the type of biochar used.
Summary of soil water analysis results indicate a greater long-term reduction of Cu and Zn concentrations while Pb presented some anomalous data. Greatest positive treatment is achieved in soils containing low organic matter content. Biochar treatment as an amendment for contaminated sites show promising results, however, more studies need to be made to gain further acceptance and confidence in the technique.

Abstract (Swedish)

Denna studie undersöker markvattenkoncentrationerna av tre metaller (Cu, Pb, Zn) i jord som behandlats med biokol. Fältförsök har utförts av Statens geotekniska institut sedan 2019 eftersom deras projekt BALANCE undersöker den långsiktiga effekten av biokol i PAH- och metallförorenade jordar. Det långsiktiga målet med studierna är att undersöka om biokol är en effektiv saneringsmetod för förorenade områden. Det är dock viktigt att inse att stabiliserade metaller inte försvinner, utan snarare att de förblir bundna i den behandlade jorden. Denna forskning har stor potential eftersom det är en mer hållbar metod för sanering av föroreningar och kan spela en viktig roll i övergången till en cirkulär ekonomi.
Porvattenprover tagna via lysimetrar i april 2024, samt prover tagna mellan 2019-2024, användes för att undersöka potentiella långsiktiga koncentrationstrender av Cu, Pb och Zn i markvattnet.
I litteraturen betonas att immobilisering av metaller är mycket beroende av platsspecifika förhållanden och vilken typ av biokol som används.
Sammanfattningen av analysresultaten för markvatten visar på en större långsiktig minskning av Cu- och Zn-koncentrationerna, medan Pb uppvisade vissa avvikande data. Störst positiv behandling uppnås i jordar med låg halt organiskt material. Biokolbehandling som en åtgärd för förorenade områden visar lovande resultat, men fler studier måste göras för att få ytterligare acceptans och förtroende för tekniken.

Popular Abstract

A large part of Europe's soil is of very poor quality and Sweden currently has over 85 000 contaminated sites in need of remediation. Contaminated sites are a serious problem, as they can cause great human and environmental damage. The most common remediation method today is excavation.
As a result, large volumes of soil are excavated, transported, deposited and excavated soil is replaced with virgin material.
The non-degradable nature of heavy metals and their ability to bioaccumulate in living organisms make them a widespread contaminant. Some heavy metals are essential for biochemical functions in living organisms, but due to rapid urbanization and industrialization, there is a risk of their accumulation in soil. Overconsumption and overexposure can lead to cancer, mutagenic effects and multi-organ dysfunction in living organisms.
Biochar is identified as a material with great potential to immobilize heavy metals in contaminated soil. The biochar product is produced by thermochemical conversion of biomass under oxygen-free conditions, which gives the biochar favorable properties such as high porosity, high ion exchange capacity, pH and high proportion of functional groups on the surface. Since biochar can form complexes with metals, it can potentially reduce the bioavailability of metals, which in turn makes the soil less toxic and reduces the risk of spreading to surface and groundwater.
The aim of this study was to investigate the ability of biochar to stabilize the metals copper (Cu), lead (Pb) and zinc (Zn) in contaminated soil and whether the treatment reduces their leaching. The results of the study show that biochar has promising potential as a remediation method and can be part of the transition towards a circular economy. Long-term trials are crucial to ensure that biochar treatment maintains its stabilizing effect over time and thus reduces the risk of leaching of metals by making them mobile again. The study also notes that stabilization results are largely dependent on site-specific conditions and biochar selection.

Popular Abstract (Swedish)

Stora delar av Europas jord har mycket dålig kvalitet och i Sverige finns idag över 85 000 förorenade områden i behov av efterbehandling. Förorenade områden är ett allvarligt problem då de genom spridning kan orsaka stor mänsklig- och miljömässig skada. Den vanligaste efterbehandlingsmetoden är idag bortschaktning. Resultatet blir således att stora volymer jordmassor grävs upp, transporteras, deponeras och bortschaktad jord ersätts med jungfruligt material.
Tungmetallernas icke-nedbrytbara natur och förmåga att bioackumuleras i levande organismer gör dem till en vanligt förekommande förorening. Vissa tungmetaller är nödvändiga för biokemiska funktioner i levande organismer men på grund av snabb urbanisering och industrialisering finns det risk att metallerna ackumuleras i marken. Överkonsumtion och överexponering kan i levande organismer leda till cancer, mutagena effekter och dysfunktion i flera organ.
Biokol pekas ut som ett material med stor potential för att kunna immobilisera tungmetaller i förorenad jord. Biokolsprodukten tillverkas genom termokemisk omvandling av biomassa under syrefria förhållanden, vilket gör att biokolet får fördelaktiga egenskaper såsom hög porositet, hög jonbyteskpacitet, pH och hög andel funktionella grupper på ytan. Eftersom biokol kan bilda komplex med metaller kan det potentiellt minska metallernas biotillgänglighet som i sin tur gör jorden mindre giftig och minskar risken för spridning till yt- och grundvatten.
Syftet med denna studie har varit att undersöka biokolets förmåga att stabilisera metallerna koppar (Cu), bly (Pb) och zink (Zn) i förorenad jord och om behandlingen minskar deras utlakning. Studiens resultat visar att biokol har lovande potential som efterbehandingsmetod och kan bli en del i omställningen mot en cirkulär ekonomi. Långsiktiga försök är avgörande för att säkerställa att biokolsbehandlingen bibehåller sin stabiliserande effekt över tid och därmed minskar risken för utlakning av metaller genom att de åter blir mobila. Studien noterar även att fastläggningsresultat till stor del är beroende på platsspecifika förutsättningar och val av biokol.

• author: Raila, Indre
• supervisor: Håkan Wallander; Anja Enell; Charlotta Tiberg
• organization: Centre for Environmental and Climate Science (CEC)
• alternative title: Biochar. A long-lasting method for the remediation of contaminated soil?
• course: MVEK12 20241
• year: 2024
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Biochar, contaminated soil, immobilization, dissolved organic carbon (DOC), pH, Copper (Cu), Lead (Pb), Zink (Zn) Biokol, förorenad mark, fastläggning, löst organiskt kol (DOC), koppar (Cu), Bly (Pb), Zink (Zn)
• language: Swedish
• id: 9160281
• date added to LUP: 2024-06-17 11:13:21
• date last changed: 2024-06-17 11:13:21