Treatment and recycling of oxidized sulphide soil

It is estimated that sulphide soils cover an area of 12-14 million hectares worldwide. This type of soil, when it is excavated and get in contact with oxygen, oxidized to a very acidic pH (2 to 4), a condition that favors the leaching of metals and therefore the pollution of the groundwater and nearby watercourses. The most used treatment is landfilling, which is the safest solution but also the most expensive and environmentally impactful, as it involves the loss of soil, an unsustainable solution nowadays. The aim of this thesis is to study a new method for treating and recycling this type of soil. It was carried out as part of the Senior design project in Waste Science developed by Jurate Kumpiene and Ivan Carabante during the Erasmus period at the Luleå University of Technology (Sweden). The study was carried out on soil samples taken from the rural area of Luleå. The treatment was carried out on oxidized sulphide soil and consisted of adding additives to improve its characteristics. The additives used are bioash, a residue from biomass combustion, which is alkaline and raises the pH of the soil; biochar, a residue from biomass pyrolysis, which is alkaline and adsorbs metals; peat, which is used to increase porosity and adsorbs metals; and compost, from the Luleå composting center, which provides organic matter and nutrients. The most suitable mixes were identified through laboratory experiments, and the possible recycling and use of the treated material was tested through a greenhouse experiment, during which the growth of plant biomass, pH, redox potential, specific electrical conductivity, and the concentration of metals in the interstitial water were monitored. The results show that treatment and recycling is possible using one of the tested mixes (soil, 20% ash, 4% char, 8% peat, 5% compost), which performed well in all respects, especially with regard to the concentration of metals in the interstitial water.

Si stima che nel mondo i suoli solfurei ricoprano una superficie di 12-14 milioni di ettari. Questo tipo di suolo, quando viene scavato ed entra in contatto con l'ossigeno, si ossida raggiungendo pH molto acidi (da 2 a 4), una condizione che favorisce la lisciviazione dei metalli e quindi l'inquinamento della falda e dei corsi d'acqua nelle vicinanze. Il trattamento più utilizzato è lo smaltimento in discarica, che è la soluzione più sicura ma anche quella più costosa ed impattante a livello ambientale, perché implica la perdita di suolo, una soluzione non sostenibile al giorno d'oggi. Lo scopo del lavoro di tesi è quello di studiare un nuovo metodo per trattare e riciclare questo tipo di terreni. Esso è stato svolto nell’ambito del progetto “Senior design project in Waste Science” sviluppato da Jurate Kumpiene e Ivan Carabante, durante il periodo Erasmus svolto presso l’università di Luleå (Svezia). Lo studio è stato svolto su campioni di suolo prelevati dall'area rurale di Luleå. Il trattamento è stato condotto su terreno solfureo ossidato e consiste nell'aggiunta di additivi in grado di migliorare le sue caratteristiche. Gli additivi usati sono bioash, residuo della combustione di biomassa, alcalino e in grado di innalzare il pH del suolo; biochar, residuo della pirolisi di biomassa, alcalino e con proprietà adsorbenti per i metalli; torba, per aumentare la porosità e con proprietà adsorbenti per i metalli, e infine compost, dal centro di compostaggio di Luleå, che apporta materia organica e nutrienti. Tramite esperimenti in laboratorio sono stati individuati i mix più idonei, testando poi il possibile riciclo e impiego del materiale trattato mediante un esperimento in serra, durante il quale sono stati monitorati la crescita di biomassa vegetale, il pH, il potenziale redox, la conducibilità elettrica specifica e la concentrazione dei metalli nell'acqua interstiziale. I risultati mostrano che il trattamento e il riciclo sono possibili ricorrendo ad uno dei mix testati (suolo, 20% ash, 4% char, 8% torba, 5% compost), che ha riportato buoni risultati sotto tutti gli aspetti, soprattutto per quanto riguarda la concentrazione dei metalli nell'acqua interstiziale.