NOTAT. SMS Sandbukta Moss Såstad. Vurderinger av seksverdig krom i tunnelvann. 1. Bakgrunn. 2. Innledning

Transkript

1 NOTAT Oppdrag Sandbukta Moss Såstad, Saks. Nr Kunde Bane NOR Notat nr. Not_013_ _Bane NOR_ Temanotat - Krom 6 Dato Til Fra Kopi Ingunn Helen Bjørnstad/ Bane NOR Rambøll Sweco ANS/ Jannike GB Jensen Rambøll Sweco ANS/ Aslak Flore og Michael Helgestad Vurderinger av seksverdig krom i tunnelvann 1. Bakgrunn Fylkesmannen i Østfold ba i sin tilbakemelding på søknader for utslippstillatelse for arbeider knyttet til hovedentreprise for nytt dobbeltspor for jernbane Sandbukta Moss Såstad (2018/ MVE), om at søknadene ble supplert med opplysninger om krom VI, da det kan forventes krom VI i anleggsvann fra tunneler. Dette notatet beskriver den kunnskapen som foreligger om krom(vi) i betong og tunnelvann, samt vurderinger om egenskaper, rensemetoder og videre anbefalinger. Grunnlagsinnhenting og vurderinger er utført av: Senior miljørådgiver, Michael R. Helgestad, Rambøll Norge Senior miljørådgiver, Aud Helland, Rambøll Norge Senior miljørådgiver, Anette Heggøy, Sweco Norge Senior miljørådgiver, Jannike GB Jensen, Sweco Norge 2. Innledning 2.1 Krom Krom er et metallisk grunnstoff, med kjemisk symbol Cr, og finnes i flere former i naturen. Krom inngår lett kjemiske forbindelser med andre stoffer, hvor mange er tungt nedbrytbare, og til en viss grad er akkumulerbare i levende organismer. Krom finnes ikke i ren form i naturen, men er hovedbestanddel i mange mineraler, og er det 20. mest vanlige grunnstoffet i jordskorpen. Helse- og miljøeffektene avhenger imidlertid av hvilken form krom foreligger på. Treverdig krom (Cr(III) eller Cr 3+ ) er et essensielt sporstoffmineral, som er viktig for kroppens omsetningsprosesser, og må tilføres kroppen via kosten. Seksverdig krom (Cr(VI) eller Cr 6+ ) er imidlertid meget giftig og kreftfremkallende, og anses som problematisk for helse og miljø. Seksverdige kromforbindelser er meget giftige og har langtidsvirkninger for liv i vann. Treverdige kromforbindelser er generelt mindre giftige. 1/8 Rambøll Sweco ANS Org

2 Figur 1 viser at ph og redoksforholdene i vann har betydning for hvilken form krom foreligger på. Cr(VI) dominerer under oksiderende forhold (ved høy konsentrasjon av oksygen eller andre oksidanter). Ved veldig lave oksygenkonsentrasjoner (reduserende forhold) dominerer Cr(III). Ved anaerobe forhold vil krom(vi) derfor kunne reduseres til krom(iii). Vannløseligheten av krom er avhengig av vannets ph. Krom(III) er lite løselig og vil felle ut ved ph 7 ph 10 (Figur 2). Krom(VI) er svært løselig ved alle ph, men kan felle ut med divalente kationer. Ved gitte redoksforhold (Eh>0) ser det ut fra pe-ph diagrammet at endringer i ph også kan påvirke spesieringen av krom, med en forskyvning av likevekt fra krom(iii) forbindelser mot krom(vi) ved økende ph og motsatt ved synkende ph. Figur 1. Løselighet av krom som funksjon av ph og redoksforhold i vann (Rai et al., 1989). 2/8

3 Figur 2. Løselighet av Cr(III) (Brandhuber, 2012). 2.2 Bruk av krom og kromforbindelser Krom og kromforbindelser har tidligere vært benyttet i CCA-impregnering av treverk (kobber, krom og arsen ble sprøytet inn i treverket for å forhindre råte), og slikt gammelt impregnert treverk anses fortsatt som den største kilden til utslipp av krom i Norge. Det største bruksområdet for krom i dag, er i kromlegert stål. Krom brukes også som fargestoff i maling og lakk. De senere år har det blitt en økende fokus på innhold av krom (VI) i sement (både i forhold til gjenbruk av betong, men også håndtering av betong). I tilknytning til dette, ble det i 2005 innført en forskrift om løselig seksverdig krom i sement. I henhold til forskriften skal det ikke omsettes sement og sementholdige stoffblandinger som i hydrert form inneholder mer enn 2 mg løselig seksverdig krom pr. kg tørr sement. Dette gjelder ikke for omsetning til bruk i forbindelse med kontrollerte, lukkede og helautomatiserte prosesser, hvor sement og sementholdige stoffblandinger utelukkende behandles maskinelt, og det ikke er mulighet for kontakt med huden. Undersøkelser viser at det er relativt store forskjeller i innholdet av tungmetaller, deriblant krom, i ulike typer av sement fra ulike leverandører (NGI, 2018). Kildene til krom i sementen, er både råmaterialet, drivstoff, og også rester fra slipedeler i prosessen o.l. Sementen er som regel tilsatt reduksjonsmiddel (f.eks. jernsulfat), for å hindre oksidasjon av krom (III) til krom (VI), slik at grenseverdier i forskriften overholdes. Til tross for dette, viser analyser av anleggsvann fra tunneldriving de senere år, at det kan være utfordringer 3/8

4 med innhold av krom (VI) i dette vannet. Dette er sannsynligvis først og fremst i forbindelse med injisering av betong i sprekkesoner og vann i kontakt med fersk sprøytebetong, samt at det kan være knyttet til berget det bores i. Det har også vært stilt spørsmålstegn ved om det kan være større utslipp fra betong hvor det er tilsatt akselerator. 2.3 Grenseverdier krom EU-kommisjonen foreslår i revidert drikkevannsdirektiv å videreføre grenseverdien for krom (totalt) på 50 µg/l i drikkevann. Tabell 1 viser grenseverdier for innhold av krom (total) for de ulike tilstandsklassene i både sjøvann og ferskvann. Det foreligger ingen egne grenseverdier for krom(vi) i vann, men dette er ivaretatt da grenseverdiene for tilstandsklassene er basert på toksisitetsdata for Cr(VI) (ikke Cr(III)) (Klima- og forurensningsdirektoratet, 2012). Tabell 1. Grenseverdier for tilstandsklasser av krom i kystvann og ferskvann (Miljødirektoratet, 2016). Krom Klasse I Klasse II Klasse III Klasse IV Klasse V Kystvann, µg/l > 358 Ferskvann, µg/l > Erfaringer fra tilsvarende prosjekter Det foreligger lite dokumentasjon offentlig tilgjengelig når det gjelder innhold av seksverdig krom fra tunneldrivevann i norske prosjekter. Fra magasinet Vann er det funnet en artikkel skrevet av NIVA og SVV (Vann, ), angående undersøkelse av blant annet krom i tunnelvann under drivingen av Espatunnelen (E6, Hamar). I analysene fra dette prosjektet ble ikke krom spesiert, kun målt innholdet av total krom (ca µg/l, ph 10-12). De analyserte derimot på noen vannprøver fra et prosjekt på Vestlandet, som viste at andelen av Cr(VI) var ca % av total krom (ph ikke oppgitt). På prosjekt Follobanen har entreprenøren AGJV gjort utstrakte undersøkelser for innhold og spesiering av krom i tunneldrivevann, samt muligeter for rensing av tunnelvannet som leveres til Oslo VAV (grenseverdier for Cr(III) og Cr(VI) er hhv. 50 µg/l og 0 µg/l). Bane NOR har gjort en del av denne dokumentasjonen tilgjengelig for RambøllSweco (AGJV; UFB- EW-K _R1 og UFB-EW-K ). I dette prosjektet benyttes det TBM for driving av tunnelene, med direkte påfølgende utstøping av tunnelen. I prøver av anleggsvanner (se Figur 3), viste det seg at innholdet av krom økte etter at TBM-boringen startet opp (innledningsvis konvensjonell sprengning). Analysene viste også at omtrent 90 % av krominnholdet var vannløselig krom(vi). I januar 2018 ble det satt iverk rensetiltak for Cr(VI), med tilsats av jernsulfat for reduksjon av Cr(VI) og videre utfelling av Cr(III). Det har vært benyttet opptil 1200 kg FeSO 4/dag, som da har medført en signifikant reduksjon i den totale kromkonsentrasjonen, men fortsatt ganske ustabilt og over grenseverdiene for Cr(VI) som VAV har satt for påslipp til sitt ledningsnett. Hvorvidt Cr(VI) kun kommer fra vann i kontakt med sement/betong, eller om det også kan skyldes slitasjepartikler ved bruk av TBM, er ikke kjent. 4/8

5 Figur 3. Krominnhold i behandlet anleggsvann på Follobaneprosjektet (AGJV, 2018). Det har vært utslipp fra utallige tunnelprosjekter de senere årene, hvor problemstillingen med krom ikke har vært belyst, og det således ikke har foreligget spesifikke grenseverdier. Det må kunne antas at utfordringene har vært tilstede, men det har ikke kommet frem noen antydninger om at disse utslippene har gitt noen påvirkning på de ulike resipientene. 3. Diskusjon 3.1 Redoksforhold i sjøvann Redoksforholdene i sjøvann avhenger i stor grad av oksygen, men også andre oksiderende forbindelser. Oksygen anses som den viktigste i overflatevann, men i dypere (mindre oksygenrikt vann, vil den relative betydningen av andre oksiderende forbindelser øke. Figur 4 viser at vann i kontakt med atmosfæren, dvs. oksygenert, i likevekt med lufta, har et reduksjonspotensial (Eh) på ca. +0,4 V (+400 mv), mens i vannmiljø isolert fra atmosfæren, anoksisk og med et høyt innhold av H 2S er Eh ca mv. Dette gir da et sprang på +400 mv i godt luftet overflatevann til -300 mv i overbelastede sedimenter eller bunnvann i fjorder og poller med dårlig vannutskifting. Fra kystovervåkingsprogrammet (Økokyst), vises det (se Figur 5) at oksygenmetningen midtfjords i Oslofjorden er høy i overflatevannet, og også relativt høy nedover i vannmassene. Man kan da forvente at et eventuelt utslipp av Cr(III) potensielt kan medføre reoksidering ved utslipp til overflatelaget i resipienten. Det er noe mer usikkert hva som vil skje ved utslipp til større dyp, der oksygenmetningen er lavere. Sirkulasjon av vann slik at bunnvann kommer til overflaten vil også ha betydning her. Her bør man i tilfelle undersøke redoksforholdene nærmere med direkte målinger, men her har vi ikke funnet data på dette så langt. Data bør også være fra en lengre periode gitt at vannmassene vil sirkulere (krav til klassifisering av oksygenforhold er i Veileder 02:2013 satt til gjennomsnitt av målinger fra en 3 årsperiode). 5/8

6 Figur 4. Redoksforhold i vann (SOEST, 2018). Figur 5. Målt oksygenmetning ved VT2, midtfjords Oslofjorden litt sør for Moss. Kilde: Økokyst, /8

7 3.2 Bruk av betong ved tunneldriving Betong benyttes både ved konvensjonell driving av tunneler, samt ved bruk av TBM (tunnelboremaskiner). Det kan brukes betong ved forinjeksjon (tetting av sprekksystemer i fjellet i forkant av tunneldriving), etterinjeksjon (tetting av berget etter tunneldriving), samt ved sikring av tunnelen (f.eks. bruk av sprøytebetong og/eller betongbuer). Ved bruk av TBM sikres normalt tunnelen samtidig med drivingen (rett i etterkant), mens ved konvensjonell driving kles normalt tunnelen etter at drivingen er avsluttet. For Mosse- og Carlbergtunnelene, skal det benyttes konvensjonell sprengning, og i henhold til fremdriftsplanen, er det foreløpig lagt opp til at vann- og frostsikring av tunnelene skal utføres etter at drivingen er avsluttet. Dette medfører en noe større fleksibilitet i forhold til hvilket utslippspunkt/resipient som kan benyttes (vann kan pumpes gjennom tunnelen til en mer robust resipient hvis behov). 4. Anbefaling RambøllSweco anser at tilgjengelig dokumentasjon og erfaringer ikke er tilstrekkelig for å kunne sette "riktige" grenseverdier for utslipp av Cr(VI) fra drivingen av Mosse- og Carlbergtunnelen. Dette begrunnes med at vi ikke har tilgjengelige data fra prosjekter hvor tunnel er drevet med konvensjonell sprengning (data fra Follobanen indikere mindre utfordringer med krom før TBM ble igangsatt), samt at det ikke foreligger tilgjengelig dokumentasjon på rensemetoder med høy nok kapasitet og effektivitet. Vi foreslår derfor at det ikke settes noen absolutte grenseverdier for Cr(VI) i anleggsvannet, men at det settes opp et kartleggingsprogram for å undersøke kilder og mengder av Cr(III) og Cr(VI), samt gjøres testforsøk for å finne egnede rensemetoder som kan benyttes dersom behov. Samtidig bør det være en tett oppfølging av utslippene og resipientene for å kontrollere eventuelle påvirkninger. Dette skal kunne gi oss supplerende informasjon om behovet for, hva som er gjennomførbare grenseverdier, samt forslag til hvordan rense prosessen kan forbedres. Med tanke på kromproblematikken, anses det som positivt at utslippene justeres med tanke på ph (ph 6 8/9 1 ). Det antas som positivt dersom et trinn for sedimentering/filterløsning kobles på etter ph-justering, slik at eventuelt utfelt Cr(III) ikke slippes ut (forhindrer eventuell reoksidering i resipienten). Den omsøkte grenseverdien på 36 µg Cr/L for Verlebukta beholdes, som total-krom. 1 ph 6-8 for Gunnarsbybekken, ph 6-9 for Verlebukta og Mossesundet. 7/8

8 5. Referanser AGJV, Action plan: Chromium in wastewater. Datert Rev1. UFB-EW-K _R1 AGJV, Chromium Action Plan Status update 02 - April UFB-EW-K Brandhuber, P., What's up with hexavalent Chromium? A summary of potential regulation actions and treatment technologies. Watercon Presentation March 22, Klima- og forurensningsdirektoratet, Utkast til Bakgrunnsdokument for utarbeidelse av miljøkvalitetsstandarder og klassifisering av miljøgifter i vann, sediment og biota. TA3001/2012. Miljødirektoratet, Grenseverdier for klassifisering av vann, sediment og biota. Veileder, M-608/2016. NGI, Utfordringer og løsninger med gjenbruk av betong. Utlekking av krom-vi fra betong BIA-prosjekt. Frokostmøte 20. april Rai D., Eary L.E., Zachara J.M., Environmental chemistry of chromium. Science of The Total Environment, vol. 86, issues 1-2, oct. 1989, pp SOEST, ox.pdf Vann, Undersøkelse av tunnelvann, slam og uomsatt sprengstoff under drivingen av Espatunnelen på E6. Vann, Økokyst, Økokyst delprogram Skagerrak, Årsrapport Økosystemovervåking i kystvann. Miljødirektoratet. M-1007/ /8