Avrenning fra sure bergarter etter vegbygging Erfaringer fra Kaldvellfjorden

Transkript

1 Avrenning fra sure bergarter etter vegbygging Erfaringer fra Kaldvellfjorden Hans-Christian Teien Universitetet for Fakultet for miljøvitenskap og naturforvaltning, Universitetet for miljø- og biovitenskap (NMBU) Senter for radioaktivitet, menneske og miljø (CERAD), Teknologidagene 3. oktober -2. november 218 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

2 Deponi og avrenning til miljøet Deponi Prosesser i vann/sedimenter påvirker tilstandsformer og mobilitet Opptak og effekt i organisme Avrenning- Type masser/ tettningsgrad/ oksygentilførsel etc Eksponering- Konsentrasjon/ tilstandsform/ vannkvalitet/ organisme etc 1 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

3 Fordeling avhengig av vannkvalitet og nøkkelfaktorer: ph, oksygen, saltinnhold, temperatur etc. har betydning Metaller foreligger på ulike tilstandsformer LMM tilstandsformer er mobile og biotilgjenglige Partikler er i liten grad mobile og lite biotilgjenglige 2 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

4 Utbygging av E18 Lillesand deponi av masser M2 M15/16 Utbygging gjennom rusta sulfid og sulfatførende gneis M17 Gaupemyr Gaupemyr Engelsheitunnelen 27 and 29 Engelsheitunnelen 27 and 29

5 Avrenning fra deponi E18 Lillesand M15/16 Kaldvellfjord Etter bygging rapportert: Svært høy konsentrasjon av sulfat og metaller i avrenning fra deponi, M15/16 ph reduksjon Al konsentrasjon i vann typisk i konsentrasjonsnivå 1µg/L økte til >1 µg/l Konsentrasjon tilsvarende nivåer akutt giftig for fisk i ferskvann Bekymring for resipienten Kaldvellfjorden Hindar A., Nordstrom, D. K. 215

6 µgal /l Utlekkingsforsøk med stein på laboratoriet Betydelig utlekking av metaller som øker med økende tid! Lav ph (3,3) og lav konsentrasjon av beskyttende basekationer (Ca 3,7 mg/l) Al utgjør ca 5% av massebalansen Høy konsentrasjon av metaller Al> Fe> Mn> Ni> Zn> Cu, men også sjeldne jordmetaller! Metaller foreligger som LMM tilstandsformer Fortynning av vannet 1 ganger før eksponering av fisk => dødelighet av fisk innen 24 timer ferskvann! Utlekking LMM µeq/l (%) ph Ca 2+ mg/l Mg 2+ mg/l MD2-E18 Al Cu Ni Mn Na + mg/l K + mg/l Al 12 µg/l Fe 1 µg/l Mn 8 µg/l Ni µg/l Zn µg/l Co 4 µg/l Cu 2 µg/l Pb µg/l <1 As µg/l 24t 3d 1uke 2uker <1 3uker 4 uker 5 uker 7 uker v µg/l <1 Mo µg/l <1 Ce µg/l Nd µg/l La µg/l Sr µg/l <.5 U µg/l <.5 Gd µg/l <.5 Pr µg/l <.5 Sm µg/l <.5 NO3 - mg/l <.2 Cl - mg/l <.6 SO4 2- mg/l Dy µg/l 1 75 <.5 Sum kationer 4487 Sum anioner Hjulstad, 215

7 Bygging av renseanlegg 213 for å rense avrenning fra Deponi M15/M16 før utløp i og Kaldvellfjorden Deponi M15/16 Fangdam med avrenning Renseanlegg

8 Renseanlegget reduserer konsentrasjonen av metaller Avrenning M15/M16 Etter renseanlegg ph Cond µs/cm Temp o C K mg/l Ca mg/l Mg mg/l Na mg/l SO 2-4 mg/l Al µg/l (% <.45µm) (93) (7) (17) Cu µg/l (% <.45µm) (92) (29) (24) Ni µg/l (% <.45µm) (97) (88) (9) Mn µg/l (% <.45µm) (99) (94) (95) Fe µg/l (% <.45µm) (92) (13) (42) U µg/l (% <.45µm) (99) (71) (69) La µg/l (% <.45µm) (97) (17) (35) Ce µg/l Pr µg/l (% <.45µm) (96) (9) (21) Nd µg/l Sm µg/l Tb µg/l Avrenning bidrar med høy konsentrasjon av en rekke metaller Renseanlegget øker ph og reduserer metall tilførsel til Spørsmålet er imidlertid om dette er godt nok for Kaldvellfjorden? Teien et. al., 217

9 Antatte prosesser i Kaldvellfjorden etter innblanding av avrenning med sjøvann Innblanding av saltvann Al i Kaldvellfjorden Fortynning Opptak i organismer/fisk Al i avrenning fra deponi Mobilisering -> LMM Al Polymerisering -> Al polymere Negative effekter i organismer/fisk Aggregering -> partikler Sedimentering/ remobilisering Al i Sedimenter Studert i eget forskningsprosjekt «Vannkjemiske forhold vedrørende aluminium i Kaldvellfjorden» 8

10 Feltforsøk blanding av ferskvann-sjøvann Vannføring påvirker saltinnholdet i fjorden Sammenligne +sjøvann og vann fra renseanlegg +sjøvann til samme saltholdighet Gjennomstrømmende vann Oppholdstid 3-6 min In situ fraksjonering av vann Eksponering av fisk (n=7) før prøvetaking av blod og gjeller, lever, nyre..etc 9

11 Undersøkelser i Kaldvellfjorden Undersøkelser i Kaldvellfjorden Rådgivende biologer (213 og 216) NMBU (215, 216) Logging av saltholdighet over tid på 2 forskjellige dyp- 3 lokaliteter prøvetaking av vann og In situ fraksjonering i båt Eksponering av fisk (n=14) i bur før prøvetaking (blod, gjeller, lever, nyre etc..) 1

12 Mn (µg/l) Al (µg/l) Al (µg/l) Innblanding av sjøvann -laboratorieforsøk Metaller fortynnes Fangdammen Konsentrasjon av LMM Al avtar mer enn fortynning Al polymerisering og dannelse av kolloider og partikler Høyt konsentrasjonen av reaktivt Al ved 15 og 2 promille (hhv >5 og 2 µg/l) Fortynning av partikulært Al Noe olymerisering og dannelse av kolloider og partikler Relativt høy konsentrasjonen av reaktivt Al ved 15 og 2 promille (hhv 2 µg/l) 11 Vann fra fangdam Vann fra fangdametter rensing Salinitet (ppt) ufiltrert Partikulært LMM ufiltrert kolloidalt Labilt Al Partikulært kolloidalt LMM Labilt Al ufiltrert Partikulært kolloidalt LMM Labilt Al Fig 18, 1 MINA Fagrapport Salinitet (ppt) Salinitet (ppt)

13 Al(µg/L) % Fraksjon <.45µm Al(µg/L) Innblanding av sjøvann i -feltforsøk Al fortynnes Dannelse av kolloidalt og partikulært materiale Konsentrasjon av Al avtar mer enn fortynning => Sedimentering av Al Konsentrasjonen av LMM Al er fortsatt relativt høy (ca 2 µg/l)- ved 25 promille samsvarer med laboratorieforsøk, men i felt feller partikler ut!. => Mn og Ni opprettholdes som LMM tilstandsformer A) Estimert 4 Total 3 Partikulært Kolloidalt 2 LMM Salinitet (ppt) A) B) Kolloidalt 3 1 LMM Mn 25 8 LMM reaktivt Fe 2 6 La 15 4 Ni 1 2 Cu 5 Al Salinitet (ppt) Salinitet (ppt) 12

14 Sporelement(µg/L) Kaldvellfjorden 13 Korrelasjon mellom konsentrasjon av Al og saltinnhold Konsentrasjon av Al i Kaldvellfjord er betydelig lavere enn basert på fortynning av total konsentrasjon, tilsvarer fortynning av LMM tilstandsformer fra Al foreligger hovedsakelig som LMM tilstandsformer i fjorden Partikulært Al har aggregert og bunnfelt som observert i Karforsøket Konsentrasjon av LMM Al i fjorden er <15µg/L ved mer enn 15 promille Al) Salinitet (ppt)

15 Eksponering av fisk til 216 Mikro-XRF av frysetørket gjelle indikerer avsetning av flere metaller på gjellen Oppslutning av gjeller før analyser (ICP-MS) viser høye Al og Fe konsentrasjoner Det er en korrelasjon mellom metallene, spesielt med Fe Fisken akkumulerer flere metaller samtidig! 14 Fe Fe

16 Renseanlegg vs. Avsetning av metaller på gjeller til fisk i medfører akutt dødelighet (<4% overlevelse) Moderat Al avsetning i gjeller (165±77 µg/g tv.) til fisk i vann fra renseanlegget uten dødelighet, men betydelig stress -Glukose 31.5 mm, -Plasma Cl <115 mm =>Vannkvaliten ut renseanlegget er bedre enn i =>Indikerer tilsig fra andre kilder A) Vann Total Partikulært renseanlegg B) Vann Kolloidalt LMM Al kationer C) Fiskegjeller D) Overlevelse renseanlegg renseanlegg renseanlegg

17 Innblanding av sjøvann i 216 Høy metall avsetning i gjeller observeres også etter innblanding av sjøvann Avsetning av Al i gjeller bidrar til dødlighet -betydelig høyere enn antatt grenseverdi for dødelighet Flere metaller følger samme trender 16

18 Cu-gjelle (µg/g tv.) Mn-gjelle (µg/g tv.) Al-gjelle (µg/g tv.) vs. Renseanlegget 17 Ved fortynning av vann fra renseanlegget med sjøvann så avtar konsentrasjonen av metaller i gjeller til fisk. Al i gjeller avtar fra 165 µg/g til 12 og 1 µg/g for hhv. 1 og 2 promille sjø Opptak av en rekke metaller avtar ved innblanding av sjøvann Ingen dødelighet observeres For Mn og Ni er avsetningen i gjeller uendret i renseanlegg og i. =>Det avsettes høyere konsentrasjoner av flere metaller på gjeller til fisk eksponert til tilsatt sjø enn fra renseanlegg tilsatt sjø. A) ut renseanlegg B) D) Saltinhold (ppt) ut renseanlegg Saltinhold (ppt) ut renseanlegg Saltinhold (ppt)

19 Gjelle (µg/g tv) Al-gjelle (µg/g tv.) Kaldvellfjorden - Al i gjeller til fisk Konsentrasjonen av metaller som Al i gjeller til fisk er generelt lav Det er en økt avsetning av Al i gjeller etter en episode med redusert saltholdighet og økt konsentrasjon av Al i vannet (oktober 216) Det er antatt at Al konsentrasjonen i gjeller vil øke ved redusert fortynning ved lavere saltholdighet => Begrenset opptak av Al i fisk A) Saltinhold (ppt) Al Karforsøk 5 Kaldvellfjord 4 3 R² = Water (µg/l) MINA Fagrapport Presentasjon av fagrapport Al i Kaldvellfjorden, Vegvesenet

20 Resultater forsøk på laboratoriet og felt Al, Fe, jordmetall fra avrenning deponi sjøvann fortynning aggregering Mobilisering Metallene fortynnes Partikkeleffekt /sedimentasjon Avsettes på gjeller til fisk Resultater antyder fortynning, polymerisering pga økt ph og aggregering/sedimentering pga økt ionestyrke Vann fra gir relativt høye konsentrasjoner av reaktivt Al i vann selv ved 2 ppt sjøvann- negative effekter på fisk kort tid etter blanding Vann fra renseanlegget gir lavere opptak i fisk! Vann i Kaldvellfjorden har i liten grad preget av høye konsentrasjon av reaktive Al tilstandsformer trolig pga lang oppholdstid etter blanding Det observeres ingen mobilisering av Al fra kolloidalt og partikulært materiale fra 19

21 Konklusjon Al og metaller fra deponi bidrar til giftig vann for akvatiske organismer, både i ferskvann og etter innblanding av sjøvann. Flere metaller følger samme trender og øker belastningen for fisk Renseanlegget som er bygget for å redusere konsentrasjonen av giftige metaller i sigevannet fungerer, men må driftes i lang tid fremover for å opprettholde god vannkvalitet i Kaldvellfjorden. Andre tilsig til bidrar til at vannkvaliteten i utløpet av er dårligere enn ut av renseanlegget? Det er vanskelig å få full oversikt over kilder. I Kaldvellfjorden sedimenterer partikler, og metaller foreligger hovedsakelig som LMM tilstandsformer i vannet -konsentrasjon av giftig Al og metaller er avhengig av fortynning. Flomepisoder med økt vanntilførsel er mest kritisk 2

22 Utfordringer Erfaringer fra Kaldvellfjorden viser at avrenning fra massedeponi kan gi miljøproblemer, flere faktorer påvirker effekten av avrenningen og det er vanskelig å få oversikt over den totale belastningen fra alle stressorer samlet. Situasjonen er komplisert når først avrenningen finner sted. Viktig med god kartlegging av masser for å vurdere krav til deponi Blandinger av metaller er trolig mer giftig enn metaller enkeltvisbehov for kunnskap og retningslinjer. Usikkerhet tilknyttet stabilitet av metaller i sedimenter 21