Aluminium og spormetaller i Kaldvellfjorden - tilstandsformer og opptak i fisk

Transkript

1 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet Fakultet for miljøvitenskap og naturforvaltning 217 ISSN: MINA fagrapport 47 Aluminium og spormetaller i Kaldvellfjorden - tilstandsformer og opptak i fisk Hans-Christian Teien Marit Nandrup Pettersen Yetneberk Ayalew Kassaye Atle Hindar Ole Christian Lind Jarle Håvardstun 1

2 Teien, H.-C., Pettersen, M.N., Kassaye, Y.A., Hindar, A., Lind, O.C. & Håvardstun, J Aluminium og spormetaller i Kaldvellfjorden - tilstandsformer og opptak i fisk. - MINA fagrapport s. Ås, desember 217 ISSN: RETTIGHETSHAVER Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) Publikasjonen kan siteres fritt med kildeangivelse TILGJENGELIGHET Åpen PUBLISERINGSTYPE Digitalt dokument (pdf) KVALITETSSIKRET AV Forskningsutvalget, MINA, NMBU TILSKUDD TIL ARBEIDET ER GITT AV Agder OPS Vegselskap AS og CERAD FORSIDEBILDE Kaldvellfjorden mot utløpet av Stordalsbekken. Foto: Hans-Christian Teien, NMBU NØKKELORD Avrenning, Svovelholdig stein, Aluminium, Tungmetaller, Tilstandsformer, Brakkvann, Opptak i fisk, KEY WORDS Acid drainage, Aluminium, Heavy metals, Speciation, Brackish water, Uptake in fish Hans-Christian Teien (hans-christian.teien@nmbu.no), Marit Nandrup Pettersen, Yetneberk Ayalew Kassaye og Ole Christian Lind, Fakultet for miljøvitenskap og naturforvaltning, Norges miljø og biovitenskapelige universitet, Postboks 53 NMBU, NO1432 Ås og Senter for radioaktivitet, menneske og miljø (CERAD), Norges miljø og biovitenskapelige universitet. Atle Hindar og Jarle Håvardstun, Norsk institutt for vannforskning (NIVA), NIVA Region Sør, Jon Lilletuns vei 3, 4879 Grimstad. 2

3 Forord Dennerapportenoppsummererarbeidetutførtisamarbeidsprosjektet«Vannkjemiskeforhold vedrørendealuminiumikaldvellfjorden»,somharværtfinansiertavagderopsmedbidragfra CERAD/NMBU. Arbeidet er utført av Senter for radioaktivitet, menneske og miljø (Center for Environmental Radioactivity,CERAD)vedNorgesmiljøogbiovitenskapeligeuniversitet(NMBU)ogNorskinstituttfor vannforskning(niva)isamarbeidmedagderopsvegselskapas.prosjektetkomigangetterpåtrykk frafylkesmannenmedkravomåøkekunnskapenomhvasomskjernåravrenningavsurtaluminium og metallrikt vann blandes med sjøvann i Kaldvellfjorden, som igjen bidrar med kunnskap om grenseverdierformetallkonsentrasjoneritilførselsbekker.cerad/nmbuharværtprosjektansvarlig og stått for gjennomføringen av prosjektet, forsøk og undersøkelser. NIVA har vært ansvarlig for loggingavsaltholdighetogestimeringavvannføringistordalsbekken. DetrettesspesieltentakktilgrunneierJensRisvandforvelviljetilåkunnegjennomførefeltforsøki Stordalenogforbrukavstrøm,ogtilAgderOPSsomharbidrattmedinformasjonoghjelpiprosjektet. DetskalnevnesattoMScstudenterhararbeidettettpåprosjektet,MarenHjulstad(215)ogHanne Johansen(217). Enstortakkrettestilallemedarbeidereogstudentersomharværtinvolvertiprosjektet. Ås3.november217 HansChristianTeien

4 1 Sammendrag Aluminium(Al)ogandrespormetallerivannergiftigforfiskvedhøyekonsentrasjoner.Etterbygging avnye18vedlillesandhardetblittdokumenterthøyekonsentrasjoneravalogandrespormetalleri suravrenningfradeponimedsvovelholdigesteinmasser.densureavrenningenblirtilført KaldvellfjordenviaStordalsbekken.Detharværtstorbekymringomtilførselavmetallertil Kaldvellfjordenmedførernegativeeffekterpåakvatiskeorganismerifjorden.Detharderforblitt bygdrenseanleggmedkjemiskfelling(naoh)istordalenforåfjernealogandrespormetallerfør utslippistordalsbekkenogkaldvellfjorden. IvannforeliggerAlogandrespormetallerpåulikefysiskeogkjemisketilstandsformer,hvoravioner erantattåværebiotilgjengelige,menskolloidaleogpartikulæretilstandsformerermerinerteog ikkeantattreaktiveforakvatiskeorganismersomfisk.deterimidlertidlitekunnskapomhvordan tilstandsformerogbiotilgjengelighetavalogandrespormetallerpåvirkesnårsurttilsigfradeponi blandesmedsjøvann,somertilfelleikaldvellfjordeniutløpetavstordalsbekken.slikkunnskaper påkrevetforåkunnevurderehvasomerkritiskenivåeravspormetalleribrakkvann. Resultaterfralaboratorieforsøk,feltforsøkogfeltundersøkelseriprosjektetviseratbehandlingenav densureavrenningenirenseanleggetistordalenbidrartilenbetydeligreduksjonitotalmetall konsentrasjonen,samtenendringfralavmolekylæretilstandsformertilpartikulæretilstandsformer avalogspormetallerivannetførutslippistordalsbekken.vedinnblandingavsjøvannivannfra StordalsbekkenerdetvidereenfortynningikonsentrasjonenavAlogspormetaller,menogsåen polymeriseringavtilstandsformermedlavmolekylmasse(lmm),ogenaggregeringavpartikulære tilstandsformersombunnfeller.konsentrasjonenavalogspormetalleristordalsbekkenavtarderfor merennestimertbasertpåfortynningvedutløpikaldvellfjorden.alogandrespormetaller foreliggerhovedsakeligsomlmmtilstandsformerikaldvellfjordenogilaverekonsentrasjonerenni Stordalsbekken.Resultaterviseratenrekkespormetallerinkludertsjeldnejordmetallerfølgerde sammeendringenederkonsentrasjonenavtarmedøkendesaltholdighet. FeltforsøkviseratvannkvaliteteninedredelavStordalsbekkenerakuttgiftigforfisk,ogsåkorttid etterfortynning(<3minutter)medsjøvanntil25promillesaltholdighetderdenrennerutisjøen. KonsentrasjonenavspesieltAlerhøyigjellerfrafiskeksponertforbrakkvannettiltrossforatAl konsentrasjonenfortynnesmedsjøvann.resultaterviseratalermerreaktivsomfølgeav polymeriseringisjøvannet.detavsettesderforalisværthøyekonsentrasjonerpågjellenetilfisk sommedførerakuttdødvedmerenn4μgal/gtørrvekt(tv)gjelle.observasjonerviserat kvalitetenpåvannetsomkommerfrarenseanleggetundernormaldriftbidrartillavereavsetningav metallerpåfiskegjellersammenlignetmedvannnederstistordalsbekken,ogilitengradtilavsetning avmetallerpåfiskegjelleretterinnblandingavsjøvannsammenlignetmedhøyavsetningbasertpå vannfrastordalsbekken.detkonkluderesmedattilsignedstrømsrenseanleggetførertiløkt avsetningavmetallerpåfiskegjelleroghøygiftighetistordalsbekken,ogsåetterinnblandingav sjøvann. IKaldvellfjordenvardetrelativthøysaltholdighetidenundersøkteperioden.Idenneperiodenvar konsentrasjonenavalogspormetallerifjordengenereltlavogavsetningaval(<1μg/gt.v.gjelle) ogspormetallerifiskegjellerubetydelig.konsentrasjonenbleimidlertidforhøyettil165μgal/g gjelleetterenmoderatflomepisodemedsaltholdighetnedmot15promilleikaldvellfjorden.deter enkorrelasjonmellomkonsentrasjonenavdeulikespormetalleneavsattpågjellenetilfiski KaldvellfjordenogmetallprofileniStordalsbekken.Detteindikereratkildentilavsetningeni KaldvellfjordeneravrenningfrasvovelholdigsteinfradeponietviaStordalsbekkenellerandrekilder medslikavrenning.

5 SaltholdigheteniKaldvellfjordenkorrelerermedvannføringiStordalsbekken,ogavtartil5promille underepisodermedøktvannføringistordalsbekken.underslikeepisodererdetnaturligåantaat konsentrasjonenavalogspormetallerivannetøkerytterligereenndetsombleobservertved15 promillesaltholdighetogatdetunderslikeepisodererøktavsetningpåfikegjeller.loggingav saltholdighetviserogsåatsaltholdighetenideøvrevannmasseneertilnærmetdetsammeihele fjordenogatsaltholdighetenøkermeddybden.vannpå3metersdypifjordenliggerunder pyknoklinenpå2meterogharvariasjonerisaltholdighetsomikkekorrelerermedvariasjonene observertioverflatenogvannføringistordalsbekken.vannetunderpyknoklinenkanværeakutt giftigforfiskmedomrøringavoksygenfattigbunnvann,somobservertmed1%dødelighetiburpå 3metersdyphøsten216.Dettetilskrivesikkesuravrenningogmetallgiftighet,menernaturlige prosessersomfinnerstediterskelfjordermedlitenutskiftningavbunnvannet. Opprettholdesnormalrenseeffektirenseanleggetogsåundernedbørepisodermedøkttilførselav sigevannfradeponietkandetantasatbidragetfradeponietilitengradvilbidratilavsetningaval ogspormetallerpåfiskegjellerikaldvellfjorden.resultaterviseringenantydningtilmobiliseringav partikulærealtilstandsformerfrarenseanleggetetterinnblandingisjøvann.spormetallersommn ogniforbliristørregradreaktiveogsåetterrenseanlegget,menavtarvedfortynningmed sjøvannet.bidragetfraandrekilderinærområdetmedavrenningfrasvovelholdigsteinkan imidlertidogsåbidratileffektersomobservertiutløpetavstordalsbekken,hvordødelighetavfisk hovedsakeligtilskrivesavrenningnedstrømsdeponiet. IdettearbeidetharAlogandrespormetallerblittkarakterisertiKaldvellfjordenvedsaltholdighet ved15promilleoghøyere.deteksistererimidlertidepisodermedbetydeligbidragavferskvannog medsaltholdighetnedmot5promille.deterfortsattetbehovforådokumentere metallkonsentrasjonerikaldvellfjordenunderslikeepisoderforåidentifisereomdisseepisodene bidrartilakutteeffekterutoverområdetderstordalsbekkenrennerutikaldvellfjorden.

6 2 Summary Aluminum(Al)andothertracemetalsaretoxictowardsfishathighconcentrationsinwater. DepositionofacidproducingbedrockafterconstructionofE18inLillesandhasledtoaciddrainage waterandheavymetalpollutioninnearbyaquaticenvironments.metalrichaciddrainwater enteringintothestordalsbekkendrainsintocoastalwaterinthekaldvellfjord,causinghighpublic attentionduetopossiblenegativeeffectsinthefjord.onetreatmentplantwithchemicaltreatment (NaOH)hasbeenconstructedtoreducethemetalconcentrationfromtheaciddrainwaterandthe inputtothefjord. Tracemetalscanbepresentindifferentphysicochemicalformsinwater,andlowmolecularmass speciessuchasionsareassumedtobemorebioavailablethancolloidalandparticulatespecies assumedtobemoreinertandlittlereactivetowardsaquaticorganismssuchasfish.thespeciation andbioavailabilityoftracemetalswillchangebymixtureofaciddrainwaterwithseawaterin Kaldvellfjord.Theknowledgeishoweverlimited. ResultsfromexperimentsinlaboratoryandinfieldaswellasinvestigationsintheKaldvellfjordshow thatwatertreatmentplantinstordalendecreasethemetalconcentrationintheaciddrainwater, andtransferlowmolecularmassspeciestomoreparticulatemetalspeciesdischargedinto Stordalsbekken.Furthermore,metalspeciesinStordalsbekkendilutesbymixingwiththeseawater atkaldvellfjord.inaddition,lmmalspeciestransformtocolloidalandparticulatespeciesprobably bypolymerizationandthoseparticulatespeciesaggregateandprecipitate.theconcentrationsofal andtracemetalsinstordalsbekkenarethereforereducedmorethanbydilutioninthekaldvellfjord. AlandothertracemetalsarethusmainlypresentasLMMspeciesinKaldvellfjordandinlower concentrationthanstordalsbekken.resultsalsoshowthatseveraltracemetalsfollowthesame processesasalwheredecreasingmetalconcentrationwereobservedwithincreasingsalinityof water. FieldexperimentsdemonstratethatthewaterinStordalsbekkenisacutetoxictowardsfishinshort timeaftermixing(<3min)anddilutionwithseawaterto25psuattheestuaryofstordalsbekken. TheconcentrationofAl,inparticular,ingillsishighertofishesexposedtothebrackishwater, despitedilutionofalintheseawater.theformationofmoregillreactivealspeciesisduetothe increaseinwaterph.polymerizationoflmmalspeciesareassumedtoincreasethegillreactivity andbethemaincauseofextremealaccumulationingillsofatlanticsalmonatsmoltstage. Mortalityoffishisobservedatmorethan4μgAl/gdwgill.Resultshowevershowlowdeposition ofalandothertracemetalsingillsoffishexposedtothewaterfromthetreatmentplantmixedwith seawaterdirectly.resultsindicatethuscontributionofalandtracemetalsfromothersources downstreamthetreatmentplant.identificationofsuchpotentialsourcesneedhighattention. ThesalinityinKaldvellfjordenwasrelativelyhighduringtheexperimentalperiod,demonstratinga lowcontributionoffreshwatertothefjord.duringtheexperimentalperiodwithhighsalinityin Kaldvellfjorden,theconcentrationofAlandtracemetalswaslowinwaterandthedepositionongills waslow(<1μg/gdwgjelle)andnotsignificantlyhigherthanincontrolfish.thealdepositioninfish gillsincreasedto165μgal/ggillfollowingasmallepisodewhensalinitydecreasedto15psuin Kaldvellfjorden.Resultsdemonstrategoodcorrelationbetweenprofileofmetalsaccumulatedatfish gills,inrunoffofacidproducingbedrockandinwaterofstordalsbekken.thisindicatethatacid drainingfromthedepositionofsulfurcontainingrockinstordalenorfromothersourcesofsimilar drainingisthesourceoftracemetalaccumulationoffishinkaldvellfjorden. ThereisagoodcorrelationbetweensalinityinthesurfacewaterinKaldvellfjordenandwaterflowin Stordalsbekken,withdecreasingsalinityduringepisodesofincreasedwaterflow.Theconcentration ofalandtracemetalsareassumedtoincreaseinthefjordwaterduringepisodeswithlowerdilution

7 andthusthesamemustbeassumedfortheuptakeoftracemetalsinfish.loggingofsalinityshow similartrendsinthesurfacewateratdifferentsitesinkaldvellfjorden,butverydifferenttrendsin waterat3meterdepthduetoapycnoclineinthefjordat2metersdepth.resultsshowthatthe bottomwatercouldbeacutetoxicforfishduringcirculationofoxygenpoorwateras1%mortality wasobservedforfishescagedat3meterdepth,butnotat1meterdepthduringautumn216.this isduetonaturallyprocessesoccurringinsideseathresholdswithlimitedcirculationofthebottom water. Resultsindicatethattheacidproducingbedrockwillhavelimitedcontributiontotoxictracemetals ifthetreatmentoftheaciddrainingwaterremainseffectivealsoduringepisodeswithhighwater transportinstordalsbekken.however,afocusonadditionalpotentialsourcesthatcontributewith acidmetalrichleachingtothecoastalwaterinneeded.theconcentrationoftraceelementsin Kaldvellfjordenshouldalsobefollowedduringepisodesatsalinitybetween5to15PSUtoevaluate risksduringepisodiceventswithhighinputoffreshwaternotcharacterizedinthisstudy.

8 Innholdsliste Insitu

9 3 Innledning Aluminiumogandrespormetallerivannergiftigeforvannlevendeorganismer,somfisk,vedhøye konsentrasjoner(woodetal.,212a,b).etterbyggingavnye18vedlillesanderhøye konsentrasjoneravalogandretungmetallerblittdokumentertisuravrenningfradeponiermed svovelholdiggneis(johnsenetal.,213,hindaretal.,211,hindarognordstrøm215,todtetal., 215).AvrenningenfradetstørstedeponietforslikemasserharutløpiKaldvellfjordenvia Stordalsbekken(Figur1).DetharværtstorbekymringomtilførselavmetallertilKaldvellfjorden medførernegativeeffekterpåakvatiskeorganismerifjorden. Figur1OversiktoverKaldvellfjordenoglokaliseringavdeponiforsvovelholdigstein. Kaldvellfjordenerresipientforavløpfradeponiene.Kaldvellfjordeneretinnestengt ferskvannspåvirketsjøområdemedeninnløpsterskelpåca4.5mdypmellomlillesandoggrimstad kommuneiaustagder.desvovelholdigesteinmasseneliggerideponisørfore18,ogavrenningen fradeponietm15/m16rennerinnistordalsbekkensomderetterrennerutikaldvellfjorden.deter stiltspørsmålvedomhøytinnholdavmetalleriavrenningfradeponietpåvirkerorganismenei Kaldvellfjorden.AvrenningfradeponiM15/M16ersurt,menerlutbehandletføravrenningtil Stordalsbekken(HindarogNordstrøm215).Lutbehandlingenforegårietrenseanleggsomblebygd i213foråreduserekonsentrasjonenavalogmetalleriavrenningenvedutfellingførutslippi Stordalsbekken.Deteroppgittatrenseanleggethartilstrekkeligkapasitettilårenseavrenningfra deponi.normaltgårbådevannfradeponietogovervannetfraområdetgjennomrenseanlegget, meniperiodermedkraftignedbørgårnoeovervannfraandreområderiomløpogdirektetil Stordalsbekkenutenbehandling.Detharværtbekymringknyttettilomaluminium(Al),spesielt lavmolekylærealtilstandsformer(lmmal)ergiftigeforvannlevendeorganismerimoderate konsentrasjoner,ogsåibrakkvann.konsentrasjonenavandremetallererogsådokumentertåvære høyiavrenningen(johnsenetal.,213,hindaretal.,211,hindarognordstrøm215,todtetal., 215).KonsentrasjonenavorganiskmaterialeogbasekationersomCaivannetreduserer

10 biotilgjengeligogopptakiorganismersomfisk(teienetal.,25,woodetal.,22a,b). Konsentrasjonenavorganiskmaterialeerimidlertidlavisuravrenningfradeponimedstein. Isurevannkvalitetervilmetallergenereltforeliggesomløsteioner,somerbiotilgjengeligefor organismer.inaturligevassdraghvorpher67vilenstordelavalogandrespormetallervære assosiertmedbådeuorganiskeogorganiskepartikler/kolloider,spesieltunderflom.kolloidaleog partikulæremetalltilstandsformererlitereaktiveogikkegiftigeforfisk(teienet.al.,26a,b).det erkjentatkolloiderogpartiklersomtransporteresmedferskvanntilsjøvannvilaggregereog sedimenterepgahøyionestyrke(teienet.al.,26b).samtidighartidligereforsøkogsåvistatalkan mobiliseresfrakolloidaltogpartikulærtmaterialevedinnblandingavsaltvannderkonsentrasjoner avkationersomna,caogmgersværthøy(teienetal.,26b).iestuarinefjordområdersom mottarsurtalholdigvann,erdetdokumentertøktkonsentrasjonavlavmolekylæretilstandsformer avalogøktavsetningpåfiskegjeller(teienetal.,26b,kroglundetal.,27,kroglundetal., 211).Detteharresultertiendretutvandringavsmolt(Kroglundetal.,211b),ellerøktdødelighet pgahøyavsetningpåfiskegjeller(bjerknesetal.,23).øktkonsentrasjonavlmmtilstandsformer avalharblittdokumenterttiltrossforatdetidissetilfelleneogsåharværtenbetydeligfortynning avtilførtalmedsjøvann(kroglundetal.,27,kroglundetal.,211). DeterlitekunnskapomtilstandsformertilAlogandrespormetalleriavrenningfradeponierfor svovelholdigsteinogendringervedinnblandingavsjøvann.alkonsentrasjoneniavrenningfra deponitilkaldvellfjordenhariperioderværtsværthøy(johnsenetal.,213)ogdetkanantasatal foreliggerpåtilstandsformersomerforskjelligfradetsomdominererinaturligevassdragmedmer organiskmateriale.avhengigavph,tocogtemperatur,erdetfleremuligeprosessersomkan påvirkealogandremetalleriavrenningfraslikedeponieretterinnblandingmedsjøvann(figur2.); Polymerisasjonogdannelseavtransientegjellereaktivetilstandsformer(eks.suravrenning frasulfidrikemineraler), Fortynningavmetallriktferskvannmedmetallfattigsjøvann, Aggregeringogsedimenteringavkolloiderogpartiklersomdervedfjernesfravannmassene, Mobiliseringavreversibeltbundnespormetallerfraoverflateravkolloiderogpartikler,og dannelseavgjellereaktivetilstandsformer. DaavrenningenfraM15/M16deponietvedE18erlutbehandlet,vilde3sisteprosessenevære relevante.omlutbehandlingenikkeereffektiv,erogsåprosess1relevant. Vedeksponeringtilfleremetallersamtidigernormaltdentotaleeffektenstørreennved eksponeringtilmetalleneenkeltvis.foråvurderebelastningenavsuravrenningpåorganismeri Kaldvellfjordenerdetderforvesentligåhakunnskapomdentotalebelastningenavtilførtemetaller. DeterogsåusikkertomdeterøktsedimenteringogomAlogspormetallersomavsettesi sedimenteretteravrenningvilutgjøreenfremtidigdiffuskildetilfjordsystemet.detkanpotensielt føretilremobiliseringogøktoverføringtilvannmasseneovertid.

11 Figur 2 Prosesser som er antatt tilknyttet tilførsel av Al og andre spormetaller i avrenning fra deponi for svovelholdigsteintilkaldvellfjorden. Målforprosjektet MåletmeddetteprosjektetvaråfinneutomAlogandrespormetaller/radionukliderisuravrenning fradeponifjernesrasktfravannmasseneimøtemedsjøvann,elleromdevilforeliggepåen biotilgjengeligformisjøvannovertidsomkanmedførenegativeeffekterpåvannlevende organismerikaldvellfjorden.prosjektetvardelti3ulikespesifisertearbeidspakker: Arbeidspakke1:Kildekarakterisering:Identifiserekonsentrasjonerogtilstandsformeravaluminium ogandrespormetaller/radionuklideriavrenningfradeponi(førogetterrensing)somtransporteres medstordalsbekkenutikaldvellfjorden(feltundersøkelser). Arbeidspakke 2: Transformasjon: Identifisere endringer i tilstandsformer av Al og andre spormetaller/radionukliderfrastordalsbekkentilsaltvann(avrenningfradeponiogetterinnblanding avsjøvann,basertpålaboratorieforsøk,feltforsøkogfeltundersøkelser). Arbeidspakke 3: Biotilgjengelighet og effekter: Identifisere biotilgjengelighet/endring i biotilgjengelighet av Al og andre spormetaller/radionuklider for fisk i avrenningsvann før og etter innblandingmedsaltvannikaldvellfjorden(feltforsøkmedfisk). Hypoteser: H:Avrenningfradeponienebidrarmedhøyekonsentrasjoneravaluminiumogandre spormetaller/radionuklidersomkangiskadepåmiljøetinkludertfisketterinnblandingmedsaltvann ikaldvellfjorden. H1:Aluminiumfradeponisomtransporterestilfjordsystemetforblirgiftigetterinnblandingmed saltvannikaldvellfjorden,fortynning(saltholdighet)harbetydningforgiftighet. H2:Risikoknyttettilkombinerteeffekter(multiplestressors)vilværehøyereennrisikoknyttettilen stressoravgangen. H3: Både partikulært og kolloidalt innhold av aluminium i avrenning fra deponi bidrar til biotilgjengelig/gjellereaktivaluminiumetterinnblandingisjøvann,ogmåinkluderesiovervåkingav sigevannfradeponi.

12 4 Metoder 4.1 Kildekarakterisering ArbeidspakkenomfatterkarakteriseringavkonsentrasjoninkluderttilstandsformeravAlogandre metaller/radionuklideriavrenningfradeponietførogetterrensing,ogtransportmed StordalsbekkentilKaldvellfjorden Karakteriseringavutlekkingfrasvovelholdiggneis Foråkarakteriseremuligavrenningfradeponibledetutførtlaboratorieforsøkmedutlekkingstest fradensulfidrikegneisensomendelavenmscoppgavepånmbu(hjulstad215).informasjonen frautlekkingstestenbidrarmedinformasjonomelementsammensetningeniutlekkingen,kinetikkog tilstandsformertilspormetallene.steinprøverfradeponi(m2)vede18bleinnsamletitykk plastsekkoglevertceradisotoplaboratoriet/nmbu.prøvenebleinnsamletfram2deponietfordi detvarletteretilgang,mensteinmasseneerantattåværetilsvarendesomim15/m16deponiet. Prøveneblelagrettørtvedromtemperaturfremtilknusing.Knuststeinblederetterførtoverietkar forutlekkingstestisyntetiskregnvann(overreinmfl.198)med1kgsteintil1lvann.vannet blekontinuerligsirkulertgjennomdenknustesteinenienholdetankfrabunnentiltoppen. Overløpetpåtoppenledetvannettilbaketiltankenfornysirkulasjonavvannet(Figur3).Utlekking fradenknustesteinenbleslikstudertovertidi5ukerforåfåinformasjonomutlekkingenav spormetallerfrasteinen. Figur3KnustgneisogdesignavutlekkingstestpålaboratorietNMBU.Pilerindikerersirkulasjonavvannet (fotoh.c.teien) MineralanalyseravgneisenbleutførtavPerHagelia(StatensVegvesen)ogHaraldFoldvik(Natur historiskmusem,oslo)vedbrukavbinokulærtforstørrelsesglass,røntgendiffraksjon(xrd)og skanningelektronmikroskop(sem).formerinformasjonsehjulstad(215). Foråkarakterisereutlekkingenfradensulfidrikegneisenbledetinnsamletvannprøverfradet sirkulerendevannetukentliggjennom5uker.etter5ukerbledetitilleggbenyttetinsitu fraksjoneringforåfåinformasjonomstørrelsesfordelingavspormetallerivannet.vannprøverble lagretmørktved4 o Cfremtilanalyse.

13 4.1.2 KarakteriseringavspormetalleriStordalsbekken DeterdokumentertatAlogandremetallerforeliggerisværthøyekonsentrasjoneriavrenningfra deponim15/m16(johnsenetal.,213,hindaretal.,211,hindarognordstrøm215).forå reduseretilførslerfrasuravrenningfradeponierdetkonstruertetrenseanleggmedtilsetningav NaOHførfellingogutløpiStordalsbekken(Figur4).Foråfåinformasjonomtilførslertil Stordalsbekkenbledetsamletinnprøverførogetterrenseanlegget,samtnederstiStordalsbekken vedutløpet(figur4).foråfåinformasjonomvariasjonenikonsentrasjonenavalogandre spormetallerbleprøverinnsamletpåuliketidspunktmedvarierendevannføring.totaltbledet innsamletprøverpå7forskjelligetidspunktistordalsbekkenfordeltpåvår/sommer/høst215og 216.TemperaturogpHblemåltifelt.Foråfåinformasjonomstørrelsesfordelingavspormetalleri vannetbledetbenyttetinsitufraksjoneringifeltoginnsamlingavulikevannfraksjoner.vannprøver bletransporterttilnmbuoglagretmørktved4 o Cføranalyse. Figur4A)Bildeavdammedsuravrenningfradeponiogkalksteinpåbunnen,B)damforkjemiskfellingi renseanlegget,c)utløpetavrenseanleggetistordalsbekkenogd)kaldvellfjordenvedutløpetav Stordalsbekken(fotoH.C.Teien). 4.2 Overgangfraferskvanntilsjøvann SaltholdighetiKaldvellfjorden Vedflomepisoderitilførselsbekkervildettotaltkommemerferskvannutifjordsystemetennvedlav vannføring.variasjonenisaltholdighetikaldvellfjordenbledokumentertvedloggere(hobou24 2)plassertutpå3stasjonerpå1meterog3meterdyp(Figur5).Loggerevarplassertutiden isfrieperiodenjunitildesember215,apriltiloktober216ogfraoktober216tilnovember217. Saltholdighetogtemperaturbleogsåidentifisertihelevannsøylenmedctdsondepåstasjoneneto ganger.resultatenebidrarsamlettilkunnskapomsaltogtemperaturforholdeneikaldvellfjorden.

14 VannføringeniStordalsbekkenerikkemålt,menerberegnetmedutgangspunktivannføringfra Tveitdalen(Birkenesfeltet,NVE;feltforskningsområde18kmunna)korrigertforarealav nedbørsfeltet. Figur5KartavKaldvellfjordenmedstasjoner(rødepunkt)forloggingavsaltholdighet ( Figur6KartmedDeponi,M15/M16,renseanleggogStordalsbekken( lokalitetforinnsamlingavvannfrarenseanlegget,grøntpunkterinnsamlingavvannfrastordalsbekkenog utføringavfiskeforsøk.

15 4.2.2 Spormetalleribrakkvann BådelaboratorieforsøkogfeltforsøkbleutførtforåfremskaffekunnskapomhvasomskjermedAl ogandrespormetallernåravrenningfradeponiblandesmedsaltvannikaldvellfjorden.resultatene blesammenlignetmedobservasjonerikaldvellfjorden. LaboratorieforsøkblegjennomførtpåNMBUbasertpåvannprøverinnsamletavsuravrenningfra M15/M16deponietførrensingogavvannfraStordalsbekkennedstrømsrenseanlegget.Vannprøver bleinnsamletikannerav25lsamtidigmedinsitufraksjoneringavvannetifelt.innsamlede vannprøverblelagretmørktved4 o Cfremtilbruk.Saltvann(idennerapportenomtaltsomsjøvann) blehentetfraniva sforskningsstasjonsolbergstrandogkarakterisertmedensaltholdighetpå32.2 promille.vannavsuravrenning,somblehentetfrafangdammen(figur6),ogvannfra Stordalsbekkenbletilsattsjøvannivarierendeforholdtilblandingeravsaltholdighetpå5,1,15,2 og25promille.forsøkenebleutførtiflaskerav2litervannunderkonstantomrøringiklimaskapved 1 o C.Temperatur,pHogsaltholdighetblemåltetterblanding.Foråfåinformasjonomendringi konsentrasjonogfordelingavtilstandsformeravalogspormetalleretterfortynningavsjøvannble detinnsamletvannprøverogutførtfraksjoneringmedhensynpåstørrelseogladningføranalyseved brukavicpms(agilent88).fraksjoneringbleutførtinsitupåtotidspunkt,hhv3minog1dag etterblandingavferskvannogsjøvannforåidentifiserestabilitetavmetalltilstandsformene. Resultatenebidrarmedinformasjonomendringavmetaltilstandsformervedinnblandingav saltvannivannfrastordalsbekkenmedogutenrensing,ogdannergrunnlagforåforståhvilke prosessersomdominererislikebrakkvannsblandingerogkinetikkavendringer. DetblegjennomførttofeltforsøkvedutløpetavStordalsbekken,hvorvannfraStordalsbekkenble blandetmedsjøvannigjennomstrømmendekar.vannfrastordalsbekkenblepumpetmed nedsenkbarpumpe(typedp252biltema)til9lkarmedoverløp(figur7).sjøvannblepumpettilet annet9lkarmedoverløpmedtørroppstiltpumpe(typebp131,biltema)tilkoblet25mm vannledningmedinntakpå7metersdypinnerstikaldvellfjorden.vannkraneribunnenavkarene tillotkontinuerligblandingavvannfrakarmedstordalsbekkenogvannfrakarmedsjøvanni konstantblandingsforholdtiletblandingskarsomvarplassertlavere.vannfrablandingskaretble ledetvideretileteksponeringskarav9litermedoverløp.vannetbleslikblandettil4forskjellige blandingsforholdmedsaltholdighetpå5,15,2og25promilleifireparallelleblandingskarog eksponeringskar.vannethaddeenoppholdstidpåca3minutterføreksponeringskaretbasertpåen gjennomstrømningshastighetpå2.7l/s.designettillotstabilvannstrømogblandingsforholdover tidmedgjennomstrømmingikar.saltholdighetbleslikøktdirekteoghaddeenoppholdstidpåca1 timevedprøvetakingutaveksponeringskaret.deenkeltekarvartildekket. Tilsvarendeforsøkbleogsåutført29september216(Figur7),mendableogsåvannutav renseanleggetdirekteledetmedvannledningtiletegetkarpå9lmedoverløpførinnblandingav sjøvannforsammenligningmedvannfrastordalsbekken.ferskvannogsjøvannbledablandettil saltholdighetpå1og2promillebasertpåvannfrarenseanlegget,menkuntil2promillebasert påvannfrastordalsbekken.designetgamulighetforåsammenlignebrakkvannfrarenseanlegget medvannfrastordalsbekkeniblandingerav2promillesaltholdighetmedidentiskoppholdstidpå sammetidspunkt.

16 Figur7Oppsettavtokarforsøkmedkontinuerliginnblandingavsjøvanniferskvannikar.AogB)viser oppsettet ogcogd)viseroppsettet bw=bekkevann,sw=sjøvann,rw=vannutløp renseanlegget. Temperatur,pHogsaltholdighetblemåltminimumdagligivannfradeenkeltekar.Foråfå informasjonomkonsentrasjonogfordelingavtilstandsformeravalogspormetallerbledet innsamletvannprøverogutførtfraksjoneringmhpstørrelseogladningføranalysevedbrukavicp MS.KonsentrasjonavmetallerogtilstandsformerbleslikidentifisertivannfraStordalsbekken, Renseanleggetogisjøvannetførogetterblanding.Vannprøverfortotalkonsentrasjonavmetaller bleinnsamletdaglig,oginsitufraksjoneringbleutførtetter4dagermedgjennomstrømningavvann ikar. ResultatenebidrarmedinformasjonomtilstandsformeravAlogspormetallerførogetter innblandingavsjøvann,ogidentifikasjonavhvilkeprosessersomdominererislikeestuarine blandingerutenforutløpetavstordalsbekkenikaldvellfjorden.resultaterbidrarogsåtilå identifisereforskjellpåvannutavrenseanleggetogistordalsbekkenmhpinnblandingavsjøvann, samttilåidentifiserebetydningavsaltholdighetforkonsentrasjonavaltilstandsformerog spormetallerikaldvellfjorden. DetbleinnsamletvannprøverpåutvalgtestasjoneriKaldvellfjorden(Figur5)foråidentifisere konsentrasjonavalinkludertandreutvalgtespormetallerifjordsystemet.vannprøverbleinnsamlet på1meterog3meterdyppå5forskjelligetidspunkttotalti215og216.detvaretmålåinnsamle vannprøvervedvarierendesaltholdighetifjorden,dettevistesegåværevanskeligereennantatt.

17 Vannfraønsketdypblehentetfrabåtmednedsenkbarpumpe(12VPentrypumpeBiltema) påmontertslange,ogoverførttil1literkaribåtførvidereprøvetaking.temperatur,phog saltholdighetblemåltumiddelbart.foråfåinformasjonomkonsentrasjonogfordelingav tilstandsformeravalogspormetallerbledetutførtfraksjoneringmhpstørrelseogladning(figur8). Prøveravufiltrertogfraksjonertvannblelagretmørktved4 o Cføranalyse.Detbleinnsamlet2 parallelleprøveravfraksjonertvann. ResultatenebidrarmedinformasjonomtilstandsformertilAlogspormetalleriKaldvellfjordenunder deforholdmedmåltsaltholdighetpåprøvetakingstidspunktet.resultatenebidrarogsåmed kunnskapomendringavtilstandsformervedlangoppholdstidikaldvellfjordenvedåsammenligne resultaterfrakaldvellfjordenmedresultaterfralaboratorieforsøketogkarforsøketavsamme saltholdighet. Figur8InsitufraksjoneringavvanniKaldvellfjorden(fotoH.C.Teien) 4.3 Biotilgjengelighetogeffekter TretyperundersøkelserbleutførtforåfremskaffekunnskapombiotilgjengelighetavAlogandre spormetaller Laboratorieforsøkmedeksponeringavfisk ForåfåinformasjonombiotilgjengelighetavAlogspormetallerutlekketfradensvovelholdige gneisenblefiskeksponerttilutlekketvannpålaboratoriet.vannfrautlekkingstestenblefiltrert (.45μm)ogfortynnet(1:1)medkontrollvannføroverføringavfisk(ørretyngel,av9.34±1.5gog 9.9±.5cm).SomkontrollblefiskeksponertikartilsyntetiskvannmedtilsvarendepHog sammensetningavionerutenspormetaller.forsøketbleutførtistatiskvannmedluftboblingi temperaturkontrollertrom(1 o C)påfiskelaboratoriet,NMBU.ForsøketbleutførtihhtOECD retningslinjerfortestingavkjemikalier(oecd1992).fiskbleprøvetatt(blod,gjellerogindreorgan) påuliketidspunktetterstartaveksponeringenmedinntil264timereksponering(hjulstad215) Karforsøkifeltmedeksponeringavfisktilbrakkvann ForåfåinformasjonombiotilgjengelighetavAlogandrespormetalleribrakkvannetterinnblanding avsjøvannivannfrastordalsbekkenblefisk(laksesmolt)eksponert(96timer,ihhtstandard

18 giftighetstesteroecd1992)tilferskvannsjøvannblandingenesombeskrevetikapittel før prøvetakingavfisk(blod,gjellerogindreorgan).forsøketbleutførtmedgjennomstrømmendevann ogluftboblingideenkeltekar.fiskbleeksponerttilvannfrastordalsbekkenførogetterinnblanding avsjøvannmedstart9mai216og29september216.itilleggblefiskeksponerttilvannfra renseanleggetførogettertilsetningavsjøvanntil1og2promillesaltholdighetmedstart29 september.detvardagligettersynavfisken.vedobservasjonavdødelighetbledødfiskfjernetog restenavfiskenavlivetforprøvetaking,selvomeksponeringenvarkortereenn96timer.fiskble dissekertogulikeorganinnsamletforanalyseavmetallinnhold. KonsentrasjonavAlogandremetallerigjellentilfiskenbidrartilinformasjonombiotilgjengelighet. ResultatenevilbidramedkunnskapomtotalsamleteksponeringfraAlogandrespormetaller. ResultatenebidrarogsåtilåidentifisereforskjelleribiotilgjengelighetavAlogspormetallerivann frarenseanleggetogistordalsbekkenførutløpikaldvellfjorden BurforsøkmedeksponeringavfiskiKaldvellfjorden ForåfåinformasjonombiotilgjengeligkonsentrasjoneravAlogandrespormetalleriKaldvellfjorden blelaksesmoltplassertiburifjordsystemetogeksponertforfjordvannetførinnsamlingav fiskeprøver.totalt6eksponeringsburbleplassertpåutvalgtelokaliteterikaldvellfjordenpådypav1 og3meter.burenevarplassertførogetterutløpetavstordalsbekken,vedblåskjellanleggeti fjordenogutenforterskelennordforskjøtøya.burblefestetiblåsemedtausomigjenvarankret opppåbunnen(figur9).fiskbleeksponertistordalsbekkenogkaldvellfjordenfra til ogiperioden til Tidspunkteneforforsøkeneblefastsattav smoltifiseringsperiodenforfiskensomerdetenestetidspunktetfiskkanblieksponerttilferskvann ogsjøvannsamtidigforsammenligning.fiskbleprøvetattførutsettogvedtotidspunktetterutsetti mai,ogvedetttidspunktetterutsettiseptember.prøvetakingstidspunkteneblevalgtetterperioder mednedbørogøkttilførselavvannfrastordalsbekken.fiskenhaddejevnligtilsynunderforsøket. AvsetningavAlogandremetallerpåfiskegjellerbidrarmedinformasjonombiotilgjengelighetenav AlogandrespormetalleriKaldvellfjordeniøkendeavstandfraStordalsbekkenpåtoulikedyp. StressresponsifiskbleidentifisertvedmålingavglukoseiblodogCl,KogNaiblodplasmaavfisk. SammenligningmellomkonsentrasjoneravAlogspormetallerivannmedavsetningpåfiskegjeller undervarierendesaltholdighetbidrartilkunnskapomeksponeringsnivåerifjorden.sammenligning avresultaterfrakaldvellfjordenogkarforsøketgirinformasjonomeffektavlagringavvannetved sammesaltholdighetogpotensielleksponeringivannavlaveresaltholdighet.

19 Figur9EksponeringsburmedlaksesmoltforeksponeringiKaldvellfjordenpåtoulikedyp.FotoH.C.Teien 4.4 Fisk Laksesmoltsomblebenyttetifeltforsøket(mai216:6.3±4.6gog18.5±.5cm,september216: 81±13gog2.6±1.2cm)blehentetpåSørsmoltsittanleggiKragerø.Fiskbletransportertiht. standardmetode(vannogfiskisekktilsattoksygen)føroverføringtilkarvedstordalsbekkenogbur isjøen.veterinærattestavfiskvistegodhelsestatusogverdieravnakatpaseigjellertilfiskvisteat fiskenvarsmoltifisertogklarforutsettisjø.feltforsøkmedfiskblegodkjentavfotsmattilsynet april216(fotsid8666). Førprøvetakingblefiskenavlivetmedetslagtilhodet.Lengdeogvektavfiskblemålt.Blodprøver blederettertattmed1mlsprøyteførdisseksjonogprøvetakingavorgan(gjeller,lever,nyre,hjerne ogmuskel).prøveravorganbleoverførttil5mlgreinerrørførfrysingogvidereanalyseravalog spormetallerpålaboratoriet.prøveravgjellerogleverbleogsåinnsamletpåkryorørføroverføring tilflytendenitrogenifeltforumiddelbarfrysing(flytendenitrogen)oglagringi8 o Cfryser.Disse prøveneerikkeanalysert,menlagretforeventuellmålingavulikebiomarkørerforåidentifisere stressrespons.biomarkører(blodglukoseogplasmaioner)harkunblittanalysertiblodprøverforå fåinformasjonomstressifisk.dettebleutførtvedbrukavistatkassettec8+ogistat2analyseri felt.fororgansåergjelleprøverogenkelteprøveravleveranalysertmhpkonsentrasjonavalog spormetaller(prøveravandreorganerlagret). 4.5 Analytiskemetoder ph,saltholdighetogtemperaturblemåltmed(wtwmulti34i)vedbrukavpolylitelabph elektrodeogtetrecon325konduktivitetselektrode.konsentrasjonavtoc,anioner(cl,no 3ogSO 2 4 ) ogkationer(ca,mg,na,k)blemåltiprøveravferskvannvedbrukavhhvtocanalyser(shimadzu TOCcpn),ionekromatografi(IachatIC5)ogICPMS(Aqilent88)vedNMBU fraksjonering ForåfåinformasjonomfordelingavulikefraksjoneravAlogspormetalleriferskvannetførogetter innblandingavsjøvannbledetbenyttetinsitufraksjoneringsmetoderutvikletvednmbu(teienet al.,24).detblebenyttetinsitu.45μmmembranfiltreforåskillepartikulæreogkolloidale tilstandsformerogdetblebenyttet1kdaultrafilter(pall,hullfibre)foråskillekolloidaloglav

20 molekylæretilstandsformer(lmm).itilleggbledetbenyttetinsituionekromatografi(chelex1) foråskillereaktivetilstandsformerfraikkereaktivetilstandsformer.vannetblefraksjonertpå stedet,ogdetbleinnsamlet2parallelleprøveravdeenkeltefraksjonene(15ml)(tabell1). Vannprøverbletilsatt5volum%ultrapureHNO 3føranalysevedbrukavICPMS(Aqilent88 tilkoblethumidifier).fraksjoneringavvannbleutførtpåtidspunktitilknytningtilprøvetakingavfisk. Tabell1Fraksjoneravvannprøverinnsamletoganalysertforåidentifiseretilstandsformeravspormetalleri vann Fraksjonavvannprøveinnsamlet EtteranalysevhaICPMS Ufiltrert Bidrarmedinformasjonomtotalkonsentrasjonav spormetaller.45μmmembranfiltrert Bidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavløste spormetaller.45μmmembranfiltrertfør Bidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavløste,men ionebyttetmedchelex1 ikkereaktivespormetaller 1kDaultrafiltrert BidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavLMM tilstandsformeravspormetaller 1kDaultrafiltrert BidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavLMM førionebyttingmedchelex1 tilstandsformeravspormetallersomikkeerreaktive Alogspormetallerifiskeorgan MetallakkumuleringpåfiskensgjellerbleanalysertvedNMBUetterstandardmetoder.Gjelleneble frysetørket,tørrvektblederettermåltføroppslutningvedbrukavultraclave.oppsluttetprøveble fortynnettil1mlførmålingpåicpms.internstandardmedrhoginblebenyttetunderoppslutning ogunderanalyseforåkorrigerefortynningogdriftavinstrument.prøveravleverognyreavfiskble oppsluttetmedsammemetode.måltekonsentrasjonerigjeller,leverognyreavfiskeroppgittsom: μgal /g tørrvekt(tv).standardreferansemateriale(srm)bleoppsluttetoganalysertparalleltmed gjelleprøveneforåfåinformasjonomabsoluttnøyaktighetavmålingene. Foråfåinformasjonommetallfordelingenavsattpågjellenbleenfrysetørketgjelleprøveavfisk eksponerttilvannfrastordalsbekkenmontertpåensemkarbonteipfestettilenpolyproylenfilm spentoverenxcellkopp.elementfordelingbleutførtvedhjelpavmikroxrayfluorescence(μxrf) medenbrukerm4tornado(brukernanogmbh,tyskland)medrhrøntgenrør(5kv,2maog2 μmdiameterrøntgenstråle,ogendualxflash silisiumdriftdetektor(sdd).elementkartbletattopp undervakuummed52μmtrinn,oppholdstid3ms/piksel,and11sykluser.identifiseringav topperisumspekteretogkvantifisering(normalisertvekt%)bleutførtmedprogramvarenesprit (BrukerNanoGmbH,Tyskland 4.6 Databehandlingogstatistiskemetoder. Detblebenyttetprinsipalkomponentanalyseogfaktoriellanalyse(Minitab16)basertpålog transformertdataforåidentifisereforskjellermellomspormetallermht.konsentrasjonogfordeling mellomtilstandsformerivannogavsetningpåfiskegjeller.dettebådeetterinnblandingavsjøvanni Stordalsbekkenikar(karforsøket),ogiKaldvellfjordeniøkendeavstandfrautløpet.

21 Detblebenyttetregresjonsanalyseforåidentifisereendringikonsentrasjonavmetallermedøkende saltholdighetogforåidentifiserersammenhengermellomulikemetalfraksjonerivannog spormetallerakkumulertifisk. Standardreferansemateriale(SRM)avferskvann,sjøvannogbiologiskmaterialeblebenyttetforå fåinformasjonomabsoluttnøyaktighetavmålingene(). Tabell2Analysenøyaktighetavsporelementeriferskvann,sjøvannogbiotaiforholdtilsertifiserteverdier (SRM).Analysereroppgittsomgjennomsnitt±standardavvikfraanalyseavulikegruppermedprøver. SRM 1643HFerskvann Dolt5Fiskelever CASS5Sjøvann analyse SRM analyse SRM analyse SRM μg/l μg/l μg/kg μg/kg μg/kg μg/l Na 23282± Mg 852± Al 149± ± ± S 2485± ±.8 K 282± ±.55±.8 Ca 31962± ±.51±.6 1.6± V 39± ± ±.14 Mn 39± ± ± ±.19 Fe 1± ±97 17±8 3.8± ±.11 Co 26± 27.8±.4.95 Ni 6± ±.7.28±.57.33±.2 Cu 22± ± ±.8.38±.3 Zn 78± ±4 15.3±5.4 5±4.6.72±.7 As 6± ± ± ± ±.9 Sr 32± ± ± ±179 Mo 111± ± 11± ±.72 Cd 6.5± ± ±.6.5±.3.215±.18 Sb 54± 58.1± Ba 59± ±.8 La.98± ± <.1 Ce.96± ±.1 Pr.96±.2 1. <.1 <.1 Nd.99± ± <.1 Sm 1.1±.2 1. <.1 <.1 Eu 1.3± 1. <.1 <.1 Gd 1.1± 1. <.1 <.1 Dy 1.2± 1. <.1 <.1 Ho.99± 1. <.1 Er 1.1±.1 1. <.1 <.1 Tm.98± 1. <.1 <.1 Yb 1.2±.1 1. <.1 <.1 Pb 18.9± ±.1.162±.32.1±.1.11±.2 Th 1.1± 1 <.1 <.1 U.98±.2 1.1± 3.1± ±.11

22 5 Resultater 5.1 Kildekarakterisering Utlekkingfrasvovelholdiggneis,Lillesand Foråstuderedensulfidrikegneisen,bleknustesteinprøverfraM2utlekketivannpålaboratoriet. MineralanalyseravsteinenvhaXRDskanningvisteathovedmineraletisteinprøvenvarkvarts, muskovitt(v,ba),plagikoklasogtitanitt.detbleikkeidentifisertjernsulfidianalysenmedxrdeller SEM.Mineralersompyritt,sinkblendeogjarositterantattåværekildentildensureavrenningen (HindarogNordstrøm215,Hjulstad215).ForholdetmellomCo/NiogCd/Znindikererat metallkildenforcoognierpyrittogatdenersinkblendeforcd(hindarognordstrøm215). ResultatenefrautlekkingstestenmedoppmaltsteinfraM2deponietvistereduksjonipHtil3.3 (Tabell3).LavpHikombinasjonmedhøykonsentrasjonavSO 4indikererproduksjonavsvovelsyrei oksidasjonavsvovelkismineraler.innholdetavbasekationeriutlekketvannerforholdvislav(i forholdtilso 4,Tabell3),mensinnholdavmetallererhøyt.Beregningavmassebalanseviser4164 μeklfrasulfatsomerioverenstemmelsemed4487μek/ltotaltkationer.alutgjør54%avso 4i avrenningen,mgmed18%,femed11%ogderetterresten.k,naogcautgjørtilsammenkun11% avso 4.Resultaterviseratutlekkingenavspormetallerøkerrasktogfortsetteråøkegjennom7uker (Hjulstad215).Kombinasjonenavmetaller,lavpHogvannmedlavkonsentrasjonavbeskyttende basekationergirgenerelthøyandelløstfraksjonoghøybiotilgjengelighetavmetallene(woodetal., 22a). UtlekkingenfrasteinprøvenerdominertavmetalleneAl>Fe>Mn>Ni>Zn>Co>Cu,hvorenliten fraksjonforeliggersomkolloidaltogpartikulærtmaterialevedkontinuerligvanngjennomstrømming avsteinmassene.itilleggersjeldnejordmetallerkarakterisertiutlekkingsvannet.konsentrasjonen avce,la,nderrelativhøyiutlekkingenmedmerenn36μg/1gstein,menspb,as,vogmoer laveog<1μg/1gstein.

23 Tabell3Elementsammensetningiutlekkingfrasteinprøver(M2)etter4ukerogandel(%)lavmolekylmasse (LMM)avutlekketmetal. Syntetiskvann Utlekking LMM(%) μeq/l ph Ca 2+ mg/l < Mg 2+ mg/l < Na + mg/l K + mg/l < NO 3 mg/l.3 <.2 Cl mg/l <.6 <.6 SO 2 4 mg/l Al μg/l Fe μg/l Mn μg/l Ni μg/l Zn μg/l Co μg/l Cu μg/l Pb μg/l <1 As μg/l <1 v μg/l <1 Mo μg/l <1 Ce μg/l Nd μg/l La μg/l Sr μg/l U μg/l Gd μg/l Pr μg/l Sm μg/l Dy μg/l 1 75 Cr μg/l 7 75 Er μg/l 4 76 Yb μg/l 3 72 Cd μg/l 3 83 Th μg/l 2 67 Ho μg/l 2 75 Sum(kationer)

24 5.1.2 Innholdavspormetallerisigevannetførogetterrensing SigevannetfradeponiM15/M16blirfangetienfangdamiStordalen.Ifangdammenerdettilsatt kalkstein/casilikatsomfungerersometfilterførutløpetogoverføringtilrenseanlegget.i renseanleggettilsettesnaohforfellingavalibasseng.utavrenseanleggetblirvannetledetinni Stordalsbekkenca25meterførutløpiKaldvellfjorden. Vannetifangdammen(Tabell4,Tabell5)erkarakterisertmedhøyereinnholdavCaoghøyerepH ennhvasomblemåltiutlekkingendirektefradensvovelholdigesteinen(jf.5.1.1).detteviserat tilsattkalkstein/casilikatifangdammenbidrartiløktinnholdavcaivannet.detmålesinnholdavcl ifangdammensomindikererbidragfrasjøsalter.beregningavmassebalanseforprøverinnsamleti august215viser1μek/lfraclog66μek/lfrasulfat.cautgjørmerenn5%avso 4i fangdammen,mgmed21%ogalmed18%.prøverinnsamletijuni216visertilsvarendetrender, menmednoehøyereinnholdavsjøsalter.sammenlignetmedkontrollertutlekkingenavsteinpå laboratorietsåerdetetbetydeligbidragavcautlekkingifelthvorenstorandeltroligkommerfra kalksteinen/casilikatifangdammen. Vannetifangdammenerpåprøvetakingstidspunktenekarakterisertsomsurtvann(pH~4.54.7), medsværthøytinnholdavtotaltal(>8μg/l)ogmn(>1μg/l)oghøytinnholdavfe,ni,cu ogu(35μg/l).detsurevannetkarakteriseresogsåmedhøytinnholdavenrekkesjeldne jordmetaller.spesieltla,ceogndforeliggerihøyekonsentrasjoner(26μg/l).fordeulike metalleneobserveresdetingenforskjellmellomtotalkonsentrasjonivannetogkonsentrasjoni filtrertvannprøve.detteindikererattilnærmetaltmetallforeliggersomløstetilstandsformer (<.45μm)ifangdammen.Konsentrasjonenavmetallerifangdammenertilsvarende konsentrasjonenavmetallerobservertivannfrautlekkingsforsøketpålaboratoriet. VannetinnirenseanleggetkarakteriseresmedensvakthøyerepH(pH~5.5),255%lavereinnhold avmetallerogsjeldnejordmetaller.foral,feogcuerdenpartikulærefraksjonenøkt.deter naturligåantaatendringeneeretresultatavatkalksteinen/casilikatpåbunnenavfangdammen bidrartilhøyereph. EtterrenseanleggeterpHøkttilca7ogkonsentrasjonenavallemetallererbetydeliglavereog <3%foreliggersomløstetilstandsformer.AggregeringenavNiogMnermindreennfordeandre metalleneogtilnærmet9%avmnogniforeliggersomløstivannetogsåetterrensingen.til sammenligningforeliggermerenn93%avalsompartikulærtalogmindreenn7%somløstal.

25 Tabell4Vannkvalitetsparametereogkonsentrasjonavmetallerinkludert%løstfraksjon(<.45μm)i fangdammen,førinntakrenseanlegg,utrenseanleggognederstistordalsbekkenførutløpkaldvellfjorden Fangdam Inn Ut Stordalsbekken μeq/l renseanlegg Renseanlegg ph Cond μs/cm Temp o C K mg/l(μeq/l) Ca mg/l Mg mg/l Na mg/l Cl mg/l NO 3 mg/l.42 7 SO 2 4 mg/l Al μg/l (%<.45μm) (93) (57) (7) (17) Cu μg/l (%<.45μm) (92) (34) (29) (24) Ni μg/l (%<.45μm) (97) (99) (88) (9) Mn μg/l (%<.45μm) (99) (1) (94) (95) Fe μg/l (%<.45μm) (92) (62) (13) (42) U μg/l (%<.45μm) (99) (76) (71) (69) La μg/l (%<.45μm) (97) (98) (17) (35) Ce μg/l Pr μg/l (%<.45μm) (96) (95) (9) (21) Nd μg/l Sm μg/l Eu μg/l Gd μg/l Tb μg/l Dy μg/l Ho μg/l Er μg/l Tm μg/l Yb μg/l Lu μg/l Th μg/l Sumkationer 7765

26 Tabell5Vannkvalitetsparametereogkonsentrasjonavmetallerinkludert%løstfraksjon(<.45μm)i fangdammen,førinntakrenseanlegg,utrenseanleggognederstistordalsbekkenførutløpkaldvellfjorden Fangdam Ut μeq/l Renseanlegg Stordalsbekken ph Temp o C K mg/l Ca mg/l Mg mg/l Na mg/l NO 3 mg/l Cl mg/l SO 2 4 mg/l Al μg/l (%<.45μm) (1) (3) (9) Mn μg/l (%<.45μm) (1) (86) (9) Zn μg/l (%<.45μm) (98) (38) (69) Fe μg/l (%<.45μm) (1) (3) (3) Ni μg/l (%<.45μm) (97) (81) (87) Cu μg/l (%<.45μm) (1) (16) (24) Ce μg/l (%<.45μm) (98) (1) (26) La μg/l (%<.45μm) (97) (17) (38) Nd μg/l (%<.45μm) (99) (7) (19) Co μg/l U μg/l Mo μg/l <.1 <.1.1 Sr μg/l V μg/l..1.3 Cd μg/l Gd μg/l Pr μg/l Sm μg/l Dy μg/l Er μg/l Sumkationer 7368

27 5.1.3 SpormetalleriStordalsbekkenogvariasjonerunderflomepisoder IutløpetavStordalsbekkenervannetomtrentenpHenhetlaveresammenlignetmedutav renseanlegget(tabell4).konsentrasjonenavalogfeerhøyereistordalsbekkenennivannetutav renseanlegget,mengenerelterkonsentrasjonenavdeandrespormetallenetilsvarendesomi vannkvalitetenutfrarenseanlegget.andelenløstfraksjonharimidlertidøktforflerespormetalleri Stordalsbekken,spesieltløstfraksjonavAl,Feogdesjeldnejordmetallene(Figur1).Andelløst fraksjonkanforklaresmednytttilsignedstrømsrenseanleggetsomgirlaverephogøkte konsentrasjoneraval,feogandrespormetaller. 2 A) Al 15 Stordalsbekkenμg/l) 1 5 Fe Mn Ce U Ni Cu Pr Utavrenseanlegget(μg/l) Stordalsbekken(%fraksjonløst) B) Fe La C Pr Al Cu U Ni Mn Utavrenseanlegget(%fraksjonløst) Figur1SammenhengmellomA)konsentrasjonenavspormetallerogB)fraksjonløstandelavspormetalleri vannetutavrenseanleggetogiutløpetavstordalsbekkenjuni215.1:1linjenertegnetinn

28 VannprøverinnsamletiStordalsbekkeniløpetavdesiste1årene(AgderOPS)viserat konsentrasjonenavspormetallervarierergjennomåret.resultateneviserimidlertidatdetikkeer noengodkorrelasjonmellomkonsentrasjonistordalsbekkenogvannføring(figur11). Nyeredatastøtteroppomeldredatanårdetgjeldervariasjonikonsentrasjonavspormetaller gjennomåretistordalsbekken.resultateridetteprosjektetgirimidlertidindikasjoneromat nedbørsepisoderharbetydningforkonsentrasjonenavspormetalleristordalsbekken. KonsentrasjonenavspormetalleriStordalsbekkenerenfaktor2.7høyereietterkantavenmindre flomepisode27.oktobersammenlignetmedførepisoden(figur13).deterimidlertidikkeinnsamlet vannprøverunderstorevannføringsepisoderistordalsbekken VannføringStordalen.3 Mn m3/s Ni Konsentrasjon(μg/L) Figur11VannføringogkonsentrasjonavspormetalleriStordalsbekkenfrajanuar214tiljuni215.(Datafra AgderOPSVegselskapAS). Konsentrasjon(μg/L)

29 VannføringStordalen Vannføring Vannprøvetaking Eksponeringavfisk m3/s apr. 31.mai. 1.jul. 1.aug. 1.sep. 2.okt. 2.nov. Figur12EstimertvannføringiStordalsbekkenfraapriltildesember216,prøvetakingavvannogeksponering avlaksesmolterindikert. A)Stordalsbekken 5 4 Al(μg/L) May 12May 1June 4October 28October TotaltAl Partikulært Kolloidalt LMM LMMreaktiv B)Stordalsbekken Al(μg/L) May 12May 1June 4October 28October TotaltAl Partikulært Kolloidalt LMM LMMreaktiv Figur13KonsentrasjonenavAliulikefraksjoneriStordalsbekkenogvariasjoneriperiodenmedundersøkelser medfisk.beretutsnittavdelavestekonsentrasjonenefrafigura.

30 5.2 Overgangfraferskvanntilsjøvann Sammenhengmellomvannføringogsaltholdighet BeregnetvannføringiStordalsbekkenviserstorvariasjoninterntiåretogmellomår.Deterlange periodermedlitenvannføring,ogdeterflomepisodermedhøyvannføring.i215frasluttenavjuli tilsluttenavseptembererperiodenkarakterisertmedepisoderavstorvannføringistordalsbekken, fra.1til.4m3/s.i216erperiodenfraapriltilsluttenavoktoberkarakterisertmedlavvannføring ogkunsmåflomepisoder(<.6m3/s). DeterensvakkorrelasjonmellomvannføringiStordalsbekkenogsaltholdighetioverflatevanneti Kaldvellfjorden(Figur14).Deterogsåensammenhengmellomsaltholdighetioverflatevannet innerstikaldvellfjorden,vedblåskjellanleggetogutenforterskelen.resultateneindikereratdeter fleretilfelleravlavsaltholdighetinnerstvedutløpetavstordalsbekkenennmedlavsaltholdighet vedblåskjellanleggetogutenforterskelen. DeterimidlertidingensammenhengmellomvannføringiStordalsbekkenogsaltholdighetpå3 metersdypikaldvellfjorden.variasjonenikonduktivitetsomobserveresioverflatevannetkorrelerer ikkemedkonduktivitetsomobserverespå3metersdyp(figur15). Kond.utløpet1m(μS/cm) Kond.Blåskjell1m(μS/cm) Figur14SammenhengmellomA)estimertvannføringiStordalsbekkenogkonduktivitetisjøvannetutenfor utløpetavstordalsbekken,b)konduktivitetiutløpetavstordalsbekkenogmidtikaldvellfjordenvedanlegget medblåskjell,c)konduktivitetiutløpetavstordalsbekkenogutenforterskelenavkaldvellfjordenogd) konduktivitetmidtikaldvellfjordenvedanleggforblåskjellogutenforterskelenavkaldvellfjorden. A) B) y=.67x+9471 R²=.55 4 Konduktivitetutløpet1m(μS/cm) y=5487x+2518 R²= VannføringStordalsbekken(m3/s) Kond.Blåskjell1m(μS/cm) Kond.utløpet1m(μS/cm) C) y=.51x D) y=.51x R²=.49 4 R²=.4 Utenforterskel1m(μS/cm) Utenforterskel1m(μS/cm)

31 A)Vannføring.4 VannføringStordalsbekken Vannføring(m 3 /s) Kond.(μS/cm) Kond.(μS/cm) B)Konduktivitet215,1mdyp C)Konduktivitet215,3mdyp St12 St14 St16 St13 St Figur15A)BeregnetvannføringiStordalsbekken,konduktivitetpå1metersdypiKaldvellfjordenogC) konduktivitetpå3metersdypikaldvellfjordenfor215.nummerpåstasjoneneøkermedavstandfrautløpet avstordalsbekken.

32 A) 3 25 Kond.(mS/cm) B) 25 2 Temp, C Figur16VariasjonavA)konduktivitet(μS/cm)ogB)temperaturiKaldvellfjordenutenforutløpetav Stordalsbekkenpå1mdyp VariasjonavsaltholdighetmeddybdeniKaldvellfjorden TemperaturogsaltholdighetvarierermeddybdeniKaldvellfjorden.Undertidspunktforprøvetaking mai216,vartypiskoverflatevannetavhøyeretemperaturogavlaveresaltholdighetenn bunnvannetikaldvellfjorden.temperaturenvarca.15 o Cioverflatevannetogavtoktilca.8 o Cved7 metersdypellerlavere,ogresultaterantydertermoklin(grenseflatemellomtovannlagavulik temperatur)vedca2meterog5metersdypikaldvellfjorden.saltholdighetenøktefraca.16 promilleioverflatevannettil33.5promilleved1metersdypogvarderetteruforandretidypere vann.saltprofilenindikereratpyknoklin(grenseflatemellomtovannlagavuliksaltholdighet)i Kaldvellfjordenervedca.2og5metersdypderdeterenmarkantøkningavsaltholdighetivannet. Forskjellenivannlageneoverogunder2meterseruttilåopprettholdesgjennomstoredeleravåret somindikertmedforskjelligetidsvariasjonerikonduktivitetfra1metersog3metersdypi Kaldvellfjorden(Figur17).Påtidspunktforprøvetakingvardetingenforskjellitemperatureller saltgradientifjordenmåltvedutløpetavstordalsbekkenogvedblåskjellanlegget.vannetutenfor terskelenvarimidlertidkarakterisertmedennoeannengradientutennoentydeligtermoklinog pyknoklinnedtil7metersdyp.temperaturvarhøyereogsaltholdighetlavereveddyppå57meter utenforterskelensammenlignetmedvanninnenforterskelen.terskelenikaldvellfjordenerpåca. 4.5mihtsjøkart.

33 A) Dybde(m) B) Temperatur( o C) TemputløpStordalsbekk Tempblåskjell Temputenforterskel Salinitet(ppt) Dybde(m) 1 15 SalutløpStordalsbekk Salblåskjell 2 Salutenforterskel 25 Figur17VariasjonavA)temperaturogB)saltholdighetmeddybdeniKaldvellfjorden12mai216.Målinger utførtmedctd Spormetalleribrakkvannmedøkendesaltholdighet Sjøvanninneholdergenereltlavekonsentrasjoneravspormetaller.Innblandingavsjøvannivannfra fangdammenistordalen(førrenseanlegget,tabell4)girderforenfortynningavmetall konsentrasjonenivannet.detobserveresenreduksjonavalkonsentrasjonenivannfra fangdammenmedøkendesaltholdighetsomfølgerenlineærsammenheng(figur18).ivannetfra fangdammensåforeliggertilnærmetaltalsomlmmreaktivtal.vedinnblandingavsjøvann observeresdetimidlertideneksponentiellreduksjonavlmmreaktivtalvedøkendesaltholdighet, samtidigobserveresdetenøktkonsentrasjonavkolloidaltogpartikulærtalvedøkende saltholdighettil1isaltholdighet.konsentrasjonenavkolloidaltogpartikulærtaløkerselvomdet totalterenfortynningavalvedtilsetningavsjøvanntilvannfrafangdammen.konsentrasjonenav kolloidaltogpartikulærtalnåretmaksimaltnivåved12isaltholdighetforsååavtaved ytterligeretilsetningavsjøvann.konsentrasjonenavkolloidaltalerimidlertidlavogdeterspesielt partikulærtalsomdominereriferskvannsjøvannblandingene.enendringfralmmal tilstandsformertilpartikulærealtilstandsformerindikereratlmmreaktivtalpolymerisererog aggregerertilpartikulærtal.detteerisamsvarmedendringersomtidligereerkjentvedphøkning avsurtalriktferskvann(teienetal.,24,teienetal.,26b).ensammenblandingavsurt ferskvannmedsjøvanngirogsåenbetydeligøkningiph.konsentrasjonenavlmmreaktivtalblir derforlavereennbasertpåfortynningogkonsentrasjonenavpartikulærtalblirhøyereenn forventetbasertpåfortynningen.tiltrossforpolymeriseringogaggregeringavalerdenlmm reaktivealfraksjonenfortsattmerenn5μg/lopptil15promillesaltholdighet,ogiunderkantav 2μg/Lvedhøyeresaltholdighet. VedinnblandingavsjøvannivannutavrenseanleggetiStordalsbekkenobserveresogsåenlineær reduksjonavtotaltinnholdavalmedøkendesaltholdighet(figur18).ivannetfrastordalsbekken

34 foreliggerimidlertidtilnærmetaltalalleredesompartikulærtal.vedinnblandingavsjøvannet observeresdetderforogsåenlineærreduksjonipartikulærtalsomfølgeavfortynningmed sjøvannet.konsentrasjonenavlmmreaktivtal,somkunerenmindrefraksjonavtotaltalivannet frastordalsbekkenavtarmerennforventetbasertpåfortynning.dennereduksjonenobserveres spesieltvedensaltholdighetpålavereenn15promilleisaltholdighet.vedensaltholdighetpå5 promilleobserveresenøkningikonsentrasjonenavkolloidaltal,mensvedhøyeresaltholdigheter konsentrasjonenavkolloidaltallavogtilsvarendenivåersomforventesbasertpåfortynningmed sjøvannet.vedinnblandingavsjøvannivannfrastordalsbekkensåobserveresdetderforogsåen polymeriseringogaggregeringavlmmreaktivtalogdannelseavkolloidaltalogpartikulærtalsom observertvedinnblandingavsjøvannivannfrafangdammen.polymeriseringenavalerimidlertid betydeligmerbegrensetistordalsbekksjøvannsblandingerfordialiutgangspunktethovedsakelig foreliggersompartikulærtalførinnblandingavsjøvannetogdannelsenavpartikulærtalermarginal iforholdtilnivåetsomalleredeforeliggerivannetutavrenseanlegget.resultateneviserimidlertid atkonsentrasjonenavlmmreaktivtaleriunderkantav2μg/lisjøvannsblandingeneuavhengig avinnblandingavvannfrafangdammenellervannfrastordalsbekken. DetobservereslitenendringifordelingavAltilstandsformenevedøktlagringavferskvann sjøvannsblandingenefra3minuttertil1uke.dettetilsieratpolymeriseringenogaggregeringenav Alislikeblandingererrask.DetobserveresingenmobiliseringavAlfrakolloidaleogpartikulæreAl forbindelserivannfrastordalsbekkenvedtilsettingavsjøvann. Al(μg/L) A)Vannfrafangdam ufiltrert Partikulært kolloidalt LMM LabiltAl Salinitet(ppt) B)Vannfrafangdam Al(μg/L) LMM LabiltAl EstimertLMM Salinitet(ppt) Salinitet(ppt) Figur18FordelingavAltilstandsformeribrakkvannsomfunksjonavsjøvanntilsattA,B)vannfrafangdammen ogc,d)vannutfrarenseanleggettiløkendesaltholdighet.bogderetutsnittavdelavestekonsentrasjonene frafiguraogc. AndrespormetallerivannetfraStordalsbekkenfortynnesogsåvedinnblandingavsjøvannogøkt saltholdighet(figur19).bådedenpartikulæreogløstefraksjonenavspormetallenefortynnes.for deflestespormetallene,someksempelforfe,cuoglaerdendominerendefraksjonenpartikulært, mensforandremetallersomniogmnerdendominerendefraksjonenlmm.fleremetallerfølger derforendringeneialogfevedtilsetningavsjøvannhvordenløstefraksjonenforblirlavereenn 5%ogpåsammenivåivannmedøkendesaltholdighet(Figur2).Disseforeliggerhovedsakelig somlmmforbindelsermedenlitenandelkolloidalt. MetallersomMnogNifølgerandretrenderennAlogFevedtilsetningavsjøvann.LMMfraksjonen forblirdominerendeoghøyereenn8%ivannmedøkendesaltholdighet(figur2). Al(μg/L) Al(μg/L) C)Stordalsbekkenetterrensing ufiltrert Partikulært kolloidalt LMM LabiltAl Salinitet(ppt) D)Stordalsbekkenetterrensing ufiltrert Partikulært kolloidalt LMM LabiltAl EstimertLMM

35 A)Stordalsbekkenetterrensing Fe(μg/L) ufiltrert Partikulært kolloidalt LMM Salinitet(ppt) B)Stordalsbekkenetterrensing 6 ufiltrert 5 Partikulært 4 kolloidalt 3 LMM Ni(μg/L) Salinitet(ppt) C)Stordalsbekkenetterrensing 12 ufiltrert 1 Partikulært kolloidalt 8 LMM 6 4 Cu(μg/L) D)Stordalsbekkenetterrensing La(μg/L) Salinitet(ppt) Salinitet(ppt) ufiltrert Partikulært kolloidalt LMM Figur19FordelingavuliketilstandsformeravA)Fe,B)Ni,C)Cuogd)Laivannutfrarenseanleggettilsatt sjøvanntiluliksaltholdighet.

36 %Fraksjon<.45μm A) Salinitet(ppt) Mn Ni La Al Cu Fe B) 1 %Fraksjon<.45μm %Fraksjon<1kDa Figur2A)Andelspormetalleriløstfraksjon(%)ivannmeduliksaltholdighetogB)sammenhengenmellom% fraksjon<1kdaog%fraksjon<.45μmivannetterinnblandingavsjøvannivannfrastordalsbekken. DetobserveresenreduksjonavtotaltinnholdavAlmedøkendesaltholdighetifeltforsøkmed gjennomstrømmendevanndersjøvannkontinuerligblandesmedvannfrautløpetavstordalsbekken (Figur21).ReduksjonenavAlerimidlertidmerennhvasomforventesbasertpåfortynning.Ivannet frastordalsbekkenforeliggerendominerendefraksjonsompartikulærtal.vedinnblandingav sjøvannantasdetatalpartikleraggregererogsedimenterertilbunnvedlavgjennomstrømnings hastighetikarforsøket.denneutfellingenavalseruttilåværebetydeligivannmedsaltholdighet mellom5og25promille.konsentrasjonenavkolloidaltaleriutgangspunktetca.2μg/logavtar ogsåmerennestimertbasertpåfortynningogerubetydeligvedetsaltinnholdpå2promilleeller høyere.konsentrasjonenavlmmal(2μg/l)ernoehøyereennkolloidaltal,ogerogrelativt uforandretivannmedsaltholdighetmellom5og25promille.resultatenefrafeltforsøketerderfor avvikendefralaboratorieforsøket,daenbetydeligandelavalifeltforsøketfellesut.dannelseav storealpartiklerantasogsåilaboratorieforsøket,menpga.kontinuerligomrøringsedimenteresikke partikleneilaboratorieforsøket.partikleneekskluderesvedfiltreringavvannprøven. Mn Ni La Al Cu Fe

37 Al(μg/L) A) Estimert Total Partikulært Kolloidalt LMM 1 B) 35 Al(μg/L) Salinitet(ppt) Kolloidalt LMM LMMreaktivt Salinitet(ppt) Figur21EndringavAltilstandsformermedsaltholdighetetterinnblandingavsjøvannivannfra Stordalsbekken11mai216.A)ikonsentrasjonsområdetfratil4mg/logB)ikonsentrasjonsområdetfra til35μg/l. A) 6 sporelement(μg/l) Mn Fe B) 7 Sporelement(μg/L) Salinitet(ppt) Salinitet(ppt) Figur22KonsentrasjonavA)MnogFeogB)Ni,CuogLamedsaltholdighetivannfraStordalsbekken innblandingmedsjøvann11mai216. Ni Cu La

38 Konsentrasjonenavandremetallerfortynnesogsåvedinnblandingavsjøvannivannfra Stordalsbekken(Figur22).Fordeflestespormetallene,someksempelforAl,Fe,CuogLaerden dominerendefraksjonenpartikulærtveduliksaltholdighet,mensforandremetallersomniogmner imidlertiddendominerendefraksjonenlmm.fleremetallerfølgerderforendringeneialogfeved tilsetningavsjøvannhvordenløstefraksjonenforblirlavereenn5%ogpåsammenivåivannmed økendesaltholdighet(figur23). MetallersomMnogNifølgerimidlertidandretrenderennAlvedtilsetningavsjøvannhvorden LMMfraksjonenforblirdominerendeoghøyereenn8%ivannmedøkendesaltholdighet(Figur23). Resultatenesamsvarergodtmedobservasjonerfralaboratorieforsøket. A) 12 %Fraksjon<.45μm Salinitet(ppt) Mn Fe La Ni Cu Al B) 1 %Fraksjon<1kDa %Fraksjon<.45μm Figur23A)Andelspormetalleriløstfraksjon(%)ivannmeduliksaltholdighetogB)sammenhengenmellom% fraksjon<1kdaog%fraksjon<.45μmivannvedkontinuerliginnblandingavsjøvannivannfra Stordalsbekkenifelt. StatistiskeprinsipalkomponentanalyseravspormetalleriStordalsbekkentilsattsjøvannviser trenderidatamaterialet.basertpåresultaterfraufiltrertvannførogetterinnblandingavsjøvanner detenkorrelasjonmellomøkendesaltholdighetogøkendekonsentrasjonavsr,ca,v,moogas, mensdeterenmotsatttrendfordeandrespormetallene(figur24).al,mn,ni,coogsjeldne jordmetallerersterktkorrelert.resultaterfraultrafiltrertvannviserimidlertidentrendmedtre grupperkorrelasjoner;deelementenesomfølgersjøvannet,desomfølgermnogniogde spormetallenesomfølgeralogfe.detteerisamsvarmedatniogmnhovedsakeligforeliggersom LMMtilstandsformeretterinnblandingavsjøvann,mensAl,Feogdesjeldnejordmineralene hovedsakeligforeliggersomstørrepartikulæretilstandsformeriferskvann/sjøvannsblandingen.det erogsåforventetatspormetallersomv,asogmosomersværtbegrensetidensureavrenningener korrelertmedsjøvannet. Mn Ni Al Cu Fe

39 Figur24SammenhengenmellomspormetallervistmedprinsipalkomponentanalyseforA)ulfiltretvannogB) ultrafiltretvannetterinnblandingavsjøvannikarforsøket.dataerlogtransformert. IKaldvellfjordenvardethøytsaltinnholdvedtidspunktforprøvetaking.Resultaterviserat saltinnholdetvar16promilleellerhøyere.konsentrasjonenavalvarlavereenn15μg/lialle innsamledevannprøverfrafjorden(figur26).konsentrasjonenavpartikulærtogkolloidalalvar minimalogalforelåhovedsakeligsomlmmtilstandsformer(499%,figur25).konsentrasjonenav totaltalistordalsbekkenvar32μg/l,ogvedfortynningmedsjøvanntil25promillesåerestimert Alkonsentrasjontilnærmet6μg/L.KonsentrasjonenavAlisjøvannetiKaldvellfjordenvar imidlertidca4μg/logbetydeliglavereennestimertbasertpåfortynningavalkonsentrasjoneni Stordalsbekken.DetteindikereratAlpartiklertilførtfraStordalsbekkenharaggregertogfeltuti Kaldvellfjorden.KonsentrasjonenavtotaltAliprøverertilnærmetdetsomerestimertbasertpå fortynningavlmmalfrastordalsbekken(figur25).

40 A) EstimertLMM Partikulært Total Kolloidalt Al(μg/L) Salinitet(ppt) B) 1 Mn 8 Ni 6 %Fraksjon<1kDa 4 Al 2 Cu %Fraksjon<.45μm Figur25A)KonsentrasjonavuliketilstandsformeravAliKaldvellfjordeniforholdtilsaltholdighet.Stipletlinje indikererestimertkonsentrasjonavlmmalvedfortynningmedøkendesaltholdighetogb)sammenhengen mellom%andelspormetallifraksjon<1kdaogfraksjon<.45μm.dataviserresultatermåltivanninnsamleti Kaldvellfjorden27.oktober216. DeterentrendatkonsentrasjonenavspormetalleriLMMfraksjonavtarmedøkendesaltholdigheti vannetikaldvellfjorden(figur26).vedtidspunktforprøvetakingerkaldvellfjordenkarakterisert medsaltholdighetpå16promilleellerhøyere,ogkonsentrasjonenavspormetallerergenereltlav. FordeflestespormetalleneerLMMdendominerendefraksjonen.Enbetydeligandelav spormetalleneforelåsompartikulæretilstandsformeristordalsbekken,ogdissehartroligaggregert etterinnblandingavsjøvannsomobservertikarforsøket(teienetal.,26b).resultaterindikererat enbetydeligandelavspormetalleneistordalsbekkenharblittbortefravannetetterinnblandingi Kaldvellfjorden. PrøveravbrakkvannutenforutløpetavStordalsbekken27.oktober216inneholderbetydelig høyerekonsentrasjoneravcuogfeennandrestasjonerikaldvellfjordenogistordalsbekken(figur 27).Prøvenekarakteriseresogsåmedenbetydeligpartikulærfraksjon.Resultatetindikererat metalleneikkeharbunnfeltpåtidspunktetforprøvetaking.betydelignedbør,høyvannføringog transportavmetallermedstordalsbekkenfådagerførprøvetakingenkanbidratiløktinnholdav metalleribrakkvannetsomaggregererikaldvellfjorden.

41 Sporelement(μg/L) Sporelement(μg/L) Salinitet(ppt) Salinitet(ppt) Figur26KonsentrasjonavAl,Mn,Nd,Fe,CuogSrmedsaltholdighetiKaldvellfjordeniprøverinnsamletfra prosjektperioden. Al) Salinitet(ppt) Nd) Sporelement(μg/L) Salinitet(ppt) Fe) sporelement(μg/l) A) Cu Mn Fe Mn) Salinitet(ppt) Salinitet(ppt) Salinitet(ppt) Figur27KonsentrasjonavA)MnogCu,ogB)Ni,CuogLamedsaltholdighetiKaldvellfjorden27oktober216. PrøveriutløpetavStordalsbekkenermarkertmedsirkel. StatistiskeprinsipalkomponentanalyseravspormetalleriKaldvellfjordenviserenkorrelasjon mellomøkendesaltholdighetogøkendekonsentrasjonavsr,ca,v,moogas(figur28).resultatet viserennegativkorrelasjonavmetaller(al,mn,ni,coogsjeldnejordmetaller)medsaltholdighet. Detteerihenholdtilresultaterfrakarforsøket.MetallprofileniKaldvellfjordenertilsvarende Sporelement(μg/L) Sporelement(μg/L) 1 5 Sr) Salinitet(ppt) Cu) Sporelement(μg/L) 1 5 B) 6 Sporelement(μg/L) Ni Cu La

42 metallprofileniavrenningavdensvovelholdigegneisen.innholdetaval,mn,ni,znogsjeldne jordmetallerivannettilskrivesderforavrenningpålandfrasvovelholdigstein. Figur28Sammenhengenmellomspormetallervistmedfaktorladning1og2iprinsipalkomponentanalysefor spormetallerikaldvellfjordenmåltiprosjektperioden.dataerlogtransformert. 5.3 Opptakavspormetallerifisk Detharblittutførttretyperforsøkmedfisk;laboratorieforsøk,karforsøkifeltogburforsøkifjorden foråidentifiserebiotilgjengelighetenavspormetallenefraavrenningmedgneispålaboratorieteller fradeponim15/m16istordalen.forsøkenegirogsåinformasjonihvilkengradspormetallenetas oppifiskbådeiferskvannogibrakkvannetterinnblandingavsjøvann Resultaterfralaboratorieforsøkmedeksponeringavfisk Fisk(brunørret)bleeksponerttilfortynnetvannutlekketfradensvovelholdigegneisenpå laboratoriet(hjulstad215).vannetblefortynnet1:1føreksponeringavfisk,dvs. konsentrasjonenavspormetallerrepresenterdetsomerutlekketfra1gmedsteini1liter vanniløpetav5uker.deterenbetydeligavsetningavaligjellenetilfiskiløpetav24timersom medførerdødelighet().detmålesogsåøktkonsentrasjonavfeogcuifiskegjellene,men begrensetendringavandremetallerinnfordensammetiden.målingenesomerutførtgirikke informasjonommetalleneeravsattpågjelleneelleromdetertattoppigjellene. Figur29KonsentrasjonavAl,FeogCuigjellertilfiskeksponert24timertilvannutlekketfrastein(M2),totalt 1g:1L Kontroll Utlekking Gjelle(mg/kg) Al Fe Kontroll Utlekking Cugjelle(mg/kg)

43 5.3.2 Karforsøkifeltmedeksponeringavfisktilbrakkvann FiskbleeksponerttilvannfraStordalsbekkenogsjøvannfraKaldvellfjordenifeltbådeimai216og oktober216.konsentrasjonenavspormetallerigjellenetilfiskvarlavogtilsvarendebakgrunns konsentrasjonerforfiskivassdragføreksponering(tabell5).etter96timereksponeringavfisktil sjøvann(bunnvann)frakaldvellfjordenerdetingenendringikonsentrasjonenavspormetaller. Tabell5Konsentrasjonavspormetallerigjellertilfiskførogetterutsettisjøvann(pumpetfra6metersdypi Kaldvellfjorden)ogiStordalsbekken. Førutsett Sjøvann Kaldvell Stordals bekken Førutsett Sjøvann Kaldvell Stordals brekken Al (μg/gtv.) 5.9± ±1. 23±5 6.6± ± ±528 Mn (μg/gtv.) 9.2± ±1.3 29± ± ±2.5 45±8.3 Fe (μg/gtv.) 238±6 249±36 946± ±78 186±4 192±272 Ni (μg/gtv.).2±2.3 <.2 3.5±.8 <.2 <.2 7.3±1.4 Cu (μg/gtv.) 2.3±.5 2.3±.2 1±2 3.2±1.2 2.±.2 12±2. Zn (μg/gtv.) 342±56 394±87 54±87 742± ± ±126 Cd (μg/gtv.) 3.7±.3 3.4±.4 3.1±.4 1.7±.4 1.5±.3 2.±2 La (μg/gtv.).1±..1±. 39±7.4.2±.1.2±.1 85±18 EttereksponeringavfisktilvannfraStordalsbekkenerdetimidlertidenbetydeligakkumuleringav metallerpågjellertilfiskinnen24timerseksponeringsommedførerdødelighet.konsentrasjonenav Aligjellertilfiskvarekstrem(23±5μg/gtv),ogkonsentrasjonenavandrespormetallersom Mn,Fe,Ni,CuogsjeldnejordartersomLavarogsåhøy(Tabell5).Deteringenøkningavmetaller somznogcdpågjellertilfiskenistordalsbekken,noesomindikererminimalakkumuleringavdisse metallene.sammetrendobserveresbåde1.mai216og3.september216.konsentrasjonenav spormetallerigjelleneernoehøyereforfiskeksponertisluttenavseptember216sammenlignet medmai216. GjelleavfiskeksponerttilvannfraStordalsbekkenbleanalysertmedμXRFforåpåviseadsorpsjon oginhomogenfordelingavmetallerpågjellene(figur3).skanningavhenholdsvishelegjellen (øversterad),deleravgjellenmedmyeavsattemetaller(midtersterad)ogetliteområdemedsvært storgradavmetalladsorpsjon(nedersterad)visercaogksomessensiellemetalleri gjellestrukturenoginhomogeneavsetningeraval,mn,feogce.detbleobservertkorrelasjon mellomavsattaloghenholdsvismn,feogce.detreflekterertroligatallemetalleneavsettespå sammeområder.

44 Figur3MikroXRFanalyseavfrysetørketgjellefrafiskeksponerttilvanniStordalsbekken.Øversterad: LysmikroskopiavprøvenmeduXRFkamera(venstre),Cafordelingihelegjellen(midt)ogCaogKfordelingi helegjellen(høyre).midtersterad:fordelingavcaogfeihelegjellen(førstefravenstre),fordelingavcaogal ihelegjellen(andrefravenstre),fordelingavkogal(midt),fordelingaval(fjerdefravenstre)ogfe(lengsttil høyre).nedersterad:lysmikroskopiavprøvenmeduxrfkameraogindikasjonpåkartleggingavetlite områdepåprøvenmedmyeslimogmetaller(venstre),normalisertemasse%fordelingeravfeogal(midt)og Ce(høyre). KonsentrasjonenavAlogenrekkeandrespormetallervarogsåtilsvarendeekstremoghøyigjeller tilfiskeksponerttilstordalsbekkenfortynnetmedsjøvanntilsaltholdighetpå6,12,2og24 promille(figur31).resultateneindikerertilsvarendealakkumuleringpågjellertilfiskeksponerttil 4μgAl/LiStordalsbekkensomtilfiskeksponerttil24promillesaltholdighetetterfortynningtil 15μgAl/Lmedsjøvann,hhv23±5μgAl/gtvgjelleog245±134μg/gtvgjelle.Resultater viseratalprkonsentrasjonsenhetermergjellereaktivetterinnblandingogfortynningisjøvannenni Stordalsbekken. Forandremetallerobserveresdetimidlertidenreduksjonigjelleakkumuleringenettertilsetningav sjøvannivannfrastordalsbekken.spesieltforcuobserveresdetenreduksjonigjelleavsetningmed økendesaltholdighetpåvannet.formnobserveresdetenakkumuleringigjellervedeksponeringtil Stordalsbekken,mendetobserveresingenakkumuleringvedeksponeringtilStordalsbekkentilsatt sjøvann.deterderforennoeforskjelligtrendforulikemetaller. Vedeksponeringavfisktilvannutavrenseanlegget,observeresogsåakkumuleringavAlog spormetallerpåfiskegjeller.konsentrasjonenavalogandrespormetallersomcu,nioglaigjeller erimidlertidbetydeliglavereforfiskeksponerttilvannfrarenseanleggetsammenlignetmedfisk eksponerttilstordalsbekkenpåsammetid(figur32).detobserveresingenavsetningavfeigjeller tilfiskeksponertforvannfrarenseanlegget,menenekstremavsetningpågjellerforfiskeksponert forvannistordalsbekken.deteringenforskjellpåkonsentrasjonenavmn,cdogznigjellertilfisk eksponertforvannfrarenseanleggetogvannfrastordalsbekken.

45 DetobserveresgenereltenreduksjonikonsentrasjonenavAlogspormetallerifiskegjellerivannfra renseanleggetfortynnetmedsjøvann.vedtilsetningavsjøvannivannfrarenseanleggettil7og22 promille,avtarkonsentrasjonenavalivannetfra15μg/ltilhhv125μg/log44μg/logali gjellenefra165±77μgal/gtvgjelletilhhv12±7og1±6μgal/gtvgjelle.tilsammenligningeral konsentrasjonen36±29μg/gtvigjellenetilfiskeksponerttil436μg/lved2promilleivannfra Stordalsbekken.KonsentrasjonenavLMMAlivannfrarenseanleggetogivannfraStordalsbekken før(hhv214μg/log28μg/l)ogetterfortynningmedsjøvanntil2promille(hhv124μg/log12 μg/l)erimidlertidrelativlikpåprøvetakingstidspunktet.resultateneindikererderforatreaktiviteten tilalfrarenseanleggeterlavereogforskjelligsammenlignetmedalivannfrastordalsbekken,både førogettertilsetningavsjøvann.forutforeksponeringenavfiskvardetimidlertiden nedbørsepisode28og29septembermedhhv1og2.3mmnedbør(reflandvikmålestasjon)som kanhabidratttilmervarierendekonsentrasjoneravalogspormetalleristordalsbekkenennetter fordrøyningirenseanleggetmedlangoppholdstid.

46 A1) Algjelle(μg/gtv.) Saltinhold(ppt) B1) Mngjelle(μg/gtv.) Fegjelle(μg/gtv.) Saltinhold(ppt) C1) Fegjelle(μg/gtv.) A2) 5 død død Saltinhold(ppt) Algjelle(μg/gtv.) B2) 6 død død Saltinhold(ppt) Mngjelle(μg/gtv.) C2) død død Saltinhold(ppt) Saltinhold(ppt) Figur31KonsentrasjonavA)Al,B)Mn,C)FeogD)Cuifiskegjellerigjennomstrømmendevannavulik saltholdighetikarforsøkmedinnblandingavsjøvanntilvannfrastordalsbekken.1)representererlevendefisk mens2)representererprøverinnsamletfradødfisk. Cugjelle(μg/gtv.) D1) Saltinhold(ppt) Cugjelle(μg/gtv.) D2) Saltinhold(ppt) død død

47 Fegjelle(μg/gtv.) Algjelle(μg/gtv.) A) utrenseanlegg 7 Stordalsbekken Saltinhold(ppt) Nigjelle(μg/gtv.) C) utrenseanlegg E) Stordalsbekken Saltinhold(ppt) utrenseanlegg Stordalsbekken Mngjelle(μg/gtv.) Cugjelle(μg/gtv.) Lagjelle(μg/gtv.) B) D) utrenseanlegg Stordalsbekken Saltinhold(ppt) utrenseanlegg Stordalsbekken Saltinhold(ppt) E) utrenseanlegg Stordalsbekken Saltinhold(ppt) Saltinhold(ppt) Figur32KonsentrasjonavAl,Mn,Fe,Cu,NiogLaifiskegjellerigjennomstrømmendevannikaravulik saltholdighetmedinnblandingavsjøvanntilvannfrastordalsbekkenellerfrautløpetavrenseanlegget.96 timereksponering DeterenkorrelasjonmellomkonsentrasjonenavAligjellenetillevendefiskogkonsentrasjonavAli vannetuavhengigavsaltholdighet(figur33).dataerbasertpåalleprøverinnsamletfrafeltforsøki maiogiseptember/oktoberettereksponeringigjennomstrømmendevannikarforsøk. KorrelasjonenmellomAligjellerogkolloidaltAlellerLMMAltilstandsformerivanneterikkesågod somkorrelasjonenmedtotaltal.resultaterindikereratalikkeforeliggersomstabile tilstandsformerogattransformasjonsprosesseneforalistordalsbekkenførogetterinnblandingav sjøvanneravgjørendeforalavsetningenigjellene.vanneterustabiltogdeteristørregrad opprinneligkonsentrasjonenavlmmalførtransformeringtilkolloidaltogpartikulærtalsomer avgjørende,ogikkehvormyelmmalsomvarikaretvedeksponering.resultateneerisamsvarmed AlreaktivitetenistabileferskvannsblandsoneretterkalkingavsurtAlriktvann(Rosselandetal., 1992,Teienetal,24).

48 Altot) 5 R²=.3441 Al.45μm 5 Algjelle(μg/gtv) Algjelle(μg/gtv) R²= Alivann(μg/L) Al vann(μg/l) AlLMM Algjelle(μg/gtv) R²= Al vann(μg/l) Figur33SammenhengenmellomAlkonsentrasjoni brakkvannogigjellertilfisketterinnblandingav sjøvannivannfrastordalsbekkenogfrautløpetav renseanlegget. Detertilsvarendeogsåenkorrelasjonmellomkonsentrasjonenavandrespormetallerivannetogi gjellertileksponertfisk(figur35).detergenereltenbedrekorrelasjonmellomtotalkonsentrasjoni vannogavsetningpågjellerennmellomlmmfraksjonogavsetningpågjeller.resultaterviserat ogsåfordeandrespormetalleneerdetpågåendetransformasjonsprosesserivannetsomharstor betydningforreaktivitetenogavsetningpågjeller. Deterengodkorrelasjonmellomkonsentrasjonenavulikespormetallerigjellerogkonsentrasjonen avaligjellenetilfiskeksponertistordalsbekkenførogetterinnblandingavsjøvann.statistiske prinsipalkomponentanalyseravspormetallerigjelleneviserenkorrelasjonmellomspormetaller somsr,v,mo,ni,mnogas(figur34).detteerspormetallersomilitengradavsettesigjellenved eksponeringtilvannet.resultaterviserogsåengodkorrelasjonaval,uogsjeldnejordmetaller.al ogdesjeldnejordmetalleneøkerigjellenvedeksponeringtilvannet.resultateneindikererat sjeldnejordmetallerfradensvovelholdigegneisenavsettesigjelleristordalsbekkenbådeførog ettertilsetningavsjøvann.resultaterindikerersammeforholdmellomspormetalleriavrenningen avdensvovelholdigegneisenogikaldvellfjorden.innholdetaval,mn,ni,znogsjeldnejordmetaller ivannettilskrivesderforavrenningpålandfradensvovelholdigegneisen. Figur34 spormetallerifiskegjellerivannfra Stordalsbekkentilsattsjøvann.Dataerlog transformert. KorrelasjonenmellomspormetallerogAligjellererimidlertidforskjelligforfiskeksponerttilvann frastordalsbekkenogvannfrarenseanleggetmedogutensjøvann(figur36).detergenereltmeral