Användning av geokemiska modeller för bedömning av tillgänglighet och lakbarhet

HTML
DOWNLOAD

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Användning av geokemiska modeller för bedömning av tillgänglighet och lakbarhet"

Carl-Johan Persson
för 8 år sedan
Visningar:

Användning av geokemiska modeller för bedömning av tillgänglighet och lakbarhet 2 Dissolved Pb, µμ 1.6 1.2 0.

1 Användning av geokemiska modeller för bedömning av tillgänglighet och lakbarhet 2 Dissolved Pb, µμ Total Pb Pb ph Jon Petter Gustafsson KTH, Institutionen för mark- och vattenteknik, Stockholm

2 Detta tas upp Vad finns det för geokemiska modeller och vad kan man göra med dem? Speciering av metaller för data från laktester och vattenkemiska observationer; möjlig betydelse för riskbedömningar Framtida forskning och utveckling; vad kan vi förvänta oss för förbättringar i framtiden?

3 Typer av geokemiska modeller Specieringsmodeller Reaktionsvägsmodeller Inversa massbalansmodeller Ökande komplexitet Kopplade mass-transportmodeller

4 Specieringsmodeller Används för att uppskatta speciering av metaller i vatten. De kan besvara frågor som t.ex.: Kan utfällningar begränsa metallernas löslighet i vatten? Hur stor del av de lösta metallerna finns i biologiskt tillgängliga former?? (t.ex. som fria joner)

5 Kopplade masstransportmodeller Modeller som löser ekvationer både för fysikalisk transport (advektion-dispersion) och för kemisk jämvikt. De besvarar frågor som t.ex.: Hur förändras metalltransporten med tiden från punkt A till B? Hur många år dröjer det innan metallkoncentrationen i en recipient når t.ex. en vattenkvalitetsnorm? Dessa modeller är potentiellt mycket användbara för att utvärdera föroreningars öde i miljön, men det finns många problem och osäkerheter...

6 Exempel på datorprogram Visual MINTEQ (gratis) PHREEQC (gratis) GWB (kommersiellt) Speciering Reaktionsväg (begränsad kapacitet) Alla 4 modelltyper Alla 4 modelltyper

7 Specieringsmodeller Tar hand om aktivitets- och temperaturkorrektioner Innehåller termodynamiska databaser med jämviktskonstanter m.m. Vissa innehåller undermodeller för organisk komplexbildning Man kan simulera jämviktssituationen vid olika redoxförhållanden och göra predominansdiagram

8 Termodynamiska databaser Olika program använder olika databaser!!!! Databaserna kan redigeras av användaren Det är alltid användarens ansvar att kontrollera giltigheten för använda konstanter!

9 Organisk komplexbildning -5-6 log {Cu 2+ } Total Cu = 1 um Total Cu = 3 um Total Cu = 9 um ph Organisk komplexbildning viktigt för t.ex. Cu, Pb, Hg Modeller: NICA-Donnan, Model VI och SHM NICA-Donnan och SHM finns i Visual MINTEQ, men ännu ej i PHREEQC och GWB

10 Hur används modeller för organisk komplexbildning? Man använder uppmätt DOC-värde (löst organiskt kol) En viss andel (oftast %) av DOC antas vara aktivt. Resten bidrar ej till komplexbildning. Det aktiva DOC:t antas vanligen vara fulvosyra. Generiska värden används för konstanter för komplexbildning.

11 Redoxförhållanden För vissa metaller är redoxförhållandena mycket viktiga för dessas uppträdande. Problem för modellerna: redoxreaktioner är sällan i jämvikt. Modellerna antar därför en ideal situation som inte är verklig. 1 As(III) / Tot-As Uppmätt Modell Andel av As som är As(III) i Owens Dry Lake, USA Redoxpotential Eh (mv)

Predominansdiagram Ett predominansdiagram visar den dominerande formen av ett ämne som funktion av två variabler, vanligen ph och pe eller Eh (redoxpotential) Ett

12 Predominansdiagram Ett predominansdiagram visar den dominerande formen av ett ämne som funktion av två variabler, vanligen ph och pe eller Eh (redoxpotential) Ett predominansdiagram är giltigt bara för en viss given uppsättning av förhållanden, men kan vara illustrativt för att visa hur redoxförhållandena påverkar metallernas uppträdande.

13 Modellernas användning för riskbedömningar Utvärdering av vilka processer som styr metallernas upplösning från jorden. Exempel: Kan cerrusit (PbCO 3 (s)) styra upplösningen av Pb från skjutbanor? Karaktärisering av jorden (röntgendiffraktion, röntgenspektroskopi) kan användas för att validera / utveckla modellen.

14 Modellernas användning för riskbedömningar II Bedömning av graden av biologisk tillgänglighet Exempel: Föreligger löst Cu mest som Cu 2+ (som är mer toxiskt) eller som komplex med DOC? Kopplad till modell för biologiskt upptag kan man uppskatta toxiciteten (med t.ex. Biotic Ligand Model) Analytisk speciering och toxicitetstester behövs för att validera / utveckla denna typ av modeller.

15 Modellernas användning för riskbedömningar III Framtagande av K d -värden för spridningsmodeller Exempel: Hur stor andel av Cd är lösligt i vattnet, på kort och på medellång sikt? Hur påverkar t.ex. kalkning och beskogning? Idag svårt att göra detta. Bättre modeller och kunskap behövs, användarvänligheten för denna typ av simuleringar är dessutom dålig.

16 Framtida forskning och utveckling Bättre kunskap om metallers fastläggning i mark genom bl.a. röntgenspektroskopi (EXAFS, XANES) Mer kunskap om kopplingen mellan toxicitet och kemiska förekomstformer Bättre och mer användarvänliga modeller som möjliggör scenarier för långsiktig metallspridning med olika markanvändning Integration av kemiska modeller i spridningsmodeller

Relevanta dokument

NATURVÅRDSVERKET Rapport Metallers mobilitet i mark. b) Beräkning med hjälp av kemisk jämviktsmodell

NATURVÅRDSVERKET Rapport Metallers mobilitet i mark. b) Beräkning med hjälp av kemisk jämviktsmodell b) Beräkning med hjälp av kemisk jämviktsmodell Det finns ett flertal olika specieringsmetoder att tillgå, men de flesta har det gemensamt att de är krångliga att utföra och att osäkerheterna ännu så länge