Projekt Karlshäll - bakgrund

Transkript

1 Projekt Karlshäll - bakgrund I Luleå kommun har identifiering av potentiellt förorenade områden samt inventering och riskklassning enligt MIFO fas 1 som baserats på arkiv- och kartstudier, intervjuer, platsbesök etc utförts och sammanställts av kommunens Miljökontor i rapport 1999:3. Tre prioriterade objekt har sedan lyfts fram till MIFO fas 2 omfattande översiktliga undersökningar, ansvarsbedömning och riskklassning. Av dessa beviljades 2001 två objekt (fd Hansons såg och Karlshäll) statliga medel för mer detaljerade undersökningar inom ramen för förstudie. Förstudierna har påvisat ett behov av fortsatta undersökningar. Hansons såg fick medel för sanering och åtgärdades Vid Karlshäll har mellan en fördjupad förstudie samt en huvudstudie tagits fram och arbete pågår med riskvärdering, varefter beslut om behov av åtgärder beräknas fattas 1:a kv 2009.

2 Projekt Karlshäll -tidplan MIFO 1 MK rapport MIFO 2 förstudie Fördjupad förstudie Huvudstudie Riskvärdering

3 Projekt Karlshäll - organisation KF/KS Teknisk nämnd Miljönämnd Byggnadsnämnd Styrgrupp (respektive förvaltningschef) Projektchef Projektledare Arbetsgrupp Projektstöd LST SGU Konsult(er) Referensgrupp sakägare intressenter

4 Centrum

5 Karlshäll 1978

6 Projekt Karlshäll - bakgrund Träslipmassefabrik Fiber Slipmasseark förvarades i magasinen Fenylkvicksilveracetat användes ( ) som svamp, mögel och slembekämpningsmedel Under verksamhetstiden släpptes orenat kylvatten ut i Notviken 6

7

8 Projekt Karlshäll -resultat Enligt förstudien 2001 så fann man inom fastmarksområdet att kvicksilver endast detekterats i mycket låga halter, i närheten av detektionsnivån. Området klassades i riskklass 3. Magasinen klassades i riskklass 1, beroende på detektion av kvicksilver i höga halter i golvplank vilka direkt exponeras till atmosfär och besökande. Sedimenten i Notviken slutligen klassas i riskklass 1 beroende på såväl ämnets farlighet, dess höga halter och områdets känslighet och skyddsvärde. Enligt den fördjupade förstudien , förekommer fibersediment främst i den sydvästra delen av Notviken och dessa är lokalt kraftigt förorenade av kvicksilver. Det sker en omfattande resuspension och ingen överlagring av rena sediment förekommer. Det konstaterades att det sker ett upptag i biota. I huvudstudien , konstateras att upptag av kvicksilver sker bland annat till bottenfauna, snäckor och fisk i Notviken. Spridning av kvicksilver sker via vatten- och partikeltransport till Luleälven. Behovet av åtgärder som reducerar riskerna kommer bland annat att väga in omfattningen av spridning och metylering samt landhöjningens långsiktiga påverkan på fibersedimenten.

9

10

11

12

13

14

15

16 Sammanvägd riskbedömning Hg-förorenade sediment. Betydande föroreningskälla Intern spridning av kvicksilver i Notviken. Spridningen kommer fortgå i framtiden. Ökad halt i biota? Spridning till Lule älv liten i jämförelse med totaltransporten. Högre risknivå för organismer lokalt i Notviken jämfört med uppströms liggande områden (förhöjda halter i snäckor och fisk). Inga risker med Hg-föroreningen har påvisats för människor. FRAMTIDEN? LANDHÖJNINGENS EFFEKT PÅ SPRIDNINGEN? MARKANVÄNDNING, VARMARE KLIMAT -> ÖKAD METYLERING?

17 Metoder för efterbehandling Täckning av förorenade sediment med erosionsbeständiga jordmaterial. Muddring och omhändertagande av förorenade sediment med teknik anpassad för att minimera grumling och spridning. Svårigheter som måste bemästras; sedimentens låga hållfasthet (försvårar täckning), hinder främst i form av sjunktimmer (försvårar muddring).

18 Projekt Karlshäll -resultat 0. Nollalternativet. Ingen riskreduktion men heller inga kostnader. 1. Restriktioner för användning av vattenområdet i kombination med fortsatt övervakning av miljösituationen 2. Efterbehandling av området med fibersediment, ca m 3 med 75 kg kvicksilver (>5 mg/kg TS). 3. Efterbehandling av området med sediment med höga föroreningshalter (>1 mg/kg TS) ca m 3 med 110 kg kvicksilver. 4. Efterbehandling av hela området omfattar sediment med föroreningshalter (>0,3 mg/kg TS), ca m 3 med 160 kg kvicksilver.

19 Geografisk omfattning av åtgärdsalternativen Område som omfattas vid val av alternativ 2 (enbart fibersediment) Tillkommande områden vid val av alternativ 3 Vid val av alternativ 4 tillkommer dessutom alla grönmarkerade områden

20 Omhändertagande av sediment efter muddring Avvattning samt förbränning (enbart fibersediment) och/eller deponering. Avvattning sker företrädesvis lokalt vid Karlshäll eller vid en lokal deponi (för det fall en sådan blir aktuell). Förbränning av fibersediment kan ske hos en extern omhändertagare med befintligt tillstånd eller på plats i en mobil anläggning (kräver särskilt tillstånd). Deponering kan ske på en extern deponi med befintligt tillstånd eller på en lokal deponi anlagd enbart för deponering av muddermassorna.

21 Lokaliseringskriterier för lokal deponi Gynnsamma hydrogeologiska förutsättning som minimerar riskerna för okontrollerad spridning av lakvatten i framtiden Inga konflikter med skyddsvärda områden, vattentäkter, kommunala planer eller andra särskilda intressen Tillräckligt avstånd från bebyggelse för att störningar ska kunna undvikas Rimliga transportavstånd

22 Tänkbara lokaliseringar - exempel 4 Sunderbyns avfallsanläggning Bälingeberget Karlshäll Undersökningar krävs innan val av plats kan ske.

23 Riskvärdering Miljönytta? Kostnad? Risker under genomförandetiden? Konsekvenser för berörda? Påverkan på kulturmiljö? Påverkan på andra intressen mm Sammanställs i riskvärderingsmatris underlag till riskvärderingsrapport Beslut om åtgärdsalternativ

24 Preliminära kostnader för olika åtgärdsalternativ Åtgärdsmetod Åtgärdsalternativ (nivå) m m m 3 Täckning 100 Mkr 250 Mkr 800 Mkr Muddring med externt omhändertagande av alla sediment Muddring med externt omhändertagande av fibersediment Mkr 650 Mkr 85 Mkr 175 Mkr 400 Mkr Muddring med lokal deponering 75 Mkr 140 Mkr 300 Mkr

25 Projekt Karlshäll - reflektion Efterbehandlingsprojekt är komplexa och kräver en bred kompetens och erfarenhet. Dessutom omfattar efterbehandlingsprojekt ofta svåra bedömningar och värderingar av risker samt vad som är miljömässigt motiverat, tekniskt möjligt och ekonomiskt rimligt. Via en tydlig och väl förankrad organisationsmodell har uppdraget att verkställa huvudmannaskapet för projektet gått via kommunstyrelsen till tekniska nämnden/tekniska förvaltningen och beslut fattas om medfinansiering. Upphandling i enlighet med LOU har skett av förstudie, fördjupad förstudie och huvudstudie, Länsstyrelsen har bistått kommunen vid utvärdering av inkomna anbud.

26 Projekt Karlshäll reflektion forts För att nå framgång i efterbehandlingsarbetet krävs kompetens och erfarenhet i huvudstudieskedet när risker ska värderas och åtgärdsmål läggs fast. Tyngdpunkt har lagts på upphandlingen av huvudkonsult som sedan bistått vid upphandling av andra konsultuppdrag/ undersökningar kopplat till huvudstudien. Genom avtal med SGU har värdefullt projektstöd erhållits i arbetet från för- till huvudstudie. Länsstyrelsen har stött och samverkat med Tekniska förvaltningen och sett till att arbetet nått en god kvalitet genom uppföljning och utvärdering. Processen i sin helhet och respektive delprocess har bedrivits på ett strukturerat och systematiskt sätt med hänsyn till förankring, resursfördelning, analys och uppföljning.

27 Projekt Karlshäll medel Förstudie 0,3 mkr Fördjupad förstudie 1,2 mkr Huvudstudie 3,2 mkr 90% stadsbidrag 10% egen finansiering

28 Bildning av MeHg i kontaminerade sediment koppling till C, S och Fe biogeokemi Ulf Skyllberg Inst för r skogens ekologi och skötsel Sveriges Lantbruksuniversitet - Umeå

29 Innehåll 1) Former av kvicksilver i miljön 2) Nettometylering och bioackumulering 3) Resultat från n studier av kontaminerade sediment Provtagning och provbehandling Metyleringsexperiment Kemisk speciation och modellering MeHg bildning i relation till C, S & Fe geokemi 4) Slutsatser

30 Former av kvicksilver i miljön Oxidationstal Hg 0 (l) Hg 0 (g) 0 (Hg ) Hg 2+, CH 3 Hg + 2 (CH 3 ) 2 Hg 0, C 2 H 5 Hg + 2

31 Reduktion Hg 0 (g) Hg(II) Biotillgängliga former Hg(HS) 2 0 Hg-tiol (HgSR) Hg-polysulfider? Metylering SRB FeRB Energikälla org-c: acetat Substrat sulfat Fe(III) Demetylering Hg 0 (g) Hg(II) MeHg Fisk Djurplankton Växtplankton

32 Passivt uptag och metylering av Hg Neutrala former av kvicksilver (Hg i0 ): Hg(SH) 20, HOHgSH 0, HgCl 20, Hg(OH) 2 0 k Upptag d[mehg]/dt = k M k U [ΣHg i 0 ]/(k F +k U ) k Metylering Hg 0 i MeHgX 0 MeHgX 0 k Fastläggning RSHgSR Bakteriecell Modifierad från Benoit et al., ACS

33 Resultat

34 Nettometylering i 10 sediment kontaminerade med Hg 0 och Ph-Hg i söt-s och brackvattenmiljöer er 4 Marnästjärn 5 Ö Svartsjön Ala-Lombolo 6 Karlshäll 2 Köpmanholmen Skutskär Hallstanäs & Svanö Turingen Nötöfjärden Hg (ppm) MeHg (ppb) Perch Hg-tot (mg kg -1 fw) ,5 0,4 0,3 0,2 0, Hg(0) pulp fibre 3-4 Hg(0) minerogenic N S 5 Ph-Hg minerogenic Objekt R 2 = 0,61 p<0.05 Hg MeHg 6-8 Ph-Hg pulp fibre Inorganic Hg MeHg Sediment Hg (mg kg -1 ), MeHg (µg kg -1 )

35 Provtagning av fibersediment (gemini provtagare)

36 Porvattenextraktion under N 2 (g)! Pore water M ehg (pm ) Filtered in nitrogen Filtered in air 50 0 S K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12

37 120 Southern fibre sediments 0-10(15) cm Northern fibre sediments 0-10 cm Southern firm sediments 0-10(15) cm Northern firm sediment 0-15 cm Brackish sediment Skutskär cm Brackish sediment Köpmanholmen 0-40 cm MeHg (µg kg -1 ) Hg (mg kg -1 )

38 Speciation av fast fas: Hg EXAFS Köpmanholmen massafiber cm ppm 0-5 cm ppm 2-coord S 4-coord S 2.50 Å S S Hg S Fe 3.50 Å S Fe 2Fe 2C S 2.34Å Hg 3.35 Å S C R (Å) C

39 Termodesorption Hg-Humic acid HgS-synthetic HgS-ore Köpmanholmen Extinction (Arb Units) Extinction (Arb Unit) Hg Hg-OM, >86% HgS, <14% Total Fit Temperature C Temperature [ C] Extinction (Arb Unit) Ala Lombolo 5-10 Hg-OM, >88% Hg/FeS, <12% Total FIt Extinction (Arb Units) Skutskär Hg-OM, 54% Hg/FeS, 46% FIt Temperature [ C] Temperature [ C]

40 Metylering /demetylering/ demetylering-inkuberingsexperimentinkuberingsexperiment med isotopinmärkning (25 ºC, N 2 (g), mörker) 201 Hg 2+ Specifik metyleringshastighetskonstant K m (d -1 ) = ([Me 201 Hg] 48 / [ 201 Hg] 0 ) / 2 POM Hg Hg DOM ΣHgS 2 H n 2-n Me 201 Hg-DOM/SH POM 201 Hg 201 Hg DOM Σ 201 HgS 2 H n 2-n t = 0 h t = 48 h

41 Samband mellan metylerings- hastighetskonstanten (K m ) bestämd efter 48 h och långsiktig uppbyggnad av MeHg i sediment % MeHg / Hg tot 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Minerogenic sediments 0-15 cm jun 2005 Ala-Lombolo R 2 = 0,88 0,00 0,01 0,02 0,03 K m (d -1 ) Sediment depth (cm) K m (d -1 x 10 5 ) Köp Sku % MeHg / Hg tot Organic fibre sediments 0-10 cm jun/sep ,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Karlshäll R 2 = 0,84 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 K m (d -1 ) Drott, Lambertsson, Björn & Skyllberg ES&T 42,

42 Beräkning av kemisk speciation Bestämda parametrar i porvatten: ph, DOC, H 2 S, Hg tot, MeHg tot, Cl, Br + JämviktskonstanterJ Beräknade halter för f r följande f Hg-former former: Hg-SR (Hg-tiol), Hg(SH) 0 2, HOHgSH 0, HgS 2 H -, HgS 2-2, Hg-polysulfider

43 Samband mellan neutrala Hg-sulfider och metyleringshastighetskonstanten (K m ) i två brackvattensediment (5-100 cm) Km (d -1 ) 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 R 2 = 0,07 a 0,0008 R 2 = 0,06 0,0006 Km (d -1 ) 0,0004 0,0002 b 0,0000 0,E+00 1,E-09 2,E-09 Hg-tot (M) 0,0000 0,E+00 1,E-09 2,E-09 ΣHg-S (M) Km (d -1 ) 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 R 2 = 0,004 0,0008 c R 2 = 0,58 0,0006 p<0.001 Km (d -1 ) 0,0004 0,0002 d 0,0000 0,E+00 2,E-10 4,E-10 6,E-10 Hg(SR) 2 (M) 0,0000 0,E+00 1,E-10 2,E-10 3,E-10 Hg(SH) HgS 0 (M) Drott, Lambertsson, Björn & Skyllberg ES&T 41,

44 Reglering av halten sulfider genom FeS(s) ) + H + = HS - + Fe 2+ (log K = -3.5) i anoxiska sediment 250 Skutskär Inpoundment June-05 SRB aktivitet MeHg bildning [Fe 2+ ], mikrom [HS-] Tot, mikrom Km (d-1) 0,0006 0,0004 0,0002 0,0000 S log Fe2+ (M)

45 Aktivitet av FeRB i sub-oxiska sötvattensediment 0,006 Ala Lombolo R 2 = 0,7469 Km (d-1) Km (d-1) 0,004 0,002 0, Fe2+ (mikrom) 0,10 0,08 Sva+Nöt R 2 = 0,7861 0,06 0,04 0,02 0, Km (d-1) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 Mar+Tur+Sva+Nöt+Ala R 2 = 0, Fe2+ (mikrom) Fe2+ (mikrom)

46 Samband mellan neutrala Hg-sulfider och koncentrationen MeHg i 5 sötvattens tvatten- och 2 brackvattensediment MeHg tot (µg kg -1 ) R 2 = 0,67 R 2 = 0,03 Southern freshwater sediments Northern freshwater sediment at Karlshäll Brackish water sediments R 2 = 0,18 MeHg tot (µg kg -1 ) C/N = 17 Southern freshwater sediments TSum = 1326 Northern freshwater sediment at Karlshäll R 2 = 0,82 Brackish water sediments p < C/N = 49 TSum = 942 R 2 = 0,61 p = C/N = 144 TSum = 1188 R 2 = 0,64 p < ,E+00 5,E-10 1,E-09 2,E-09 2,E-09 3,E-09 Hg tot in pore water (M) 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Hg(SH) HgS 0 in pore water (nm) Adapted from Drott et al., ES&T 41,

47 Brackvattensediment Svanö & Hallstanäs 40 Svanö 1, cm, Hallstanäs 1, cm 40 Svanö 1, cm, Hallstanäs 1, cm MeHg-tot (ppb) y = 9E+10x + 1,8234 R 2 = 0,7126 0,E+00 1,E-10 2,E-10 Hg-tot (M) pore water MeHg-tot (ppb) 30 y = 2E+11x + 2,2455 R 2 = 0, ,E+00 5,E-11 1,E-10 Hg(SH) 2 0 (M) pore water

48 Slutsater & implikationer för f r riskbedömning 1) Kvicksilver i stationär r fisk (aborre( aborre) ) visar starkare relation till MeHg än n till total-hg i sediment Halten av MeHg bör r bestämmas vid riskbedömning 2) Metyleringshastigheten bestämd påp lab är r positivt korrelerad till totalhalten MeHg ackumulerad i sediment under en längre l tid. % MeHg (av Hg-tot tot) ) i sediment kan vid riskbedömning användas ndas som ett indirekt mått m påp metylering och bildning av MeHg Demetylering är r av mindre betydelse i de flesta sediment 3) Sydliga, små (varma under sommaren), eutrofa sötvatten s med hög g primärproduktion rproduktion (låg g C/N-kvot) visar generellt högre h metyleringshastigheter (och %MeHg) än n nordliga (kallare), oligotrofa sötvatten s samt brackvattenmiljöer. er.

49 Slutsater & implikationer för riskbedömning forts 4) Halten av neutrala former av Hg-sulfider visar signifikant, positivt samband med totalhalten MeHg i nästan alla sediment eller sub-set av sediment. I vissa fall visar även totalhalten Hg i porvatten lika starka samband. Detta indikerar att lösta former av Hg-sulfider tas upp av metylerande bakterier (antingen aktivt eller passivt). Detta pekar på att svavelreducerande bakterier (SRB) står för huvuddelen av metyleringen in sub- och anoxiska sediment. 5) I sub-oxiska (sötvatten)sediment [< 10 µm S(-II) tot] visar halten [Fe 2+ ] ett positivt samband med metyleringshastigheten bestämd på lab. Detta kan betyda att aktiviteten av FeRB bidrar till bildning av MeHg i sådana miljöer.

50 Tillkännagivanden Medarbetare Erik Björn, UmU Andreas Drott, SLU Lars Lambertsson, UmU Johan Nordbäck, SGI Finansiärer Naturvårdsverket rdsverket Hållbar sanering Sveriges Geotekniska Institut CMF-Ume Umeå

51 Metylering orsakad av sulfat och järn (III) reducerande bakterier koppling till to C, Fe & S biogeokemi FeRB SRB Elektron-donatorer Koppling till C Elektron-acceptorer Koppling till Fe & S Biotillgängligt Hg Koppling till C och mellan Fe(-II) & S(-II): FeS(s) (acetat, fettsyror, H 2 ) Fe(III) Fe(II) Hg-tioler (aq) Hg-polysulfider? HgCl 20 (aq)? (acetat, fettsyror, H 2 ) SO 4 2- HS - [FeS(s)] Hg(SH) 20 (aq) Hg-tioler (aq)? Hg-polysulfider?