Dricksvattenrening med avseende på arsenik

Transkript

1 Dricksvattenrening med avseende på arsenik

2 Socialstyrelsen klassificerar sin utgivning i olika dokumenttyper. Detta är ett Underlag från experter. Det innebär att det bygger på vetenskap och/eller beprövad erfarenhet. Författarna svarar själva för innehåll och slutsatser. Socialstyrelsen drar inga egna slutsatser i dokumentet. Experternas sammanställning kan dock bli underlag för myndighetens ställningstaganden. Artikelnr Publicerad februari

3 Förord Miljöbalken 1 syftar till att främja en hållbar utveckling som innebär att nuvarande och kommande generationer tillförsäkras en hälsosam och god miljö. Lagstiftningen ska tillämpas så att människors hälsa och miljön skyddas mot skador och olägenheter. Socialstyrelsen har ansvar för tillsynsvägledning för hälsoskydd i bostäder, lokaler m.m. inom miljöbalkens tillämpningsområde. Vi är även tillsynsvägledande myndighet för de dricksvattenfrågor som faller utanför Livsmedelsverkets ansvarsområde. Under senare tid har arsenik alltmer kommit att uppmärksammas som ett problem i dricksvatten. Samtidigt har frågan om vattenrening när det gäller arsenik blivit aktuell, och det är uppenbart att kunskapen inom området är begränsad. I den här rapporten har vi samlat det man trots allt vet idag. Det är vår förhoppning att rapporten ska bli en praktiskt användbar vägledning i de områden av landet som har problem med förhöjda arsenikhalter. Rapporten är avsedd såväl för tillsynsmyndigheterna som för privatpersoner, konsulter m.fl. som vill sätta sig in i frågan. Projektledare för rapporten har Åsa Ahlgren, Socialstyrelsen, varit. Texten har författats av med. kand. Peter Hagerman och Essie Andersson, LA- BAQ. Texten har granskats av Rolf Bergström AB IFO Vattenrening. Socialstyrelsen tackar alla som på olika sätt bidragit till rapporten. Ann Thuvander Enhetschef 1 Miljöbalk (1998:808) 3

4 4

5 Innehåll Förord 3 Sammanfattning 7 Slutsats 12 Generellt om arsenik 13 Oxidationsförmåga (pe/eh) redoxpotential (Eh) 14 Geologi och förekomst 16 Exponering 17 Lagstiftning och miljömål som rör enskild vattenförsörjning 18 Nya försiktighetsmått för dricksvatten 18 Medverkande parter 20 Bakgrunden till gräns- och riktvärden 21 Medicinska aspekter 22 Kinetik och metabolism 22 Effekter på djur och in vitro-system 23 Effekter på människans hälsa 23 Effekt på andra organismer i miljön 24 Analysmetoder 26 Arsenikavlägsnande metoder 27 Viktigt att tänka på vid utvärdering av arsenikavskiljande tekniker 27 Oxidation av As(III) 29 Behov av oxidation 30 Processer med kemisk fällning 30 Kemisk fällning och filtrering 30 Utrustning 31 Fällningskemikalier 31 Underhåll 31 Järn- och manganoxidation 32 Markoxidation 33 Mikrofiltrering med kemisk fällning 33 Avhärdning genom kalkfällning 33 Kemikalier och förhållanden 33 Efterbehandling 34 Adsorptiva processer 34 Aktiverat aluminium 34 Jonbytesteknik 36 Jonbytarmaterial 36 Jonbytarmassornas effekt 37 Membranprocesser 40 5

6 Faktorer som påverkar membrankapaciteten 40 Arsenikavlägsnande med membranprocesser 41 Övriga tekniker 43 Järnoxidtäckt sand 43 Svavelmodifierat järn 44 Granulerad järnhydroxid 44 Fotooxidation 44 Bilagor 45 Sammanfattning av metoder för att avlägsna arsenik ur dricksvatten 45 Egenskaper och hantering av restprodukter vid dricksvattenrening när det gäller arsenik 47 6

7 Sammanfattning Arsenik är kemiskt släkt med bl.a. kväve och fosfor. Arsenik är det tjugonde vanligaste grundämnet i jordskorpan, med en förekomst av nära 2 mg/kg. I havsvatten är halten 3 μg/l. Att arsenik är ett giftigt ämne har varit känt sedan länge. Senare rön har dock visat att arsenik sannolikt också är ett mikronäringsämne för människan. För hög och för låg halt kan alltså vara farligt för människan. Arsenik kan förekomma i våra dricksvatten i halter som överstiger 10 μg/l som anges som riktvärde i Socialstyrelsens författningssamling SOSFS 2003:17 och som gränsvärde på 10 μg/l i SLV FS 2001:30. Även Världshälsoorganisationen, WHO, anger detta som provisoriskt riktvärde. Arsenikhaltigt grundvatten kan bero på föroreningar från bl.a. bekämpningsmedel och tryckimpregnering av virke, men kan också finnas naturligt i bergborrade brunnar där sulfid- och arsenikrika mineral förekommer. Även grävda brunnar kan ha anmärkningsvärda halter av arsenik. Däremot är halten i ytvatten och i luft vanligen låg. Sveriges geologiska undersökning, SGU, har hittills undersökt arsenikhalten i brunnar i 14 län. I 5 procent av brunnarna översteg arsenikhalten det gällande riktvärdet på 10 μg/l. I 2 procent av brunnarna var arsenikhalten högre än 100 μg/l. En kartläggning av arsenikhalter i dricksvatten i Sverige gjordes på talet, där vissa områden med naturliga förutsättningar valts ut för undersökningen. De högsta arsenikhalterna återfanns i Skelleftefältet i Västerbotten samt i ett stråk mellan Västerås och Enköping och kring Sollefteå. Av 280 undersökta brunnar var 167 bergborrade. 13 av dessa hade en arsenikhalt över 10 μg/l, medan endast 2 av de 113 jordbrunnarna hade anmärkningsvärd halt. Undersökningen konstaterade också att det inte fanns något samband mellan försurning och arsenikhalt i dricksvatten. Däremot finns det ett samband mellan geologin och arsenikhalten i grundvatten. I Uppsala förekommer förhöjda arsenikhalter i de berggrundvatten som har höga phvärden. Samma geologiska förutsättningar finns t.ex. på Öland, där man också uppmätt förhöjda arsenikhalter i brunnsvattnen. Arsenikhaltiga dricksvatten förekommer bl.a. i Bangladesh, Indien, Taiwan, Kina och i Sydamerika, där risk för allvarliga hälsoeffekter finns. Livsmedelsverket och Socialstyrelsen rekommenderar att dricksvatten med arsenikhalter över 10 μg/l åtgärdas. Höga arsenikhalter i dricksvatten utgör en hälsorisk bl.a. på grund av att arsenik kan framkalla cancer. Arsenik finns förutom i grundvatten även i t.ex. skaldjur, där höga halter kan uppmätas. I skaldjur föreligger arsenik i organiskt bunden form, som inte är lika toxisk som den i oorganisk form. Oorganisk arsenik finns både i treoch femvärd form. Den trevärda är mera toxisk än den femvärda. 7

8 Arsenik i för höga halter kan påverka hud, respiration, hjärtkärlsystem, immunförsvar, urinvägar, reproduktion, magtarmkanal och nervsystem. I olika djurförsök har uppkomst av tumörer på grund av arsenik studerats. Cancer i lunga, urinblåsa, njure och hud är vanligast. Arsenik kan orsaka såväl akuta som kroniska effekter. Förutom att toxiciteten beror på vilken form som arseniken finns i så är också exponeringstiden väsentlig för hälsoeffekten. Barn är dessutom mer känsliga för arsenik än välnärda vuxna personer. En expertgrupp vid amerikanska vetenskapsakademien har uppskattat livstidsrisken för cancer till 1 3 per individer att jämföra med lågrisknivån som är satt till 1 fall per exponerade. I Taiwan har utbredningen av hudcancer i åldersgruppen över 60 år uppmätts till ca 250 per exponerade personer. Ett tydligt dossamband har också kunnat urskiljas. Arsenik förekommer i mineraler tillsammans med järn och svavel. Arsenopyrit eller arsenikkis, FeAsS, är ett exempel och realgar, As 4 S 4, är ett annat. Arsenik förekommer alltså både som organisk och oorganisk form. Organisk arsenik finns till exempel i mat såsom skaldjur och föreligger då som monometylarseniksyra och dimetylarseniksyra. I grundvatten föreligger merparten arsenik i oorganisk form. Arsenik förekommer vanligen i två valensformer, trevärd och femvärd. I ett opåverkat grundvatten är den trevärda formen vanligast. Vid luftning av vattnet sker en viss oxidation så att trevärd arsenit kan oxideras till femvärd arsenat. Denna reaktion är långsam, varför det ofta kan förekomma både tre- och femvärd arsenik i samma vatten. Vattnets redoxpotential, dvs. syresättningsgrad, avgör om arseniken finns i reducerad trevärd form eller som oxiderad femvärd jon. Den trevärda arseniken föreligger vanligen som oladdad molekyl vid phvärden under 9,2. Flertalet reningsmetoder har därför ett oxidationssteg före beredningen. Enbart oxidation av arsenik räcker inte för att ta bort arsenik utan det behövs också kemisk fällning, adsorption, jonbyte etc. Nedan finns en sammanställning över metoder för att avlägsna arsenik. 8

9 Metoder för att avlägsna arsenik Kemisk fällning och filtrering -med järnsalter -med aluminiumsalter Järn- och manganoxidation Markoxidation Järnoxidbelagd sand, greensand etc Avhärdning genom ph höjning Jonbyte - anjonbyte Membranfiltrering Aktiverat aluminium-adsorption Vid beredning av dricksvatten i allmänna vattenverk måste man utforma processen så att den stämmer med övrig beredning i vattenverket. Dessutom är det viktigt att testa de kemiska förloppen med pilotförsök. I Sverige finns begränsad erfarenhet av ovan nämnda metoder för att ta bort arsenik i dricksvatten. Sedan WHO år 1993 sänkte värdet för arsenik från 50 μg/l till 10 μg/l som provisoriskt riktvärde har det internationellt gjorts en hel del för att klargöra hur arsenik avlägsnas från dricksvatten på ett optimalt sätt. I en rapport Safe Water Technology for Arsenic Removal av WHOoch UNICEF-medarbetarna R Johnston och H Heijnen finns följande tabell. Sammanfattning av metoder för att avlägsna arsenik ur dricksvatten Teknik Effektivitet för arsenikborttagning Erfarenheter och resultat As 3+ As 5+ Kemisk fällning med järnsalter Kemisk fällning med aluminiumsalter Väl beprövad i pilotskala på vattenverk och i enskilda hushåll. Fosfat och silikat i vattnet försämrar utfällningen av arsenik. Ett arsenikhaltigt slam alstras. Behöver följas av filtrering för att avskilja kolloidalt material. Relativt billig metod Väl beprövad i pilotskala på vattenverk och i enskilda hushåll. Fosfat och silikat i vattnet försämrar utfällningen av arsenik. Fällningen är optimal i ett snävt ph-intervall. Ett arsenikhaltigt slam alstras. Behöver följas av filtrering för att avskilja kolloidalt material. Relativt billig metod. 9

10 Avhärdning Har visat sig effektiv i laboratorie- och pilotskala och är effektiv oberoende av storlek på anläggning. Framför allt användbar när vattnet också ska avhärdas. Nackdelar är att vattnet får för högt ph och att mycket arsenikhaltigt slam genereras. Relativt billig, men dyrare än kemisk fällning, och ger mer slam att omhänderta. Jonbyte Huvudsakligen undersökt i industrialiserade länder, där pilotskala och enskilda hushåll testats. Negativ påverkan av sulfater och hög salthalt i vattnet. Adsorptionskapaciteten är hög, men långtidsprestanda hos regenererade jonbytarmassor behöver dokumenteras. Förbehandling kan behövas för att förhindra att järn och mangan sätter igen jonbytarmassan. Moderata kostnader. Arsenikhaltigt saltvatten alstras vid regenerering. Aktiverat aluminium +/ Pilotskala på vattenverk och i enskilda hushåll har testats i industrialiserade länder och i utvecklingsländer. Varför det i viss mån fungerar även på arsenit kan man inte förklara. Regenereringen kräver stark syra och stark bas och producerar arsenikhaltiga vätskor. Långtidsprestanda hos det regenererade mediet behöver dokumenteras. Förbehandling kan behövas för att förhindra att järn och mangan sätter igen jonbytarmassan. Moderata kostnader. Membranmetoder -/ Har visat sig effektiva i industrialiserade länder. Forskning behövs för att ta arsenit och för att höja utbytet, särskilt vid lågtrycksmembran. Förbehandling krävs. Relativt dyr särskilt vid högtrycksdrift. Fe-Mn Oxidation? +/ ++/ +++ Passar småskaliga system. Begränsade studier i vattenverk och i hushåll. Mer forskning behövs för att förstå de kemiska förloppen. Billig metod. Adsorption till porösa medier som järnoxidbelagd sand, greensand etc. +/ ++ ++/ +++ Effektivt i laboratorieskala i industrialiserade länder och i utvecklingsländer. Behöver testas i fält under reella förhållanden. Enkla filtermassor är billiga, men avancerade kan bli rätt dyra. Markoxidation Undersökningar behövs, men fullskaleförsök med bra resultat finns. Nyckel: +++ = > 90 %; ++ = %; + = %; - = <30 % avlägsning.? = otillräcklig information. 10

11 Flera faktorer är väsentliga vid val av metod för att rena ett arsenikhaltigt grundvatten. Bland de viktigare är: grundvattnets kvalitet arsenikhalten vattenmängd som ska produceras tillgång till grundvatten krav på efterbehandling av det beredda dricksvattnet. Den tabell som presenterades på sidan 10 visar överskådligt flertalet av de metoder som kan avlägsna arsenik ur grundvatten. För svenska förhållanden är det endast i ett fåtal fall som kemisk fällning används på grundvatten. Det är en vanlig beredning när man producerar dricksvatten från ytvatten, bl.a. därför att kemisk fällning utgör en mikrobiologisk barriär. Metoden är endast användbar för vattenproduktion i stor skala. Efterbehandling i form av ph-justering kan behövas. Den är inte lämplig för enskilda hushåll. Avhärdning genom ph-höjning och kalkfällning är en relativt ny metod i Sverige, som vinner terräng. Den kan utformas på en rad olika sätt. Metoden är inte användbar endast för reduktion av arsenik utan förutsätter en råvattenkvalitet som behöver avhärdas. Jonbyte är en metod som lämpar sig för både stor och liten skala. Således kan jonbytare användas i det enskilda hushållet. Problemet är att ingående vattenkvalitet påverkar resultatet av jonbytet och att kunskapen om jonbytarmassornas kapacitet att ta hand om arsenik i tre- och femvärd form är begränsad. Dessutom finns det en risk för filtergenombrott vid användning av jonbyte, vilket innebär att när jonbytarmassan blivit mättad med arsenik så släpper den ifrån sig mer arsenik än vad grundvattnet innehöll från början. Denna effekt måste på något sätt hållas under kontroll. Avfall som innehåller arsenikhaltig koksaltlösning måste tas om hand. Aktiverat aluminium har testats på något vattenverk för att adsorbera fluorid. Erfarenheterna visade att filtret fungerade bra före regenerering, men att regenerering med stark syra och stark bas var en både svår och riskabel hantering. Membranmetoder har blivit populära för vissa reningar, trots att det är en dyr metod. Tyvärr fungerar den inte på alla vattenkvaliteter och dessutom kräver den god tillgång till råvatten. Vid användning av omvänd osmos får vattnet fadd smak då det blir totalavsaltat. Järn- och manganoxidation är en rening som i dag fungerar bra för flertalet små anläggningar, där oxidation och utfällning av järn och mangan sker i snabbsandfilter. Vi har lång erfarenhet av hur filtrering och kontakttider ska dimensioneras för olika vattenkvaliteter, vad gäller att avlägsna järn och mangan. Vilka kriterier som gäller för att oxidera, adsorbera och filtrera arsenik i olika vattenkvaliteter är inte klarlagt. Här behöver undersökningar göras i form av pilotförsök. Adsorption till porösa material som järnoxidbelagd sand, greensand etc. används för att rena järn- och manganhaltiga råvatten. Greensand är manganoxidbelagd glauconit (silikatmineral). Men det finns också försök gjorda 11

12 som visar att arsenik har en god affinitet till reducerade metaller. T.ex. har man visat att tvåvärt järn reducerar arsenat och att järnet fälls ut som järnsulfider, pyrit. Om arseniken medfälls eller bara adsorberas till pyriten vet man inte. Även elementärt järn kan användas för att reducera arsenat och få pyrit, som kan ta hand om arseniken. Slutsats Det finns många möjligheter att avlägsna arsenik. Eftersom det är angeläget att sänka halterna till 10 μg/l eller lägre kan det vara svårt att uppnå ett gott reningsresultat även om metoden uppvisar bra effektivitet. Det kan behövas fler steg i ett reningsförfarande för att få tillfredsställande vattenkvalitet. För att få fram en fungerande metod krävs oftast försökskörningar för att skaffa underlag för dimensionering, som måste anpassas till aktuell vattenkvalitet. En undersökning över vilka kommersiellt tillgängliga filter för hushållsbruk som finns på den svenska marknaden saknas. Prestanda hos olika filter och filtermassor för olika råvattentyper saknas också. 12

13 Generellt om arsenik I en rapport från United States Environmental Protection Agency (EPA) från december 2000, Technologies and Costs for Removal of Arsenic from Drinking Water 2, har man gått igenom befintliga tekniker för rening av arsenik från dricksvatten. Slutsatsen är att större vattenverk kan anpassa och komplettera sin befintliga teknik till att omfatta även rening från arsenik, medan det för mindre vattenverk, privata brunnar och hushåll inte är lika enkelt. Arsenik är ett sedan århundraden känt toxiskt ämne. Arsenik är en halvmetall och det tjugonde vanligaste grundämnet i jordskorpan, med en förekomst på nära 2 mg/kg. Arsenik förekommer naturligt i t.ex. sulfidmineraler som pyrit. Det används industriellt bland annat i legeringar, i ammunition och vid tillverkning av bekämpningsmedel och träkonserveringsmedel. Arsenik förekommer i låga koncentrationer som spårämne i berg, jord, vatten och luft, och existerar i fyra olika valenstillstånd, -3, 0, +3 och +5. I reducerande omgivning är arsenit As(+3/III) den dominerande formen, medan arsenat As(+5/V) istället dominerar i syrerika och därmed oxiderande omgivningar. Rörlighet i marken beror bland annat på alkaliniteten och ph samt jordens genomsläpplighet. Arseniksalternas löslighet i grundvattnet är beroende av redoxpotentialen, Eh, och ph samt förekommande salter. Som grundämne är arsenik inte löslig i vatten. Arsenik kan reagera med organiskt material och då bilda arsenikorganiska föreningar. Man skiljer på organisk arsenik och oorganisk arsenik. Människor exponeras för oorganisk arsenik via dricksvatten, mark och luft, och organisk arsenik framför allt via fisk och skaldjur. Föreningar med organisk arsenik förekommer alltså i föda, men deras snabba passage genom kroppen gör dem relativt ofarliga. Oorganisk arsenik ansamlas i kroppen och koncentreras med tiden och kan därigenom orsaka skador på sikt. Oorganisk arsenik förekommer i föreningar med syre, svavel, natrium, kalium, koppar och andra grundämnen. Arsenik förekommer i grundvatten i trevärd, As(III), och femvärd, As(V), form. Arsenik anses vara ca 4 gånger så giftig som kvicksilver, och den trevärda, As(III) är ca 60 gånger mer toxisk än den femvärda, As(V). Det är möjligt att avlägsna As(V) med befintlig vattenreningsteknik, men svårare att ta bort As(III). Få analysinstrument kan skilja mellan As(III) och As(V). Det är dessutom svårt att analytiskt skilja på organisk och oorganisk arsenik. Det finns olika analysmetoder för att bestämma halten arsenik, som atomabsorptionsspektrometri, AAS, där flamteknik kan användas vid höga halter och grafitugnsteknik är lämpligt vid låga halter. Dessa två metoder kan an- 2 \\brage\phage$\arsenic AND ARSENIC COMPOUNDS (EHC 224, 2001).htm 13

14 vändas vid analys av rena prover, dvs. där det inte finns ämnen som stör analysen. Induktivt kopplat plasma, ICP, emissionsspektroskopi är också användbart för analys av arsenik i höga halter och vid låga halter använder man ICP MS, där MS står för masspektrometri. Detta är en ämnesspecifik detektor, som också kan användas tillsammans med kromatografiska separationstekniker t.ex. (high performance liquid chromatogrphy,) HPLC, vätskekromatografi och GC, gaskromatografi. Vissa s.k. kopplade eller kombinerade metoder kan användas för att åtskilja olika arseniktyper. Vid analys av arsenik i prover som innehåller ämnen som kan ge positiva eller negativa störningar i analysen brukar hydridgenerering användas. En fältmetod baserad på färgreaktion hos arsin med kvicksilverbromid används för testning av grundvatten i t.ex. Bangladesh och har ett detektionsintervall på µg/l vid fältmässiga förhållanden. Oxidationsförmåga (pe/eh) redoxpotential (Eh) 3 Elektroner i vattenfasen är intressant att nyttja för att beskriva ett jordmaterials redoxförhållanden på samma sätt som protoner i vattenfasen beskriver syra-basförhållandet. Den fria protonaktiviteten beskrivs av ph-värdet. På motsvarande sätt kan oxidationsförmågan beskrivas av ett pe-värde, enligt ekvationen nedan, som till skillnad från ph också kan vara negativt. pe -log(e - ) Ett annat mått på oxidationsförmåga är den s.k. redoxpotentialen, Eh [mv], som förhåller sig till pe enligt nedanstående ekvation. Eh = RT * *pe / F Där R är gaskonstanten, T är temperaturen och F är Faradays konstant. Vid 25 o C blir ekvationen: Eh = 0,059 * pe Vid oxiderande och luftade förhållanden är arsenat (As(V)) den dominerande formen av arsenik i vatten och jord. Vid reducerande och vattendränkta förhållanden (< 200 mv) är istället arsenit (As(III)) dominerande. Den form som arsenik föreligger i beror på redoxpotentialen, Eh, och ph samt på andra fysiska, kemiska och biologiska faktorer. Vid måttlig eller hög Eh förekommer arsenik som en serie femvärda arsenater, H 3 AsO 4, H 2 AsO 4, HAsO 4 2 och AsO 4 3. Vid de flesta reducerande (sura och lätt basiska) förhållanden dominerar istället den trevärda i form av arseniter, huvudsakligen som H 3 AsO 3, H 2 AsO 3 och HAsO

15 Figur 1. Eh/pH-diagram för arsenik i halten 10-5 mol/l med en halt av svavel på 10-3 mol/l vid 25 C och en atmosfär. Diagrammet visar jämvikten mellan de olika former, som olika arsenikföreningar föreligger i, vid olika redoxtal och ph. Inom det streckmarkerade området finns arseniksalterna i svårlöst form. 4 Dissociationskonstanterna för As(III) är pk S1 = 9,22; pk S2 = 12,10; pk S3 = 13,40. Således är 50 procent av As(III) dissocierat vid ph 9,2, och då ph sänks förekommer As(III) i ökande grad som oladdad. Dissociationskonstanterna för As(V) är pk S1 = 2,22; pk S2 = 6,96; pk S3 = 11,50. Detta innebär att vid positiva redoxtal och ph 6,96 förekommer ca 50 procent av As(V) som monovalent anjon och 50 procent som divalent anjon. 4 Ferguson & Gavis, 1972, figur 2.2 i \\brage\phage$\arsenic AND ARSENIC COM- POUNDS (EHC 224, 2001).htm, 15

16 Skillnaden i laddning hos arsenikföreningarna kan vara avgörande för vilken metod som är användbar för att avlägsna dem. T.ex. kan neutrala oladdade molekyler inte avlägsnas med anjonbyte. As(III) kan oxideras till As(V) vid en relativt låg Eh-potential av 0,1 0,2 V med hjälp av endast löst syre som oxidant. Denna oxidation sker dock långsamt endast några få procent per dag varför även oxiderande grundvatten med höga syrekoncentrationer kan innehålla höga halter av As(III). As(III) i sitt typiska stabilitetsområde förekommer ofta bundet till löst järn och mangan. As(V) utgör den stabila formen i oxiderande vatten och har stora likheter med ortofosfat när det gäller upplösning, utfällning, adsorption och jonbyte, varför fosfat anses som en av de huvudsakliga konkurrerande jonerna vid As(V)-adsorption. Geologi och förekomst 5 I bergborrade brunnar kan det finnas höga halter av arsenik eftersom ämnet normalt förekommer i berggrunden i vissa områden. Begränsade undersökningar från områden med naturligt hög arsenikhalt i berggrunden har visat att 8 procent av de bergborrade och 1 procent av de grävda brunnarna hade arsenikhalt som låg över gränsvärdet >10 μg/l (MHR 2001). En undersökning på 1980-talet visade att arsenikhalten överskred 10 μg/l i 5 10 procent av brunnarna och 50 μg/l i mindre än 1 procent av brunnarna (Fagerlind, 1991). Totalt 280 brunnar, 167 bergborrade (Bilaga 1) och 113 jordbrunnar (Bilaga 2), ingick i undersökningen som fokuserades på valda delar av Sverige. De högsta arsenikhalterna återfanns i Skelleftefältet i Västerbotten samt i ett stråk mellan Västerås och Enköping och kring Sollefteå. I flertalet brunnar var arsenikhalten lägre än 1 μg/l. Undersökningen visade att arsenik förekommer både i vatten från bergborrade brunnar och från jordbrunnar, men är vanligare i bergborrade brunnar. Gränsvärdet 10 μg/l överskreds i 13 bergborrade brunnar och i två jordbrunnar. Undersökningen konstaterade att det inte finns något som tyder på ett samband mellan arsenik i dricksvatten och sura eller försurade vatten. Geologin bedömdes ha störst betydelse för grundvattnets arsenikinnehåll. I Uppsala kommuns undersökning av vatten från 270 slumpvis utvalda bergborrade brunnar (Lewin och Simeonidis, 1998, bilaga 3) redovisas medelvärdet 1,05 μg/l för arsenik att jämföra med riksmedelvärdet 0,18 μg/l, och medianvärdet 0,55 μg/l att jämföra med riksmedianvärdet på 0,09 μg/l. Riksmedel- och riksmedianvärdet grundar sig på resultaten från den nationella miljöövervakningen som provtar ytligt jordgrundvatten med vanligtvis lägre ph, vilket måste beaktas vid jämförelsen. Orsaken till de förhållandevis höga arsenikhalterna i Uppsala kan antas vara höga ph-värden i berggrundvattnet. Motsvarande förhållanden med höga ph-värden förekommer även i andra delar av landet, t.ex. på Öland, som i flera brunnsanalyser visar på förhöjda arsenikhalter (n=8; median=2,9 μg/l; maxvärde=8,7 μg/l). 5 Västra Götalandsregionens Miljömedicinska Centrum 11 februari 2005, s

17 Exponering Människor exponeras för oorganisk arsenik via dricksvatten, mark och luft, och organisk arsenik framför allt via fisk och skaldjur. Globalt är det flera miljoner människor som använder dricksvatten med så hög arsenikhalt att det är risk för allvarliga hälsoeffekter. Värst drabbade är Bangladesh, Indien, Taiwan samt delar av Sydamerika och Kina. I Sverige är halterna generellt betydligt lägre, men i vissa områden är arsenikhalterna i grundvatten förhöjda eller höga. Det gäller framför allt Skelleftefältet i Västerbotten och vissa områden i östra Mellansverige där höga arsenikhalter uppmätts i vatten från bergborrade brunnar. Höga halter har även uppmätts i enstaka brunnar i Stockholms och Västmanlands län. Sveriges geologiska undersökning (SGU) har hittills undersökt arsenikhalten i brunnar i 14 län. I 5 procent av brunnarna var arsenikhalten högre än 10 µg/l och i 2 procent av brunnarna var arsenikhalten högre än 100 µg/l. Drygt en miljon permanentboende och ungefär lika många fritidsboende har sin dricksvattenförsörjning från egen brunn. Det finns ca borrade brunnar registrerade i Sverige, varav ungefär 75 procent används för permanent bruk. Antalet borrade brunnar ökar. Det är därför viktigt att fortsätta undersöka arsenikhalten i bergborrade brunnar och att undersöka tekniska möjligheter att sänka arsenikhalten i dricksvatten. 17

18 Lagstiftning och miljömål som rör enskild vattenförsörjning Miljöbalkens bestämmelser hanterar den yttre miljön och syftar till att skydda hälsa och miljö och att nå målen om ekologiskt hållbar utveckling. Miljöbalken ställer krav på alla och envar att visa hänsyn både i det dagliga livet och i sin verksamhet, så att skada inte uppstår för människor och miljön. De allmänna hänsynsreglerna i 2 kap. miljöbalken anger ett antal principer bl.a. kunskapskravet, försiktighetsprincipen och skyddsåtgärder som gäller generellt för alla verksamheter eller åtgärder som kan medföra skada eller olägenhet för människors hälsa eller miljön. Reglerna om vatten i bostäder, inklusive enskilt hushåll, finns i 33 förordningen (1998:899) om miljöfarlig verksamhet och hälsoskydd. En bostad ska i syfte att hindra uppkomst av olägenhet för människors hälsa särskilt ha tillgång till vatten i tillräcklig mängd och av godtagbar beskaffenhet till dryck, matlagning, personlig hygien och andra hushållsgöromål, samt ge betryggande skydd mot radon och andra liknande störningar. Enligt 1 kap. 11 miljöbalken krävs inget tillstånd för vattentäkt för eneller tvåfamiljsfastighets eller jordbruksfastighets husbehovsförbrukning. Däremot är det förbjudet att ansluta en egen vattentäkt till det kommunala nätet. Enligt 8 kap. 6 plan- och bygglagen (1987:10) får kommunen dock, om det finns särskilda skäl, bestämma att bygglov krävs för att anordna eller väsentligt ändra anläggningar för vattentäkt. Kommunen har också rätt enligt 9 kap. 10 miljöbalken att införa anmälnings- eller tillståndsplikt om den befarar att det kan bli begränsad tillgång på sött vatten. Vid anläggandet av brunn eller vid köp av utrustning för t.ex. rening gäller konsumentköplagen och konsumenttjänstlagen. Lagarna ska bidra till att konsumenterna får ett fackmässigt bemötande från näringsidkare och att varan eller tjänsten uppfyller förväntad kvalitet. Både plan- och bygglagen och miljöbalken utgår från att den som gör något (byggherren, verksamhetsutövaren) ska ha eller skaffa sig kompetens och själv kontrollera sina aktiviteter så att hänsyn visas. Fastighetsägaren är normalt byggherre och t.ex. brunnsföretaget betraktas i miljöbalken som verksamhetsutövare under byggnationen. Fastighetsägaren räknas sedan som verksamhetsutövare när brunnen är i drift. Nya försiktighetsmått för dricksvatten Socialstyrelsen har gett ut allmänna råd om försiktighetsmått för dricksvatten. De beslutades den 5 december 2003 och har beteckningen SOSFS 2003:17 med ändring i SOSFS 2005:20. De omfattar dricksvatten från vattenverk och enskilda brunnar eller enskilda dricksvattenanläggningar som i genomsnitt tillhandahåller mindre än 10 m³ dricksvatten per dygn, eller 18

19 som försörjer färre än 50 personer, såvida inte vattnet tillhandahålls eller används som en del av en kommersiell eller offentlig verksamhet. Detta innebär att det främst är fastighetsägare med egen (s.k. enskild vattenförsörjning) eller en mindre gemensam vattentäkt som berörs av Socialstyrelsens allmänna råd om försiktighetsmått för dricksvatten. För dricksvatten från vattenverk och enskilda brunnar eller enskilda dricksvattenanläggningar som inte faller inom begränsningarna gäller istället Livsmedelsverkets föreskrifter om dricksvatten (SLVFS 2001:30). Dessa föreskrifter gäller hanteringen av och kvaliteten på dricksvatten, oavsett om denna ingår i en yrkesmässig verksamhet eller inte. I Livsmedelsverkets kungörelse om dricksvatten fanns tidigare de riktvärden för vissa parametrar som var lämpade att använda för vatten i hushåll med enskild vattenförsörjning (egen brunn). De gäller inte längre. Livsmedelsverkets ansvarsområde när det gäller dricksvatten regleras i Livsmedelsverkets föreskrifter om dricksvatten (SLVFS 2001:30) som i sin tur regleras av ett EU-direktiv. Om vattnet tillhandahålls som en del av en kommersiell eller offentlig verksamhet gäller Livsmedelsverkets föreskrifter. De allmänna råden gäller också för vatten som används till personlig hygien och andra hushållsgöromål. Se Socialstyrelsens webbplats för mer information. 19

20 Medverkande parter Ansvaret för dricksvatten är fördelat mellan flera myndigheter och organisationer med olika uppgifter. Livsmedelsverket ansvarar för utformning av regler inom dricksvattenområdet. Socialstyrelsen utfärdar allmänna råd och vägledning om dricksvatten i enskilda brunnar och mindre anläggningar. Statens strålskyddsinstitut, SSI, ansvarar för mätning och kartläggning av radioaktivitet i bland annat yt- och grundvatten. Sveriges geologiska undersökning, SGU, ansvarar för undersökningarna av vatten från enskilda brunnar samt står för bakgrundsinformation om grundvatten, berg och jord. Totalförsvarets forskningsinstitut, FOI, gör analyser av radioaktivitet i bland annat vattenprover. Svenskt Vatten är branschorganisationen för kommunala vatten- och avloppsverk. 20

21 Bakgrunden till gräns- och riktvärden Det är omtvistat hur mycket arsenik den mänskliga kroppen kan utsättas för utan att ta skada. Gränsvärdet för arsenik i dricksvatten, 10 μg/l, är baserat på cancerrisken. WHO:s rekommenderade värde för högsta tolerabla veckointag (PTWI) av oorganisk arsenik är satt till 15 μg/kg kroppsvikt, vilket omräknat till dagligt intag innebär ca 150 μg/dag för en vuxen person. Livstidsrisk för canceruppkomst, vid dagligt intag av arsenik motsvarande 10 μg/l i dricksvatten (10 20 μg arsenik per dag beroende på ålder, klimat och fysisk aktivitet), har uppskattats till 1 3 per individer (0,1 0,3 procent). Merparten av svenska dricksvattentäkter ligger under 10 μg/l. En expertgrupp vid amerikanska vetenskapsakademien har uppskattat livstidsrisken för cancer till 1 3 fall per individer vid ett dagligt intag av 1 liter dricksvatten med arsenikhalter vid nivån 10 µg/l, vilket överskrider lågrisknivån (ett fall per exponerade) som anses utgöra en acceptabel risk för en enskild miljöfaktor. Som för andra cancerframkallande ämnen, minskar risken för hälsoeffekter vid minskad exponering. 6 Experimentella studier tyder på att foster och små barn är känsligare än vuxna, varför det inte minst för dessa är önskvärt att begränsa intaget av arsenik så långt det är möjligt. Riskuppskattningar när det gäller kroniska effekter av arsenik på barn saknas dock. 7 6 Arsenic in Drinking Water: 2001 Update (2001), Board on Environmental Studies and Toxicology 7 Miljöhälsorapport 2005, Edita Norstedts Tryckeri, s

22 Medicinska aspekter Förekomsten av arsenik i dricksvatten är ett globalt problem som kan utgöra en betydande hälsorisk. I vissa områden kan dricksvatten från djupborrade brunnar innehålla arsenik som lösts ut från berggrunden. Arsenikhalten i ytvatten och i luften är oftast mycket lägre. Organisk arsenik kan tillföras människan i höga doser vid intag av fisk och skaldjur utan påtagliga hälsorisker. Hälsoeffekter som förknippas med arsenikintag är akuta magsmärtor, kräkningar, diarré, hjärtpåverkan, cirkulationskollaps m.m. Dödlig dos är mg. Som allvarliga kroniska effekter av långtidsexponering ses bl.a. cancer i hud, urinblåsa, lunga och njure. I Taiwan har prevalensen för hudcancer i åldersgruppen över 60 år uppmätts till ca 250 per exponerade personer. Ett tydligt dossamband har också påvisats. 8 Kinetik och metabolism Vid inhalation av arsenikhaltigt stoff är graden av absorption av partiklar som inhalerats starkt beroende av lösligheten och storleken hos partiklarna. Såväl femvärda som trevärda lösliga arsenikföreningar absorberas snabbt och i hög grad från magtarmkanalen. Metaboliseringen, omsättningen, av arsenik i kroppen sker hos de flesta arter genom två huvudsakliga typer av reaktioner: (1) reduktionsreaktion där femvärd arsenik omvandlas till trevärd, och (2) oxidativ metylering där trevärda former av arsenik metyleras för att ge upphov till mono-, di- och trimetylerade produkter, vilket sker med hjälp av S-adenosyl methionin (SAM) som agerar metylgruppsdonator vid samtidig närvaro av glutation. Oorganisk arsenik metyleras i kroppen till de lättlösliga produkterna monometylarseniksyra, MMA, och dimetylarseniksyra, DMA, vilka sedan kan utsöndras i urinen. Detta sker i olika hög grad hos olika arter, men hos människan är graden av metylering av arsenik och dess utsöndring betydande. Faktorer som dos, ålder, kön och rökning bidrar endast i mindre utsträckning till den mer betydande individuella variationen i metyleringsgraden av arsenik som ses hos människor. Dock har en lägre metyleringskapacitet hos barn iakttagits i vissa (ca en tredjedel) kliniska tester. 9 Humanstudier har 8 Återgivande av föredrag av professor Marie Vahter, taget Environmental Health Criteria, ARSENIC AND ARSENIC COMPOUNDS (EHC 224, 2001), ISBN , kap 1.5 s \\brage\phage$\arsenic AND ARSENIC COM- POUNDS (EHC 224, 2001).htm 22

23 visat på en bred variation i aktiviteten hos vissa enzymer, metyltransferaser. Undersökningar på såväl djur som människor har visat att metyleringen av arsenik kan inhiberas vid akut intag av höga doser. Omsättningen och distributionen av oorganisk arsenik kan påverkas av dess valenstillstånd, särskilt vid intag av högre mängder. Djurstudier visar att utfodring med arsenik i form av trevärd oorganisk arsenik som arsenit, H 2 AsO 3, initialt gav upphov till högre koncentration i de flesta vävnader jämfört med utfodring av arsenik i femvärd form. Den trevärda formen metyleras emellertid i högre utsträckning, vilket leder till att utsöndringen på sikt blir lika stor för de respektive ämnena. Intagna organiska arsenikkomplex som MMA, DMA och arsenobetain metaboliseras i mycket lägre grad samt utsöndras snabbare i urin än oorganiskt arsenik hos såväl djur som människor. Förekomst av arsenik i hår, naglar och urin används som biomarkör för att avgöra om man varit utsatt för arsenik. Mätning av arsenik i blodet är endast en användbar biomarkör vid höga akuta arsenikförgiftningar eller vid kronisk långtidsexponering, då arsenik snabbt försvinner ur blodet. Förekomsten av arsenik i hår och naglar kan indikera tidigare arsenikexponering. Arsenik i hår kan dessutom användas för att uppskatta den tid som förflutit sedan en akut exponering. Effekter på djur och in vitro-system Såväl oorganisk som organisk arsenik kan ge effekter hos försöksdjur. Både akut letala effekter och kroniska skador såsom cancer förekommer. Toxicitetsgraden är beroende av formen (organisk eller oorganisk) och oxidationstillståndet (femvärt eller trevärt) hos arsenik, där oorganisk anses vara betydligt mer toxisk än den organiska arseniken. Av de oorganiska salterna är de trevärda salterna mer toxiska än de femvärda, åtminstone i högre doser. Följande organsystem påverkas av arsenik: hud, respiration, hjärtkärlsystem, immunförsvar, urinvägar, reproduktion, magtarmkanal och nervsystem. I en djurstudie utsattes möss (honor) för dricksvatten med arsenik av en koncentration på 500 µg/l As(V) under två år, vilket sattes i samband med ökad incidens av tumörer i lunga, lever, magtarmkanal och hud. Oorganisk arsenik anses inte orsaka punktmutationer, men kan ge kromosomala förändringar, påverka metylering och DNA-reparation, inducera cellproliferation, (dvs. celltillväxt och ökad celldelning), orsaka cellförändringar och ge upphov till tumörer. I en studie sågs DMA (i höga doser) kunna orsaka cancer i urinblåsan hos hanråttor. Effekter på människans hälsa Studier på djur har visat att arsenik i små doser kan vara ett livsnödvändigt ämne för tillväxt, blodbildning med mera. Löslig oorganisk arsenik är akut toxisk, och intag av stora doser leder till gastrointestinala symtom, kardiovaskulära störningar och nervsystemsstör- 23

24 ningar och död. Hos överlevande har benmärgsdepression, hemolys (blodkroppsdestruktion), hepatomegali (förstorad lever), melanos (mörka hudförändringar), polyneuropati (nervsystemsskador) och encefalopati (hjärnskador) iakttagits. Långtidsexponering för arsenik i dricksvatten är kausalt relaterad till ökad risk för förekomst av cancer i hud, lungor, urinblåsa och njurar samt uppkomst av hyperkeratos (ovanligt tjockt hornlager i huden) och pigmentförändringar. Denna risk har iakttagits vid intag av dricksvatten med arsenikhalter på 50 µg/l arsenik. Inhalation av arsenik har förknippats med uppkomst av lungcancer. Ökad risk har setts vid kumulativ exposition vid 0.75, beräknat som (mg arsenik/m 3 luft) * antal år av exponering (t.ex. 15 års exponering med en arsenikkoncentration av 50 µg/m 3 ). Tobaksrökning interagerar med arsenik och ökar risken för lungcancer. Kronisk exponering i Taiwan har visat sig öka förekomsten av blackfoot disease (BFD), en allvarlig perifer vaskulär sjukdom. Även andra vaskulära sjukdomar har associerats med arsenik. Effekterna av högt arsenikintag är initialt inte synliga. Arsenik är svår att upptäcka vid intag, då ämnet är smak- och luktfritt, samt saknar färg. Det är därför lätt att få i sig farligt höga doser utan att märka det och utan omedelbar systemisk effekt. Välnärda, vuxna individer kan inta relativt höga doser under längre tid utan märkbar effekt. Barn är särskilt känsliga. Arsenik som markförorening, kan medföra att framför allt barn får i sig stora mängder arsenik genom intag av jord och damm. Områden med omfattande ytlig arsenikkontaminering som inhägnas hindrar barn att komma i kontakt med marken. Intag av en näve jord (ca 10 g) som innehåller mg As/kg innebär en dos på 10 mg arsenik, vilket kan ge mycket allvarlig förgiftning hos ett litet barn. 10 Sammantaget är kausaliteten mellan arsenikexponering och andra hälsoeffekter inte klarlagda. Det starkaste sambandet ses för förhöjt blodtryck och kardiovaskulära sjukdomar, troligen för diabetes och reproduktiva effekter, och svagast för cerebrovaskulära sjukdomar, bestående neurologiska effekter och cancer i andra organ än lungor, urinblåsa, njurar och hud. Effekt på andra organismer i miljön Land- och vattenlevande organismer uppvisar olika känslighet för olika arseniktyper beroende på biologiska faktorer. Generellt är oorganiska arseniktyper mer toxiska än organiska, och arsenit (As(III)) betydligt (60 80 gånger) mer toxiskt än arsenat (As(V)). Upptags-, metaboliserings- och utsöndringsmekanismer varierar mellan olika arter och förklarar olika toleransnivåer för exponering av olika arseniktyper. Den primära mekanismen för arsenittoxicitet anses vara genom dess bindning till sulfhydrylgrupper hos proteiner. Arsenat påverkar den oxidativa fosforyleringen genom att konkurrera med fosfat. I omgivningar med höga fosfathalter är därför arsenattoxiciteten för olika organismer lägre gällande

25 Arsenik orsakar akuta och kroniska effekter hos individer, befolkningar och samhällen vid koncentrationer på från några få µg till mg per liter, beroende på arttillhörighet, exponeringstid och mätningsparametrar. Dessa effekter sträcker sig från hämning av tillväxt, fotosyntes och reproduktion, till beteendestörningar och död. 25

26 Analysmetoder Kolorimetriska och gravimetriska metoder har tidigare använts för detektion av arsenik. Metoderna brister emellertid i särskiljande av olika varianter av arsenik. De är inte lämpliga för låga halter av arsenik. På senare år har atomabsorptionsspektrometri (AAS) och induktivt kopplat plasma, ICP, blivit de vanligaste analysmetoderna för arsenik i höga halter (> 50 μg/l). De ger dock ingen uppgift om i vilken valens som arseniken förekommer. En annan metod även lämplig för låga halter är hydridgenerering med atomabsorptionsspektrometri (HGAAS), en metod som används för detektion av en mindre mängd specifika arsenikkomplex som arsenit, arsenat, MMA, DMA och trimethylarsinoxid (TMAO). Hydridgenerering med efterföljande kondensering (cryogen trapping) och AAS-detektion är en metod för typbestämning av oorganisk arsenik och dess metylerade metaboliter. Andra kombinationstekniker kan också användas. ICP-MS har hög sensitivitet för arsenik och ger tillsammans med högpresterande vätskekromatografi, HPLC (High Performance Liquid Chromatography), en god uppskattning av förekomsten av flera former av arsenik. 26

27 Arsenikavlägsnande metoder Arsenik kan avlägsnas med hjälp av konventionella reningsmetoder. De mest beprövade och använda är kemisk fällning och filtrering, jonbyte, aktiverat aluminium och omvänd osmos. Tekniker som aktivt kolfilter och destillering kan också användas. Filtrering med aktivt kol minskar arsenikhalten med procent, anjonbyte med procent, omvänd osmos med 90 procent och destillering med 98 procent. 11 Det är svårt att enkelt lösa reningen. De flesta befintliga teknikerna i dag är förvisso effektiva för avlägsnandet av As(V), men betydligt sämre för avlägsnandet av den betydligt mer toxiska As(III). Viktigt att tänka på vid utvärdering av arsenikavskiljande tekniker De viktigaste kraven att beakta vid val av teknik är: - effektivitet: så att koncentrationer under 10 µg/l (ppb) säkert kan uppnås efter beredning - tillförlitlighet, säkerhet och underhåll: tekniken ska vara säker och kunna hanteras av verksamhetsutövaren - avfall och restprodukter: hantering, behandling (vid behov) och omhändertagande av avfall restprodukter måste vara klarlagt då dessa ofta innehåller höga halter arsenik - kostnader: anskaffningskostnad och driftskostnader avgör teknikens kostnadseffektivitet och därmed användbarhet. De tekniker som särskilt beskrivs i rapporten är: Kemisk fällning med järn- eller aluminiumsalt Avhärdning Aktiverat aluminium Jonbyte: anjonbyte Membranfiltrering: mikro-, ultra- och nanofiltrering och omvänd osmos Elektrodialys Övriga tekniker

28 Arsenikavlägsnande metoder Sorptionsprocesser Separationsprocesser Jonbytare Adsorption Nanofiltrering Omvänd osmos Metalloxider- & -hydroxider Järn och mangan Kem. fällning Fastbädd teknik Markoxidation Aktiverat aluminium Järnoxid belagd sand Figur Figuren visar förenklat vilka olika kemiska och fysikaliska processer som kan användas för att avlägsna arsenik från dricksvatten. I figuren ovan uppdelas teknikerna i två huvudsakliga grupper, sorptionsprocesser respektive separationsprocesser. Sorptionsprocesserna avser här de tekniker som använder sig av kemiskt aktiva ämnen där föroreningen (dvs. arsenik) binds av elektrostatiska eller kemiska krafter till en yta. Jonbytestekniken kräver normalt att jonen har en laddning, varför tekniken är föga framgångsrik för avlägsnande av As(III). Adsorptionsteknik baseras på arsenikens affinitet för metalloxiders yta, med vilka arsenik bildar stabila ytkomplex (kemisorption). Vissa ytor har möjlighet att binda As(III), men oftast endast till en mindre del jämfört med As(V). Protonerings- och deprotoneringsreaktioner är ph-beroende och vid ett visst ph, den isoelektriska punkten, är arseniken i en oladdad form eftersom de negativa och positiva ytladdningarna är lika många. ph för den isoelektriska punkten varierar mellan olika metalloxider. För järn(iii)hydroxider och oxihydroxider ligger den isoelektriska punkten mellan ett ph-värde på 7 och 8. Vid ett högre ph kommer ytladdningen att vara huvudsakligen negativ och vid ett lägre ph kommer den vara positiv. Detta påverkar adsorptionen av As(V). Vid ett högt ph är adsorptionen 12 Technologies for Arsenic removal from potable water, W. Driehaus, ur Natural Arsenic in Groundwater: Occurence, Remiediation and Management Bunschuh, Bhattacharya and Chandrasekharam (eds) 2005, Taylor & Francis Group, London, ISBN X 28

29 och därmed reningskapaciteten nedsatt. Detta kan dock motverkas genom en högre tillsats av fällningsmedel, eller, för fastbäddsteknik, att sorbtionsbädden regenereras oftare. Separationsprocesserna, vilka oftast är membranprocesser, avlägsnar alla lösta ämnen från vattnet, och tar bort As(III) och As(V) i olika mån, där den sistnämnda avlägsnas betydligt mer effektivt. Oladdade molekyler kan också i viss mån undgå att upptas av membran. As(V) i järnhaltiga vatten kan avlägsnas från vatten genom filtrering i sandfilter. Vanligen görs en oxidation av vattnet så att både järn och arsenik föreligger i oxiderad form. Oxidation av As(III) De flesta tekniker är mer effektiva på att avlägsna As(V) än As(III), eftersom de baseras på elektrostatiska krafter, och As(III) vid lägre ph än 9,2 är en oladdad molekyl. Oxidationstekniker som kan omvandla As(III) till As(V) är därför av stor betydelse. Vid förekomst av As(III) har man ofta även höga halter av andra reducerade ämnen, som sulfider, tvåvärt järn och mangan(ii). Denna samtidiga förekomst är viktig att uppmärksamma vid dimensionering av oxidationsprocessen, eftersom sulfid, Fe(II) och Mn(II) också oxideras. Oxidation av As(III) till As(V) med hjälp av naturlig förekomst av syre är kinetiskt ogynnsam och långsam, varför man måste använda sig av starkare oxidationsmedel. Följande medel brukar användas för oxidation av As(III): - ozon - permanganat - väteperoxid - manganoxid - klorin, hypoklorit. Använd endast i undantagsfall klorföreningar, eftersom dessa kan ge oönskade biprodukter. Klorering är internationellt en av de vanligaste metoderna för oxidation av As(III) och sker genom tillsats av klorgas eller en hypokloritlösning. Dosering är 0,3 1 mg/l klor och varierar beroende på samtidig förekomst av andra reducerade ämnen som Fe(II), mangan(ii) och organiska ämnen. Ozon (O 3 ) oxiderar As(III) effektivt genom skapande av hydroxylradikaler. Ozon måste framställas på plats med hjälp av en högspänningsprocess. Det kan inte förvaras. Hälsofarliga biprodukter såsom bromat kan bildas. Permanganat (oftast som kaliumpermanganat, KMnO 4 ) är vid rätt ph ett mycket effektivt oxidationsmedel som även har högre affinitet för att oxidera As(III) än t.ex. Fe(II) till Fe(III). Användningen av permanganat kräver dock att manganoxidpartiklarna som bildas i reaktionen med arsenik avlägsnas, samtidigt kan man avlägsna den As(V) som bildats. Enbart väteperoxidbehandling oxiderar inte As(III) tillräckligt fort. Om Fe(II) finns i råvattnet kommer väteperoxiden att reagera med järnet i en s.k. fentonreaktion under bildande av hydroxylradikaler, vilka kommer att oxidera arseniken. Eftersom en del järnhydroxid också kommer att genereras 29

30 under reaktionen kan As(III) oxideras och delvis adsorberas till det lösta Fe(III)(OH) 3 i samma steg. Vid reaktionen mellan naturligt organiskt material, NOM, och klor bildas biprodukter, s.k. trihalometaner (THM), vilka kan vara hälsofarliga och behöva omhändertas. Även användning av ozon och väteperoxid kan ge oönskade och hälsofarliga biprodukter. Detta sker inte vid oxidation med permanganat, som är ett vanligt medel för att ta bort järn och mangan vid dricksvattenberedning. Behov av oxidation Vid oxidation av As(III) finns det flera anledningar att överväga val av oxidationsmedel: - Oönskade effekter av tillsatsen av oxidanter kan uppstå. - Arsenik förekommer ibland i den oxiderade formen As(V), vilket gör oxidation onödig. - Vissa av de nya metoderna för avlägsnande av arsenik är effektiva även för As(III). - Oxidation genom tillsats av kemiska ämnen gör processen mer komplex. - Vid kvittblivning av restprodukter från rening kan det finnas krav på arsenikens oxidationsnivå eller hur svårlöslig den måste vara. Oxidation av As(III) uppkommer även som bieffekt vid konventionellt avlägsnande av järn och mangan, varvid As(III) oxideras tillsammans med metallerna vid filtrering och adsorberas till Fe(III)OH som sedan avlägsnas. En annan lovande teknik för oxidation av As(III) är filtrering med manganoxidtäckt sand. 13 Processer med kemisk fällning Kemisk fällning och filtrering Kemisk fällning, koagulation eller flockning och filtrering är behandlingsprocesser som förändrar de fysiska eller kemiska egenskaperna hos ett löst, kolloidalt eller suspenderat ämne. Följden blir att de skapade partiklarna fälls ut ur lösningen och avlägsnas genom sedimentering eller filtrering. Den tillsatta fällningskemikalien förändrar ytladdningar och därmed de adhesiva egenskaperna hos fasta ämnen och tillåter därmed agglomeration så att det bildas stora tunga flockar som kan sedimentera. Metoden används traditionellt för att avlägsna fasta föroreningar vid bl.a. dricksvattenberedning, men kan även användas för att avlägsna lösta ämnen. Exempelvis kan fällningsmedel som aluminiumsulfat, järnklorid och järnsulfat adsorbera andra lösta ämnen, t.ex. arsenik och fosfor. När dessa fällningsmedel vid bestämda ph bildar flockar som sedimenterar, följer sådana 13 Technologies for Arsenic removal from potable water, W. Driehaus, ur Natural Arsenic in Groundwater: Occurence, Remiediation and Management Bunschuh, Bhattacharya and Chandrasekharam (eds) 2005, Taylor & Francis Group, London, ISBN X, s