Geokemisk modellering av metallers löslighet

Transkript

1 Geokemisk modellering av metallers löslighet Charlotta Tiberg, SGI Dan Berggren Kleja, David Bendz På säker grund för hållbar utveckling

2 Inledning Modellera metallers löslighet och speciering i mark Förståelse för mekanismer och processer Skulle kunna användas oftare i efterbehandlingsprojekt SGI har ett projekt för att titta på tillämpningar och underlätta användningen Standardiseringsarbete på europeisk nivå Renare marks vårmöte

3 Speciering Metallers kemiska form i marken beror både av föroreningskällans och markens kemiska egenskaper. rganiskt material Fe/Al (hydr)oxider Markens innehåll av organiskt material, järnhydroxider, ph mm. Metallspecieringen avgör transport och biotillgänglighet Renare marks vårmöte

4 Vad får vi ut av det? Processförståelse vad styr utlakningen? Undersöka förändringar - scenarier Långtidsperspektiv Källtermskaraktärisering Undersöka åtgärdsalternativ effekt, recept Ger konfidens, förtroende om vi gör det på ett transparent sätt Renare marks vårmöte

5 Markens beståndsdelar Utfällningar Silikatmineral, mm Me(H) 2 MeC 3 Me x (XX) Si Me Si Fe/Al (hydr)oxider Fe Fe Me +L rganiskt Me material Me 2+ C Me 2+ -L Me-L Marklösning Lerpartiklar Renare marks vårmöte

6 Geokemisk jämviktsmodellering? Beskriver ämnens fördelning med kemiska jämviktsreaktioner. Utfällningar Pb 5 (P 4 ) 3 Cl PbC 3 Fe/Al (hydr)oxides rganiskt material Fe Fe C Pb Pb... Pb 2+ Pb 2+ +L -L PbL Marklösning Lerpartiklar Renare marks vårmöte

7 Vad behövs? Beskrivning av problem (Ex. vilka delmodeller ) Indata (Ex. mängd Feox, metaller) DELMDELLER: Lösning, organiskt material mm DATABASER med reaktioner, jämviktskonstanter: Pb+2 + H2 = PbH+ + H+ log_k = Pb H2 = Pb(H)2 + 2 H+ log_k = Pb H2 = Pb(H) H+ log_k = Pb H2 = Pb(H) H+ log_k = Pb+2 + H2 = Pb2H+3 + H+ log_k = Pb+2 + Cl- = PbCl+ log_k = 1.6 Mjukvara: MINTEQ, PREEQC, Leach XS Lösning av ekvationssystem Löslighet för olika ämnen Speciering: (utfällning/upplösning, sorption, komplexbildning) Jämförelse med lakförsök Renare marks vårmöte

8 Indata Experiment Geokemisk modellering Tillgänglig metallkoncentration Me (mg/l) Kemisk databas Lösta humusämnen (DC) Mängder av reaktiva fasta faser Humusämnen (HA+FA) Järn(hydr)oxider Aluminium(hydr)oxider Lermineral Löslighet och fördelning (speciering) av Me Dator program Delmodeller (Antaganden) Jämförelse med phberoende lakförsök Renare marks vårmöte

9 Redovisning Dokumentera tydligt och transparent Vilka delmodeller Databaser Vilka indata och hur de tagits fram Antaganden Kommande standard Rapport från SGI Renare marks vårmöte

10 Exempel ZVI stabilisering av koppar Fältförsök, 2 % järn tillsatt Minskad utlakning av koppar Förstå vad som händer Modellera scenarier Inbindning till Fe-hydroxid ökade från 10 till 70 % (ph 7) Viktigt: ph och mängdförhållandet ZVI orgc Renare marks vårmöte

11 Exempel ZVI stabilisering av koppar Renare marks vårmöte

12 Exempel kisaska Höga halter Zn, Pb, Cu, As Karatärisera källtermen Vad styr utlakningen? Åtgärder? Modellering visar Sorption till järnhydroxider Starkt ph-beroende Provtagning kisaska, Bergvik sulfit, Söderhamn Renare marks vårmöte

13 Tillsats organiskt material Log Zn (mol/l) 1.0E E E E E E E-07 Zn dissolved 1.0E-05 Measured SM +1% SM 1.0E % SM 1.0E ph Log Cu (mol L -1 ) 1.0E E E E-04 Cu dissolved Measured SM +1% SM +2% SM ph Renare marks vårmöte

14 Sammanfattning Geokemisk modellering är ett verktyg Förstå processer Undersöka påverkan av markförhållanden Undersöka effekt av förändringar i systemet Undersöka effekt av tillsatser Renare marks vårmöte

15 Renare marks vårmöte

16 1.0E E E E-02 Log Zn, Cu (mol L-1) 1.0E E E E E-07 Zn dissolved Modell Zn Cu dissolved Modell Cu ph Log Zn, Cu (mol L-1) 1.0E E E E E-07 Arsenat Zn dissolved Modell Zn Cu dissolved Modell Cu ph Renare marks vårmöte