IBRACS Integrating Bioavailability in Risk Assessment of Contaminated Soils: opportunities and feasibilities SOIL PNEC calculator Ett Excel-baserat program för beräkning av platsspecifika riktvärden för metaller Jurate Kumpiene, juku@ltu.se, Luleå tekniska universitet Dan Berggren Kleja, SGI Erik Smolders, Fanny Hamels, KU Leuven, Belgien Koen Oorts, Arche Consulting, Belgien
Generella riktvärden för metaller i förorenad jord baseras på totala halter som härrörs från toxtester på de mest toxiska metallformerna Men inte alla metallformer är rörliga och tillgängliga för upptag i levande organismer
Åldring (omfördelning av metaller i jord över tid) Biotillgänglighet, toxicitet (ph, CEC, OM) McLaughlin, 2002
Färska vs gamla föroreningar Färskt tillsatt CuCl 2 70 år åldrad CuSO 4 Oorts et al. Environ Toxicol Chem 26:1130 1138, 2007.
Korrigeringsfaktorer länk mellan extraherbara metaller och toxicitet Tar hänsyn till förändringar i metallbiotillgänglighet och toxicitet beroende på jordegenskaper och metallåldrandet (Smolders et al., 2009): - Metalltoxicitet i förorenad jord i fält vs metalltoxicitet av lösliga metallsalter - Laknings- åldringsfaktor (L/A) empirisk faktor - Förändringar i toxicitet m.a.p. jordegenskaper (ph, ecec, halter av lera och OM)
Korrigeringsfaktorer EU REACH (Registration, Evaluation, Autorisation and Restriction of Chemicals) dokumentation (genom European Chemicals Agency, ECHA), 2012
Fraction affected PNEC-värden Predicted No-Effect Concentrations (som pseudo-totalhalter av metaller) Baseras på toxdata för landlevande organismer (växter, invertebrater, mikroorganismer) från vetenskapliga publikationer 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 SSD 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Toxicity data HC 5-5% Hazardous Concentration (eller 95% skyddsnivå) 95% skydd mycket konservativa värden
PNEC kalkulator Excelbaserat verktyg
Input - Metall - Totalhalt (mg/kg) - Jordtyp (val) - Backgrundshalt (mg/kg) - ecec (cmol c /kg TS) - ph (0.01 M CaCl 2 ) - OM (%) - Lera (%) Output - PNEC (mg/kg) - PEC (uppmätt totalhalt, mg/kg) - RCR (Risk Characterisation Ratio PEC/ PNEC) - PAF: Potentially Affected Fraction (%) - del av terrestra arter som förutspås att påverkas vid angiven metallkoncentration (PEC) ADDED approach = backgrundskorrigerad TOTAL approach
Anpassning till platsspecifika förhållanden: justering av L/A-faktor Inom IBRACS: Toxicitet för växter (biologisk) Biotillgänglig (toxisk) fraktion via isotopspädningsteknik (kemisk) stabila isotoper 70 Zn, 65 Cu, 62 Ni La Calamine Zn tillsatt till jord var 22 ggr mer toxisk och tillgänglig än i fältprov (IBRACS)
justering av L/A-faktor
Platsspecifika PNEC-värden, Björkhult L/A faktor = 2.0 (REACH) Prov PG3 PG5 PG9 PG12 PG15 Djup, m 0.35-0.85 0.8-1.4 0.3-0.8 0.3-0.7 0.4-0.55 Cu, mg/kg dw 2070 132 1350 2190 1770 ph H2O 5.6 7 6.1 5.8 7.1 Organiskt kol % 0.8 1.2 3.4 1.3 1.9 Lera, % 10 10 10 10 10 ecec, cmol c /mg TS (från ph, lera, OK) 7.28 9.66 14.26 8.63 11.88 Total approach PNEC, mg/kg 48.5 57.8 89.8 59.0 69.2 Total conc., mg/kg 2070 132 1350 2190 1770 RCR 42.64 2.28 15.03 37.10 25.59 PAF, % 100 30.2 98.4 100 99.7 L/A faktor 6.0 (toxicitet för växter) Total approach PNEC, mg/kg 106.2 118.3 193.4 128.3 141.5 Total conc., mg/kg 2070 132 1350 2190 1770 RCR 19.49 1.12 6.98 17.07 12.51 PAF, % 97.4 6.5 77.9 97.0 90.5 L/A faktor 2.3 (via isotopspädningsteknik ) Total approach PNEC, mg/kg 54.0 63.8 99.7 65.6 76.2 Total conc., mg/kg 2070 132 1350 2190 1770 RCR 38.33 2.07 13.54 33.37 23.22 PAF, % 99.9 25.3 97.6 99.9 99.5
Platsspecifika PNEC-värden, La Calamine Loam (sandy loam) Brown (brownish black)* REACH L/A faktor 3 3 Platsspecifik L/A faktor 21.8 1 34.8 2 21.8 1 34.8 2 Zn, mg/kg dw 10 000 10 000 10 000 10 000 10 000 10 000 ph H2O 7.8 7.8 7.8 7.2 7.2 7.2 Organiskt kol % 0.6 0.6 0.6 4.4 4.4 4.4 Lera, % 20 20 20 10 10 10 ecec, cmol c /mg dw (från ph, lera, OK) 14.90 14.90 14.90 19.73 19.73 19.73 Bakgroundshalt 54 54 54 191 191 191 Total approach PNEC, mg/kg 212.1 1289.2 2032.2 287.5 1778.6 2807.3 PEC, mg/kg 10 000 10 000 10 000 10 000 10 000 10 000 RCR 47.15 7.76 4.92 24.79 5.62 3.56 PAF, % 99.9 76.8 57.7 98.4 54.5 36.1 1 Genom toxicitet för växter 2 Biotillgänglig fraktion via isotopspädningsteknik Riktvärden för Zn I Wallonia: KM=230 mg/kg; MKM=320 mg/kg
Platsspecifika KM och MKM Björkhult PG3 PG5 PG9 PG12 PG15 Cu, [mg/kg] PAF 50% = MKM 167.7 193.0 285.0 182.5 228.0 PAF 75% = KM 102.0 117.5 172.5 118.0 138.0 Uppmätt halt I fält 2070 132 1350 2190 1770 Riktvärden för Cu i Sverige: KM=80 mg/kg; MKM=200 mg/kg La Calamine Loam (sandy loam) Peaty soil Zn, [mg/kg] PAF 50% = MKM 8 490 14 180 PAF 75% = KM 4 740 7 400 Uppmätt halt I fält 10 000-69 000 10 000-69 000 Riktvärden för Zn i Wallonia: KM=230 mg/kg; MKM=320 mg/kg
Kostnad vs nytta Isotopspädningsteknik: ca 100 /prov (ca 1000 SEK) Sanering 600-1200 SEK/t Trygghet i beslut om åtgärdsbehov Undvikande av onödig sanering