Leaching of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Using a Column Method

Abstract: Popular Abstract in Swedish Polycykliska aromatiska kolväten (PAH) är en grupp organiska ämnen som kan vara giftiga men även starkt cancerframkallande. De bildas vid förbränning av organiskt material vid låg syretillförsel och återfinns i olika produkter som tjära och fossila bränslen. De källor som tillför störst mängd till miljön idag är bostadsuppvärmning med ved, kol och olja (i Sverige ca 2/3 av det totala tillskottet), fordonsavgaser, samt slitage från gummidäck. Luftburna utsläpp av PAH:er bidrar till att höja bakgrundshalterna av dessa ämnen i mark och vattendrag, men orsakar inte särskilt höga koncentrationer. Mycket höga markkoncentrationer kan man däremot hitta på platser som tidigare använts för att hantera fossila bränslen eller dess biprodukter. Exempel på sådana områden är gamla gasverkstomter eller träimpregneringsanläggningar. I naturen kan många organiska föroreningar brytas ned till mindre farliga ämnen med hjälp av mikroorganismer. En förutsättning för att nedbrytning skall ske är dock att ämnet finns tillgängligt för nedbrytarna, (t.ex. bakterier). PAH:er har generellt låg vattenlöslighet och binder gärna till markens organiska material, vilket gör dem till svårnedbrytbara föroreningar. Den så kallade biotillgängligheten av PAH:er har också visat sig minska med föroreningarnas ålder. Därför kan höga halter av PAH:er återfinnas i marken, på platser där t.ex. stenkolstjära har spillts, eller trä impregnerats med kreosot, även lång tid efter det att verksamheten upphört. Om biotillgängligheten av PAH:er är låg kommer endast låga koncentrationer av PAH:er att lakas ut från det förorenade materialet, vilka kan betraktas som relativt ofarliga eftersom PAH:er i låga halter ej är toxiska. Förorenade jordar eller material med höga halter av PAH behöver därför inte alltid utgöra en hög miljörisk. En miljöriskbedömning som enbart tar hänsyn till totalhalten av föroreningen riskerar därför att vida överskatta riskerna. Eftersom utlakningen av föroreningen till markvattnet påverkar spridningen och hur mycket av det farliga ämnet som blir tillgängligt för upptag i organismer, växter och djur bör även detta inkluderas i en riskbedömning. Tillförlitliga metoder för att uppskatta lakning krävs härvid liksom kunskap kring de processer och förhållanden som kan tänkas påverka lakningen. I den här avhandlingen har en metod utvecklats som kan användas för att bestämma utlakning av organiska miljöfarliga ämnen från förorenad jord eller andra fasta material. Lakningsapparaturen består av en glaskolonn som fylls med det material som skall undersökas. Vatten pumpas från botten av kolonnen genom materialet. I den övre delen vidgas glaskolonnen vilket gör att vattnets flödeshastighet sjunker. Därmed underlättas sedimentering av partiklar som följer med vattenströmmen. För att så få partiklar som möjligt skall följa med lakvattnet, filtreras vattnet genom ett glasfiberfilter (0.7 µm) innan det passerar genom en liten kolonn fylld med ett polymermaterial där PAH:erna fångas upp. Denna fastfas-extraktionskolonn tjänar alltså som provtagare för de utlakade organiska ämnen som undersöks. Metoden kan användas för att bestämma både koncentrationen av föroreningar i lakvatten samt hur stor andel av den totala halten av förorening i materialet som kan frigöras till vattnet och därmed utgöra en risk för människa och miljö. Denna tillgängliga mängd kan likställas med den andel av föroreningen som skulle kunna saneras med biologiska saneringsmetoder. I fyra av de fem studier som ligger till grund för avhandlingen, studerades utlakning av PAH:er från en jord som förorenats med stenkolstjära. Den förorenade jorden hämtades från en gasverkstomt i Stockholm, Husarviken, där gas utvanns från stenkol fram till början av 1970-talet. Föroreningarna som undersökts har därför varit i kontakt med jordmaterialet i mer än 30 år. Försöken visade att de utlakade koncentrationerna av PAH:er var låga, samt att utlakningen skedde från minst två olika fraktioner. En mycket liten andel (ca 1%) av den totala halten av PAH lakades ut under försökets 120 första dagar. Därefter sjönk koncentrationerna till ännu lägre halter (upp till fyra tiopotenser lägre än de rena ämnenas vattenlöslighet). För att skapa olika lång kontakttid mellan vattnet och jorden i kolonnen utfördes försök med olika flödes-hastigheter. Studien visade tillsammans med beräkningar med Raoults lag och modellering att de utlakade koncentrationerna av PAH:er var ett resultat av desorption av markbundna PAH:er snarare än upplösning av stenkolstjära. En serie lakningsförsök utfördes också vid lägre temperaturer än rumstemperatur. Dessa försök visade att koncentrationerna av PAH:er sjönk till ca 10 gånger lägre värden då kallt (7 ?C) vatten användes för lakningen jämfört med rumstempererat vatten. Från dessa resultat kan man sluta sig till att lakbara koncentrationer i förorenad mark i kalla klimat kommer att överskattas till viss del då de bestäms med lakexperiment utförda i rumstemperatur. Från temperaturstudien uppskattades även aktiveringsenergier (50 till 80 kJ mol-1) för desorptionen av PAH:er från den ?snabbt? utlakade fraktionen. Storleksordningen på dessa energier antyder att föroreningarna förmodligen var sorberade till löst sammansatt organiskt material (tex humus) än till en tätare organisk substans. Den utvecklade metoden användes även för att studera utlakning av PAH:er från olika typer av askor samt från en blandning av grönlutslam och mesakalk (restprodukter från kemikalie-återvinning vid pappersmassatillverkning). I samtliga lakvatten erhölls endast mycket låga koncentrationer. Halterna var under gränsen för tillåtna koncentrationer av PAH:er i dricksvatten. Några av askorna innehöll mycket höga totalhalter av PAH:er. Resultaten visade även att stabiliteten hos de olika materialen skiljde sig åt. Sammanfattningsvis visar avhandlingen att lakningsexperiment med en kolonnmetod vid korrekt temperatur kan ge en god uppfattning av hur mycket PAH:er som maximalt kan lakas från en förorenad jord.