Skip to main content
SLU publication database (SLUpub)

Report2014Open access

Faktorer som styr skillnader mellan totalhalter och lösta halter metaller i ett antal svenska ytvatten

Köhler, Stephan

Abstract

Analysresultat av metallhalter inom den svenska miljöövervakningen avser den syrelösliga halten av metaller (Metotal) i vattenfasen. Enligt definitionen av lösta ämnen i vatten så passerar bara metaller i löst form (Melöst) ett 0,45 m filter medan metaller i partikulär form (Mepart) fastnar i filtret. Resultat från den svenska miljöövervakningen omfattar därför både former av metallerna (Metotal = Melöst + Mepart). Eftersom bara den lösta fasen anses vara direkt biotillgänglig kan den nuvarande metoden överskatta metallhalter. För att skatta hur stor andel metaller föreligger i partikulär form utfördes en studie där andel metaller i löst form Mefrac = Melöst/Metotal) undersöktes. Metallerna bly (Pb), kadmium (Cd), kobolt (Co), zink (Zn), nickel (Ni), koppar (Cu), arsenik (As), vanadin (V) och krom (Cr) samt aluminium (Al), mangan (Mn) och järn (Fe) studerades. Mätresultat från 31 stationer i hela landet samt ett mindre antal stickprov i olika sjöar runt om i landet är inkluderat. I denna rapport studerades I) hur metaller skiljer sig i deras beteende, II) hur man kan skatta halten metaller i löst form (Melöst) utifrån kemiska variabler eller kemiska modeller, III) hur olika områden skiljer sig åt, IV) och det testades om markanvändningen kan påverka hur metaller fördelas till sist så testades V) om klassningen av höga metallhalter skulle påverkas om man bara hade tillgång till totalhalter eller halter lösta metaller.

(I) Medan metallerna Cu, As, Ni, Cd oftast förkommer i den så kallade lösta fasen (Melöst) kan Zn, Pb, V, Cr och Co bindas till partiklar som fastnar i ett 0,45 µm filter. Andelen metaller i partikulär form (Mepart) ökar (+) med stigande pH (+), totalhalt av metaller (+), turbiditet (+), andel partikulärt järn (+), andel partikulärt mangan (+) och ledningsförmågan (+) medan den sjunker (-) med lägre pH (-), och höga värden för båda filtrerat absorbans abs420_F (.) och TOC (-). pH-värdet är den variabel som ensam förklarar den största andelen av variationen. För skattningen av Mefrac innebär detta att områden med någorlunda konstant pH har en liten felmarginal och lite variation över tiden medan områden med större pH-variation särskilt i pH-området 5,5 till 7,0 där effekten är som störst har en större osäkerhet.

(II) Ekvationer har tagits fram för beräkning av andel metaller i löst form där andra kända kemiska parametrar används som indata. Med utgångspunkt från totalhalterna kan man med dessa modeller skatta andelen metaller i partikulär form inom rimliga marginaler (+/- 25%) för nästan alla metaller. Regressionerna för metaller i löst form (Melöst) som har tagits fram i denna rapport verkar vara någorlunda universella för alla studerade områden och påverkas inte av markanvändning eller av om områdena är påverkade. Modellerna förklarar (R2 resp Q2) mellan 70-98% av den observerade variationen. För den kemiska modelleringen gäller inte detta. De kemiska modellerna fungerar mycket sämre i de påverkade områdena. Orsaken till detta kan vara att det bildas andra partiklar än ferrihydrit (Fe(OH)3) i dessa vatten som binder upp metaller som bly. Eftersom dessa områden kalkas ligger det nära att anta att kalcit eller aragonit skulle kunna tänkas förekomma. De kemiska mönstrarna som styr förekomst av metaller i löst eller partikulär form är för de flesta metaller i enlighet med vad modellberäkningar förutsäger. Förekomst av partiklar som lera eller döda organismer är förmodligen den största felkällan för avvikelse mellan de beräknade och uppmätta förhållandena. För en del metaller föreligger korrelationer mellan Mefrac av metaller och Mefrac av Al, Fe eller Mn som skulle kunna användas för att få bättre skattningar av andel partikulär metall. Det gäller främst metallerna Pb, Cr och Co. Detta skulle kunna verkställas genom att bara mäta andel Fe, Al och Mn i partikulär form.

(III) Av analysen framgår att det finns stora skillnader för Mefrac för de olika metallerna och de olika områdena. Det finns inga enkla entydiga mönster bland de 31 olika områden som ingick i denna studie. I sura vatten så som förkommer på stationerna Lill-Fämtan, Svartberget, Lommabäcken, Ringsmobäcken kan dock konstateras att nästan alla metaller är i löst form (Mepart nära noll) medan i mer alkaliska och större områden så som Dalälven Älvkarleby, Stockholm järnvägsbron, finns mycket större andel metaller i partikulär form. Även i påverkade områden ökar andel metaller i partikulär form (exempel för dess är områdena Nissan, Emån, Forsån). Större områden har oftast högre pH-värden eftersom bidragen av välbuffrat grundvatten är större. Detta gäller också för sjöar med längre uppehållstider. Områden med stor andel åkermark uppvisar också högre andel metaller i partikulär form (t.e. Holen). Detta härrör förmodligen av mobilisering av större andel partiklar än i de andra vattendragen.

(IV) Markanvändningen förklarar upp till 50 % av variationen av Mefrac för ämnena Zn och Fe men mindre än 30 % för de två metallerna (Pb, Co) som har högst andel metaller i partikulär form. Variablerna som bidrar signifikant (+ ökande andel metaller i löst form, - sjunkande andel metaller i löst form) till modellerna för Mefrac för ämnena Fe, Zn, Pb och Co är andel sjöar i området (-), avrinningsområdets storlek (-), andel hygge (-), andel åkermark (-) samt andel skog (+), volym pinus contorta (+), volym tall (+) och andel skog annat än på myrmark (+). Faktorer som styr uppehållstider i vatten eller andel partiklar ökar andel metaller i partikulärt form medan förekomst av skog leder till högre andel metaller i löst form.

(V) Andel metaller i partikulär form har en signifikant inverkan på bedömningen i områden där förhöjda metallhalter uppträder. Runt 6117% av medianvärden för metaller i de 28 olika stationerna som inte är påverkade av punktkällor ligger 10 gånger över bakgrundsvärden. Skulle man bara betrakta den lösta andelen metaller med samma kriterium så minskar antal värden till ca. 36 11%. I områden med höga halter av metaller jämfört med bakgrundsvärden samt i områden med kända punktkällor föreslås det att mäta andel metaller i löst form mera regelbundet.

Keywords

tungmetaller; lösta metaller; pH; organiskt kol; modellering; ytvatten; filtrering

Published in

Rapport / Sveriges lantbruksuniversitet, Institutionen för vatten och miljö
2014, number: 2012:21
Publisher: Institutionen för vatten och miljö, Sveriges lantbruksuniversitet