Feasibility study of net load of metals

Belastning av metaller på vattenmiljön beror på bruttobelastning från primära och sekundära källor, men även på transport och fastläggning av metallerna inom vattenmiljön. Målet i denna studie var att undersöka möjligheten att använda retentionsmodeller/metoder för att beräkna nettobelastning av metaller på nationell skala med relativt hög upplösning. Detta för att uppfylla krav på internationell rapportering från Sverige. I denna studie har fokus lagts på litteraturstudier av retentionsprocesserna av metaller, test av två retentionsmodeller och en massbalansmetod. Dessutom har speciellt fokus lagts på att tillföra kunskap om partiklar, kolloider och lösta former av metaller i svenska vattendrag och sjöar.

Studier av metallretention som finns redovisade i litteraturen visar att det är stor variation i resultaten, från ett par procent upp till nära 100 %. Retentionen är i de flesta studier fördelad enligt: Pb>Cd, Zn, Cu> Ni, Cr. Retentionen i Mälaren har i en studie beräknats till max 60 % för Cd , 50 % för Zn och 30 % för Cu. I en annan studie har retentionen i Vättern beräknats för Cd till 60 % och för Hg till 97 %. Avrinningsområdena till de stora sjöarna är inte fullständigt övervakade med avseende på tillförseln av metaller, vilket innebär att tester av retentionsmodellerna inte kunde genomföras i denna studie. Fastläggning av metaller sker genom lagring i sedimenten. Flera artiklar omfattar framgångsrik användning av uppehållstid för vattnet för att beskriva retentionen med modeller och pekar på vikten av kornstorlek i sediment samt mängden partikulärt bundna metaller. Fortsatt arbete bör fokusera på de parametrarna.

Den partikulära fraktionen av metallerna Al, Fe, Ni, Cu, Zn och Pb i svenska sjöar och vattendrag har undersökts i denna studie baserat på två metoder; empirisk regression med linjär regression och PLS analys, respektive kemisk speciering med hjälp av programmet VisualMinteq. Linjär regression visades vara den mest användbara metoden för att beräkna partikulärt bunden fraktion av metallerna och bör användas tills att en förbättrad kemisk karakterisering av metallerna blir tillgänglig. Regressionsmetoden fungerar bra för att bestämma partikulär koncentration av Al, Fe och Pb, acceptabelt för Zn och Ni, men dåligt för Cu. Utöver detta har en begränsad studie genomförts av förändringen av Pb kolloidala specier, järnhydroxider och organiskt kol, mellan uppströms och nedströms platser baserat på det nationella miljöövervakningsprogrammet ”Omdrevssjörna” (tidigare Riksinventeringen). Resultaten tyder på att förluster av organiskt material från markanvändning kan ha betydande påverkan på belastning av Pb. Fastläggning av organiskt bundet Pb i vattendragen var större än minerogent bundet Pb. Fortsatta studier av dessa observationer vid andra platser och med andra metaller rekommenderas starkt.

Två dynamiska processbaserade metallretentionsmodeller, Lindström och Håkanson-modellen samt QWASI-modellen, har i denna studie framgångsrikt testats avseende metallerna Pb, Cd, Zn och Cu i tre sjöar. En massbalansmodell (FlowNorm) har också framgångsrikt testats i sex vattendrag. Det fanns bara ett fåtal nationellt tillgängliga sjödata enligt urvalet, med flera års övervakning av metallkoncentrationen i inflöde samt utflöde. Antalet sjöar med data kan utökas genom utökade urvalskriterier som föreslås i denna studie för fortsatt arbete med kalibrering och validering av modeller. Båda retentionsmodellerna Lindström och Håkanson samt QWASI gav jämförbara resultat, speciellt av koncentrationen i utflödet. Koncentrationen från sjöarna Innaren och Vidöstern beskrivs bra för alla metaller av båda modellerna. Båda modellerna har däremot beräknat koncentrationen i utflödet från sjön Södra Bergundasjön mycket högre än uppmätt medianhalt. Skillnaden beror troligtvis på överskattad bruttobelastning till Södra Bergundasjön. Testet visar nyttan av retentionsberäkningarna för att validera och korrigera bruttobelastning av metallerna. Lindström och Håkanson-modellen testades vidare i denna studie genom en känslighets- och en osäkerhetsanalys. Modellen var mest känslig för variationen i bruttobelastning. Nyttan av de dynamiska modellerna har vidare testats, som verktyg för att förutsäga effekten av eventuella förändringar av belastningen, vilket illustreras genom scenarioberäkningar i denna studie av Innaren och Vidöstern. Lindström och Håkanson-modellen kräver färre indata än QWASI och rekommenderas för fortsatt arbete.

Enbart ett fåtal provplatser var lämpliga för retentionsmodellering med FlowNorm-programmet för vattendrag, och ännu färre data fanns tillgängligt för att beräkna den potentiella retentionen av metaller längs med vattendragen. För att kunna beräkna metallretentionen längs vattendragen på nationell nivå behövs ett annat urvalskriterie än de krav som ställts i denna studie. De platser som fanns tillgängliga för denna studie, visade dock att retention av metaller sker i vattendragen till olika grad. Fortsatt arbete bör därför beakta retention av metaller i både sjöar och vattendrag.

Rekommendationer för fortsatt arbete:

  • Linjär regressionsmodell fungerar bäst för beräkning av den partikulära fraktionen av metaller och bör användas tillsvidare.
  • Ytterligare undersökningar av kolloidala och partikulära fraktioner, liknande den som genomförts för Pb i denna studie, rekommenderas för andra platser och metaller, vilket även innebär följande rekommendationer för att utöka underlagen:

– Provtagning av sediment i de områden där den synoptiska provtagningen ägde rum.

– Provtagning av filtrerade och ofiltrerade prover i de områden där den synoptiska provtagningen ägde rum.

  • Fortsatt arbete med retention av metaller rekommenderas starkt för att förbättra beräkningarna av bruttobelastningen av metallerna.
  • Öka antalet platser för kalibrering och validering genom föreslagna urvalskriterier.
  • Tillämpa Lindström och Håkanson-modellen på nationell nivå.