5 Hur påverkar förändrad mark kemi spridningen?
5.1 Åtgärder som påverkar de markkemiska förhållandena vid föroreningskällan
De kemiska förutsättningarna för utlakning av metaller från förorenade områden kan påverkas kraftigt av förändrad markanvändning (t.ex. beskogning) och jordsta- bilisering (t.ex. kalkning, järnstabilisering, fosfatbehandling).
Många förorenade områden kommer sannolikt att beskogas och därför är det intressant att förstå hur skog kan påverka spridningen av metaller. När det gäller jordstabilisering så är avsikten med denna oftast att öka sorptionen och därmed minska risk för upptag och utlakning. Helldén m.fl. (2006) redovisar tidigare er- farenheter med jordstabiliseringsmetoder i Sverige. Det bedrivs en omfattande forskning både i Sverige och internationellt om jordstabilisering, och det finns anledning att tro att denna typ av metoder kommer att bli vanligare.
5.1.1 Beskogning
Ofta kan det förväntas att ett förorenat område förr eller senare kommer att be- skogas. Som berörts ovan saknas det alltså tyvärr resultat från långtidsstudier där man undersökt beskogningens effekt på metaller i förorenade områden. Vi kan dock dra vissa slutsatser baserade på forskning som bedrivits i samband med be- skogning av åkermark (se t.ex. Andersen m.fl., 2002; Strobel m.fl., 2005). I all- mänhet kan följande effekter förväntas:
x Beskogning ger på sikt ett lägre pH i de ytliga horisonterna. Hur lågt pH blir beror på jordegenskaperna. Det lägre pH-värdet minskar Kd-värdet för
x Koncentrationen löst organiskt material (DOM) ökar, vilket ökar utlak- ningen av metaller som binds starkt till DOM (t.ex. koppar och bly). x Effekten av beskogning beror i stor utsträckning på trädslag. Barrträd ger i
allmänhet ett lägre pH och högre halt DOM i markvattnet, vilket ger större effekter. Lövträd som t.ex. björk och ek har mindre effekt på spridning av metaller. Som exempel visas i Figur 5.1 pH och halt organiskt C i danska åkerjordar som 1964 beskogades med fyra olika trädslag. Redan efter 35 år (1999) uppgick skillnaden i pH mellan ek- och tallplanteringarna till ungefär en enhet.
Figur 5.1. Orga- niskt C och pH i jordar som be- skogats med kustgran (Ŷ), gran (ź), björk (Ɣ) och ek (Ÿ). Från Andersen m.fl. (2004).
Viss effekt kan även förväntas genom den förändrade hydrologin. Den generella regeln är att mindre vatten rinner av från beskogad mark än från mark utan skog (Lundin, 2003); denna effekt i sig betyder antagligen att de utlakade mängderna per tidsenhet blir något lägre med beskogning, medan de lösta koncentrationerna i det avrinnande vattnet påverkas i mindre grad. Dessutom kan beskogningen leda till lägre grundvattennivåer, vilket har en komplex inverkan på sorption av metaller (t.ex. blir Fe-oxider, som binder metaller genom adsorption, mer stabila, medan sulfider, som binder vissa metaller genom utfällning, i stället blir mindre stabila).
Effekten på en metalls Kd-värde kan i princip uppskattas från de modeller som
redovisas i kap. 4; problemet är dock att uppskatta vad pH och halt organiskt material blir efter många års beskogning. Uppskattningar av detta kan fås från markkemin i annan skogsmark med motsvarande jordart och mineralogi. 5.1.2 Kalkning
Kalkning är en vanlig jordstabiliseringsmetod för förorenad mark, och likaså är kalkning en rutinmässig åtgärd inom jordbruket för att motverka försurning p.g.a. skörd och för att öka pH till ett optimalt värde. Kalkning avses ofta minska löslig- heten av många metaller, bl.a. kadmium, zink och nickel. De vanligaste kalk- medlen är kalksten och dolomit, men även t.ex. benmjöl och förbränningsrester kan
verka pH-höjande. I de flesta fall gäller att kalkning kan öka jordens pH till ca. 8. Kalkning är alltså oftast inte verksamt för jordar som redan har ett högt pH.
Även om kalkning ökar koncentrationen kalciumjoner (som konkurrerar om tillgängliga sorptionsplatser på organiskt material och oxider) så dominerar pH- effekten helt för metaller. Det betyder att kalkning, eftersom det verkar pH- höjande, också kommer att minska lösligheten (dvs öka Kd-värdet) för många
metaller. I Figur 5.2 visas hur koncentrationen löst kadmium i markvattnet beror av pH för fyra svenska kalkningsexperiment med åkerjordar.
Figur 5.2. Samband mellan pH och löst Cd i markvatten i fyra svenska kalkningsex- periment (Jansson, 2002).
Det ökande pH-värde som kalkningen medför kommer dock att öka lösligheten för vissa andra föroreningar, t.ex. arsenik och antimon. Det beror på att dessa ämnen fungerar som anjoner vilka binds bättre vid lågt pH, se kap. 3. Därför är kalkning inte någon bra jordstabiliseringsmetod om jorden är förorenad med arsenik och/eller antimon.
5.1.3. Järnstabilisering
Det har länge varit känt att behandling med järn(III)-salt kan minska utlakningen av arsenik från arsenikförorenade jordar (Bergholm & Dryler, 1989), eftersom arseniken bildar starka ytkomplex med järn(III)-(hydr)oxid, se kap. 3. Man kan också använda t.ex. järnfilspån, vilka då de blandas med jord kommer att oxideras till järn(III)-(hydr)oxider och stabilisera arseniken (Kumpiene m.fl., 2006).
Järnstabiliseringsmetoder är verksamma för de metaller som bildar starka yt- komplex med järn(III)-(hydr)oxider t.ex. arsenik, antimon, krom och bly. De får alltså högre Kd-värden som resultat av stabilisering. Kumpiene m.fl. (2006) fann
även att utlakningen av koppar minskade med 93 % från en järnstabiliserad jord. Många andra metallföroreningar påverkas sannolikt i mindre utsträckning.
Effekten av järnstabilisering på lösligheten av metaller kan idag inte förutsägas med enkla empiriska modeller (t.ex. Sauvés modell); däremot kan man i princip använda multiytmodeller, t.ex. MS-DSGM för detta.
5.1.4. Tillförsel av fosfat
Fosfatgödsling är en annan stabiliseringsmetod som använts i t.ex. England och Tyskland. Det är främst blyförorenade jordar, t.ex. skjutbanor, som är aktuella, men även andra jordar som förorenats med zink och kadmium kan komma ifråga. Principen är i första hand att flera metaller kan bilda svårlösliga utfällningar till- sammans med fosfat, t.ex. blyföreningen pyromorfit (för reaktion se Berggren Kleja m.fl., 2006). Dessutom kan fosfat underlätta sorptionen till järn(III)- (hydr)oxider för flera metaller.
Fosfatet kan tillsättas till den förorenade jorden på flera sätt, t.ex. som benmjöl eller apatit (Sneddon m.fl., 2006; Campbell m.fl., 2006). Många resultat finns idag som pekar på att fosfattillsats är en lovande jordstabiliseringsmetod för bly, kad- mium och möjligen även för zink.
Det finns dock en viktig reservation och det är att metoden inte bör användas för förorenad mark där arsenik förekommer i förhöjda koncentrationer. Eftersom arsenik och fosfat binds ungefär på samma sätt till oxider, kommer en ökad fosfat- tillsats att konkurrera bort arsenik från jordpartiklarnas ytor, vilket leder till större utlakning för arsenik. Denna negativa bieffekt har också visats i praktiken (Impelliteri, 2005).