Enligt tidigare fältprotokoll och fältprotokoll som gjorts under denna studie varierar jordarterna i området, men i huvudsak består de av fyllnadsmassor i olika kombinationer av lera, sand, grus och mulljord (se Bilaga 1-3). Under fyllnadsmassorna består jordarten vid undersökta provpunkter av lera med varierande vattenmättnadsgrad. Lervallarna, växtligheten och jordarterna har gjort området svårframkomligt och geotekniskt instabilt.
3. Material och metoder
Den huvudsakliga metoden för studien bygger på ett krukexperiment där jordmaterial analyseras med avseende på tungmetaller före och efter att lokala växter från studieområdet odlats i jorden. I denna studie har Salix sp och bladvass planterats då tidigare studier visat på deras förmåga att åtgärda förorenade områden, samt att de växer lokalt på det undersökta området.
3.1 Jordmaterial, växter och analys
Området (Lagunen) där fältstudien ägde rum har som tidigare nämnts varit platsen för deponering av slam från reningsverket. Provpunkterna NC33, NC34 och NC35 valdes ut för insamling av jordmaterial som utfördes i slutet av januari 2017 (se Figur 8). Valet av provpunkter baserades på analysresultat av jordprov insamlade vid en tidigare miljöteknisk markundersökning av Norconsult AB (Orlovskaya Köll & Engqvist 2015). De valda provpunkterna ligger alla i närheten av provpunkter där låga till måttliga halter av metaller påträffats i förhållande till platsspecifika riktvärden (PSR). NC4:1 användes som referenspunkt för NC33, NC14:1 för NC34 och NC15:1 för NC35. På området är ”skydd av grundvatten” den styrande parametern för riktvärden för arsenik, bly, kadmium, kobolt och nickel. För metallerna barium, koppar, krom och vanadin är ”skydd av markmiljö” den styrande parametern för riktvärdena. De riktvärden som råder på området kan ses i Bilaga 7.
31
Figur 8. Äldre och nya provpunkter som användes som underlag till aktuell studie.
För bedömning av materialets kemiska och fysiska karaktär genomfördes analyser av den insamlade jorden av Eurofins AB, Swedac ackrediterat laboratorium enligt SS-EN ISO/IEC 17025, samt certifierade enligt SS-EN ISO 9001 (kvalitet) och SS-EN ISO 14001 (miljö) (Eurofins Sverige 2017). Jordmaterialet insamlades med spade och plasthink med lock på ett djup av cirka 5 till 40 centimeter. Grövre oorganiskt material och växtmaterial sorterades ut för hand i jordmaterialet vid insamlingsplatserna. Jordmaterialet homogeniserades för att öka fördelningen av metallkoncentrationen i proverna innan de skickades in för analys.
3.1.1 Runda 1
Den första omgången analyser av jordmaterialet (fortsättningsvis kallad ”Runda 1”) genomfördes innan växterna planterades. Ett samlingsprov från varje provpunkt (NC33, NC34 och NC35) analyserades med avseende på torrsubstans och metallerna arsenik, barium, kadmium, kobolt, koppar, krom, kvicksilver (endast NC33), nickel, bly, vanadin, samt zink. Utöver dessa analyser undersöktes även andelen total organisk kol (TOC) och glödförlust för jordmaterialet vid provpunkt NC33 och NC34. Analyser
32
avseende TOC och glödförlust är intressanta för att få en uppskattning på andelen organisk halt då metaller gärna binder till organiskt material. Vid provpunkt NC15:1 som ligger strax intill NC35 hade analyser av TOC och glödförlust utförts tidigare och ytterligare analyser vid NC35 antogs därför ge ett likvärdigt resultat.
3.1.2 Växtmaterial - Salix och bladvass
Salix sp och bladvass förekommer naturligt på undersökningsområdet och användes
i krukexperimentet. De Salix sp-stammar som användes var ettåriga med rot och skottanlag. Bladvassmaterialet som insamlades var rhizomer.
Salix sp-stammarna, som hade en snittdiameter av cirka 1 centimeter, delades i 20
centimeters längder. Bladvass-rhizomen förberedes genom att sortera de med skott med liknande storlek (cirka fem centimeter långa). Totalt användes 21 plastkrukor (0,5 L), varav sju till varje enskilt förorenat jordmaterial. Tre snitt/skott placerades i varsin kruka för varje enskilt jordmaterial, se Figur 9. En kontrollkruka fylldes med jord för varje jordmaterial. Växterna planterades under 80 dagar från den 17:e februari till 8 maj 2017. Två omgångar analyser av jorden utfördes av Eurofins AB. Den första omgången skickades in den 2:a februari och den andra den 9:e maj.
Krukorna placerades i samma växthus. Temperaturen i växthuset varierade mellan 19-20 0C. Luftfuktigheten varierade mellan 50-70 %. Dag och natt var beroende av dagsljus och extrabelysning (Agrilight AL2007 fixture, 400 W högtrycksnatrium- och metallhalogenlampor), under 10 timmar per dygn. Extrabelysningen användes som komplement till dagsljuset för en jämn instrålning. Dagsljuset kan ibland leverera mer än 1000W per kvadratmeter. Materialet vattnades med destillerat vatten var annan dag eller efter behov. Under bevattning upptäcktes att vattenhållningen i samtliga krukor var dålig då vattnet till stor del rann igenom. Trots det var vattnet ändå kvar i systemet då krukorna stod på en bricka med kant. Växterna undersöktes okulärt minst en gång i veckan under hela experimenttiden för eventuella fytotoxiska symptom.
3.1.3 Runda 2
I Runda 2 (efter odling) genomfördes enskilda analyser på jordmaterialet i samtliga krukor förutom NC34:B2 och NC:34:B3 då de blivit kontaminerade. Totalt analyserades jordmaterial från 19 krukor med avseende på ovan nämnda metaller (ej kvicksilver på grund av låga värden vid Runda 1) och torrsubstans. Jordmaterialet där växter odlades analyserades även avseende TOC och glödförlust. I kontrollkrukorna uppmättes även pH värde. Jord analyserades i samtliga krukor förutom NC34:B2 och
33
NC34:B3 på grund av kontaminering. En stor rot förväntas ha en större metallreducerande effekt per given jordmassa/volym och därför vägdes jorden och rötterna i varje kruka där rötter hade utvecklats. Inga förbränningsanalyser genomfördes, eftersom biomassan inte hunnit växa till sig tillräckligt mycket för att jämföras vid skörd. En schematisk bild över hur jordproverna analyserades kan ses i Figur 9.
Figur 5. Schematisk illustration över hur jordproverna analyserades och växterna planterades. Överkryssad kruka innebär kontaminerat prov och därmed ingen analys.
3.2 Åtgärspotential
Från tidigare studier över åtgärdspotential av tungmetaller för Salix och bladvass har en remedieringskalkyl genomförts för Lagunen, vilken kan ses i sin helhet i Bilaga 9. Tiden det tar för Salix och bladvass att återställa halterna till PSR beräknas genom
Ekv. 3enligt Robinson et al. (2006): 𝑡 =𝐶𝑚−𝐶𝑟
𝐶𝑏𝑃𝑏 (3)
, där 𝑡 är remedieringstiden (år), 𝐶𝑚 är initiala koncentrationen av metallen (g/ha), 𝐶𝑟 är den koncentration som vill uppnås, PSR (g/ha), 𝐶𝑏 är koncentrationen av metallen i biomassan (g/t) och 𝑃𝑏 är biomassaproduktionen (t ha-1 år-1). Ekvationen tar inte hänsyn till heterogenitet i jorden eller förändringar över tid. Förutom ovanstående antaganden förutses en linjär åtgärdspotential under hela perioden, ett jorddjup på 40 centimeter som växterna kan nå för att ”rena” marken samt att växterna tolererar och kan ta upp föroreningar vid de angivna halterna. De tidsperioder som presenteras i
34
resultatdelen kan därför skilja sig från den ”verkliga” tidsåtgången. Åtgärdspotentialen beräknas avseende metaller som har påvisade halter över PSR för provpunkterna NC33, NC34 och NC35.
3.3 Energikostnader
Generella kostnadsberäkningar som utförts av Jordbruksverket (2016) ses i Bilaga 4 som sammanfattade scenarioanalyser där Salix antas ha ett effektivt värmevärde på 4,4 MWh/t och ett pris enligt 2015 års prisnivå och där odling sker på jordbruksmark. Kalkylerna avser en produktionsperiod på 22 år. Beräkningarna avser en första skörd efter fyra år och därefter vart tredje.
Beroende på hur en anläggning ska skötas, vilka arter som används och skördenivå blir kalkylerna för odling av Salix olika. I samtliga scenarier antas att så kallade ”nya högavkastande” sorter används. Dessa scenarier kan kategoriseras efter skördenivå där en låg skördenivå illustrerar en låg andel Salix per hektar som skördas. Kalkylerna inkluderar intäkter i form av bränsle (Salix) och investeringsbidrag. Utöver dessa kan även gårdsstöd och ersättning sökas för att ta emot slam. Den som är intresserad av plantering bör kontakta länsstyrelsen för att ta reda på vad som gäller för det enskilda fallet. Ofta gäller investeringsbidrag och annan ersättning endast för jordbruksmark. För bedömning om vilket scenario som är mest troligt att genomföra bör en grundlig undersökning genomföras och nya kalkyler bearbetas, då resultat kan variera för var enskilt fall.
Vid kostnadsberäkning för implementering av Salix och bladvass vid Lagunen blir kalkylerna annorlunda, eftersom det aktuella området inte ligger på jordbruksmark som kalkylerna är baserade på. En extra kostnad för preparering av området kan därför eventuellt tillkomma. De tidigare kalkylerna kan dock användas som en bas för beräkningar vid Lagunen. Kostnadskalkyler för produktion av Salix vid Lagunen är baserade på Jordbruksverkets (2016) kalkyler (hög/låg skördenivå) för en produktionsperiod av 22 år med första skörd efter 4 år och därefter vart tredje år. Antaganden som gäller för kalkylerna avser att marken inte gödslas då marken antas innehålla en stor mängd näringsämnen och att nya sorter av Salix används. För enkelhetens skull antas prisnivåerna och energiinnehållet vara samma som används vid den tidigare etablerade kalkylen. Observera att Salix-sorter framtagna för energiproduktion inte nödvändigtvis har samma åtgärdspotential som sorter framtagna för upptag av föroreningar. Inga tidigare kostnadskalkyler för bladvass har
35
hittats i litteraturen, men antas följa kalkyler (Jordbruksverket 2016) etablerade för rörflen. Samma antaganden gäller för bladvass som för Salix förutom en första skörd som sker andra året och därefter varje år. Kalkylen kan ses i Bilaga 10. Vidare information om de parametrar som behandlas i kalkylerna går att läsa på Jordbruksverkets hemsida (www.jordbruksverket.se). En mer detaljerad beräkning för specifika områden hänvisas till fortsatt arbete.
3.4 Statistisk analys
Ett Students t-test genomfördes i Excel 2016 för statistisk analys av skillnader i uppmätta halter metaller i krukor med växter mot analysresultaten för jordmaterialet i kontrollkrukorna. Analysen kan svara på om en reduktion av metaller är signifikant eller beror på naturliga variationer. Resultaten svarar även på vilken av växterna som orsakar störst reduktion av metaller. Sannolikheten att ett visst resultat är signifikant ökar med populationsstorleken. Begränsningar med metoden ligger i populationen som undersöks vid detta tillfälle då det krävs analysresultat från minst tre jämförbara krukor. Då två krukor där bladvass odlades och innehållandes jordmaterial från NC34 (B2 och B3) kontaminerades har ingen statistisk analys kunnat utföras för den provserien.