Naturliga självreningsmekanismer – en översikt

I Tabell 3.1 och Tabell 3.2 redovisas översiktligt biologiska och kemiska nedbryt- ningsprocesser som resulterar i massreduktion av föroreningar. Kemiska och fysi- kaliska processer som kan minska föroreningars koncentration utan nedbrytning sammanfattas i Tabell 3.4.

I allmänhet dominerar biologisk nedbrytning den naturliga självreningen av organiska ämnen . Således används ofta naturlig självrening och biologisk nedbryt- ning (eller bioremediering) synonymt. Men även andra rent kemiska reaktioner, t.ex. hydrolys, kan vara kvantitativt viktiga för organiska ämnen.

För metaller dominerar kemisk fällning den naturliga självreningen. Även sorp- tion kan i vissa fall vara en acceptabel självreningsmekanism, speciellt s.k. irrever- sibel sorption (som är vanligt för t.ex. högmolekylära PAH-föroreningar; Liu m.fl., 2007). Dispersion (som endast orsakar spädning) kan dock i de flesta fall inte anses vara en acceptabel självreningsprocess.

Vilken process som dominerar för en given förorening på en given plats styrs av platsspecifika hydrogeologiska, geokemiska och biologiska faktorer. På grund av detta är det nödvändigt med en genomgång av de kända mekanismerna för varje förorening som påträffas när ÖNS ska övervägas.

Ämnesklass Förening

Aerob Anaerob Hydrolys Substitution eller

elimination Järnbaserade

Flyktiga organiska föreningar

Aromatiska kolväten Bensen, toluen, etylben-

sen, xylen 1 1 10 1,1,1,2-Tetrakloretan 3,b 18,b 2 1,1,2,2-Tetrakloretan 5 10 3 2 1,1,1-Trikloretan 10 1 3 2 1,1,2-Trikloretan 10 5 3 2 1,1-Dikloretan 10 10 3,b 2 Klorerade etaner 1,2-Dikloretan 1 1 3,b 2 Tetrakloreten 1 3 4 Trikloreten 1 1 3 4 Dikloreten 1 1 3 4 Klorerade etener Vinylklorid 1 1 10 4 Tetraklormetan 1 3,b 10 2 Triklormetan 7 1 11 2 Klorerade metaner Diklormetan 1 1 11

Förväntad halveringstid i grundvatten genom den här mekanismen är mindre än 25 år Mekanismen förväntas inte bidra signifikant till naturlig självrening

Siffrorna hänvisar till referenser i Tabell 3.3 Tomma celler - Mekanismen är osäker eller okänd

Biologiska Kemiska

Ämnesklass Förening _{Aerob Anaerob Hydrolys} Substitution eller

elimination Järnbaserade

Andra organiska föreningar

Bränslekolväten _{Bensin, flygbränsle} 1 1 16

Etanol 14 1 16 Metyl tert-butyleter 8 9 8 Oktantalshöjande ämnen Tert-butylalkohol 8 9 8 Kresol 14 19 1,4-Dioxan 17,a 10

Pentaklorfenol 10,a 10,a 10

Pesticider 10,a 10,a 10 10

Polyklorerade bifenyler 6,c 6,c 6

Metaller och oorganiska föreningar

Krom 21 20

Bly d

Kvicksilver d 15

Nitrat 13 12

Förväntad halveringstid i grundvatten genom den här mekanismen är mindre än 25 år Mekanismen förväntas inte bidra signifikant till naturlig självrening

Siffrorna hänvisar till referenser i Tabell 3.3 Tomma celler - Mekanismen är osäker eller okänd

Nedbrytningsprodukter kan brytas ner långsammare än den ursprungliga föreningen

Tabell 3.3. Referenser till Tabell 3.1 och Tabell 3.2.

1. Wiedemeier, TH; Rifai, HS; Newell, CJ; och Wilson, JT. 1999. Natural Attenuation of Fuels and Chlorinated Solvents in the Subsurface. New York: John Wiley & Sons, Inc. 2. Butler, EC; och Hayes, KF. 2000. Kinetics of the transformation of halogenated aliphatic compounds by iron sulfide. Environ. Sci. Technol. 34: 422-429.

3. Jeffers, PM; Ward, LM; Woytowich, LM; och Wolfe, NL. 1989. Homogeneous hydrolysis rate constants for selected chlorinated methanes, ethanes, ethenes, and propanes. Environ. Sci. Technol. 23: 965-969.

4. Lee, W; och Batchelor, B. 2002. Abiotic reductive dechlorination of chlorinated ethylenes by iron-bearing soil minerals. 1. pyrite and magnetite. Environ. Sci. Technol. 36: 5147 -5154. 5. Chen, C; Puhakka, JA; och Ferguson, JF. 1996. Transformations of 1,1,2,2-tetrachloroethane under methanogenic conditions. Environmental Science and Technology 30: 542-7. 6. Dobson, S; och van Esch, GJ. 1993. Polychlorinated Biphenyls and Terphenyls. 2nd ed. (Environmental health criteria; 140) International Programme on Chemical Safety, World Health Organization http://www.intox.org/databank/documents/chemical/pcbpbb/ehc140.htm#1.1.5

7. Oldenhuis, R; Vink, RLJM; Janssen, DB; och Witholt, B. 1989. Degradation of chlorinated hydrocarbons by Methylosinus trichosporium OB3b expressing soluble methane monooxygenase. Appl. Environ. Microbiol. 55: 2819-2826.

8. Church, CD; Pankow, JF; och Tratnyek, PG. 1999. Hydrolysis of tert-butyl formate: Kinetics, products, and implications for the environmental impact of methyl tert-butyl ether. Environmental Toxicology and Chemistry 18: 2789-2796.

9. Yeh, CK och Novak, JT. 1994. Anaerobic biodegradation of gasoline oxygenates in soils. Water Environment Research 66: 744-752. 10. Montgomery, JH. 2000. Groundwater Chemicals Desk Reference, Third Edition. CRC Press LLC, Boca Raton, Florida, USA.

11. Dilling, W L; Tefertiler, NB; och Kallos, GJ. 1975. Evaporation rates and reactivities of methylene chloride, chloroform, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, and other chlorinated compounds in dilute aqueous solutions. Environmental Science and Technology 9: 833-837.

12. Rakshit, S; Matocha, CJ; och Haszler, GR. 2005. Nitrate reduction in the presence of wustite. Journal of Environmental Quality 34: 1286-1292.

13. Belier, HR; Madrid, V; Hudson, GB; McNab, WW; och Carlsen, T. 2004. Biogeochemistry and natural attenuation of nitrate in groundwater at an explosives test facility. Applied Geochemistry 19: 1483-1494.

14. SRC. 1988. Syracuse Research Corporation Calculated Values. Http://www.syrres.com/esc/efdb.htm

15. Charlet, L; Bosbach, D; och Peretyashko, T. 2002. Natural attenuation of TCE, As, Hg linked to the heterogeneous oxidation of Fe(II): an AFM study. Chemical Geology 190: 303-319. 16. Harris, JC. 1982. Rate of Hydrolysis. In Handbook of Chemical Property Estimation Methods. Lyman, Reehl and Rosenblatt, eds. McGraw-Hill Book Co., New York.

17. Vainberg, S; McClay, K; Masuda, H; Root, D; Condee, C; Zylstra, GJ; och Steffan, RJ. 2006. Biodegradation of ether pollutants by Pseudonocardia sp. strain ENV478. Appl. Environ. Microbiol. 72: 5218-5224.

18. U.S. Environmental Protection Agency. 1998. Technical Protocol for Evaluating Natural Attenuation of Chlorinated Solvents in Groundwater. EPA/600/R-98/128. 19. Shibata, A; Inoue, Y; och Katayama, A. 2006. Aerobic and anaerobic biodegradation of phenol derivatives in various paddy soils. Sci. Total. Environ. 367: 979-987. 20. Lu, AH; Zhong, SJ; Chen, J; Shi, JX; Tang, JL; och Lu XY., 2006 Removal of Cr(VI) and Cr(III) from aqueous solutions and industrial wastewaters by natural clino-pyrrhotite. Environ. Sci. Technol. 40: 3064-3069.

Tabell 3.4. Sammanfattning av icke-förstörande självreningsmekanismer.

Process Med påverkan på: Utan påverkan på: Styrande miljöfaktorer

Advektion Alla ämnen Inga Hydraulisk konduktivitet

Hydraulisk gradient Effektiv porositet

Retardation Aromatiska kolväten

Klorerade lösningsmedel (exklusive vinylklorid) Bränslekolväten Kreosol (2-metoxy-4-metyl-fenol) Pentaklorfenol Pesticider Polyklorerade bifenyler Metaller Vinyl klorid

Bränsle oxygenater (Oktantalshöjande ämnen, t.ex. MTBE)

1,4-dioxan Nitrat

Andel organiskt material i jorden (foc) för organiska

ämnen

Andel oxider i jorden

Negativ laddning hos lerfraktionen

Diffusion Bara signifikant vid låga grundvattenflöden Vanligen oviktig för alla ämnen Storlek på koncentrationsgradienten Advektiv transport

Dispersion Ej ämnesspecifik; beror på omgivningsfaktorer Ej ämnesspecifik; beror på omgivningsfak- torer

Heterogenitet i akvifärens hydrauliska konduktivitet Storlek på plymen

Hydrauliska gradientens variation över tid.

Utspädning Ej ämnesspecifik; beror på omgivningsfaktorer Ej ämnesspecifik; beror på omgivningsfak-

torer

Påfyllnad av akvifären genom nederbörd och infiltra- tion från ytvatten

Kemisk fällning Metaller Organiska ämnen

Nitrat

Koncentration av joner som kan bilda olösliga fäll- ningar

Förångning Aromatiska kolväten

Klorerade lösningsmedel Bränslekolväten Kvicksilver

Andra metaller än kvicksilver

Bränsle oxygenater (Oktantalshöjande ämnen)

Måttligt flyktiga organiska ämnen Nitrat

Temperatur Atmosfärstryck Djup till grundvatten Diffusivitet

Närvaro av andra lösningsmedel Närhet till ytvatten

Figur 3.1. Nedbrytningsvägar för klorerade etener

Figur 3.3. Nedbrytningsvägar för 1,1,1-trikloretan.