4.3
Flyktiga och halvflyktiga föreningar (t.ex. klorerade lösningsmedel, BTEX och kvicksilver) kan transporteras genom marken och tränga in i byggnader där de kan förorena inomhusluften. Även utomhusluften kan påverkas av ångor från marken. Koncentrationen ovanför mark- ytan kommer att vara lägre än koncentrationen i porluften, beroende på begränsningar i transporten av ångor genom marken samt utspädningen i omgivningsluften. Ett konstant förhållande antas råda mellan halten i markluft och halten ovanför markytan. Förhållandet beskrivs med en utspädningsfaktor. Koncentrationen i inomhus- eller utomhusluften ovanför marken, Cia eller Coa[mg/m3], ges av:
där:
DFa är utspädningsfaktorn mellan inomhusluft i byggnad (eller utom-
husluft) och porluft [dimensionslös]. Hur utspädningsfaktorer tas fram beskrivs nedan.
tRANspORt AV åNGOR GeNOm mARKeN IN I byGGNADeR
4.3.1
Utspädningsfaktorn för inomhusluft beräknas med en transportmodell som tar hänsyn till diffusion av ångor genom marken, inläckage av markluft i huset samt luftomsättningen i huset.
Transportmodellen för spridning av ångor in i byggnader förut- sätter ett hus med ett underliggande dränerande lager, se figur 4.1. Marken under det dränerande lagret är förorenad på ett visst djup. Transportmodellen baserar sig på att ångor diffunderar genom marken upp till det dränerande lagret. Därifrån kan de sugas in i huset.
föRDElNiNg ocH TRANSpoRT AV föRoRENiNgAR 55
Den mängd förorening som kan diffundera in i inomhusluften från mar- ken under huset per tidsenhet, Qground [mg/d], bestäms av:
där:
Z är djup till föroreningen [m]
De är diffusivitet för ånga i marken, en funktion av porositet och
vatten halt [m2/d]
Ahouse är yta under huset [m2]
Ca är koncentration av förorening i porluft i den förorenade jorden
[mg/m3]
Cdrain är koncentration av förorening i luften i det dränerande lagret [mg/m3]
Föroreningar antas transporteras genom marken antingen genom dif- fusion av ångor i luftfyllda porer eller genom diffusion av lösta ämnen i vattenfyllda porer. Båda processerna antas ske parallellt och jämvikt mel- lan porluft och porvatten antas råda lokalt. Därigenom kan en effektiv diffusivitet beräknas utifrån diffusiviteten i gasfas, diffusiviteten i vat- tenfas och Henrys konstant. Diffusion i vattenfas har störst betydelse för ämnen med lågt värde (mindre än 0,001) på Henrys konstant.
Diffusiviteten för ämnet i gasfas i marken beror av jordens porositet och andelen luftfyllda porer och beräknas enligt:
Qground Ihouse Vhouse Ahouse Cia Cdrain La Z Ca Ihouse
Figur 4.1. schematisk bild av trans-
portmodell för spridning av ångor in i byggnader.
Diffusiviteten i vattenfas beräknas enligt:
där:
θa är lufthalten i jorden [dimensionslös].
θw är vattenhalten i jorden [dimensionslös].
ε är jordens porositet [dimensionslös].
D0,g är ämnets diffusivitet i luft [m2/d].
D0,w är ämnets diffusivitet i vatten [m2/d].
Den totala ”effektiva” diffusiviteten beräknas enligt:
De = Dgas + Dwater/H
Den mängd förorening som kan ta sig ut från det dränerande lagret,
Qhouse [mg/d] beräknas enligt modellen för radonhalt i hus (Åkerblom m.fl., 1990). Transporten av förorening in i huset ges av:
Halten av förorening inne i huset, Cia [mg/m3], bestäms av:
där:
La är läckage av markluft in i huset [m3/d].
Vhouse är husets inre volym [m3].
lhouse är luftomsättningen i huset [omsättning per dygn].
Med antagandet om att all förorening som diffunderar ut genom marken under huset läcker in i huset (Qground = Qhouse) kan koncentration i luften i det dränerande lagret elimineras från ekvationerna. Då erhålls ett uttryck för hur halten i porluft förhåller sig till halten inomhus, det vill säga ut- spädningsfaktorn till inomhusluft, DFia [dimensionslös]:
föRDElNiNg ocH TRANSpoRT AV föRoRENiNgAR 57
Utspädningsfaktorn kan variera beroende på jordart och djup till föro- reningen. Den främsta orsaken till den stora skillnaden i utspädnings- faktorer mellan olika jordarter är variationen i vattenhalt. Diffusion av förorening genom en jord med mycket vattenfyllda porer sker betydligt långsammare än om porerna huvudsakligen är luftfyllda.
Transportmodellen för spridning av ångor in i byggnader beräknar med de givna parametrarna en utspädningsfaktor på cirka 1/10 000 för ämnen med Henrys konstant större än 0,1. Eftersom förhållandet mellan halt i ångfas och halten i vattenfas varierar kraftigt mellan olika ämnen blir utspädningsfaktorn ämnesspecifik. För ämnen med låga värden på Henrys konstant (mindre än 0,001) blir utspädningen lägre, exempelvis pentaklorfenol får en utspädningsfaktor på 1/1300. Det låga värdet på Henrys konstant innebär dock att halterna i ångfas vanligen blir låga.
Transportmodellen för spridning av ångor in i byggnader beräknar bara transport av flyktiga ämnen från förorenad jord. I vissa fall kan flyktiga ämnen spridas med grundvattnet, vilket gör att ångor transporte- ras upp till markytan även om marken ovanför har låga föroreningshal- ter. Ett exempel är klorerade lösningsmedel som kan spridas med grund- vattnet och påverka andra fastigheter än den ursprungligen förorenade. tRANspORt AV åNGOR GeNOm mARKeN tILL UtOmHUsLUFt
4.3.2
För exponering av ångor utomhus uppskattas utspädningen med en en- kel transportmodell som bygger på arbete från Miljöstyrelsen i Danmark (Miljøstyrelsen, 1998). Principen är att föroreningen diffunderar ut från en yta med en hastighet Qground[mg/s].
där:
Af är ytan på det förorenade området [m2].
De är den effektiva diffusiviteten för ångor i jorden [m2/s].
Z är djupet till föroreningen från markytan [m].
Ca är koncentrationen i porluften [mg/m3].
Tabell 4.1. Givna para-
metrar och data för be- räkning av utspädnings- faktorer för inomhusluft
Husets inre volym, Vhouse [m3] 240
Inläckage av markluft, La [m3/d] 2,4 (0,1 m3/h)
Area husgrund, Ahouse [m2] 100
Luftomsättning i huset, Ihouse [d-1] 12 (0,5 h-1)
Diffusivitet i ren luft, D0,g [m2/d] 0,7 (8·10-6 m2/s)
Diffusivitet i rent vatten, D0,w [m2/d] 0,000086 (1·10-9 m2/s)
Lufthalt i jorden, θa [m3/m3]* 0,08
Jordens porositet, ε [m3/m3]* 0,4
Djup till förorening, Z [m] 0,35
Cground är koncentrationen i porluften vid markytan [mg/m3].
Vid markytan ger gränsskiktet till den strömmande luften också ett mot- stånd till transport som leder till att flödet [mg/s] kan beskrivas enligt:
där:
Csurf är koncentrationen i luften ovanför markytan [mg/m3].
kv är överföringskoefficienten för gränsskiktet vid ytan [m/s].
Om dessa ekvationer kombineras får man följande uttryck:
Vinden som blåser över ytan ger en utspädning inom en viss blandnings- höjd, h. Blandningshöjden beror av sträckan vinden blåser över, lv, och
kan uppskattas vara 0,08 · lv i vindriktningen. Koncentrationen omedel-
bart på läsidan av området (Coa) blir då:
där b är bredden på det förorenade området som vinden blåser över och
v är vindhastigheten. Transporten från området blir då koncentrationen
gånger tvärsnittsarean som luften rör sig genom vid kanten av på området:
Massbalans ger att Qin = Qout. Vidare gäller att Af = b · lv och dessutom antas att Csurf är mycket mindre än Ca, vilket ger:
Utspädningsfaktorn för utomhusluft, DFoa [dimensionslös], definieras som:
I transportmodellen för spridning av ångor till utomhusluft används vindhastigheten v = 1 m/s för förhållanden med svag vind. Djupet till för o- reningen antas vara Z = 0,35 m i de givna scenarierna. Parametern som styr avgången från markytan, kv har satts till 25 m/d (0,0003 m/s), vilket
föRDElNiNg ocH TRANSpoRT AV föRoRENiNgAR 59
motsvarar förhållandena för en plan yta vid den aktuella vindhastigheten. Antagandet att h = 0,08 lv gäller inte för obegränsade sträckor, men me- toden bedöms ge rimliga resultat för längder upp till cirka 100 meter.
Utspädningsfaktorn för utomhusluft är ämnesspecifik. För ämnen med låga värden på Henrys konstant (mindre än cirka 0,001) kan ämnet transporteras upp mot markytan i vattenfyllda porer vilket ger en lägre utspädningsfaktor. Exempelvis är utspädningsfaktorn till utomhusluft för PAH-H i det generella fallet cirka 1/2000. För vissa parameterkombina- tioner kan den beräknade utspädningsfaktorn vara lägre för utomhusluft än för inomhusluft. Eftersom låga utspädningsfaktorer uppkommer för ämnen som har mycket låg flyktighet (mycket låga värden på Henrys kon- stant), blir de halter som uppkommer i utomhusluft låga och denna expo- neringsväg har därför normalt underordnad betydelse för riktvärdet.