En undersökning av Storsjön och Lillsjön, särskilt när det gäller metaller

En undersökning av Storsjön och Lillsjön, särskilt när det gäller metaller

Ghadir Hamid

Storsjön, foto Ghadir Hamid

EXAMENSARBETE

Högskoleingenjörsexamen Kemiteknik

Titel: En undersökning av Storsjön och Lillsjön, särskilt när det gäller metaller

Engelsk titel: An investigation of the lakes Storsjön and Lillsjön,

especially in terms of metals

Sökord: Chemical analyses, metals, transport

Arbetsplats: KTH och Vallentuna

Handledare på

arbetsplatsen: Frida Hellblom, miljöinspektör i Vallentuna kommun Anton Mankesjö, miljöplanerare i Täby kommun

Handledare på

KTH: Olle Wahlberg

Student: Ghadir Hamid

Datum: 2018-12-09

Examinator: Lars Kloo

Sammanfattning

Storsjön och Lillsjön är två små sjöar vid Roslagsbanan nära Lindholmen.

Sjöarna tillsammans med omkringliggande våtmarksområde utgör ett fint naturområde.

Målet är att undersöka hur metaller påverkar sjöarnas miljö. pH är lågt (=6,7) och vattnet innehåller mycket organiskt material. Området påverkas starkt av omkringliggande vägar.

Klorid från vägsaltningen och metaller från bilarna transporteras genom området och lagras

delvis i sjöarnas sediment. Sedimenteringsdammar bör anläggas i tillrinnande vatten.

Summary

Storsjön and Lillsjön are two small lakes near Roslagsbanan and close to Lindholmen. The lakes together with the surrounding wetland makes a very nice natural park. The aim of this work is to investigate the impact of metals on the enviroment of the lakes. pH is very low (=6,7) and the water contains a lot of organic material. The area is seriously impacted by the nearby roads. Sodium cloride from road salt spread during the winter and metal ions from the cars are transported through this area and are partly stored in the sediments of the lakes.

Dams should be constructed in the incoming creeks for sedimentation of metal ions.

Förord

Det här examensarbetet har planerats av Olle Wahlberg. Det är ett samarbete mellan Aya Haider och Ghadir Hamid. Studenterna utför två självständiga examensarbeten med olika fokus. Aya Haider och Ghadir Hamid har båda undersökt Lillsjöns och Storsjöns miljötillstånd.

Aya undersökte näringsämnena i de båda sjöarna och Ghadir undersökte metallerna i Storsjön och Lillsjön.

Fältmätningar och laboratoriearbete har Aya och Ghadir gjort tillsammans under handledning av Olle Wahlberg. De undersökte sjöarna och bestämde pH, ledningsförmåga, vattnets färg, klorinitet, alkalinitet, CODMn samt Ptot och koncentrationerna av metallerna koppar, bly och krom med ICP-OES.

Mätningar av djupprofiler gjordes tillsammans från en båt, dvs temperaturen och

ledningsförmågan mättes vid varje 0,5 m från ytan till botten. Därefter har beräkningar och rapportskrivning utförts av studenterna var för sig. Mål och slutsatser är specifika för vart och ett av de två examensarbetena. Beräkningarna har beskrivits i detalj i bilagor.

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 8

1.1 Syfte ... 8

1.2 Mål ... 8

1.3 Avgränsningar ... 8

2 Bakgrund ... 9

2.1 Sveriges sjöar ... 9

2.2 Oligotrofa klarvattensjöar ... 9

2.3 Oligotrofa humösa sjöar ... 9

2.4 Eutrofa sjöar ... 10

2.5 Metaller ... 10

2.5.1 Koppar ... 10

2.5.2 Krom ... 11

2.5.3 Bly ... 11

3 Provtagning ... 12

4 Experiment ... 13

4.1 Alkalinitet ... 13

4.2 Klorinitet ... 13

4.3 Metaller ... 14

4.4 Sedimenten i Storsjön och Lillsjön ... 15

4.5 Uppskattning av fel ... 15

4.6 Djupprofiler ... 15

4.6.1 Djupprofiler för Storsjön ... 16

4.6.2 Djupprofiler för Lillsjön ... 17

5 Resultat ... 18

5.1 Resultat från fältmätningarna ... 18

5.2 Resultat från laboratoriemätningarna ... 19

5.2.1 Analyser av grundläggande parametrar ... 19

5.2.2 Observationer av proverna (okulär besiktning) ... 19

5.2.3 Metallkoncentrationer från ICP-mätningar ... 20

5.3 Lagrade metaller i sjöarna ... 20

5.3.1 Metaller i Storsjön ... 20

5.3.2 Metaller i Lillsjön ... 20

5.4 Transport av metaller ... 21

5.4.1 Transport av metaller till och från Storsjön ... 21

5.4.2 Transport av metaller till och från Lillsjön ... 21

5.5 Transport av klorid ... 22

5.5.1 Transport av NaCl till och från Storsjön ... 22

5.5.2 Transport av NaCl till och från Lillsjön ... 22

6 Diskussion ... 23

7 Slutsats ... 24

Referenser ... 25

Bilaga 1: Bilderna på provtagningsplatserna ... 26

Bilaga 2: Koordinaterna på provtagningsplatserna ... 28

Bilaga 3: Beräkningar av transport av metaller och NaCl ... 29

1 Inledning

Storsjön och Lillsjön är två sjöar i Vallentuna kommun nära Lindholmens stationssamhälle vid Roslagsbanan 35 km norr om Stockholm. De påverkas av bebyggelse och vägar samt av närliggande jordbruk. Sjöarna är små och utgör ett viktigt rekreationsområde.

1.1 Syfte

Syftet med detta examensarbete är att undersöka Storsjöns och Lillsjöns miljötillstånd, särskilt hur sjöarna påverkas av omgivande bebyggelse, vägar och jordbruk. Egna mätningar görs för att kartlägga vattnets aktuella miljötillstånd och undersöka vilka problem det finns samt ge ett förslag på hur man kan åtgärda dessa problem.

1.2 Mål

Målet med detta examensarbete är att ta reda på sjöarnas miljötillstånd och särskilt hur de påverkas av metaller som transporteras till sjöarna från omgivningen. Dessa sjöar är källsjöar i ett vattensystem, som rinner genom Stolp-Ekebysjön och vidare ut i Östersjön.

1.3 Avgränsningar

Arbetet begränsas till två exkursionsdagar och två dagars laboratoriearbete på KTH.

Fältmätningar begränsas till temperatur, pH och ledningsförmåga medan arbetet i laboratorium begränsas till mätningar av COD, klorinitet, alkalinitet samt

totalkoncentrationerna av koppar, krom och bly. Mätningarna görs i tillflöden, i utflöden och i sjöarna.

2 Bakgrund

2.1 Sveriges sjöar

Det finns 100 000 sjöar med en yta större än 1 hektar i Sverige. Dessutom finns ett stort antal mindre vattensamlingar. Sjöarna täcker 9 procent av Sveriges yta. Den sammanlagda längden av bäckar, åar och floder i Sverige är ca 6000 mil. Sveriges sjöar delas in i tre kategorier beroende på deras näringsinnehåll och produktionsförmåga. Oligotrofa klarvattensjöar, oligotrofa humösa sjöar och eutrofa sjöar, se tabell 1. Sjöarna som har undersökts i detta arbete är Storsjön och Lillsjön. Olika parametrar mättes för att undersöka Storsjön och Lillsjön. Storsjön har en area på 0,48 km² medan Lillsjön är betydligt mindre och har en area på 0,045 km². Båda sjöarna ligger i Vallentuna kommun. Storsjöns och Lillsjöns stränder består av vassområden och fuktlövskog samt av sankmarker [1][2][3][4].

2.2 Oligotrofa klarvattensjöar

En del oligotrofa klarvattensjöar är sprickdalssjöar. De är ofta mycket djupa. Stränderna består vanligen av block, berg, sten, morän och av ibland sand. Omgivningen av

sprickdalssjöar är ofta magra skogsmarker. Sprickdalssjöar är ibland näringsfattiga, vilket begränsar växt- och djurlivet. De har en mycket låg planktonproduktion. Rönningesjön i Täby är en sprickdalssjö, som har lerslätter omkring sig. Den har blivit övergödd genom stark påverkan av omgivningen[4].

2.3 Oligotrofa humösa sjöar

Oligotrofa humösa sjöar är grundare än sprickdalssjöar med djup på 3-10 meter. Vattnet, som rinner in i sjöarna, är surt och humusrikt eftersom det passerar igenom myr- och skogsmarker vilket brunfärgar vattnet. Surheten i humösa sjöar är naturlig och djur- och växtlivet i dessa sjöar har anpassat sig till dessa förhållanden. Eftersom humussjöarna är brunfärgade har ljuset svårt att tränga ner genom vattnet. Detta gör att mängden växtplankton blir liten vilket tvingar djurplankton att leva på bakterier istället. Bakterier däremot tar sin näring från humusämnen. Stora mängder av humusämnen fälls ut tillsammans med kalciumjoner till ett bottenslam, vilket gör att kalciuminnehållet i humussjöarna blir låg [4].

2.4 Eutrofa sjöar

Eutrofa sjöar kallas också lerslättsjöar och finns främst i dalgångar eller på slätter.

Lerslättsjöar är grunda med djup på 1-10 meter. Omgivningen av lerslättsjöar består vanligen av flacka marker med mycket lera. Leran är näringsrik och sjön är grund vilket leder till ett mycket produktivt ekosystem. Stränderna består ofta av vass och i vassarna finns växter som endast förekommer i näringsrika vatten, exempelvis jättegröe och bredkaveldun [4].

Eutrofa sjöar Oligotrofa

klarvattensjöar Oligotrofa humösa sjöar

Djup Medelstora – små

Relativt grunda (1-10 m). Stora – små Ofta djupa (20-50 m).

Små

Ofta grunda (3-10 m).

Omgivningen Ofta odlade marker med

långsluttande stränder. Morän, berghällar.

Stränder ofta branta. Ofta

myrmarker.

pH Hög Låg Låg

Alkanitet Hög Låg Låg

Botten Lera, gyttja. Sten, grus, gyttja. Dy.

Dominerande

plankton Växtplankton. Djurplankton. Djurplankton.

Produktion Hög, ofta algblomning Låg Låg

Tabell 1: Sjötypernas egenskaper [4]

2.5 Metaller

Metaller förekommer naturligt i berggrund, vatten och jord i varierande halter. Metallerna är livsviktiga för levande organismer, men människan har förorsakat ökande halter av metaller, vilket ger många problem. Metallerna kan inte brytas ned som andra näringsämnen, utan stannar kvar i miljön. De kan möjligen transporteras bort. Metallerna från den omgivande marken läcker sakta in i sjöar och vattendrag, vilket påverkar växter och djur. Hur människan och mijlön påverkas beror på vilka metaller som täcker in i sjön och och hur höga

koncentrationerna är [5].

2.5.1 Koppar

Koppar är ett grundämne, som förekommer naturligt i miljön. Metallen har en god ledningsförmåga för elektrisk ström och värme och är mycket användbar i tekniska konstruktioner. Påverkan av koppar på organismer är störst i närings- och humusfattiga vatten samt i mjuka vatten med lågt pH-värde. I låga koncentrationer är koppar ett

livsnödvändigt näringsämne men i höga koncentrationer är koppar ett gift. Utsläpp av koppar till luft och vatten sker främst från trafiken. Varje gång man bromsar bilen frigörs koppar. Till

vatten kommer också utsläpp från avloppsreningsverk samt industrier. I städerna påverkar utsläpp från koppartak och elektriska ledningar miljön [6].

2.5.2 Krom

Krom förekommer naturligt i miljön och är viktig för människan i låga koncentrationer. Högre halter av krom kan orsaka cancer, mutationer och reproduktionsstörningar. Krom används i rostfritt stål och för ytbehandling av metaller. Det används också i pigment och färger samt läderindustrin. Stora utsläpp av krom kommer från avloppsreningsverk, bilar och industrier [7].

2.5.3 Bly

Bly är giftigt för levande organismer. Bly kan ge nervsystemskador, speciellt för foster och små barn. Hos vuxna kan bly orsaka högt blodtryck samt hjärt- och kärlsjukdomar. Bly har minskat kraftigt i naturen sedan 90-talet då bly i bensin har ersatts av andra ämnen [8].

3 Provtagning

Provtagningen fördelades på två dagar. Den 18 april var den första provtagningsdagen, vädret var molnigt och regnigt. Lufttemperaturen var 10°C. Totalt togs nio prover från olika platser, vilka visas på kartan i figur 1 nedan. pH, konduktivitet och temperatur mättes på samtliga platser medan flödets storlek mättes där det fanns ett synbart flöde. Den andra provtagningsdagen var den 10 maj. Det var soligt och varmt. Bottenprov togs från både Storsjön och Lillsjön. Koordinater för provtagplatserna visas i bilaga 2. På en plats i varje sjö (provplatserna nummer 1 och nummer 8) mättes temperatur och ledningsförmåga för varje 0,5 m från ytan till botten. Bilder på provplatserna samt på provflaskorna visas i bilaga1.

Figur 1: karta över de 9 provplatserna den 18/4 2018

4 Experiment

Undersökningen innehåller två delar. Den första delen är en fältundersökning där pH,

ledningsförmåga, temperatur och vattenflöde mättes på plats. Prover togs på nio platser. De förvarades i PET-flaskor för att undersökas senare i laboratoriet. Den andra delen är en undersökning på ett laboratorium. På laboratoriet bestämdes alkalinitet, klorinitet, COD samt de totala koncentrationer av koppar, krom och bly.

4.1 Alkalinitet

Alkalinitet är ett mått, som anger hur vattnet reagerar med vätejoner utan att pH-värdet ändras (inom felgränserna). I naturen är vätekarbonatjoner viktigast för bufferförmågan [9].

Följande kemikalier och material användes för att bestämma alkaliniteten:

• HCl 10,77 mM

• Vattenprover

• Indikator, en blandindikator bestående av bromkresolgrönt och metylrött.

• Bägare

• Byrett

• E-kolv

Den kemiska reaktionen för processen är:

𝐻𝐶𝑂_!^!+ 𝐻^! → 𝐶𝑂_!+ 𝐻_!𝑂 (1)

Utförande

20,0 ml av ett vattenprov pipetterades till en E-kolv och därefter tillsattes två droppar blandindikator. Provet titrerades med 10,77mM HCl och ekvivalentpunkten nåddes när provets färg ändrades från grönt till svagt rosa. Alla nio prover titrerades på samma sätt.

Sedan beräknades alkaliniteten med hjälp av ekvation 1.

𝑐_!∗ 𝑣_! = 𝑐_! ∗ 𝑣_! 𝐸𝑘𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 1 𝑐_! = 𝐾𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑣 𝐻𝐶𝑙 [𝑚𝑀]

𝑣_! = 𝑇𝑖𝑙𝑙𝑠𝑎𝑡𝑡 𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 𝐻𝐶𝑙 [𝑚𝑙]

𝑐_! = 𝐾𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑒𝑛 𝑎𝑣 𝑣ä𝑡𝑒𝑘𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑎𝑡 𝑖 𝑝𝑟𝑜𝑣𝑙ö𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛 𝑣_! = 𝑉𝑜𝑙𝑦𝑚 𝑎𝑣 𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑡 [𝑚𝑙]

4.2 Klorinitet

Kloriniteten är koncentrationen av kloridjoner i vattnet. Kloridhalten bestämdes genom en titreringen med en silvernitratlösning. Kaliumkromat användes som indikator [9].

Följande kemikalier och material användes för att bestämma kloriniteten:

• 100.0 mM silvernitrat

• Vattenprover

• Kaliumkromat användes som indikator (enligt Mohr)

• Byrett

• E-kolv

De kemiska reaktionerna är:

𝐴𝑔_!"#$%%^! + 𝐶𝑙_!"#$%%^! → 𝐴𝑔𝐶𝑙 (𝑠) (2) 2𝐴𝑔ö!"#$%&''! + 𝐶𝑟𝑂_!^!!→ 𝐴𝑔_!𝐶𝑟𝑂_!(𝑠) (3)

Utförande

En byrett fylldes med 100,0 mM AgNO3. Sedan pipetterades 20,0 ml av provet till en E-kolv.

Tre droppar indikator tillsattes vattenprovet. Därefter tillsattes 100,0 mM silvernitratlösning från en byrett tills lösningens färg ändrades till röd. Den tillsatta volymen avlästes och kloridjonkoncentrationen beräknades.

Kloriniteten beräknades med hjälp av ekvation 2.

𝑐_!∗ 𝑣_! = 𝑐_! ∗ 𝑣_! 𝐸𝑘𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 2

𝑐_! = 𝐾𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑣 𝐴𝑔𝑁𝑂_! [mM]

𝑣_! = Volym av 𝐴𝑔𝑁𝑂_! [ml]

𝑐_! = Koncentrationen av kloridjoner i provlösningen 𝑣_! = 𝑉𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑛 𝑎𝑣 𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑡 [𝑚𝑙]

4.3 Metaller

Metallerna analyserades med metoden ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry). ICP-OES analyser görs med ett instrument, som mäter emissionsspektrum för att identifiera samt kvantitfiera de valda grundämnena[9].

Följande kemikalier och material användes för att bestämma den totala koncentration av metallerna:

• 2M HCl

• Vattenprover

• Bägare

• Värmeplatta

• Spruta

• 0,45 μm filter

Utförande

13 ml 2M HCl sattes till en bägare tillsammans med 13,00 ml vattenprov. Därefter kokades lösningen och späddes ut med destillerat vatten till 50,00 ml. Lösningen filtrerades sedan med ett 0,45 µm filter och fördes till en syradiskad behållare med lock. Analysen gjordes med ett ICP-OES instrument. Provet sprutades därvid in i ett argonplasma med temperaturen 8000⁰C och den emitterade strålningen mättes.

4.4 Sedimenten i Storsjön och Lillsjön

Två sedimentprov togs i samband med fältundersökningarna. Det ena från Storsjön och det andra från Lillsjön. Bottenslammet och bottenvattnet separerades genom sedimentering. I figur 2 visas de två proverna.

Figur 2: Sediment- och bottenvatten för Lillsjön och Storsjön

4.5 Uppskattning av fel

Felet vid mätningen av [Cl ^-] och i alkaliniteten uppskattas till en droppe (0,05 ml) vid

titreringarna. Felet i flödesmätningarna beräknades genom spridningen i mätvärdena. Felet i pH är ±0,2 enheter. Felet i temperaturen är ±0,5 °C. Felet i ledningsförmågan är 10%. Felet i COD uppskattades till ±1 droppe tillsatt kaliumpermanganat KMnO4. Det minsta antalet tillsatta droppar kaliumpermanganat för synbar ändring var 7 droppar. Detta ger felet 1/7 = 14% [9].

4.6 Djupprofiler

På ett ställe i Storsjön och på ett ställe i Lillsjön mättes ledningsförmågan och temperaturen vid olika djup, se figurerna 3-6.

4.6.1 Djupprofiler för Storsjön

Vattnet i Storsjön är väl omblandat och sjön är 2,0 meter djup. Vattentemperaturen är hög vid ytan sen sjunker ner mot botten. Ledningsförmågan är konstant inom försöksfelen. Den påverkas av vägsaltningen [9].

Figur 3 och 4: Djupprofiler för Storsjön

4.6.2 Djupprofiler för Lillsjön

I Lillsjön är vattnet skiktat i två delar vid två meters djup. Sjön är 2,5 meter djup.

Ledningsförmågan och temperaturen i det övre vattenskiktet är högst vid ytan och sjunker nedåt. I det undre skiktet minskar temperaturen mot botten, medan ledningsförmågan är minst vid botten [9].

Figur 5 och 6: Djupprofiler för Lillsjön

5 Resultat

Resultaten från fältstudierna och från mätningar på laboratoriet redovisas nedan. För varje resutattabell diskuteras resultatet kortfattat. Kapitel 6 ger en sammanfattande diskussion av resultaten.

5.1 Resultat från fältmätningarna

Resultaten från fältstudierna visas i tabell 2. Fältstudierna gjordes den 18 april 2018 och det var molnigt och lite regn. Temperaturen i luften var 10 °C. Mätningarna gjordes på 9 olika platser som visas i figur 1. Koordinaterna visas i tabell 13 i bilaga 2. I tabellen ses att pH är mycket lågt i utom i tre mätpunkter ( i nummer 4, 5 och 9). pH=6,7 är typiskt för våtmarken, som omger sjöarna medan pH = 7,3-7,7 är typisk för mark, som påverkas av lera.

nr Plats pH Vattnets temp

[°C] Ledningsförmåga

[mS/m] Flöde [l/s]

1 Storsjön 6,6±0,2 6,8±0,5 30±3 -

2 Bäck vid Veda hästgård 6,8±0,2 8,5±0,5 16±2 Obetydligt

3 Bäck vid Kullbacka 6,7±0,2 3,9±0,5 16±2 33±7

4 Bäck vid Vasavägen i

Lindholmen 7,3±0,2 7,2±0,5 62±7 1,6±0,2

5 Bäck mot Lillsjön i

Lindholmen 7,3±0,2 6,1±0,5 59±6 11±4

6 Å från Storsjön till

Lillsjön 6,6±0,2 6,9±0,5 25±3 205±16

7 Bäck till Storsjön på

Lindholmens gård 6,7±0,2 5,2±0,5 30±3 96±10

8 Lillsjön 6,6±0,2 7,7±0,5 25±3 -

9 Utlopp från Lillsjön 7,7±0,2 6,6±0,5 25±3 306±25

Tabell 2: mätningar i fält

5.2 Resultat från laboratoriemätningarna

I tabell 3 nedan visas resultatet av alkalinitet, COD och klorinitet, som mättes i laboratoriet på KTH. Alkaliniteten är anmärkningsvärt hög i två mätpunkter ( i punkterna nummer 3 och 5) medan alkaliniteterna i övriga punkter är normala för naturliga vatten. COD-värdena är mycket höga och typiska för humusrika vatten, vilket påverkar utfällning av metallerna. De binds till humusen och transporteras vidare. Kloridvärdena är förhöjda. Vägsalt, som sprids på vintern, transporteras genom sjöarna.

nr Plats Alkalinitet [mM] COD [mg/O2] Klorinitet [mM]

1 Storsjön 1,46±0,05 >14 1,10±0,05

2 Bäck vid Veda

hästgård 1,35±0,05 >14 1,50±0,05

3 Bäck vid Kullbacka 0,68±0,05 >14 1,50±0,05

4 Bäck vid Vasavägen i

Lindholmen 4,20±0,05 11,1±1,6 1,70±0,05

5 Bäck mot Lillsjön i

Lindholmen 3,13±0,05 13,7±1,9 1,30±0,05

6 Å från Storsjön till

Lillsjön 1,20±0,05 13,0±1,8 1,00±0,05

7 Bäck till Storsjön på

Lindholmens gård 1,69±0,05 13,0±1,8 0,55±0,05

8 Lillsjön 1,28±0,05 >14 1,20±0,05

9 Utlopp från Lillsjön 1,35±0,05 9,3±1,3 0,75±0,05 Tabell 3: mätningar i laboratoriet

5.2.2 Observationer av proverna (okulär besiktning)

De kolloidala partiklarna i proverna observerades med hjälp av ficklampa genom att lysa genom provflaskan. Lukt, färg, fällning och kolloider visas i tabell 4 nedan. Proverna innhåller partikulärt material.

Prov nr Lukt Färg Fällning Kolloider

1 Starkt lukt Starkt grå Lite fällning Mycket

2 Ingen lukt Svagt grå Lite fällning Obetydligt

3 Ingen lukt Starkt brun Lite fällning Mycket

4 Ingen lukt Färglös Ingen fällning Ganska lite

5 Ingen lukt Svagt brun Lite fällning Mycket

6 Ingen lukt Färglös Lite fällning Mycket

7 Ingen lukt Färglös Lite fällning Mycket

8 Ingen lukt Färglös Lite fällning Ganska lite

Tabell 4: observationer i laboratoriet

5.2.3 Metallkoncentrationer från ICP-mätningar

De totala halterna av krom, koppar och bly visas nedan i tabell 5. Halterna mättes med ICP- OES. Alla metallhalterna är mycket höga. Biltrafiken är en orsak till förhöjda metallhalter. En annan bidragande orsak kan vara atmosfäriskt nedfall.

Prov nr Krom [μg/l] Koppar [μg/l] Bly [μg/l]

1 13,9±1,5 29,6±2,7 14,2±7,7

2 5,1±0,4 14,6±6,2 8,1±1,2

3 5,0±3,0 15,8±2,0 6,5±2,3

4 3,5±1,2 10,8±1,2 4,6±2,0

5 3,1±1,2 10,0±1,2 9,2±4,6

6 4,6±2,3 18,9±1,9 1,5±0,8

7 5,0±3,1 15,4±0,8 5,4±2,7

8 4,2±0,8 11,6±0,4 5,8±2,7

9 4,6±0,3 10,4±0,8 7,7±3,9

Tabell 5: koncentrationerna av krom, koppar och bly

5.3 Lagrade metaller i sjöarna

Mängderna lagrade metaller beräknades från sedimentvolymen och

metallkoncentrationerna, se figur 2. Stora mängder metaller finns lagrade i sjöarna. Mängden metaller, som lagrats i sjöarna, är stor i förhållande till sjöarnas storlek.

5.3.1 Metaller i Storsjön

Krom [kg] Koppar [kg] Bly [kg]

Sediment 39±28 110±26 31±17

Vatten 13±3 28±6 12±6

Totalt 52±37 138±33 43±24

Tabell 6: Metaller i Storsjön 5.3.2 Metaller i Lillsjön

Krom [kg] Koppar [kg] Bly [kg]

Sediment 8±1 24±6 9±5

Ytvatten (ovanför 1,2m) 0,2±0,1 0,7±0,1 5±1

Bottenvatten (under 1,2m) 1,1±0,2 1,2±0,3 0,7±0,7

Totalt 9±2 26±7 15±8

Tabell 7: Metaller i Lillsjön

5.4 Transport av metaller

Transport av metaller beräknades ur vattenflödena och metallkoncentrationerna.

Beräkningarna redovisas i bilaga 3. Tabellerna visar att metallerna inte finns stabilt lagrade i sjöarna, utan lagringen förändras hela tiden genom transporter. Metallerna kommer från vägarna och möjligen genom atmosfäriskt nedfall, som nämnts tidigare. De hamnar till slut i Östersjön.

5.4.1 Transport av metaller till och från Storsjön

Plats Krom [kg/år] Koppar [kg/år] Bly [kg/år]

Bäck vid Kullbacka (3) +5,21±1,8 +16,4±5,7 +6,8±2,4 Bäck vid Vasavägen i

Lindholmen (4) +0,18±0,06 +0,55±0,19 +0,23±0,08

Bäck till Storsjön på

Lindholmens gård (7) +15,1±5,3 +47±16 +16,4±5,7

Å från Storsjön till Lillsjön

(6) -30±10* -122±43* -9,7±3,4*

Tabell 8: Transport av metaller till och från Storsjön. *Det negativa talet visar transport från sjön.

5.4.2 Transport av metaller till och från Lillsjön

Plats Krom [kg/år] Koppar [kg/år] Bly [kg/år]

Bäck mot Lillsjön i

Lindholmen (5) +1,1±0,4 +3,5±1,2 +3,2±1,1

Å från Storsjön till

Lillsjön (6) +30±10 +122±43 +9,7±3,4

Utlopp från Lillsjön (9) -44±16* -100±35* -74±26*

Tabell 9: Transport av metaller till och från Lillsjön. *Det negativa talet visar transport från sjön.

5.5 Transport av klorid

Kloridtransporterna beräknades från vattenflödena och kloridkoncentrationena.

Beräkningarna redovisas i bilaga 3. Den större delen av kloriden kommer från vägsaltningen.

Det finns mycket få svårlösliga klorider. Därför sedimenterar normalt inte klorid i naturliga vatten. Man brukar kalla kloridjonen för en konservativ jon, därför att den normalt passivt följer vattnets strömmar. Det betyder att kloriderna paserar rakt igenom sjöarna.

5.5.1 Transport av NaCl till och från Storsjön

Plats Kloridjoner [ton/år]

Bäck vid Kullbacka (3) +91±15

Bäck vid Vasavägen i Lindholmen (4) +5,0±0,8 Bäck till Storsjön på Lindholmens gård (7) +97±16 Å från Storsjön till Lillsjön (6) -378±60 Tabell 10: Transport av klorid till och från Storsjön

5.5.2 Transport av NaCl till och från Lillsjön

Plats (nr) Kloridjoner [ton/år]

Bäck mot Lillsjön i Lindholmen (5) +26±5 Å från Storsjön till Lillsjön (6) +378±60

Utlopp från Lillsjön (9) -423±68

Tabell 11: Transport av klorid till och från Lillsjön

6 Diskussion

I detta kapitel diskuteras översiktligt hela sjösystemet Storsjön och Lillsjön i Lindholmen.

Storsjön och Lillsjön är två små sjöar, som ligger nära stationssamhället Lindholmen vid Roslagsbanan norr om Stockholm. Sjöarna ligger i ett våtmarksområde med pH=6,7 vilket är lågt och typiskt för den sortens natur.

De uppmätta ledningsförmågevärdena är låga utom i två bäckar, som är förorenade.

Kloridvärdena är höga (se tabell 3), utom i en bäck på en stor åker (nr 7 i tabellen). De höga kloridvärdena indikerar påverkan av vägsalt, dvs NaCl. Stora mängder klorid kommer från vägarna och transporteras till Storsjön och till Lillsjön. Se tabellerna 10 och 11. Saltet transporteras sedan vidare till Stolp-Ekebysjön. Till slut hamnar salterna i Östersjön.

En stor mängd metaller transporteras också genom sjöarna och följer samma väg som kloriden, med skilladen att metallerna delvis sedimenterar i sjöarna. Se tabellerna 8 och 9.

Stora mängder metaller finns lagrade i sjöarna (se tabellerna 6 och 7). Koppar, krom och bly transporteras till en stor del genom sjöarna och vidare mot Stolp-Ekebysjön.

Ytvattnet i Storsjön innehåller märkningsvärt höga halter av metaller (se tabell 5).

En del sedimenterar i sjöarna och lagras i sedimenten (se tabellerna 6 och 7).

Borttransporten av bly från sjöarna är mycket stor (se tabell 9). Det tyder på att det finns bly lagrad sedan 1900-talet, då bly användes som en tillsats i bensin.

För att minska mängden metaller, som transporteras och delvis sedimenterar i sjöarna, bör sedimenteringsdammar anläggas i tillflöderna.

Att så mycket metaller transporteras genom sjöarna beror troligen på den stora mängden humusämnen och på det låga pH-värdet, vilket gör att ingen effektiv utfällning sker. För att göra utfällningsdammarna i inloppen effektivare kan krossad kalksten spridas i

sedimenteringsdammarna.

7 Slutsatser

Storsjön och Lillsjön påverkas av starkt av vägsalt och metaller från kringliggande vägar.

Området kring sjöarna är en stor våtmark med lågt pH (6,7) och den innehåller mycket organiskt material. Saltet och en del av metallerna transporteras genom sjöarna och vidare till Stolp-Ekebysjön. En del av metallerna lagras i sjöarnas bottnar.

Sedimenteringsdammar bör anläggas i tillflödena för att fälla ut metallerna innan de transporteras in i sjöarna för att på så sätt minska transporten av metallerna. Tillsats av krossad kalksten i dammarna kan höja pH-värdet och förbättra utfällningen av metaller.

Referenser

[1] Vatteninformationssystem Sverige, ”Storsjön”, Vallentuna kommun, 2017, [online]:

http://viss.lansstyrelsen.se/Waters.aspx?waterMSCD=WA63615285

[2] Vatteninformationssystem Sverige, ”Lillsjön”, Vallentuna kommun, 2017, [online]:

http://viss.lansstyrelsen.se/Waters.aspx?waterMSCD=WA47312612

[3] Länsstyrelsen Stockholm, ”Vallentuna kommun, värdebeskrivningar samt källförteckning”, beslut om utvidgat strandskydd för Vallentuna kommun, 2012.

[4] P. Skoog, Ekologi, ”kompendium i miljöskydd del 1”, 2000, ISBN: 9789163057298.

[5] Naturvårdsverket, ”metaller som miljögift”, senast uppdaterad 2018-02-07, [online]:

https://www.naturvardsverket.se/Sa-mar-miljon/Manniska/Miljogifter/Metaller/

[6] Naturvårdsverket, ”fakta om koppar”, senast uppdaterad 2018-08-28, [online]:

https://www.naturvardsverket.se/Sa-mar-miljon/Manniska/Miljogifter/Metaller/Koppar/

[7] Naturvårdsverket, ”utsläpp i siffror”, 2017, [online]:

http://utslappisiffror.naturvardsverket.se/Amnen/Tungmataller/Krom/

[8] Kemikalieinspektionen, ”varför är kvicksilver, kadmium, bly och deras föreningar utfasningsämnen?”, 2015, [online]:

https://www.kemi.se/prio-start/kriterier/prio-amnens-egenskaper/sarskilt-farliga-metaller

[9] O. Wahlberg, Handledare, Tillämpad fysikalisk kemi, KTH., Stockholm, 2018.

Bilaga 1: Bilderna på provtagningsplatserna

Bilderna nedan visar provtagningsplatserna.

1. Storsjön 2. Bäck vid Veda hästgård 3. Bäck vid Kullbacka

4. Bäck vid Vasavägen 5. Bäck mot Lillsjön 6. Å från Storsjön till I Lindholmen i Lindholmen Lillsjön

7. Bäck till Storsjön på 8. Lillsjön 9. Utlopp från Lillsjön Lindholmens gård

Provflaskorna

Bilaga 2: Koordinaterna på provtagningsplatserna

Koordinaterna för provtagningsplatserna för Storsjön och Lillsjön vid norr och öster.

Prov nr Plats Norr Öster

1 Storsjön 6608299 1620209

2 Bäck vid Veda hästgård 6607695 1630967

3 Bäck vid Kullbacka 6608610 1629802

4 Bäck vid Vasavägen i Lindholmen 6609158 1630330

5 Bäck mot Lillsjön i Lindholmen 6609237 1630468

6 Å från Storsjön till Lillsjön 6609369 1630819

7 Bäck till Storsjön på Lindholmens gård 6609570 1630806

8 Lillsjön 6609313 1632012

9 Utlopp från Lillsjön 6609846 1630657

Tabell 13

Bilaga 3: Beräkningar av transport av metaller och NaCl

Transport av metallerna beräknades med hjälp av ekvationen nedan. Flödet har enheten l/s och koncentrationen har enheten μg/l.

𝐹𝑙ö𝑑𝑒 𝑙

𝑠 ×𝑘𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 µg

𝑙 = µg 𝑠

Sedan omvandlas resultatet till kg/år med ekvationen nedan:

µg

𝑠 × 10^!!

3,17 × 10^!!= kg å𝑟

Beräkningarna av krom:

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 3 =33×5,0×10^!!

3,17 × 10^!! = 5,21 [𝑘𝑔 𝑘𝑟𝑜𝑚/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 4 =1,6×3,5×10^!!

3,17 × 10^!! = 0,18 [𝑘𝑔 𝑘𝑟𝑜𝑚/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 5 =11×3,1×10^!!

3,17 × 10^!! = 1,10 [𝑘𝑔 𝑘𝑟𝑜𝑚/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 6 =205×4,6×10^!!

3,17 × 10^!! = 29,7 [𝑘𝑔 𝑘𝑟𝑜𝑚/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 7 =96×5,0×10^!!

3,17 × 10^!! = 15,1 [𝑘𝑔 𝑘𝑟𝑜𝑚/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 9 =306×4,6×10^!!

3,17 × 10^!! = 44,4 [𝑘𝑔 𝑘𝑟𝑜𝑚/å𝑟]

Beräkningar av koppar:

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 3 =33×15,8×10^!!

3,17 × 10^!! = 16,4 [𝑘𝑔 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑎𝑟/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 4 =1,6×10,8×10^!!

3,17 × 10^!! = 0,55 [𝑘𝑔 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑎𝑟/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 5 =11×10,0×10^!!

3,17 × 10^!! = 3,50 [𝑘𝑔 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑎𝑟/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 6 =205×18,9×10^!!

3,17 × 10^!! = 122 [𝑘𝑔 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑎𝑟/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 7 =96×15,4×10^!!

3,17 × 10^!! = 46,6 [𝑘𝑔 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑎𝑟/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 9 =306×10,4×10^!!

3,17 × 10^!! = 100 [𝑘𝑔 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑎𝑟/å𝑟]

Beräkningar av bly:

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 3 =33×6,5×10^!!

3,17 × 10^!! = 6,8 [𝑘𝑔 𝑏𝑙𝑦/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 4 =1,6×4,6×10^!!

3,17 × 10^!! = 0,23 [𝑘𝑔 𝑏𝑙𝑦/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 5 =11×9,2×10^!!

3,17 × 10^!! = 3,19 [𝑘𝑔 𝑏𝑙𝑦/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 6 =205×1,5×10^!!

3,17 × 10^!! = 9,7 [𝑘𝑔 𝑏𝑙𝑦/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 7 =96×5,4×10^!!

3,17 × 10^!! = 16,4 [𝑘𝑔 𝑏𝑙𝑦/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 9 =306×7,7×10^!!

3,17 × 10^!! = 74 [𝑘𝑔 𝑏𝑙𝑦/å𝑟]

Transport av NaCl beräknades med hjälp av ekvationen nedan. Flödet har enheten l/s, NaCl koncentrationen har enheten mM och NaCl molvikt har enheten g/mol.

𝐹𝑙ö𝑑𝑒 𝑙

𝑠 ×𝑘𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 mmol

𝑙 ×𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑣𝑖𝑘𝑡 g

𝑚𝑜𝑙 = mg 𝑠

Sedan omvandlas resultatet till ton/år med ekvationen nedan:

mg

𝑠 × 10^!!

3,17 × 10^!!= ton å𝑟

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 3 =33×1,5×58,45×10^!!

3,17 × 10^!! = 91 [𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 4 =1,6×1,7×58,45×10^!!

3,17 × 10^!! = 5,0 [𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 5 =11×1,3×58,45×10^!!

3,17 × 10^!! = 26 [𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 6 =205×1,0×58,45×10^!!

3,17 × 10^!! = 378 [𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 7 =96×0,55×58,45×10^!!

3,17 × 10^!! = 97 [𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙/å𝑟]

𝑃𝑙𝑎𝑡𝑠 𝑛𝑢𝑚𝑚𝑒𝑟 9 =306×0,75×58,45×10^!!

3,17 × 10^!! = 423 [𝑡𝑜𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙/å𝑟]