Turingen
—
Etapp II
Isolering av kvicksilver- förorenade sediment
Remedial Project
—
Part II
Isolation of mercury contaminated sediment
Slutrapport 28 maj 2004 Nykvarns kommun
Stockholms län
Final Project Report May 28, 2004
Municipality of Nykvarn
Sweden
PROJEKT TURINGEN SLUTRAPPORT
LAKE TURINGEN REMEDIAL PROJECT
FINAL PROJECT REPORT
Förord Preface
Denna slutrapport beskriver ett av Sveriges största, mest omtalade och innovativa efter- behandlingsinsatser, Projekt Turingen i Ny- kvarns kommun. Rapporten tar upp både de problemställningar och lösningar som ut- gjorde kärnan i projektet, samt de många små steg som togs på den långa vägen mellan dessa ändpunkter.
Officiellt har projektet bedrivits mellan 1 feb- ruari 1998 och 31 januari 2004. Hela resan har dock varit betydligt längre än så. För- höjda kvicksilverhalter i fisk från Turingen noterades redan på 1960-talet, och röster höj- des redan då för någon form av sanering. Det dröjde dock till början av 1990-talet, då Na- turvårdsverket tillsatte en särskild arbets- grupp för sjön, innan det togs ett helhets- grepp om problematiken. Utan verkets kon- sekventa och helhjärtade stöd, samt utan pro- jektledaren Ronald Bergmans oförtröttliga arbete med att driva de tekniska, miljömäs- siga, ekonomiska och juridiska frågorna i alla tänkbara instanser, hade Projekt Turingen aldrig kommit till stånd.
Projektet är inte heller slut i och med denna slutrapportering. Uppföljning av de utförda arbetena kommer att fortsätta åtminstone till och med 2008.
Rapporten har huvudsakligen författats av Andrew Petsonk (WSP Environmental), Ro- nald Bergman (Nykvarns kommun), Per-Olof Jansson (Södertälje kommun), Anders Jo- hansson (ÅF-Cellpap) och Magnus Anders- son (ÅF-Energi och Miljö). Sten-Åke Carls- son (Vattenresurs AB), Gunnel Lindau (Ord
& Miljö) och Johan Persson (WSP) har bi- dragit med värdefulla synpunkter, texter osv.
Andrew Petsonk har även översatt allt mate- rial och fungerat som rapportens redaktör.
Stockholm och Nykvarn i maj 2004
This report describes one of Sweden’s largest, most well known and innovative remedial ac- tions, the Lake Turingen Remedial Project in the municipality of Nykvarn. It describes both the problems and solutions at the heart of the project as well as the many small steps along the path between these two endpoints.
Officially, the project was carried out between February 1, 1998 and January 31, 2004. Yet the actual journey was much longer. Already during the 1960’s, elevated levels of mercury were ob- served in fish from Lake Turingen; a clean up was called for at that time. However, it wasn’t until the 1990’s, when the Swedish Environ- mental Protection Agency established a special working group for the lake, that the problems were addressed in a comprehensive fashion.
Without the steadfast and wholehearted support of SEPA, and without project manager Ronald Bergman’s indefatigable efforts to resolve the technical, environmental, financial and legal issues at all levels, there never would have been a Lake Turingen Remedial Project.
Neither does the issuance of this report entail the end of the project. The effects of the reme- dial works will instead be followed up until at least 2008.
The main authors of this report were Andrew Petsonk (WSP Environmental), Ronald Berg- man (municipality of Nykvarn), Per-Olof Jans- son (municipality of Södertälje), Anders Jo- hansson (ÅF-Cellpap) and Magnus Andersson (ÅF-Energy and Environment). Sten-Åke Carls- son (Vattenresurs AB), Gunnel Lindau (Ord &
Miljö) and Johan Persson (WSP) contributed valuable comments, texts, etc. Andrew Petsonk also translated all the materials and edited the report.
Stockholm and Nykvarn in May 2004
PROJEKT TURINGEN SLUTRAPPORT
LAKE TURINGEN REMEDIAL PROJECT
FINAL PROJECT REPORT
Innehåll Contents
FÖRORD... 2
SAMMANFATTNING ... 5
INLEDNING... 10
BAKGRUND... 10
SYFTEN OCH MÅL... 13
METODIK... 13
FÖRBEREDELSER... 16
TURINGEÅN... 16
METODVAL... 16
Nollalternativ ... 16
Metoder som reducerar källtermen ... 17
Metoder som hindrar transport och exponering ... 17
Vald efterbehandlingsmetod ... 18
FÖRSTUDIER... 18
Ekologiska studier... 19
Skede 1... 19
Skede 2... 20
Andra studier ... 28
FINANSIERING... 29
ORGANISATION... 30
TIDSPLAN... 32
TILLSTÅND... 33
SKEDE 1: TRADITIONELL ÖVERTÄCKNING ... 35
PROJEKTERING OCH UPPHANDLING... 35
ETABLERING... 37
FÄRDIGSTÄLLANDE AV UTRUSTNING... 38
UTFÖRANDE... 38
Allmänt ... 38
Aktiviteter under 1999 ... 39
Aktiviteter under 2000 ... 41
Egenkontroll ... 43
AVVECKLING... 44
KONTROLL OCH BESIKTNINGAR... 44
RESULTAT... 49
SKEDE 2: TÄCKNING MED KONSTGJORT SEDIMENT... 52
PLANERING OCH UPPHANDLING... 52
ETABLERING... 54
FÄRDIGSTÄLLANDE AV UTRUSTNING... 55
UTFÖRANDE... 57
Förberedelser ... 57
PREFACE...2
EXECUTIVE SUMMARY...5
INTRODUCTION...10
BACKGROUND...10
OBJECTIVES AND GOALS...13
PROJECT METHODOLOGY...13
PREPARATIONS ...16
RIVER TURINGEN...16
METHOD SELECTION...16
No-action Alternative ...16
Methods that Reduce Source Term...17
Methods that Prevent Transport and Exposure...17
Selected Remedial Method...18
BACKGROUND STUDIES...18
Ecological studies...19
Stage 1 ...19
Stage 2 ...20
Other investigations...28
FINANCING...29
ORGANIZATION...30
SCHEDULING...32
PERMITTING...33
STAGE 1: CONVENTIONAL CAPPING...35
DESIGN AND PURCHASING...35
MOBILIZATION...37
COMPLETION OF EQUIPMENT...38
REALIZATION...38
General ...38
Activities during 1999 ...39
Activities during 2000 ...41
Self-monitoring...43
DEMOBILIZATION...44
MONITORING AND INSPECTIONS...44
RESULTS...49
STAGE 2: CAPPING WITH ARTIFICIAL SEDIMENT ...52
PLANNING AND PURCHASING...52
MOBILIZATION...54
COMPLETION OF EQUIPMENT...55
REALIZATION...57
Preparations ...57
Capping Plan and Instructions ...58
Innehåll Contents
Läggningsplan & körinstruktion ... 58
Utläggning ... 59
Egenkontroll ... 61
Dokumentation... 62
AVVECKLING... 62
KONTROLL OCH BESIKTNINGAR... 63
Kontrollmetoder... 65
Testfält 1 ... 65
Testfält 2 ... 67
Mellankontroll ... 68
Testfält 3, 4, 5 och 6 ... 69
Besiktningar... 72
Slutbesiktning ... 81
RESULTAT... 81
MILJÖKONTROLL... 85
KONTROLLPROGRAM... 85
KONTROLLRESULTAT... 90
Buller ... 90
Fallande sediment ... 91
Vatten... 92
Biota... 94
UTVÄRDERING OCH SLUTSATSER... 98
PROJEKTLEDNING... 98
JURIDISKA SPÖRSMÅL... 100
UNDERSÖKNINGAR & UTREDNINGAR... 101
PROJEKTERING & PLANNING... 101
Skede 1... 101
Skede 2... 102
UTFÖRANDE... 103
Skede 1... 103
Skede 2... 105
MILJÖKONTROLL... 110
UNDERLAGSRAPPORTER M.M... 113
Capping ...59
Self-monitoring...61
Documentation ...62
DEMOBILIZATION...62
MONITORING AND INSPECTIONS...63
Monitoring methods ...65
Test Area 1 ...65
Test Area 2 ...67
Intermediate Monitoring...68
Test Areas 3, 4, 5 and 6 ...69
Inspections...72
Final inspection ...81
RESULTS...81
ENVIRONMENTAL MONITORING ...85
MONITORING PROGRAM...85
MONITORING RESULTS...90
Noise...90
Falling sediment ...91
Water ...92
Biota ...94
EVALUATION & CONCLUSIONS ...98
PROJECT MANAGEMENT...98
LEGAL ISSUES...100
INVESTIGATIONS AND STUDIES...101
REMEDIAL DESIGN & PLANNING...101
Stage 1 ...101
Stage 2 ...102
REALIZATION...103
Stage 1 ...103
Stage 2 ...105
ENVIRONMENTAL MONITORING...110
STUDIES AND REPORTS ETC. ...113
PROJEKT TURINGEN SLUTRAPPORT
LAKE TURINGEN REMEDIAL PROJECT
FINAL PROJECT REPORT
Sammanfattning Executive summary
Sedimentbundet kvicksilver i sjön Turingen har sanerats med en världsunik metod. Ett konstgjort sediment har lagts som ett täcke över de förorenade bottensedimenten. ”Co- vermetoden” har visat sig vara ett ekono- miskt och miljömässigt intressant alternativ för efterbehandling av föroreningar i akva- tiska sediment.
Sjön Turingen i Nykvarn, tre mil från Stock- holm, var förorenad av kvicksilver. Kvick- silverutsläppen, som pågick 1946-1966, kom från ett pappersbruk vid Turingeån några kilometer uppströms Turingen. Verksam- heten upphörde 1971.
Turingen ingår i ett värdefullt sjösystem med Yngern uppströms som är av riksintresse för naturvården. Nedströms ligger Mälaren som är dricksvattentäkt för 1,5 miljoner männi- skor. Förhöjda – men successivt avtagande – kvicksilverhalter fanns genom hela å- och sjösystemet och även ut i Mälaren. Sam- manlagt fanns mellan 350 och 400 kilo kvicksilver bundet vid partiklar som framför allt spreds från de lättrörliga sedimenten vid Turingeåns mynning i sjön och andra grunda bottnar.
Bakgrundshalt av kvicksilver i opåverkade sjösediment är 0,05-0,1 mg/kg TS (torr sub- stans). I Turingen nådde halten som mest upp till 35 mg/kg TS. Fisken var otjänlig som föda och sjön ”svartlistades” 1968.
Mercury in Lake Turingen has been remediated with an internationally unique method. Artificial sediment was used to cap contaminated lake sediments. The ”Cover” method has been shown to be an economically and environment- ally viable alternative for remediation of sedi- ment-bound contaminants in aquatic systems.
Lake Turingen in Nykvarn, thirty kilometers from Stockholm, Sweden, was contaminated by mercury discharged between 1946 and 1966 from a paper mill along the Turinge River, a few miles upstream from the lake. The mill closed in 1971.
Lake Turingen is part of a valuable watershed.
Upstream lies Lake Yngern, nationally pro- tected for its pristine waters and other natural qualities. Downstream is Lake Mälaren, the source of drinking water for 1.5 million people.
Elevated levels of mercury could be found along a decreasing gradient through the entire river and lake system, and even in Lake Mälaren. Altogether, there were some 350 to 400 kilograms of mercury bound to particles that were mainly spread from the easily erode- able sediments near the mouth of the river in Lake Turingen and from other shallow lake bottoms.
Background levels of mercury in unaffected lake sediments are usually about 0.05-0.1 mg/kg dw (dry weight). In Lake Turingen, there were concentrations up to 35 mg/kg dw. Fish from the lake were deemed inedible and the lake was
”blacklisted” in 1968.
Målsättningen med Projekt Turingen var:
• att isolera 90-95 % av kvicksilverförrådet
• att reducera kvicksilverhalten i fisk till mindre än 0,5 mg/kg
The objectives of the Lake Turingen Remedial Project were:
• to isolate 90 to 95% of available mercury
• to reduce mercury concentrations in fish to
• att säkerställa biologisk mångfald i sys- temet
• att skapa större rekreationsvärden.
Som ett första steg sanerades Turingens till- flöde, Turingeån, under åren 1995-96.
Att muddra hela sjön hade krävt alltför stora tekniska och ekonomiska resurser. Projektet lade därför ned ett stort arbete på att hitta både ekonomiskt och miljömässigt goda al- ternativ. Resultatet blev att två olika tekniker valdes för saneringen av Turingen:
• Måttlig muddring följt av täckning av om- rådet närmast åmynningen. Genomfördes 1999-2000.
• Täckning av övrig förorenad sjöbotten med ett konstgjort sediment. Genom- fördes 2002-2003.
Teknikvalet föregicks även av ett stort antal studier med avseende på de ekologiska förhållandena i sjön, kravspecifikationer för olika typer av täckningsmaterial, hållbarhet och effektivitet av de valda lösningarna, osv.
less than 0.5 mg/kg
• to ensure biological diversity in the aquatic system
• to provide greater recreational values.
As a first step, Turinge River (which feeds Lake Turingen) was cleaned up during 1995–1996.
To dredge the entire lake would have required too great technical and financial resources. The project therefore concentrated on finding eco- nomically and environmentally acceptable al- ternatives. As a result, two different technolo- gies were selected for remediation of Lake Turingen:
• Limited dredging followed by capping of the area closest to the river mouth. Carried out during 1999 and 2000.
• Capping of remaining contaminated lake bottoms with artificial sediment. Carried out during 2002 and 2003.
Technology selection was preceded by a wide range of studies regarding ecological conditions in the lake, specifications for the different types of capping materials, durability and effective- ness of the selected solutions, etc.
Den största mängden kvicksilverhaltiga se- diment fanns i de lätteroderade områdena utanför åns mynning i sjön. Där var risken för spridning störst och därför var miljö- nyttan av denna insats stor.
Arbetsområdet spärrades av med två skydds- skärmar för att kvicksilvret inte skulle spridas under arbetet.
Efter vasslåtter grävmuddrades både en sträcka av åfåran ovanför åmynningen och en utloppskanal i sjön. Därutöver muddrades även delar av en intilliggande vik. Samtliga muddermassor placerades i denna viks västra del och täcktes med geotextil och ett lager mosand. Totalt muddrades cirka 20 % av ytan i mynningsområdet.
Merparten av mynningsområdet, totalt cirka 4 hektar, täcktes av en hållfast vävd geotextil, mosand samt krossgrus. Arbetet utfördes med grävmaskiner, dels från land, dels från flyt-
The largest quantity of mercury-contaminated sediments was located in easily eroded areas outside the mouth of the river. There, the risk of further spreading was greatest and the corre- sponding environmental benefits of remediation would be maximized.
Two geotextile silt screens were used to inhibit the possible spread of mercury during the work.
After harvesting of reeds, the final reach of the river and a channel outside the river’s mouth in the lake were dredged. Part of an adjacent bay was also dredged. Dredge spoils were placed along the western shore of the bay and capped with a geotextile and a layer of fine sand. In all, about 20% of the area outside the mouth of the river was dredged.
Four hectares, i.e. almost all of the southern end of the lake, was then capped with a strong, woven geotextile, fine sand and crushed rock.
This work was done by long-armed power
ande arbetsplattformar.
Arbetet gick i stort sett planenligt och kunde genomföras utan ytterligare spridning av kvicksilver. De båda skyddsskärmarna höll tätt. Cirka 95 % av det tillgängliga kvick- silvret isolerades. Mätningar visar att kvick- silverhalten i nybildat sediment i sjön minsk- ade avsevärt efter dessa åtgärder.
shovels working either from land or from float- ing platforms.
Remedial work proceeded according to plan and was completed without causing the spread of additional mercury. Both silt screens performed well. About 95% of available mercury was iso- lated. Measurements have shown greatly de- creased levels of mercury in newly formed sediments subsequent to this work.
”Covermetoden”, den teknik som användes för resten av sjön, hade aldrig tidigare an- vänts för att täcka sediment. Målet var att täcka 80 % av sjöns bottenyta med ett i ge- nomsnitt fyra centimeter tjockt nyskapat se- dimentlager. Därigenom skulle fortsatt sprid- ning av kvicksilver hindras.
Det konstgjorda sedimentet skapades genom att blanda aluminiumklorid och lut som bildar fasta partikelflockar av aluminium- hydroxid. Sand och fiber tillsattes för att få materialet att sedimentera snabbt och bindas samman. Den kemiska reaktionsformeln är:
The ”Cover” method, which was used for the rest of the lake, had never before been used for capping sediments. The goal was to cap 80% of the lake’s bottom area with an on average four centimeter thick layer of newly created sedi- ment. In this way, the continued spread of mer- cury would be stopped.
To create the artificial sediment, aluminum chloride was mixed with lye to produce solid particle flocks of aluminum hydroxide. Sand and cellulose fibers were added to bind the ma- terial together and make it sediment faster. The chemical reaction formula is:
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3Na+ + 3Cl- Metoden är patenterad av Vattenresurs AB
och tog närmare tio år från idé till fullskalig lösning. Det krävdes ett hundratal labora- torieförsök och en rad fältförsök. Både för- söken och den efterföljande produktionslägg- ningen följdes upp med ett omfattande mät- och provtagningsprogram.
För att genomföra utläggningen av sedi- mentet konstruerade och monterade Vatten- resurs AB en specialfarkost. Den färdiga ut- läggaren vägde 90 ton och kunde lasta 60 ton råvaror. På farkosten processades de ingå- ende råvarorna. Blandningen doserades ge- nom slangar till munstycken på en ramp där den slutliga reaktionen skedde. Rampen drogs genom vattnet några meter över bott- nen och fällningen ”snöade” ner mot de föro- renade sedimenten.
Utläggningen gjordes utefter ett 50-tal kör- linjer enligt en läggningsplan. Det krävdes ett flertal överfarter för att nå rätt täcknings- tjocklek. En körinstruktion preciserade ge- nomförandet: hastigheten vid olika vatten-
The method has been patented by Vattenresurs AB and took almost ten years to develop from idea to full-scale solution. It required more than one hundred laboratory tests and a number of field tests. A wide-ranging program of meas- urements and sampling was used to monitor both the tests and the actual production of sedi- ment that followed.
In order to produce and place the sediment, Vattenresurs AB designed and built a special floating delivery unit with a 150-ton displace- ment, of which 60 was raw materials. These were processed onboard the unit. The mixture was fed via hoses to boom-mounted nozzles where the final reaction took place. The boom was pulled through the water a few meters over the bottom and the precipitate fell like ”snow”
over the contaminated sediments.
Sediment placement was carried out along 50 or so ”lanes” in accordance with a capping plan. It took several passages to attain proper layer thickness. Capping instructions regulated sedi- ment placement: speed, boom height over bot-
djup, bommens höjd över bottnen, arbetssätt vid olika vädertyper, osv.
Planenligt har 80 % av bottnen i den 100 ha stora sjön täckts med det konstgjorda sedi- mentet. Önskad tjocklek på täckningen har i huvudsak nåtts. På flera ställen i sjöns djup- are delar har dock det konstgjorda sedimentet blandats med de naturliga sedimenten. Or- saken verkar vara den gasbildning som tidvis förekommer i dessa bottnar.
Mätningar av halten totalkvicksilver i vattnet nära sjöbottnen visar en tydlig minskning som sannolikt är ett resultat av det konst- gjorda sedimentet. Detta har även bundit fos- for vilket gjorde att vattnet under 2003 blev klarare och siktdjupet större.
Det är ännu för tidigt att påvisa minskade halter av kvicksilver hos sjölevande djur, t.ex. zooplankton och fisk. Projektet genom- för därför en långsiktig uppföljning fram till 2008.
Projekt Turingen har visat att ”Covermetod- en” kan fungera som saneringsmetod för vattenområden med kvicksilverförorenade sediment. En sådan sanering har aldrig tidi- gare gjorts vare sig i Sverige eller interna- tionellt. Turingenprojektet har visat att det går. Därmed har projektet tillfört ny och vik- tig kunskap för efterbehandling av föro- renade sediment.
De vanligaste metoderna för efterbehandling har hittills varit muddring eller tung täckning.
”Covermetoden” är ett billigare och miljö- mässigt lika intressant alternativ. Att muddra hela Turingen, och lägga massorna på en godkänd deponi, skulle ha kostat minst det fyrdubbla.
”Covermetoden” kan säkert användas även för sanering av sediment förorenade med andra tungmetaller eller organiska förening- ar. Projekt Turingens arbete borde därför kunna generera miljönytta på andra håll i Sverige och även i andra länder.
Till och med 31 januari 2004 har projekt kostat ca 56,4 miljoner kronor. Utgifter med ca 1,4 miljoner kronor återstod efter detta
tom and rules for various weather conditions.
In accordance with plans, 80% of the bottoms in the 100 ha lake were capped with artificial sedi- ment. The desired cap thickness has been more or less achieved. However, in some of the deeper areas of the lake, the artificial sediment has been mixed with the natural sediments. This seems to be due to the periodic production of gas in these areas.
Measured concentrations of total mercury in water close to the lake bottom have decreased significantly, which is probably a direct result of the artificial sediment. As well, phosphorous has also been bound to these sediments, which during 2003 made the water clearer and in- creased the depth of sunlight penetration.
It is still too early to establish reductions in mercury levels in aquatic fauna, e.g. zooplank- ton and fish. The project will therefore carry out a long-term monitoring program until 2008.
The Lake Turingen Remedial Project has dem- onstrated that the ”Cover” method can be used successfully for remediation of mercury con- taminated sediments. This kind of clean up has never before been carried out, in Sweden or abroad. The Turingen Project has shown it can be done, thus providing new, important know- ledge for remediation of contaminated sedi- ments.
Up until now, the most common methods of remediation have been dredging or capping with heavy materials. The ”Cover” method is a less expensive and environmentally sound alterna- tive. To dredge all of Lake Turingen, and de- posit the spoils at an approved landfill, would have cost four times as much.
There is no reason that the ”Cover” method couldn’t also be used to remediate sediments contaminated with other heavy metals or or- ganic compounds. In this way, results from the Lake Turingen Remedial Project can surely generate environmental benefits in other parts of Sweden and in other countries.
Through January 31, 2004, the project had cost 56.4 million Swedish kronor. Additional costs of approx. 1.4 million kronor remained after
datum. Projektet har finansierats av Natur- vårdsverket, Länsstyrelsen i Stockholms län, Europeiska Kommissionen (Life Environ- ment) samt Stockholms läns landstings miljö- vårdsfond och Södertälje kommun. Huvud- man var Nykvarns kommun.
Samtliga arbeten har utförts i enlighet med villkoren i projektets tillstånd enligt Vatten- lagen och Miljöbalken samt i nära samråd med tillsynsmyndigheten, länsstyrelsen i Stockholms län.
that date. The project was financed by the Swedish Environmental Protection Agency, the County Administrative Board of Stockholm, the European Commission (Life Environment), the Stockholm County Environmental Fund and the municipality of Södertälje. Management was provided by the municipality of Nykvarn.
All work was done in accordance with the pro- ject’s permit conditions under the Water Law and the Environmental Code, and in close consultation with the enforcement agency, the Stockholm County Administrative Board.
PROJEKT TURINGEN SLUTRAPPORT
LAKE TURINGEN REMEDIAL PROJECT
FINAL PROJECT REPORT
Inledning Introduction
Bakgrund
Bottensediment i sjön Turingen i Nykvarns kommun var förorenade med kvicksilver som mellan 1946 och 1966 släpptes ut från det uppströms belägna pappersbruket i Nykvarn.
Även om användningen av kvicksilver upp- hörde 1966 kvarstod under många år sekun- dära utsläpp från de ca 350-400 kg kvick- silver som hade ansamlats i sjö- och åsedi- ment. Dessa fortsatte att orsaka skador på ekosystemet i sjön. Fisk därifrån kunde inte konsumeras. Utsläppen hotade även utbytet av rörliga akvatiska arter mellan Mälaren nedströms och den riksunika sjön Yngern uppströms Turingen. Om inget hade gjorts skulle de fortsatta utsläppen även ha hotat närbelägna delar av Mälaren, Storstockholms viktigaste dricksvattentäkt.
Background
Bottom sediments in Lake Turingen in the municipality of Nykvarn, Sweden were contam- inated with mercury released between 1946 and 1966 from a paper mill located upriver in the town of Nykvarn. Although use of mercury was discontinued in 1966, secondary releases occurred for years from the 350 to 400 kg of mercury that had accumulated in lake and river sediments. This caused dislocations in the eco- system of the lake and rendered fish unfit for human consumption. As well, the releases posed a threat to the exchange of migratory aquatic species between Lake Mälaren down- stream and the nationally unique Lake Yngern upstream of Lake Turingen. If nothing had been done, the situation even threatened nearby areas of Lake Mälaren, the most important source of drinking water for Stockholm.
Figur 1. Turingens geografiska läge, efter Bergman och Petsonk [1997].
Figure 1. Location of Lake Turingen, from Bergman and Petsonk [1997].
Omkring 225 000 m3 av sjöns sediment var kontaminerade. Kvicksilverhalterna i ytliga sediment låg mellan 35 mg/kg TS i södra de- len av sjön (närmast inloppet från Turingeån)
About 225,000 m3 of lake sediment were con- taminated. Mercury concentrations in surficial sediments varied from 35 mg/kg dw at the southern end of the lake (near the inflow from
och ca 2 mg/kg TS i norr. Dessa värden kan jämföras med halterna i opåverkade sediment som ofta ligger under 0,1 mg/kg TS. Kvick- silverhalterna i gäddor hade också varit kraf- tigt förhöjda och mer eller mindre konstanta under mer än 35 år, ca 2 mg/kg muskelmassa.
Turingen, som har ett medeldjup av 5,2 m och en omsättningstid på knappt 150 dygn, var dessutom starkt eutrofierad av bl.a. närbelägna jordbruksmarker samt tidigare tillskott av både kommunalt och industriellt avloppsvatten, vilka avlopp upphörde i slutet av 1970-talet.
Meili [1998] utförde en omfattande studie av hela Turingeå-systemet. Han observerade bl.a.
att kvicksilvret var företrädesvis bundet till organiska partiklar och att det fanns en god överensstämmelse mellan föroreningsgraden i sjösedimentens organiska fraktion och föro- reningsgraden i sjöns biota. Nettoomsätt- ningen av Hg i sjön uppskattades till ca 1,5 kg/år, varav merparten härstammade från re- suspension av förorenade partiklar i området närmast inloppet från Turingeån (se Figur 2).
Partiklarna återsedimenterade, främst på ac- kumulationsbottnar, längre bort från åmyn- ningen.
Turinge River) to about 2 mg/kg dw at the north end. These values can be compared to concentrations in unpolluted sediments, which are often less than 0.1 mg/kg dw. Mercury concentrations in pike had also been elevated and more or less constant – for more than 35 years, about 2 mg/kg muscle.
Lake Turingen has an average depth of 5.2 m and a turnover time of less than 150 days. It was also very eutrophied due to the effects of nearby farmlands and previous discharges of both municipal and industrial wastewaters (the latter ceased at the end of the 1970’s).
Meili [1998] performed a wide-ranging study of the Turinge River system. Among other things, he noted that mercury was mostly asso- ciated with organic particles and that the de- gree of contamination in the organic fraction of lake sediment could be correlated to the de- gree of contamination in the lake’s biota. The net mercury flux in the lake was estimated to be 1.5 kg/year, of which the greater portion was derived from resuspension of contami- nated particles from an area close to the inflow from Turinge River (see Figure 2). These par- ticles resedimented, mainly on accumulation bottoms farther away from the river mouth.
Turingeån
Turinge River Övriga sjön
Rest of lake Utflödet Outlet
Vassar Reed areas
Ackum-bottnar Accum-bottoms Transportbottnar Transport bottoms Erosionsbottnar Erosion bottoms
0.3
0.01
1.5 0.1 0.9
0.02 0 0.35 Mynnings- området River mouth
Figur 2. Nettoflöden av Hg (kg/år) för olika delar av Turingen, data från Meili [1998].
Figure 2. Net mercury fluxes (kg/year) for different parts of Lake Turingen. Data from Meili [1998].
Det mesta tydde således att transport av resus- penderade, kvicksilverbemängda organiska partiklar orsakade de fortsatta störningarna i sjön. Jakten på lämpliga åtgärder inriktades därför på metoder för omhändertagande alter- nativt fastläggning av sådana partiklar. Meili upprättade prognoser över vilka effekter ett antal tänkbara efterbehandlingsåtgärder kunde förväntas ha. Resultaten visade att åtgärder i mynningsområdet skulle ha störst effekt, efter- som sjösedimenten i detta område innehåller nästan hälften av all Hg i sjön, samt att just dessa sediment ger det största bidraget till den pågående föroreningsspridningen. Meili’s prognoser hade stor betydelse för utform- ningen av åtgärderna mot kvicksilver i Tu- ringen (Figur 3).
Everything seemed to indicate that it was re- suspended, mercury-contaminated particles that caused the ongoing problems in the lake.
The search for appropriate remedial methods therefore came to focus on techniques for re- moval or stabilization of such particles. Meili modeled various remedial scenarios and pre- dicted the effects that different actions could be expected to have. Results indicated that remediation of the area outside the mouth of the river would have the greatest effect, since sediments in this area contained almost half of all mercury in the lake, and since it was these sediments that contributed most to the ongoing spread of contamination. Meili’s predictions were extremely important for the overall de- sign of the remediation program for mercury in Lake Turingen (Figure 3).
Sediment i mynningsområdet 1 Sediment outside mouth of river
Profundalsediment > 5 m 2 Profundal sediment > 5 m
Littoralsediment 3 Littoral sediment
Vatten 4 Water
År / Year
Figur 3. Meili’s [1998] prognos för tillgänglig mängd Hg i olika medier enligt det åtgärds- scenariot som har tillämpats för sjön Turingen.
Figure 3. Meili’s [1998] predictions for available amounts of mercury in different media according to the remedial scenario used for Lake Turingen.
Syften och mål
Projekt Turingen startades för att ta itu med de ovan beskrivna problemen. Huvudsyftet med projektet var att isolera mellan 90 och 95 % av kvicksilverförrådet i sediment i Turingeån och sjön Turingen från den akvatiska miljön och, därmed, på ett kostnadseffektivt sätt:
• Reducera kvicksilverhalter i fisk till en nivå som inte hindrar att fisken används som föda
• Förhindra utsläpp från Turingen som kan försämra vattenkvaliteten i Mälaren, huvudkällan till Stockholms dricksvatten
• Möjliggöra ett obehindrat genetiskt utbyte och därmed ett säkerställande av den bio- logiska mångfalden i vattensystemet mellan Yngern och Mälaren
• Bidra till större frihet vid användning av Turingen för rekreationsändamål.
Dessa syften skulle nås genom ett antal efter- behandlingsåtgärder vars huvudsakliga mål var att:
• Stoppa den resuspension av kvicksilver- förorenade sediment i Turingen och Tur- ingeån som hade orsakat förhöjda halter av kvicksilver i fisk och andra arter;
• Bygga upp beständiga barriärer mellan de förorenade sedimenten och vattenmassan i sjön och ån; samt
• Skapa en ny, frisk sjöbotten som snabbt kunde återkoloniseras av bottenlevande djur.
Objectives and Goals
The Lake Turingen Remedial Project was formed to deal with the problems described above. The primary objective of the project was to isolate between 90 and 95% of the mercury-contaminated sediments in the lake and river from the aquatic environment, thereby cost effectively
• Reducing mercury concentrations in fish to a level which does not inhibit human con- sumption
• Hindering transport of contaminants from Lake Turingen that can affect water quality in Lake Mälaren, which is Stockholm’s drinking water source
• Enabling an unimpeded exchange of ge- netic material and thereby ensuring bio- logical diversity in the aquatic system be- tween Lake Yngern and Lake Mälaren
• Allowing greater freedom to use Lake Tur- ingen for recreational purposes.
These objectives were to be reached through a series of remedial actions whose primary goals were to:
• Stop the resuspension of mercury contami- nated sediments which occurred in Lake Turingen and the River Turingen and led to elevated levels of mercury in fish and other species;
• Construct durable barriers between the mercury contaminated sediments and the waters of the lake and river; and
• Create a new, healthy lake bottom that could be rapidly recolonized by bottom fauna.
Metodik
För att uppnå målen och därmed uppfylla pro- jektets övergripande syften har efterbehand- lingsåtgärderna delats in i tre etapper:
åsanering, sjösanering och uppföljning (lång- tidskontroll), se Figur 4. Denna rapport om- fattar endast Etapp II.
Områdena som påverkades av de olika efter- behandlingsåtgärderna redovisas i Figur 5.
Project Methodology
In order to attain the goals and thereby fulfill the overall objectives, remediation activities were organized into three parts: river remedia- tion, lake remediation and follow-up (long- term monitoring), see Figure 4. This report is only concerned with Part II.
The areas affected by the various remedial actions are shown in Figure 5.
Åtgärdsfas 0 Remediation Phase 0 Etapp I - Åsanering
Part I - River remediation 1995–
1998
Nya åfåror för att kringgå två sedimentfyllda dammar New river channels to bypass two
sediment-filled reservoirs Utvärderingsfas 0 Evaluation Phase 0
Referensfas 1 Reference Phase 1
Åtgärdsfas 1a Remediation Phase 1a
Utvärderingsfas 1a Evaluation Phase 1a
Åtgärdsfas 1b Remediation Phase 1b 1998–
2001
Skede 1 - Muddring nära åmynningen och deponering i sjön
Stage 1 - Dredging, disposal and capping near river mouth
Utvärderingsfas 1b Evaluation Phase 1b
Referensfas 2 Reference Phase 2 Etapp II - Sjösanering
Part II - Lake remediation
2001–
2003
Skede 2 - Täckning av transport- och ackumulationsbottnar med
konstgjort sediment Stage 2 - Capping of transport and accumulation bottoms with
artificial sediment
Åtgärdsfas 2 Remediation Phase 2 Etapp III - Uppföljning
Part III - Follow-up
2004- 2008
Långtidskontroll Long-term monitoring
Utvärderingsfas 3 Evaluation Phase 3 Figur 4. Projektets olika faser.
Figure 4. Project phases.
Åtgärderna i Turingeån (Etapp I) utfördes 1995 då nya åfåror anlades som leder vattnet förbi två dammar fyllda med kvicksilverföro- renade sediment. På detta sätt isolerades betydelsefulla kvicksilveransamlingar från den akvatiska miljön. Detta innebar en väsentlig minskning av den kvicksilvermängd som var i omlopp i vattensystemet uppströms Turingen.
Efterbehandling av förorenade sediment i den 100 ha stora sjön gjordes i Etapp II av pro- jektet. Arbetena, som utfördes i två skeden mellan 1998 och 2003. Skede 1 omfattade:
• Muddring av förorenade sediment från den sista åsträckan före sjön samt från området direkt utanför åmynningen i södra delen av sjön. Muddermassorna deponerades under vatten i ett grunt, vasstäckt område nära åmynningen.
• Muddring av rotfilt och sediment från vissa vassområden i närheten av åmynningen.
Dessa muddermassor deponerades på samma grunda, vasstäckta områden som de andra muddermassorna.
• Mudderdeponin täcktes över med en geo- textil och ett skyddslager med lämpliga
Remedial works in the river (Part I) were car- ried out during 1995 and entailed construction of new channels to lead flow past two reser- voirs filled with contaminated sediments. In this way, important deposits of mercury were isolated from the aquatic system. This signifi- cantly reduced the amount of mercury in cir- culation upriver of the lake.
Remediation of contaminated sediments in the 100 ha lake was done in Part II of the project, which was carried out in two stages from 1998 to 2003. Stage 1 entailed:
• Dredging of contaminated sediments from the final reaches of the river channel and from a section of the lake just outside the mouth of the river. Dredge spoils were re- deposited in a shallow, reed-filled area near the river mouth.
• Dredging of certain shallow areas of the lake near the mouth of the river that were largely overgrown with vegetation. Spoils from these operations were redeposited in the same shallow, reed-filled areas as other dredge spoils.
• Capping of the redisposal site with a geo-
rena naturmassor. På så sätt skapades ett nytt landområde.
• Övertäckning av merparten av sjöns botten i närheten av åmynningen med en geotextil och ett eller två lager av lämpliga rena naturmassor.
textile and a barrier of suitable clean natu- ral materials, thus creating a new area of land.
• Capping of most of the lake bottom near the river mouth with a geotextile and a sin- gle or double layer of suitable clean natural materials.
Figur 5. Områden i Turingeåsystemet där efterbehandlingsåtgärder har utförts.
Figure 5. Areas of the Turinge River system encompassed by remedial actions.
Etapp II Skede 2 – täckning med konstgjort sediment Part II Stage 2 – capping with artificial sediment
Etapp II Skede 1 – muddring och deponering i mynningsområdet Part II Stage 1 – dredging and disposal near river mouth
Etapp I – nya åfåror kring dammar vid Ströpsta (A) och Vidbynäs (B) Part I – new river chan-
nels around reservoirs at Ströpsta (A) and Vidbynäs (B)
B
A
4
Skede 2 av sjösaneringen omfattade en huvud- saklig aktivitet:
• Övertäckning av sjöns övriga ackumula- tions- och transportbottnar med konstgjort sediment.
Ett omfattande miljökontrollprogram använ- des, och används fortfarande, för att övervaka och utvärdera efterbehandlingsåtgärderna. Pro- grammet kommer att fortsätta under uppfölj- ningsfasen (Etapp III).
Stage 2 of lake remediation was comprised of one primary activity:
• Capping of remaining accumulation and transport lake bottoms with artificial sedi- ment.
An extensive environmental monitoring pro- gram has and is being used for supervision and evaluation of all remediation activities. It will continue during the long-term evaluation phase (Part III).
Förberedelser
Turingeån
Miljökontroll, som utfördes mellan 1995 och 1998, visade att åsaneringen (Etapp I av pro- jektet) föranledde en ca 95 %-ig minskning av mängden kvicksilver i omlopp i ån uppströms Turingen [Huononen 1996a, 1996b och 1997a]. Prov som togs under projektets andra etapp (Meili [2000], Meili et al [2001], Pet- sonk [2001a, 2002, 2003]) visade dock att ån fortfarande tillförde mätbara mängder kvick- silver till åvattnet. En trolig orsak var erosion av små kvarvarande fickor med förorenade sediment. Även om det förutspåddes att effekten långsamt skulle avta [Meili, 1998]
hade endast små förändringar hittills obser- verats.
Preparations
River Turingen
As shown by monitoring carried out from 1995 to 1998, river remediation (Part I of the project) led to an approximately 95% reduc- tion of the amount of mercury in circulation in the river system upriver of Lake Turingen [Huononen 1996a, 1996b and 1997a]. How- ever, samples taken during Part II of the pro- ject (Meili [2000], Meili et al [2001], Petsonk [2001a, 2002, 2003]) showed that the river still contributed measurable quantities of mer- cury to lake water, probably due to erosion of small residual pockets of contaminated sedi- ments. Although this effect was expected to gradually decrease over the next few years [Meili, 1998], only minor changes have been observed to date.
Metodval
Under andra hälften av 1990-talet utfördes flera studier för att försöka hitta ett tekniskt och miljömässigt acceptabelt sätt att åtgärda de 225 000 m3 sediment i sjön som samman- lagt innehöll drygt 250 kg kvicksilver. Para- llellt med dessa studier utreddes andra tek- niska, juridiska, ekologiska och ekonomiska frågor av några av Sveriges främsta tekniska konsulter, forskare och andra experter i ämnesområdet, se Bilaga 1.
Method Selection
During the latter half of the 1990s, numerous studies were carried out in an attempt to find a technically and environmentally acceptable solution for remediation of the 225,000 m3 of sediment in the lake that altogether contained more than 250 kg of mercury. During the course of these studies, technical, legal, eco- logical and financial issues were examined by many of Sweden’s foremost technical consult- ants, researchers and other experts in this field, see Appendix 1.
Nollalternativ
Ett nollalternativ – där miljöskador självläker – övervägdes aldrig allvarlig. En modelle- ringsstudie [Håkansson, 1992] visade att det
No-action Alternative
A no-action alternative, in which environ- mental damage is allowed to “self heal”, was never seriously considered. A modeling study
skulle ta århundraden innan kvicksilver- halterna i fisk föll till acceptabla nivåer.
Projektet inriktades därför på att hitta lämpliga metoder för att antingen reducera källtermen eller hindra fortsatt spridning och exponering av kvicksilverförorenade sediment.
[Håkansson, 1992] indicated that it would take centuries before mercury concentrations in fish fell to acceptable levels. The project therefore focused on finding suitable methods to either reduce the source term or prevent continued transport of and exposure to mercury contaminated sediments.
Metoder som reducerar käll- termen
För att reducera källtermen måste kvicksilvret avlägsnas från sjön. En sådan lösning hade principiellt föredragits om den kunde genom- föras på ett miljömässigt godtagbart och eko- nomiskt effektivt sätt. Vid den aktuella tid- punkten fanns dock ingen känd metod att göra detta in situ. I stället skulle man vara tvungen att muddra de förorenade sedimentmassorna.
Dessa kunde därefter antingen behandlas för att fastlägga kvicksilvret eller separera det från de övriga materialen, alternativt kunde mass- orna deponeras.
Deponering bedömdes vara det mest gångbara alternativet då sedimentens höga vattenhalt medförde ett behov av ett antal dyrbara tek- niker för att avskilja och behandla vattnet ([Bergström, 1991], Huononen et al [1996], Parkman [1996a], von Post [1994b]). Projektet studerade flera tänkbara platser (Petsonk &
Eriksson [1996], Eriksson [1998], Petsonk [1998]) och drog slutsatsen att deponering under vatten i Turingens djuphåla var den bästa metoden.
Slutligen uppskattades att en lösning som på detta sätt tog bort en betydelsefull del av käll- termen skulle kosta åtminstone 100-120 miljoner svenska kronor.
Methods that Reduce Source Term
The most preferable solution – if it could be done in an environmentally acceptable and economically justifiable fashion – would have been to reduce the source term, i.e. remove mercury from the lake. At the time, there were no known means for doing this in situ. Instead, the contaminated sediments would have to be dredged, and then treated to either immobilize the mercury or separate it from the other materials. Alternatively, the dredge spoils could be disposed (e.g. in a landfill).
Disposal appeared to be the most viable op- tion, since the sediments’ high water content meant that separation and treatment techniques would require several costly steps ([Bergström, 1991], Huononen et al [1996], Parkman [1996a], von Post [1994b]). The project studied a number of possible land and underwater disposal alternatives (Petsonk &
Eriksson [1996], Eriksson [1998], Petsonk [1998]) and concluded that underwater dis- posal in the deepest part of Lake Turingen was the preferred method.
Finally, it was estimated that a solution that significantly reduced the source term in this manner would cost at least 100–120 M SEK.
Metoder som hindrar transport och exponering
Fortsatt spridning av och exponering av biota till kvicksilverförorenade sediment kunde för- hindras genom att avskärma massorna från omgivningen. Tekniska parametrar av betyd- else för sådana metoder är bl.a. övertäckning- ens beständighet, genomsläpplighet för vatten och gas, motstånd mot erosion och bioturba- tion, diffusionsmotstånd för kvicksilver samt möjligheten för bottenfauna att återkolonisera övertäckningsmaterialet [Bergman, 1996].
Methods that Prevent Transport and Exposure
Isolation techniques – e.g. capping – could be used to prevent continued contaminant trans- port and exposure of pelagic and benthic biota to mercury contaminated sediments. Control- ling technical parameters for such methods are the hydraulic and gas conductivities of the cap; resistance to erosion and bioturbation;
resistance to diffusion of mercury; and the possibility for bottom dwelling fauna to recolonize the cap [Bergman, 1996].
Projektet undersökte täckning med naturliga material (lera, morän och rena sjösediment), konstgjorda material (geotextilier, geomem- braner och konstgjorda sediment) och kombi- nationer av dessa. Det visade sig att mycket lite var känt beträffande metodernas kostnads- effektivitet och funktioner på lång sikt. Dess- utom skulle den höga gasproduktionen och den låga konsolideringsgraden hos Turingens sediment utgöra problem vid användning av flertalet av dessa material.
Beroende på materialval uppskattades kost- naden för att täcka merparten av sedimenten i sjön till 20-80 miljoner svenska kronor.
The project examined capping with natural materials (clay, glacial till and other lake sediments), artificial materials (geotextiles, geomembranes and artificial sediments) and combinations of these. It was found that there was very little known about the long-term functionality or cost-effectiveness of such methods, and that the high level of gas pro- duction and low level of consolidation of sediments in Lake Turingen posed special problems for use of most of these materials.
Depending on the materials used, it was esti- mated that it would cost 20–80 M SEK to cap all or most of the sediments in the lake.
Vald efterbehandlingsmetod
Efter många överväganden valdes den s.k.
Cover-metoden – som utvecklades och paten- terades av ett svenskt företag, Vattenresurs AB – som den primära efterbehandlingsmetoden.
Denna unika metod åtgärdar förorenade sediment genom täckning med konstgjort sediment. Den har aldrig tidigare använts någonstans i världen1.
Eftersom det förväntades att Cover-metoden skulle bli svår att använda i grunda och ero- sionskänsliga delar av sjön valdes en annan, mer traditionell metod för att åtgärda området nära den å som mynnar i sjön. Denna metod omfattade en begränsad muddring samt täckning med geotextil och naturliga material.
Av flera skäl, bl.a. en modelleringsstudie som visade att efterbehandling av sedimenten nära åmynningen var projektets mest kritiska moment [Meili, 1998], utfördes detta arbete före täckningen av resterande sjösediment.
Selected Remedial Method
After much deliberation, the Cover Method – which was developed and patented by a Swedish company, Vattenresurs AB – was selected as the primary remedial action. This unique method remediates contaminated sedi- ments by capping them with a layer of artifi- cial sediment and had never before been used anywhere in the world1.
Since application of the Cover Method was expected to be difficult in shallow and ero- sion-prone areas of the lake, a second, more traditional remedial method was selected for use near the mouth of the river that feeds the lake. The method involved a limited amount of dredging as well as capping using a geotextile and natural materials. For several reasons, in- cluding a simulation study that had shown remediation of near-river sediments to be the most critical portion of the project [Meili, 1998], this work was carried out prior to cap- ping the rest of the lake sediments.
Förstudier
En lista över samtliga utförda förstudier ingår i Bilaga 1.
Background studies
A list of all background studies can be found as part of Appendix 1.
1 En annan viktig faktor vid metodvalet, utöver dess tekniska egenskaper, var ett omfattande intresse från projektets troliga huvudsakliga finansieringskällor. Om inte detta försök med ”ny” teknik hade ingått i projektet är det tveksamt om tillräckliga medel skulle ha tillställts projektet vid den aktuella tidpunkten.
Another important consideration in selection of this method, as well as its technical characteristics, was a high level of interest from the project’s main potential sources of financing. Indeed, without this aspect of testing “new” technology, it is doubtful whether sufficient funding for the project would have been made available at the time.
Ekologiska studier
Som en del av förberedelserna inför efter- behandlingen utfördes ett flertal studier av de ekologiska förhållandena i sjön. Dessa omfat- tade bl.a. studier av sedimenten och dess inne- håll av kvicksilver och andra spårämnen (Hjorth [1996], Huononen [1992], Ljungberg [1995], Parkman [1997], Persson [1996a, 1996b], von Post [1994a], Strömbeck &
Parkman [1996]), det kemiska och ekologiska tillståndet i sjön (Ahlrot et al [1996], Ström- beck et al [1996], Tirén [1997]) samt kvick- silverhalter i bottenfauna och fisk (Andersson [1996 och 1997], Cederborg [1996], Lingdell et al [1996]). Persson [1997a, 1997b] stude- rade sjöns fysikaliska egenskaper. Hydrolo- giska data inhämtades från Sveriges meteoro- logiska och hydrologiska institut [SMHI, 1993]. Meili [1998] sammanfattade merparten av dessa data i en systemanalys av tillstånd, trender, omsättning och saneringsalternativ.
Meilis studie hade ett stort inflytande på många av de fortsatta besluten avseende pro- jektets genomförande.
Ecological studies
As part of preparations for remediation, nu- merous studies were made of the ecological situation in the lake. These include studies of the sediment and its contents of mercury and other trace constituents (Hjorth [1996], Huononen [1992], Ljungberg [1995], Parkman [1997], Persson [1996a, 1996b], von Post [1994a], Strömbeck & Parkman [1996]), chemical and ecological conditions in the lake (Ahlrot et al [1996], Strömbeck et al [1996], Tirén [1997]) and mercury in bottom fauna and fish (Andersson [1996 and 1997], Ceder- borg [1996], Lingdell et al [1996]). Persson [1997a, 1997b] studied the physical charac- teristics of the lake. Hydrological data was obtained from the Swedish Meteorological and Hydrological Institute [SMHI, 1993]. Meili [1998] summarized most of this data in a sys- tematic analysis of conditions, trends, fluxes and remedial alternatives. Meili’s study had a large influence on further decision-making with respect to realization of the project.
Skede 1
Inför de inledande åtgärderna i sjöns mynningsområde (muddring och övertäck- ning) lät projektledningen genomföra littera- turstudier för att bedöma lämpligheten av olika täckningsmaterial ([Elert & Höglund [1998]
Fanger et al [1999], Lindgren [1999]). Vad gäller kvicksilverläckage genom morän och grus uppskattades utsläppet från ett 3 ha stort bottenområde, som täckts av 15 cm morän samt 15 cm grus, till ca 0,4 g kvicksilver per år. Det uppskattades också att ett engångs- läckage av ytterligare ca 1,5 g kvicksilver kunde ske direkt efter övertäckningen på grund av konsolideringen av sedimenten.
Dessa läckage förväntades inte orsaka några negativa effekter i sjösystemet.
Vidare lät projektledningen genomföra en ero- sionsstudie avseende mynningsområdet [Petersson, 1998] för att kunna välja ett täck- ningsmaterial, som med säkerhet motstår de erosionskrafter som kan uppträda i sjöns södra delar. Enligt beräkningarna ligger den kritiska kornstorleken på >8 mm (grovgrus) för 0,5 m vattendjup. En kompletterande beräkning för
Stage 1
Prior to Stage 1 remedial work (dredging and capping near the mouth of the river), literature studies were performed to evaluate various capping materials ([Elert & Höglund [1998]
Fanger et al [1999], Lindgren [1999]). Re- garding release of mercury to the water column through a till and gravel cap, the long- term baseline value for an area of 3 hectare capped by 15 cm of till and 15 cm of gravel was estimated to be on the order of 0.4 grams of mercury per year. It was also estimated that, immediately following capping, a one-time re- lease of an additional 1.5 grams of mercury could occur due to consolidation of sediments.
These releases were not expected to cause any adverse effects on the lake system.
Calculations were also performed to estimate design parameters for capping materials that minimize effects of erosion in the area to be capped near the river mouth in the southern part of the lake [Petersson, 1998]. The calcu- lations determined the critical grain size to be
>8 mm (coarse gravel) at 0.5 meters water depth. Supplemental calculations for areas
de grundaste områdena (5 cm vattendjup) visar att kornstorleken där bör vara >20 mm.
Effektiviteten av geotextilskärmar för avskilj- ning av suspenderat material och kvicksilver har också studerats [Parkman, 1996b].
with only 5 cm of water showed the critical grain size there to be >20 mm.
The effectiveness of protective geotextile screens for filtering out suspended particles and mercury was also studied [Parkman, 1996b].
Skede 2
Tekniken som valdes för efterbehandlingen – täckning med konstgjort sediment (den paten- terade Cover-metoden) – undersöktes genom ett flertal laboratorietester och fältförsök.
Stage 2
The method that was selected as the primary remedial tool – capping with artificial sedi- ment (the patented Cover method) – was ex- amined in a suite of laboratory and field tests.
Tillverkning och utläggning av konstgjort sediment2
Cover-metoden går ut på att med ett konstgjort material lägga ett ”lock” över det förorenade sedimentet och på så sätt ge sjön villkor för en ren livsmiljö. Metoden härmar naturens egen läkningsprocess genom en successiv överlag- ring av det förorenade sedimentet. Detta hind- rar föroreningarna i underliggande sediment från att spridas ut i vattenmassan.
Ursprunget till skapandet av konstgjort sedi- ment var utfällning in situ av aluminium- eller järnhydroxider, exempelvis
Artificial Sediment Production and Placement2
The Cover method aims to provide a clean lake environment by capping contaminated residues with artificial sediment. In this man- ner it mimics Nature’s own healing process, with a gradual buildup of new sediment over the contaminated materials. This hinders the spread of contaminants from underlying sedi- ment to the water column.
The original basis for creation of artificial sediment was in situ precipitation of hydrox- ides from aluminum or iron chloride, e.g.
AlCl3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ + 3Cl– FeCl2 + 3H2O → Fe(OH)2 + 2H+ + 2Cl– Fastän tekniken aldrig tidigare hade använts
just för att skapa ett konstgjort sediment hade liknande processer använts för att fälla och binda fosforöverskottet i sjöar till sjösediment [Carlsson, 1995]. En litteraturstudie [Höglund, 1996] antydde att aluminiumhydroxid hade vissa fördelar som ett täckningsmaterial.
Det konstgjorda sedimentet skapas i dysor på en bom som dras genom vattenmassan några meter över botten (Figur 6). En specialbyggd utläggare med råvarulager och processteknik förbereder, blandar och doserar råvarorna via slangar till dysorna där den slutliga reaktionen sker. Reaktionen ger en kraftig flockbildning
Although this technique had never been used for the specific purpose of creating artificial sediment, similar procedures were used to bind excess phosphorous to lake sediments [Carlsson, 1995]. A literature study [Höglund, 1996] indicated that aluminum hydroxide had certain advantages as a capping material.
The artificial sediment is created in nozzles mounted on a boom that is drawn through the water column a few meters over bottom (Figure 6). A specially designed floating delivery unit is used to store raw materials. It also houses process equipment in which preparation, blending and dosage of raw
2 I flertalet tidigare projektdokument beskrivs sedimentet felaktigt som en gel, vilket är uttrycket som ursprungligen användes för Skede 2.
In many earlier documents describing the project, this sediment is incorrectly characterized as a gel, which was the term initially used in Stage 2.
som skapar det konstgjorda sedimentet. material is done. From there the materials are fed via hoses to the nozzles, where the final reaction takes place. This produces coagulated particles that constitute the artificial sediment.
Figur 6. Principen för utläggning av konstgjort sediment.
Figure 6. Principle for placement of artificial sediment.
Utläggaren navigeras med hjälp av ett data- och GPS-baserat lokaliseringssystem. Utlägg- ningen sker längs körlinjer som lagts ut över sjöns yta i en dator. Tekniken gör det möjligt att följa linjerna med hög precision. I detta projekt har all styrning av utläggaren skett manuellt.
Metoden har utvecklats av upphovsmännen (Vattenresurs AB) i nära tio år. De första test- erna inleddes i november 1993 och har följts av hundratalet laboratorieförsök för att ut- veckla materialblandningen. Som beskrivs nedan genomfördes flera delskaleförsök med metoden i Turingen i samarbete med och på uppdrag av Projekt Turingen. Studier ledde till ytterligare frågetecken som sedan rättades ut vartefter metoden vidareutvecklades till den lösning som sedan genomfördes i full skala i projektet.
Det första fältförsöket utfördes av Vatten- resurs i Turingen under 1994 med sediment baserad på såväl aluminium som järn med tillsats av finsand [Carlsson, 1996]. Resultaten var tvetydiga. Medan de första okulära bedömningarna visade att man lyckades placera konstgjort sediment på sjöbotten, uppdagade senare observationer och kemiska tester inga signifikanta skillnader (t.ex. med avseende på kvicksilver- eller metallhalter) mellan ytliga och djupare liggande sediment
The delivery unit is navigated with the aid of a computer and GPS-based positioning system.
It is driven along “lanes” placed across the lake surface in a computer. This makes it possible for the unit to follow the “lanes” with high precision. In this project, all maneuvering of the delivery unit was done manually.
It took Vattenresurs AB almost ten years to develop the method. The first tests were car- ried out in November 1993. To improve the mix of materials, these were followed by about a hundred laboratory tests. As described be- low, several pilot-scale tests were carried out in Lake Turingen in cooperation with and on the request of project management. These studies invariably led to additional questions, which were resolved as the methodology fur- ther developed towards the full-scale solution that was used in the project.
Vattenresurs performed the first field test of the method in Lake Turingen in 1994 using sediments based on both aluminum and iron with the addition of fine sand [Carlsson, 1996]. Results were inconclusive. While initial ocular assessments indicated that artificial sediment could be placed on the lake bottom, later observations and chemical testing did not indicate significant differences (e.g. with respect to mercury or metals concentrations) either between surface sediments and deeper
eller mellan sediment inom och utanför testområdet [Huononen, 1996c].
Den uppenbara minskningen av synliga skill- nader (eller kanske saknades kvarvarande sediment) föranledde projektledningen att ut- veckla en kemisk lakningsmetod för att de- tektera aluminium i nylagd eller åldrad konst- gjort sediment, utan störning från aluminium i naturlig sediment [Kaj and Skarp, 1997].
Aluminium som detekteras med denna metod kallas nedan pH4-Al.
Projektet utförde även laboratorietester på möjligheten för det konstgjorda sedimentet att återhämtas från fysikaliska skador genom rep- ning (exempelvis från ankare) eller bubbling av gas från nedbrytning av underliggande naturliga sediment. Inledningsvis noterades att det konstgjorda sedimentet självläkte genom att fylla igen skadorna. Senare bildades dock permanenta ärr och kratrar, se Figur 7.
sediments or between sediments within and outside of the test areas [Huononen, 1996c].
This apparent reduction with time of ocular differences (or perhaps the absence of residual sediment) led project management to develop a chemical leaching method for detection of aluminum in newly formed or aged artificial sediment, without interference from aluminum in natural sediment [Kaj and Skarp, 1997].
Aluminum detected by this method is called pH4-Al in the remainder of this document.
The project also tested the artificial sediment in a laboratory with regard to its ability to re- cover from physical damage caused by scrap- ing (e.g. by anchors) and by advection of gas from decomposition of underlying natural sediments. It was found that the artificial sedi- ment initially “flowed” and recovered from such damage, but that later on, permanent scars and craters were formed, see Figure 7.
Figur 7. Fotografier av gaskratrar efter 1 dygn (vänster) och 14 dygn (höger). Från Huononen and Skarp [1996].
Figure 7. Photographs of gas craters after 1 day (left) and 14 days (right). From Huononen and Skarp [1996].
En teori var att de grundläggande försurande kemiska reaktionerna, vid användning i full skala, kunde utnyttja hela sjöns buffrings- kapacitet. Detta skulle kunna förklara varför det konstgjorda sedimentet inte bildade så stora flockar som väntat. Det betydde också att metoden kunde vålla negativa miljöeffekter orsakad av fria aluminiumjoner [Strömbeck et al, 1996]. Skarp [1996], Vattenresurs och andra föreslog därför att formeln skulle ändras till att använda lut istället för sjövattnets egen buffringsförmåga för att skapa flockarna:
It was theorized that the fundamentally acidifying chemical reactions could consume the buffer capacity of lake water during full- scale use. This could in turn partially explain why the artificial sediment did not form as large particles as expected. It also meant that the method could lead to adverse ecological effects caused by dissolved aluminum ions [Strömbeck et al, 1996]. Skarp [1996], Vatten- resurs and others suggested therefore that the formula be changed to form particles by util- izing sodium hydroxide instead of the buffer capacity of lake water:
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3Na+ + 3Cl–
Under 1997 utfördes en andra omgång fält- försök i Turingen med såväl den ursprungliga som reviderade metodiken [Huononen, 1997b]. Dessa tester visade att luttillsatsen förbättrade de kemiska betingelserna varefter konstgjort sediment kunde skapas (och sedan detekteras). Försöken visade dock även att utläggningen krävde låga strömhastigheter, en högre sedimentationshastighet och utfällning närmare sjöbottnen.
För att komma till rätta med dessa frågor ut- förde Vattenresurs en ny omgång laboratorie- försök under vintern och våren 1998. Dessa ledde så småningom till en modifierad råvaru- mix. För att förbättra sedimentationshastig- heten och erosionsmotståndet tillsattes ytter- ligare ballast (finsand) samt armeringsmedel (cellulosafibrer) [Carlsson & Eriksson, 1998].
Tester bidrog även till en mer effektiv design för processenheterna.
Sammanfattningsvis skapades det konstgjorda sedimentet som kom att användas i Turingen genom en blandning av fällningsmedel (syra) som neutraliseras med lut. Samtidigt inbland- ades sand och fiber för att få materialet att sedimentera fort och bindas samman (ar- meras).
Projektet har också inneburit en omfattande teknikutveckling. En specialbyggd utläggare har byggts som klarar en materialhantering av 75 ton ombord. Den kan processa och blanda fem komponenter med hög precision i 50-talet parallella linjer. Vattenresurs AB har utvecklat och byggt tekniken.
During 1997, both the original and the revised sediment formulae were tested in a second set of field tests in Lake Turingen [Huononen, 1997b]. These tests demonstrated that addition of NaOH improved chemical conditions and therefore enabled artificial sediment to be cre- ated (and later detected). However, the tests also showed that correct placement of sedi- ment required slow lake currents, a greatly improved sedimentation rate and precipitation closer to the bottom of the lake.
In order to resolve these issues, Vattenresurs carried out a series of laboratory tests during the winter and spring of 1998. These resulted in a modified mix of raw materials. In order to improve the sedimentation rate and enhance resistance to erosion, the basic sediment was augmented with additional ballast (fine sand) and reinforcing materials (cellulose fibers) [Carlsson & Eriksson, 1998]. As well, these tests led to a more effective design for the sediment production unit.
In summary, a mixture of a precipitant (acid) neutralized by lye – along with sand and fibers to attain a higher sedimentation rate and to bind the materials together – was used to create the artificial sediment.
The project also required extensive equipment development. A specially designed floating unit for delivery of capping materials was built. It is capable of carrying five different raw materials (total 75 tons) and mixing these with high precision in about 50 process lines.
Vattenresurs AB developed and built this equipment.
Det konstgjorda sedimentets fasthet
Erosionsförsök gjordes på uppdrag av Vatten- resurs i ett laboratorium vid Uppsala universi- tet [Carlsson & Petersson, 1998]. Dessa försök visade att ett lager konstgjort sediment kunde motstå en strömhastighet av 0,3 m/s. Petersson [1998] klargjorde att vindinducerade strömmar i den mest utsatta delen av Turingen (myn- ningsområdet) endast överskrider detta värde där vattendjupet är mindre än 1 meter och när vindhastigheten överskrider 15 m/s.
Artificial Sediment Stability
To study erosion effects, Vattenresurs com- missioned a series of laboratory tests at the University of Uppsala [Carlsson & Petersson, 1998]. The tests demonstrated that a layer of artificial sediment could resist a current of about 0.3 m/s. Petersson [1998] showed that wind induced currents in the most exposed area of Lake Turingen exceed this value only in very shallow areas (water depth 1 meter or less) at times of high wind speeds (>15 m/s).
