| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling af metode til testning af udvaskning af organiske stoffer fra jord og restprodukter

4. Betydningen af kolloidtransport

4.1 Grundlæggende teori

Kolloider er betegnelsen for mikroskopiske eller submikroskopiske organiske eller uorganiske partikler suspenderet i en væskefase. Kolloider i porøse medier af interesse for udvaskningsundersøgelser spænder fra partikler af biologisk oprindelse (bakterier, virus, organisk materiale) og mineralske partikler (lermineraler, mineralske udfældninger, metaloxider og -hydro-xider) til kombinationer af de to (f.eks. lermineraler med humuskomponenter adsorberet). Kolloider er normalt defineret på basis af deres størrelse. Partikler større end 10 mm sedimenterer hurtigt og bruges som øvre grænse for kolloider. Nedadtil er kolloider afgrænset ved overgangen til rent opløste molekyler ved ca. 1-10 nm (Stumm 1992).

4.3 Væsentlige faktorer for kolloidfaciliteret transport

Transportforholdene for kolloider adskiller sig fra transportforholdene for opløste stoffer, idet kolloidernes større størrelse medfører en signifikant mindre diffusionshastighed og samtidig en udelukkelse fra de fineste poresystemer. Porestrukturen er således meget væsentlig for kolloidtransporten, og uforstyrrede jorde vil typisk være mere permeable for kolloider end forstyrrede, ompakkede jorde på grund af et naturligt indhold af makroporer og sprækker.

Sorptionsforholdene mellem kolloid og kontaminant er af afgørende betydning for kolloidfaciliteet transport. Der kan i princippet være tale om de samme sorptionsprocesser og -mekanismer, der kendes fra sorption til det stationære faste medie, og som er beskrevet i afsnit 3. Dog kan sorptionsparametre bestemt for det totale medie ikke nødvendigvis antages gældende for den kolloide fraktion. Derimod vil sorptionsforholdene bedre kunne fastlægges ud fra en undersøgelse af den fineste størrelsesfraktion (lerfraktionen) eller en separat isoleret kolloidfraktion. For organiske forureningsstoffer vil sorptionen, og dermed muligheden for kolloidfaciliteret transport, være størst for de hydrofobe stoffer og for stoffer, der danner stærke komplekser med mineralske komponenter eller naturligt organisk materiale. Men da bindinger af disse stoffer generelt også er stor til det faste medie, vil den overordnede effekt af kolloiderne i høj grad ofte være betinget af andre faktorer, nemlig kolloidernes eventuelle relativt højere sorptionskapacitet, eventuel irreversibilitet i sorptionen til kolloiderne og kolloidkoncentrationen.

4.4 Kolloider og testning af stofudvaskning

I forbindelse med udvikling af udvaskningstests for forureningsstoffer må det vurderes, i hvilke tilfælde det vil være relevant at tage højde for effekten af kolloidtransport, og hvordan en testmetodik kan tilgodese dette.

Med hensyn til de situationer, der kan være aktuelle, vil faktorer som det(de) pågældende stof(fer), det anvendte medie og de påtænkte udvaskningsforhold tages i betragtning. Retningslinier for, hvilke stoffer der kan komme på tale, må ideelt baseres på stoffernes bindingsevne og -reversibilitet til kolloidfraktionen i den pågældende jord. Mere generelle retningslinier kan baseres på forholdsvis simple og lettilgængelige data for stoffernes sorptionskapacitet, f.eks. ligevægtsfordelingskoefficienten for stofferne udtrykt ved K_d eller K_oc. For hydrofobe organiske stoffer, f.eks. PAH'er i jord og grundvandsmedier, vil det erfaringsmæssigt være relevant at inddrage de fire-ringede komponenter, svarende til logK_oc større end 4,5. For kompleksdannende organiske stoffer vil mere komplekse forhold spille ind, så som de konkrete bindingsmekanismer, kolloidernes sammensætning og pH i udvaskningsmediet (se afsnit 3.7).

Med hensyn til prøvemediet og de gældende udvaskningsforhold vil de faktorer, der kan have indflydelse på kolloiddannelsen og -transporten, være de væsentligste. F.eks. vil der forventes genereret højere kolloidkoncentrationer i ikke-stabiliserede granulære medier og ved anvendelse af de-ioniseret udvaskningsvand, som på grund af meget lav ionstyrke fremmer kolloidstabiliteten og dermed -frigivelsen. Batch- og kolonnetests må forventes at give forskellige kolloidkoncentrationer, idet der i batchtests på grund af den store mekaniske påvirkning kan frigives et større og måske ikke repræsentativt indhold af kolloider. Tilsvarende kan forbehandling af prøver, der inkluderer tørring, nedknusning og sortering, bevirke, at kolloidindholdet under testning forøges væsentligt.

De mere kvantitative aspekter af testmetodikkens indflydelse på kolloidkoncentrationer i eluatet og dermed indirekte på evt. kolloidfaciliteret transport er ikke blevet undersøgt systematisk, og derfor er det på nuværende tidspunkt ikke muligt at give mere håndfaste retningslinier for, hvilke fremgangsmåder der er mest hensigtsmæssige med hensyn til både enkelthed og repræsentativitet. I traditionelle udvaskningstests er en del af problematikken undveget og simplificeret ved operationelt at definere 0,45 mm som afskæringsstørrelsen mellem potentielt mobile og ikke-mobile partikler. Typisk filtreres således eluatet gennem 0,45 mm filtre, og der analyseres udelukkende på filtratet, altså fraktioner mindre end 0,45 mm. Der foreligger imidlertid ikke noget videnskabeligt bevisgrundlag for, at denne metode giver det bedste mål for faktisk udvaskeligt stof. Indledende undersøgelser fra kolonnetests tyder på, at udvaskningen afhænger af den filterporestørrelse, der anvendes, svarende til, at partikler større end 0,45 mm (op til 10 mm) også bidrager til udvaskningen (Wahlström et al. 1994, Bauw et al. 1991). Desuden er denne filtereffekt større for mere hydrofobe stoffer (Bauw et al. 1991). Separation via centrifugering er også blevet anvendt. Ved sammenligning med filtrering fandtes der højere koncentrationer af PCB i opløsning efter centrifugering end efter filtrering, og den gule farve af eluat var bibeholdt efter centrifugering i modsætning til efter filtrering (Rood et al. 1994). Dette blev tolket som en manglende faseseparering af opløst organisk stof ved centrifugering, som dermed gav anledning til binding af mere PCB i den "opløste" fase.

Afslutningsvis kan det siges, at der resterer en del forskning for at udvide kendskabet til testmetodikkens indflydelse på kolloideffekten ved udvaskning af stærkt sorberende miljøfremmede stoffer. Der er kun udført én forsøgsserie, som beskriver denne effekt direkte (Broholm et al. 2000). Batchudvaskningsforsøg med PAH-forurenet jord viste, at der blev dannet en stor mængde partikler i størrelsen 0.45 –10 mm. Fraktionen var større ved en kontaktid på 10 dage end ved en kontakttid på 28 timer, hvorimod der i en kolonneudvaskningstest med en tilsvarende jord ikke blev observeret nogen væsentlig partikeldannelse. Store mængder af især tunge PAH’er var associeret til partikelfraktionen fra batchforsøgene. Disse forsøg viser, at den agitation, som i accelerede batchforsøg anvendes for at sikre opblanding og ligevægt, skaber partikler, som efterfølgende i betydeligt omfang må fjernes, hvis resultaterne af et batchforsøg skal kunne anvendes til at beskrive (aspekter af) udvaskiningen under feltforhold.

På det eksisterende grundlag må det således anbefales, at resultater fra allerede udførte tests bør vurderes kritisk med hensyn til forsøgsbetingelser for kvalitativt at vurdere, om der er tale om repræsentative udvaskningsforhold med hensyn til kollidfrigivelse og mobilitet. Hvis testresultater foreligger for tests udført under repræsentative forhold med hensyn til kolloidfrigivelse og –mobilitet (se senere), vil en eventuel korrektion af den beregnede udvaskning, der tager hensyn til bidrag fra kolloider, tilnærmelsesvist kunne laves ved at tage hensyn til det i standardmetoden fjernede (ved filtrering eller centrifugering) partikelmateriale og dets sorptionskapacitet overfor forureningsstoffet. Et groft skøn kan opnås ved at antage, at der er ligevægt mellem forureningsstoffet i ’vandfasen’ (typisk <0,45 mm) og partikelfasen, eller det organiske stof i partikelfasen i tilfældet af hydrofobe organiske forureningskomponenter. Bidraget til udvaskningen fra partikelfasen skal herefter adderes til bidraget fra ’vandfasen’. Denne korrektionsmåde vil ikke være anvendelig, hvis testen har givet anledning til et ikke-repræsentativt frafiltreret partikelindhold, som f.eks. efter en batchtest.

Endelig er det i forbindelse med evaluering af kolloiders betydning essentielt, at analysemetoden for udvaskningskoncentrationen i eluatet er i stand til kvantitativt at bestemme den andel af forureningsstoffet, der er bundet til den kolloide fraktion.