Miljøprojekt, 1000 – BAM's skæbne i grundvand – 3 Formål og undersøgelsesstrategi

BAM's skæbne i grundvand

3 Formål og undersøgelsesstrategi

3.1 Delprojekt 1. Nedbrydning/sorption af BAM
3.2 Delprojekt 2: Opstilling af massebalance

Projektindholdet er opdelt i to delprojekter, henholdsvis delprojekt 1: Nedbrydning/sorption af BAM og delprojekt 2: Massebalance for BAM.

3.1 Delprojekt 1. Nedbrydning/sorption af BAM

Som opfølgning på ”Pesticider og Vandværker”. Delprojekt nr. 3. Nedbrydning og sorption af dichlobenil og BAM - Litteraturopsamling samt laboratorieforsøg” (Clausen et al., 2002) er formålet med delprojekt 1 at undersøge nedbrydning og sorption/desorption af BAM i umættet zone. Endvidere er der udført enkelte forsøg med mættede, forurenede grundvandssedimenter for at undersøge effekten af en mulig mikrobiel adaptation på nedbrydningen i et grundvandsmagasin. De specifikke formål er, at:

bestemme nedbrydningsrater for BAM i prøver fra geologiske hovedtyper i umættet zone.
undersøge om nedbrydningen af BAM er afhængig af initialkoncentrationen.
undersøge, om der i umættet zone forekommer en mikrobiel adaptation af BAM-specifikke nedbrydere, og i givet fald kvantificere effekten.
undersøge de faktorer der styrer nedbrydning af BAM i umættet zone ved at undersøge effekter af indhold af organisk stof og vandindhold.
undersøge nedbrydningsveje for BAM (herunder specifikt at måle for dannelse af 2,6-dichlorbenzoesyre).
undersøge, om BAM nedbrydes i aerobe forurenede grundvandssedimenter, hvor der har været mulighed for en mikrobiel adaptation, samt i givet fald at kvantificere nedbrydningen.
undersøge om sorptionen af BAM til moræneler er irreversibel samt at kvantificere eventuelle desorptionsrater for BAM.

Strategien for at undersøge nedbrydning og sorption/desorption af BAM i umættet zone har været at udvælge lokaliteter i Danmark, som repræsenterer henholdsvis smeltevandssand og moræneler, hvorfra der i profiler er udtaget sedimentprøver og vand til nedbrydningsforsøg og sorptions-/desorptions-forsøg. For at belyse effekten af mikrobiel adaptation er der på to lokaliteter udtaget sediment fra to boreprofiler til 1-2 meter under grundvandsspejlet, hvor det ene boreprofil er udført i et kendt BAM forurenet område, og det andet boreprofil i et uforurenet område, men med en tilnærmelsesvis tilsvarende geologi.

Nedbrydningen af BAM i umættet zone er undersøgt ved at inkubere sediment med naturligt vandindhold og ¹⁴C-mærket BAM, hvorefter nedbrydningen er fulgt ved at måle den producerede mængde ¹⁴CO₂ ved hjælp af en basefælde i hver enkelt inkubationsflaske. De målte nedbrydningsrater er korreleret til indhold af organisk stof, vandindhold og geologi, så effekter af variationer i indholdet heraf kan bestemmes. For at undersøge nedbrydningsraternes afhængighed af initialkoncentrationen er nedbrydningsforsøgene opsat med varierende BAM-koncentrationer. Nedbrydningsvejene for BAM er undersøgt ved at opsætte to parallelle forsøg, hvor en forsøgsrække tilsættes ¹⁴C-mærket BAM, hvor mærkningen sidder i sidekæden, og den anden forsøgsrække tilsættes ¹⁴C-mærket BAM, hvor mærkningen sidder i ringstrukturen. Herved er det bestemt, om nedbrydningen af BAM er en total mineralisering, eller om det kun er sidekæden i BAM-molekylet, som nedbrydes.

Nedbrydningsforsøg med BAM fra øvreliggende grundvandsmagasiner er baseret på sediment udtaget fra tre BAM-forurenede områder, så en mulig adaptation inddrages i undersøgelserne. Nedbrydningsforsøgene er udført ved batch-inkubationer med sediment og grundvand, hvor der udover at måle koncentrationen af ¹⁴C-mærket BAM i vandfasen også er målt på den producerede mængde ¹⁴CO₂.

Desorptionen af BAM er undersøgt i reduceret moræneler udtaget fra fem lokaliteter. Desorptionen er kvantificeret ved hjælp af Freundlich parametre. Der er ikke tidligere udført desorptionsforsøg med BAM, og generelt mangler der viden om irreversibel sorption af pesticider i den internationale litteratur. Inden desorptionen kunne bestemmes, har det derfor været nødvendigt at udføre kinetikforsøg for at bestemme desorptionsligevægtstiden.

Udover at udføre laboratorieforsøg er feltindikationer på nedbrydning af BAM blevet vurderet, baseret på tidligere fundværdier af 2,6-dichlorbenzoesyre i grundvandsprøver. Der er udført en databasegennemgang for stoffet for at få et overblik over fordeling og hyppighed af fund i grundvandet i Danmark og fundenes sammenhæng til geologi og arealanvendelse.

3.2 Delprojekt 2: Opstilling af massebalance

Formålet med delprojekt 2 er at opstille en massebalance for at belyse spredningen af dichlobenil og BAM i luft, jord, overfladevand og grundvand. De specifikke formål hermed er, at:

opgøre de aktuelt tilstedeværende masser af BAM i umættet og mættet zone.
opgøre massen af stof, der historisk er fjernet via overfladisk afstrømning og vandløb samt ved oppumpning.
gennemgå viden om fordampning af dichlobenil, og hvis denne har betydning for stoffjernelse inddrage denne viden i opstilling af massebalancen.
anvende nye nedbrydningsdata fra delprojekt 1 og vurdere betydningen af denne nye viden.
præcisere behandlingmønster og kildestyrke for land og by (i en kildestyrkemodel) og at anvende dette i massebalancen.
vurdere om omfanget og kvaliteten af øvrige kendte data er tilstrækkelig til at opstille massebalancen.
vurdere om de tidligere forudsætninger for modelsimuleringer udført i ”Pesticider og Vandværker” holder, herunder forudsætninger om kildestyrke og nedbrydning.
gennemføre en følsomhedsanalyse af massebalancen med henblik på at identificere, på hvilke parametre de største usikkerheder ligger.

Massebalancen opstilles for henholdsvis by- og landområder for at belyse stofspredningen under forskellige forhold, hvad angår kildefordeling, kildestyrke og afstrømningsforhold.

Strategien herfor er som følger:

Opstilling af simpel konceptuel massebalance.

Indledningsvis opstilles en konceptuel massebalance til opgørelse af den aktuelle masse i umættet zone og underliggende grundvandsmagasiner samt de aktuelle massestrømme mellem jordoverfladen, sekundære og primære magasiner. Denne opgørelse baseres på gennemsnitlige fundværdier af dichlobenil og BAM i en simpel 3–lags model for jord og grundvandsmiljøet. Herudover estimeres mængden af stof, der historisk har forladt grundvandsmagasinerne ved oppumpning og afstrømning.

Massebalancen opgøres i forhold til solgt mængde af dichlobenil. Ud fra massebalancen vurderes størrelsen af et eventuelt ”tab” af dichlobenil og BAM, som kunne skyldes fjernelse af dichlobenil og BAM ved fx nedbrydning.

Den indledende konceptuelle massebalance danner basis for opstilling af en efterfølgende mere detaljeret modelbaseret massebalance.
Datagenerering

Der genereres data til brug for den detaljerede massebalance i værkstedsområder via:
- Litteraturgennemgang af viden om fordampning af dichlobenil for at vurdere fordampningens betydning for stoffjernelse samt eventuelle fordampningsrater.
- Indsamling af kendte måledata for indhold af dichlobenil og BAM i værkstedsområder.
- Opstilling af kildestyrkemodel for værkstedsområderne repræsenterende henholdsvis by og land, som beskriver kildefordeling og kildestyrke.
De indsamlede nedbrydningsdata (som beskrevet under afsnit 3.1) anvendes endvidere i den detaljerede modelbaserede massebalance, jf. punkt 3).

De beregnede desorptionsdata inddrages ikke i den detaljerede massebalance, da modelsimuleringerne i den detaljerede massebalance forudsætter reversibel udveksling af stof mellem vand og sediment. Der foretages i stedet en kvalitativ vurdering af desorptionens betydning for spredning af BAM.
Opstilling af detaljeret massebalance for værkstedsområder.

Den detaljerede massebalance opstilles for værkstedsområder ved to metoder: a) Konceptuel massebalance baseret på fundværdier i værkstedsområdet og b) Modelsimuleret massebalance udfra beregnede koncentrationer og spredning af dichlobenil og BAM.

Formålet med den detaljerede massebalance er at få kvantificeret stofmængder og massestrømmene i jord og vandsystemet ud fra projektets nye data fra delprojekt 1 vedrørende belastning/spredningsmønster og nedbrydning af BAM.

Den modelsimulerede massebalance opstilles med udgangspunkt i den i ”Pesticider og Vandværker” videreudviklede transportmodel. Til forskel fra beregningsprincippet i den konceptuelt estimerede massebalance bygger den modelbaserede massebalance ikke på målte dichlobenil og BAM koncentrationer i jord og grundvand. I stedet beregnes jord og grundvandskoncentrationer alene ved modelsimuleringer, der kombinerer det kortlagte forbrugsmønster og belastningen med beregninger af dichlobenil's og BAM's spredning i jord og grundvand.

Massebalancen opstilles for to udvalgte geologiske hovedtyper i form af et sandmagasin med varierende dæklagstykkelser af ler og et Hedeslettemagasin.

Samlet forventes den detaljerede modelbaserede massebalance at kunne bruges til at vurdere, hvorvidt det nuværende foreliggende datagrundlag er tilstrækkeligt til at gennemføre en efterfølgende egentlig validering af de tidligere modelberegninger fra ”Pesticider og Vandværker” vedrørende koncentration og varighed af BAM-forureningen (Miljøstyrelsen 2002). En egentlig validering ligger imidlertid ikke inden for rammerne af nærværende projekt.