BILAG B: Vurdering af kappa-værdier for jord

Håndtering af lettere forurenet jord - Konsekvensvurdering

Baggrund og formål

I forbindelse med projektet ”Håndtering af jord – konsekvensvurdering”, som DHI i 2007/2008 har gennemført for Miljøstyrelsen, er der udført en række risikovurderinger, hvor beregningen af stofudvaskningen fra genanvendelsesprojekter med jord har været baseret på den såkaldte CSTR-model, som medfører anvendelsen af en såkaldt kappa (κ)-faktor for hvert af de stoffer, der indgår i vurderingen. For at sikre konsistens med andre regelsæt, som omfatter jord, har udgangspunktet for arbejdet i projektet været at anvende samme metodik, som er benyttet ved beregning af udvaskningskriterierne for modtagelse af affald til deponering i såvel EU’s Rådsbeslutning 2002/33/EF som ved den igangværende danske implementering af denne. Dette betyder blandt andet, at der ved beregningerne i konsekvensvurderingsprojektet er anvendt samme kappa-værdier, som ved beregningen af EU-grænseværdierne. Disse kappa-værdier stammer fra Aalbers et al. (1996) og er baseret på lineær regression af kolonneudvaskningsdata for et betydeligt antal restprodukter (affald). Da kappa i princippet er/kan være afhængig af faststofmatricen (men på grund af begrænsede datamængder er anvendt, som om den var uafhængig heraf), er de anvendte kappa-værdier ikke nødvendigvis repræsentative for lettere forurenet jord.

I forbindelse med den eksterne kvalitetskontrol af konsekvensvurderingsprojektet, som Miljøstyrelsen har bedt Thomas H. Christensen fra DTU om at gennemføre, blev der den 11. juni 2008 afholdt et møde mellem Ulla Højsholt, Miljøstyrelsen, Thomas H. Christensen samt Jette Bjerre Hansen og Ole Hjelmar, DHI. På mødet aftaltes det på Thomas Christensens foranledning, at DHI skulle foretage en vurdering af repræsentativiteten af de anvendte kappa-værdier for jord. Det aftaltes yderligere, at vurderingen skulle baseres på eksisterende resultater fra kolonneudvaskningstests på jord, som DHI har gennemført, og at der skulle lægges særlig vægt på første del af udvaskningskurverne (lave L/S-forhold). Dette notat beskriver resultaterne af vurderingen.

Data og metode

Som grundlag for vurderingen er der fundet 11 sæt udvaskningsdata fra kolonneudvaskningstests. De 5 datasæt er tilvejebragt ved hjælp af CEN/TS 14405 og omfatter analyser af 7 eluater i intervallet L/S = 0 – ca. 10 l/kg for blandt andet pH, ledningsevne, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn og DOC. De øvrige 6 datasæt er tilvejebragt ved hjælp af NT ENVIR 002 (nogenlunde samme metode som CEN/TS 14405), men omfatter kun 5 eluater i intervallet L/S = 0 – ca. 2 l/kg analyseret for blandt andet pH, ledningsevne, As. Cd, Cr, Cu, Ni, Pb og Zn, men ikke Ba, Hg, Mo, Sb og Se. De testede jorde er vist i tabel 1. I bilag 1 ses afbildninger af de anvendte udvaskningsdata.

Tabel 1 Oversigt over jordprøver, som er testet.

Jord-ID	Kolonnetest	Jordtype
R-460-04	CEN/TS 14405	Forurenet byjord, opgravet på Skanderborggade på Østerbro (RGS 90)
R-166-06	CEN/TS 14405	Indbygget klasse 4-jord fra specialdepot på KMC
R-086-07-	CEN/TS 14405	Indbygget klasse 2/3-jord fra deponi på Prøvestenen
R-090-07	CEN/TS 14405	Forurenet jord anvendt til phytoremedieringsforsøg, KMC
R-091-07	CEN/TS 14405	Uforurenet/svagt forurenet jord anvendt til phytoremedieringsforsøg, KMC
Bor 4T-1	3-dobbelt test med NT ENVIR 002	Topjord (0-0,4 m.u.t.), lerholdigt sand, muld, fra mark 4 ved Borris forsøgsstation, pH = 5,6, TOC = 13 g/kg
Bor 4T-2
Bor 4T-3
Ove-For T	NT ENVIR 002	Forurenet topjord fra Over Jerstal, pH = 5,3, TOC = 16 g/kg, lerbl. sandj., muld
Gri-For T	NT ENVIR 002	Forurenet topjord fra Grindsted, pH = 5,5, TOC = 24 g/kg, sandjord
Tys A1 U	NT ENVIR 002	Uforurenet underjord (0,5 – 1 m) fra Tystofte, pH = 6,3, TOC = 1,6 g/kg, sandblandet lerjord

Udgangspunktet for vurderingen er en antagelse af, at udvaskningsforløbet for et givet stof kan beskrives som en eksponentielt aftagende koncentration som funktion af L/S:

C = C₀ exp(-κ(L/S))

(1)

hvor C er den koncentration i en eluatfraktion, som svarer til den aktuelle værdi af L/S,

C₀ er initialkoncentrationen (som antages at forekomme i den første eluatfraktion),

κ for et givet stof er en konstant - et udtryk for den hastighed, hvormed C aftager som funktion af L/S,

L/S er væske/faststofforholdet (den gennemsnitlige værdi for en given eluatfraktion er anvendt).

Af ligning (1) fremgår det, at:

ln(C) = ln(C₀) – κ (L/S)

(2)

dvs. ln(C) bør være en lineær funktion af L/S med hældningen –κ.

κ bestemmes af kolonneudvaskningsdataene ved lineær regression af ln(C) vs. L/S for hver analyseparameter og hver udvaskningstest. Til bestemmelsen anvendes de første 5 eluater (op til L/S = ca. 2 l/kg) af datasæt, hvor højst én koncentrationsværdi er angivet som < detektionsgrænsen.

Regressionen er foretaget på alle datasæt, som opfylder ovenstående betingelse (antal datasæt = N), også for datasæt, hvor koncentrationen stiger eller er konstant som funktion af L/S, f.eks. pga. opløselighedskontrol, evt. kombineret med ændringer i pH. Hvis koncentrationen stiger, som det f.eks. er tilfældet med flere af datasættene for udvaskning af As, fås en negativ værdi af κ.

Resultater

I tabel 2 ses dels resultaterne af den tidligere bestemmelse af κ (Aalbers et al., 1996), dels resultaterne af denne undersøgelse, der er angivet som middelværdi af κ bestemt ved regressionen, standardafvigelsen på middelværdien samt antallet af datasæt (N), der indgår i hver bestemmelse. Der er vist resultater for L/S-intervallerne 0–2 l/kg og 0–10 l/kg. Detaljerede data for de enkelte regressionsanalyser samt afbildninger af ln(C) vs. L/S for de enkelte parametre er vist i bilag 2.

Tabel 2 Resultater af denne og den tidligere bestemmelse af κ.

Parameter	Tidligere bestemt af Aalbers et al. (1996)		Bestemt i denne undersøgelse for jord
	Bestemt for L/S = 0 – 10 l/kg		L/S = 0 – 2 l/kg			L/S = 0 – 10 l/kg
	Middelværdi og 95 % konfidensinterval for κ (kg/l)	N	κ Middelværdi (kg/l)	Std.afv. (kg/l)	N	κ Middelværdi (kg/l)	Std.afv. (kg/l)	N
As	0,03 ± 0,05	44	-0,39	0,56	11	-0,018	0,11	5
Ba	0,15 ± 0,04	55	0,47	0,23	5	0,074	0,047	5
Cd	0,50 ± 0,10	37	1,1	0,65	7	0,33	0,13	3
Cr	0,18 ± 0,03	82	0,63	1,1	6	0,37	-	1
Cu	0,28 ± 0,03	90	0,48	0,59	10	0,29	0,17	5
Hg	0,05 ± 0,03	5	1,1	0,16	3	0,17	0,06	3
Mo	0,35 ± 0,04	76	0,15	0,38	5	0,20	0,14	5
Ni	0,29 ± 0,05	37	0,73	0,30	11	0,21	0,035	5
Pb	0,27 ± 0,06	52	0,19	0,56	8	0,22	0,09	2
Sb	0,11 ± 0,07	33	0,61	0,38	5	0,40	0,21	5
Se	0,38 ± 0,18	10	0,75	0,33	5	0,19	0,059	5
Zn	0,28 ± 0,05	41	0,46	0,66	5	0,24	0,15	5
DOC	0,17 (ECN)	-	1,1	0,18	5	0,20	0,06	5

I bilag 3 er der yderligere for hvert af de datasæt, som indgår i regressionsanalysen for de enkelte parametre foretaget en sammenligning af de observerede udvaskningsdata og udvaskningen beregnet ved hjælp af ligning (1) og dens integrerede form (ligning (3) til bestemmelse af udvaskede mængder, E):

E = (C₀/κ)(1 – exp(-κ (L/S)))

(3)

Dataene er vist dels som koncentrationer (C) i eluaterne, dels som udvaskede stofmængder (E), som funktion af L/S. Til beregningen af de teoretiske værdier er for hver parameter anvendt den κ-værdi, som er fundet som middelværdi for alle indgående datasæt for L/S = 0-2 l/kg (kolonne 4 i tabel 2).

Diskussion og konklusion

Som det fremgår af tabel 2 er der en betydelig forskel på de κ-værdier, der er bestemt ud fra hele udvaskningskurven (L/S = 0 – ca. 10 l/kg) og de værdier, der er bestemt på grundlag af den første del af kurven (L/S = 0 - ca. 2 l/kg). Den første del af udvaskningskurven er stejlest og giver i alle tilfælde κ-værdier, der er større end de værdier, der er bestemt ud fra hele kurven. Usikkerheden på bestemmelserne (angivet ved standardafvigelsen) er i næsten alle tilfælde ganske stor, og for alle parametre altid størst for bestemmelsen af middelværdien af κ for den første del af kurven.

I tabel 3 ses for hver parameter forholdet mellem hver af de to beregnede κ-værdier og den af Aalbers et al. (1996) bestemte κ-værdi.

Tabel 3 Forholdet mellem de i denne undersøgelse fundne og de tidligere fundne κ-værdier.

Parameter	κ(L/S=2)/κ(Aalbers et al.)	κ(L/S=10)/κ(Aalbers et al.)
As	-13	-0,60
Ba	3,1	0,49
Cd	2,2	0,66
Cr	3,5	2,1
Cu	1,7	1,0
Hg	22	3,4
Mo	0,43	0,57
Ni	2,5	0,72
Pb	0,70	0,81
Sb	5,5	3,6
Se	2,0	0,50
Zn	1,6	0,86
DOC	6,5	1.2

For As er der både for L/S = 0-2 l/kg og L/S = 0-10 l/kg fundet negative værdier af κ, svarende til koncentrationsniveauer der ikke aftager, men vokser. Modellen er derfor i princippet ikke anvendelig for As, og vil, hvis værdierne fundet af Albers et al. (1996) anvendes, kunne risikere at undervurdere den faktiske udvaskning.

For de øvrige parametre, med undtagelse af Hg og Sb, gælder det, at de i denne undersøgelse fundne κ-værdier for L/S = 0-10 l/kg ligger indenfor intervallet ca. 0,5 κ(Aalbers et al.) < κ < 2 κ(Aalbers et al.). For Hg og Sb ligger værdien på ca. 3,5 κ(Aalbers et al.).

De fundne værdier af κ for L/S = 0-2 l/kg for Ba, Cd, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Se og Zn ligger indenfor intervallet 0,43 κ(Aalbers et al.) < κ < 3,5 κ(Aalbers et al. For Hg, Sb og DOC ligger κ for L/S = 2 l/kg på henholdsvis 22 κ(Aalbers et al.), 5,5 κ(Aalbers et al.) og 6,4 κ(Aalbers et al.).

I forbindelse med beregningerne af EU’s grænseværdier for modtagelse af affald på en deponeringsenhed for ikke-farligt affald der modtager stabilt, ikke-reaktivt farligt affald, blev der gennemført en række sensitivitetsberegninger, herunder en undersøgelse af resultatets følsomhed overfor ændringer i κ.

I tabel 4 ses for en række parametre de faktorer, hvormed resultatet (grænseværdien for udvaskning ved L/S = 10 l/kg) vil blive ændret ved henholdsvis en halvering og en fordobling af de κ-værdier, som er beregnet af Aalbers et al. (1996).

Tabel 4 Resultat af sensitivitetsanalyse udført i forbindelse med beregning af EU’s grænseværdier for udvaskning fra affald, som ønskes deponeret.

Parameter	Ændring af grænseværdi ved halvering af κ (faktor)	Ændring af grænseværdi ved fordobling af κ (faktor)
As	1.24	0,84
Ba	0.70	1,28
Cd	1,0	1,08
Cr	1,11	0,78
Cu	0,90	1,07
Hg	1,38	0,72
Mo	0,91	1,16
Ni	1,0	0,91
Pb	1,0	0,89
Sb	0,82	1,14
Se	0,89	1,31
Zn	0,97	0,96

Det fremgår af tabel 4, at selv betydelige ændringer af κ ikke synes at ville forårsage væsentlige ændringer af størrelsesordenen af den beregnede grænseværdi for udvaskning for de undersøgte stoffer.

Den i tabel 4 beskrevne analyse er baseret på nogle andre scenarier, end dem der er anvendt i projektet ”Håndtering af jord – konsekvensvurdering”, og det vil derfor være hensigtsmæssigt at få undersøgt sensitiviteten af de aktuelle beregninger overfor variationer i kappa set i lyset af forskellene mellem de i denne rapport fundne kappa-værdier baseret på hhv. L/S = 2 l/kg og L/S = 10 l/kg og de af Aalbers et al. (1996) fundne værdier. Miljøstyrelsen har på dette grundlag bedt DHI om at gennemføre en sådan sensitivitetsanalyse (se Bilag G).

Reference

Aalbers, Th.G., de Wilde, P.G.M., Rood, G.A., Vermij, P.H.M., Saft, R.J., van de Beek, A.I.M., Broekman, M.H., Masereeuw, P., Kamphuis, Ch., Dekker, P.M. Valentijn, E.A. (1996): Environmental quality of primary and secondary materials in relation to re-use and protection of soil and surface water. RIVM-report no. 771402007, RIVM, Bilthoven, The Netherlands.

Bilag 1

Grafisk afbildning af kolonneudvaskningsdata anvendt i undersøgelsen

Grafisk afbildning af kolonneudvaskningsdata anvendt i undersøgelsen