|
Undersøgelse af piletræers evne til at vokse i saltholdigt havneslam, samt optagelse og nedsivning af udvalgte stoffer 3 Beskrivelse af testlokalitet og bundsediment
Den primære testlokalitet har i dette projekt været Kalvehave Havn på sydsjælland, hvor havvandets saltholdighed er ca. 10‰. Der er dog i undersøgelsen af forskellige saltholdigheders indflydelse på piletræer udtaget vand fra Gilleleje Havn på Nordsjælland, hvor saltholdigheden er ca. 20‰. 3.1 Kalvehave HavnKalvehave Havn er en middelstor lystbådehavn beliggende på det sydligste Sjælland ved farvandet Ulvsund, der adskiller Sjælland og Møn (Figur 3.1). I havnen er der i alt 383 bådpladser, og i 1999 var der 292 fastliggende både i havnen, heraf ca. 225 motor- og sejlbåde. Resten er mindre joller og en række fiskefartøjer, hvoraf kun tre benyttes af erhvervsfiskere. Der er desuden færgefart til øen Lindholm. Havnen besøges hvert år af 2500-3000 gæstesejlere (Dansk Sejlunion, 2000).
Figur 3.1. Udsnit af Danmarkskort (1:850.000) hvor placeringen af Kalvehave Havn er markeret med rødt (Udsnit af Kort- og Matrikelstyrelsens kortmaterialer er gengivet i henhold til tilladelse G18/1997). Havnen er relativt gammel og blev sidst udbygget i starten af 70'erne. Den er opdelt i to bassiner, der udgør en nyere lystbådehavn mod vest (”den nye havn”) og et ældre bassin mod øst med lystbåde og fiskefartøjer (”den gamle havn”). En skitse af Kalvehave Havn ses på Figur 3.2. Den gamle havn blev senest oprenset i 1999 p.g.a. tilsanding, hvor 1800 m³ sediment blev opsuget og klappet. Det ønskes tilsvarende at oprense 5000 m³ i den nye havn for at opretholde en vanddybde på 1,5-2,5 meter. Før oprensning forefindes der på bunden af det vestlige bassin et sedimentlag på 20-50 cm tykkelse med et indhold af organisk stof på mellem 5 og 15% (Dansk Sejlunion, 2000). Der findes ingen spildevandstilledning til havnebassinerne, og generelt er der en meget lille påvirkning fra det omgivende landområde (Dansk Sejlunion, 2000). 3.2 PrøvetagningslokaliteterI og omkring Kalvehave Havn blev der d. 19 og 20. juni 2001 udtaget prøver af bundsedimentet fra 9 forskellige lokaliteter – primært i den gamle havn. Der blev anvendt en kajakbundhenter, som kan optage en søjle af bundsedimentet. Alle bundprøver blev taget fra overfladen af sedimentlaget og ned i det underliggende sandlag. Prøvekolonnerne var 30-40 cm lange og blev for hovedpartens vedkommende opdelt i en øvre del, en mellemdel og en nedre del. Figur 3.2 viser Kalvehave Havn, idet den gamle del ses til højre og den nye del til venstre. D. 20. juni hentede 2 dykkere v.h.a. en slamsuger ca. 6 m³ bundsediment fra områderne omkring punkt 2 og punkt 7. Dette sediment blev anvendt i phytoekstraktionsforsøgene på DTU.
Figur 3.2. Skitse af Kalvehave Havn med indtegnede prøvetagningslokaliteter. Bemærk at station 5, der ligger ca. 300 m sydvest for havnen, af praktiske grunde ikke er medtaget på figuren. 3.3 Saltholdighed og ledningsevneSaltholdigheden (saliniteten) defineres som mængden af uorganisk materiale opløst i havvandet og udtrykkes ofte i gram pr. kilogram havvand (‰ S). Indholdet af Cl- er bestemt ved titrering med AgNO3 i en automatisk titrator (TIM 900). Indhold af de vigtigste ioner i almindeligt havvand (35‰ S) ses i tabel 3.1.
Tabel 3.1. Indhold af de vigtigste ioner i havvand med 35 ‰ S (Nørrevang og Meyer, 1968). Det har været kendt i mange år, at sammensætningen af opløste salte i hav- og brakvand er meget ensartet (Ødum og Christensen, 1936), og de enkelte specier vil således udgøre en ret konstant del ved forskellige saliniteter. Dog har relativt ferske indhave som f.eks. Østersøen et højere kalciumindhold end normalt p.g.a. tilstrømningen af flodvand. Med dette in mente kan saliniteten i en given vandprøve estimeres udfra chloridindholdet, idet forholdet mellem chloridindholdene anses som repræsentative for fortyndingen. Resultaterne ses i tabel 3.2. Der blev målt på vandprøver udtaget fra st. 1,2,3 og 4 i selve havnen og st. 5, der er placeret ca. 300 meter sydvest for havnen (jf. figur 3.2). Der blev udført 3 titreringer på hver prøve, og de angivne værdier i tabel 3.2 repræsenterer et gennemsnit af disse. Der blev endvidere målt ledningsevne (konduktivitet) på prøverne v.h.a. en WTW LF 539 elektrode.
Tabel 3.2. Saltholdighed og ledningsevne for havvand i og ved Kalvehave Havn. Ledningsevnen kan tages som et mål for den totale ionstyrke i havvandet (Appelo & Postma, 1993). At ledningsevnen er mere konstant end den beregnede saltholdighed indikerer, at saliniteten varierer mindre, end de beregnede værdier lader formode. Forskellene kan skyldes måleusikkerhed eller at sammensætningen af uorganiske specier varierer en smule fra sted til sted. Alt i alt er en saltholdighed på 9-10 ‰ S et godt estimat for vandet i Kalvehave Havn udfra de foreliggende målinger. 3.4 Karakterisering af havnesediment3.4.1 SedimentationsforsøgVed oprensning af havne, der indebærer fjernelse af større mængder sediment, kan det ikke undgås, at en del havvand kommer med op. Det er derfor ønskværdigt at reducere sedimentmængden af hensyn til den videre behandling. En mulighed er at bundfælde sedimentet, hvorved en del vand kan fjernes. Såfremt dette vand ikke er forurenet i væsentlig grad , hvilket litteraturgennemgangen i afsnit 2.2 lader formode, kan der muligvis erhverves udledningstilladelse, hvorefter vandet kan bortskaffes ved tilbagepumpning. I givet fald kan sedimentationen med fordel foretages i umiddelbar nærhed af havnebassinet. Sedimentationshastigheden afhænger dels af cloggingegenskaberne, dvs. partiklernes tendens til at danne aggregater (flokkulere). I havvand med en forholdsvis høj ionstyrke foregår flokkuleringen relativt hurtigt (jf. afsnit 2.2), men vælger man f.eks. at vaske sedimentet med ferskvand for at nedbringe saltholdigheden, kan der blive problemer med bundfældelsen. Som regel er partikler, der én gang er flokkulerede, dog ikke videre tilbøjelige til at skille ad. Faldhastigheden for de flokkulerede partikler i havvandet kan beskrives ved Stokes formel: V = (2/9) · g · r2 · (Δs-Δv)/Ο Hvor: V er faldhastigheden af partiklen (cm/s) Det fremgår heraf, at faldhastigheden stiger med densiteten af partiklen (densiteten af vandet er konstant) samt med kvadratet på den effektive radius (i formlen tilnærmes partikelformen med en kugle) og aftager med viskositeten, der er et mål for tyktflydenheden af væsken. Lette organiske partikler med stor radius i forhold til vægten vil således bundfældes langsommere end massive sand-, silt- og lerpartikler. I forsøget blev to forskellige typer bundsediment (en ”tyk” udtaget nær bunden af tanken og en ”tynd” udtaget længere oppe i vandfasen sedimenteret i 1 l cylinderglas. Prøven blev omrystet grundigt for at opnå optimal opblanding, hvorefter højden af den klare væskefase i forhold til sedimentfasen blev målt over tid. Resultaterne ses i figur 3.3.
Figur 3.3. Sedimentationshastighed for havnesediment. Det er ikke overraskende, at synkningen er størst for det ”tynde” sediment. Udfra Stokes formel kunne man desuden forvente, at sedimentationen ville foregå hurtigst for det ”tynde” sediment (p.g.a. forskellen i viskositet). Dette er også tilfældet, men forskellen er ikke stor. I begge forsøg ses en stagnation efter ca. 3 døgn. Allerede efter 1 døgn er 90% synkning opnået for det ”tynde” sediment, mens det ”tykke” sediment er sunket 76%. På denne baggrund kan det næppe betale sig at lade oppumpet sediment bundfælde i mere end ca. 1 døgn. Der blev desuden foretaget forsøg, hvor sedimentet blev bundfældet under et tryk på op til 3 bar. Der var en svag stigning i bundfældelseshastigheden (data ikke vist), men effekten er for lille til, at det kan betale sig at anvende metoden i praksis. 3.4.2 Vandindhold og glødetabVandindhold og indhold af organisk stof (estimeret som glødetabet, der dog også omfatter krystalvand) blev målt på sedimentfasen fra alle 9 prøvetagningslokaliteter. Vandindholdet blev bestemt som massetab efter 20 timers tørring ved 105°C, hvorefter prøverne blev glødet ved 550°C i 2½ time. Gløderesten udgør herefter det ikke-organiske sediment. Resultaterne ses på figur 3.4.
Figur 3.4. Procentvis indhold af vand, organisk stof og uorganisk sediment. Indeks ø, m og n refererer til hhv. øvre, midterste og nedre del af sedimentfasen. Det ses, at vandindholdet stiger med indholdet af organisk stof, hvilket givetvis skyldes den løsere pakning af de lette aggregater. Det bør dog påpeges, at prøvetagningsproceduren kan have bevirket en mindre afvanding af prøverne inden måling. Sammenhængen mellem vandindhold og organisk stof er illustreret på figur 3.5. Der er en tilnærmelsesvis lineær sammenhæng op til et organisk stof indhold på ca. 10%. Herefter afbøjer kurven asymptotisk. Generelt er indholdet af organisk stof højest øverst i sedimentlaget. Det kan tænkes, at uorganiske partikler med højere densitet vil have en tendens til at synke ned i sedimentfasen efter aflejring. Udenfor selve havnen (prøve 5 og 9) er indholdet af organisk stof som forventet langt lavere, sandsynligvis fortrinsvis p.g.a. strømmen, der her er kraftig nok til at holde de organiske partikler suspenderede. Den gode opblanding giver tillige en større ilttilførsel til vandet, hvilket fremmer den mikrobielle nedbrydning af organisk stof.
Figur 3.5. Organisk stof som funktion af vandindholdet. 3.4.3 KornstørrelsesfordelingEfter fjernelse af vandet ved tørring blev en delprøve opdelt i fraktionerne >63 µm (sand) og <63 µm (ler og silt). Det organiske materiale blev fjernet ved glødning ved 550°C (kan også fjerne krystalvand), så fordelingen repræsenterer udelukkende uorganisk sediment. Resultaterne ses på figur 3.6.
Figur 3.6. Fraktionering af uorganisk materiale i sand- versus ler- og siltfraktion. Indeks ø, m og n refererer til øvre, midterste og nederste del af sedimentkernen. Der er en tendens til, at det meste finkornede materiale aflejres øverst, hvilket skyldes, at det groveste materiale bundfældes først. De laveste indhold af ler og silt ses på åbent hav (st. 5), hvor over 99% af det uorganiske sediment tilhører sandfraktionen. Der er ret store variationer i selve havnen, hvilket nok må tilskrives forskellige strømningsmønstre fra station til station. Som hovedregel udgør ler- og siltfraktionen dog ikke over 10-20%. Glødetab omfatter som nævnt ikke kun organisk stof, men også bundet vand i f.eks. lermineraler. De to parametre er plottet mod hinanden på figur 3.7.
Figur 3.7. Glødetab som funktion af ler- og siltfraktion i bundsedimentet. Den lineære korrelationskoefficient (R²) er 0,69. Der ses som forventet en klar positiv korrelation med en lineær korrelationskoefficient på 0,69. 3.4.4 Indhold af svovl og kulstofEfter tørring blev der for hver prøve udtaget en delprøve på 0,5 g, der blev analyseret for total-svovl og –kulstof på en LECO Analyzer (CS-225). Resultaterne ses på figur 3.8.
Figur 3.8. Indhold af total-svovl og total-kulstof i bundsedimentet. Indholdet af total-kulstof varierer mellem 2 og 15% i selve havnebassinet. Længere til havs (st. 5) er indholdet betydeligt lavere, hvilket sammenfattende følger tendensen for glødetab (jf. figur 3.4). Indholdet af total-svovl varierer mellem 0,13 og 3,22 %. Det naturlige indhold af svovl i havvand er under 1‰, og de relativt høje indhold af svovl tyder således i alle tilfælde på anaerobe forhold med sulfatreduktion, hvilket bevirker akkumulering af svovlforbindelser i bundsedimentet. Da sulfatreduktion giver mindre energi end reduktion af jern- og manganoxider (se f.eks. Appelo og Postma, 1993), er disse stærke adsorbenter sandsynligvis ikke tilstede i bundsedimentet. Eftersom et højt indhold af organisk kulstof desuden er ensbetydende med et stort indhold af tilgængelige elektrondonorer og tillige en dårlig opblanding, der begrænser ilttilførslen, kan der forventes en korrelation mellem indhold af total-svovl og total-kulstof. Disse parametre er plottet mod hinanden på figur 3.9. Selvom korrelationen umiddelbart er dårlig (lineær korrelationskoefficient 0,33), er tendensen tydelig.
Figur 3.9. Total-kulstof som funktion af total-svovl i bundsedimentet. Den lineære korrelationskoefficient er 0,33. Selvom bundet vand i f.eks. lermineraler indgår i glødetab, forventes der, så længe den uorganisk fraktion er relativt lille, en korrelation mellem organisk kulstof og glødetab. Imidlertid blev prøvematerialet ikke decarbonatiseret inden analyse, så det målte kulstofindhold er total-kulstof.
Figur 3.10. Glødetab plottet som funktion af total-kulstof for bundsedimentet. Den lineære korrelationskoefficient er 0,40. De to parametre er plottet mod hinanden på figur 3.10. Den lineære korrelation er ret svag (R²=0,40), men tendensen er tydelig. Det er formodentlig varierende indhold af kalk og ler i prøverne, der er årsag til de relativt store udsving. 3.4.5 Indhold af tungmetallerKobber og zink i sedimentprøverne blev bestemt efter metoden i Dansk Standard (DS-259) for syreopløselige metaller, hvor prøven ekstraheres ved kogning ved 200 kPa og 120°C i 7 M HNO3 i 30 minutter. Efter filtrering bestemmes metalindholdet ved atomabsorptionsspektrometri (AAS). Resultaterne ses på figur 3.11.
Figur 3.11. Indhold af kobber og zink i bundsedimentet. Udfra gennemgangen i afsnit 2.2 kan det på baggrund af de manglende jern- og manganoxider samt det generelt lave indhold af finkornet sediment forventes, at hovedparten af tungmetallerne er bundet til den organiske fase. På figur 3.12 er koncentrationerne af Cu og Zn plottet mod indholdet af organisk kulstof.
Figur 3.12. Zink- og kobberindhold i bundsediment som funktion af total-kulstof. Lineære korrelationskoefficienter er 0,22 for zink og 0,49 for kobber. På trods af stor spredning er tendensen tydelig, specielt for Cu (R²=0,49), hvilket passer med forventningen om, at Cu binder sig specielt stærkt til sedimentets organiske fraktion (jf. afsnit 2.2.4). Miljøstyrelsen lavede i 1992 udkast til grænseværdier for klaptilladelse på 34 mg Cu/kg TS og 207 mg Zn/kg TS. Det fremgår, at alle prøver udtaget inde i havnen (pånær prøve 1m for Cu) ligger over disse niveauer, og havnesedimentet kan derfor være potentielt skadeligt for havmiljøet. Specielt st. 4 er forurenet med Cu og Zn. Dette kan skyldes, at det er her, bådene bliver sat i vandet efter maling. Desuden ligger dieseltanken her, så de fleste både kommer den vej forbi og ligger i et stykke tid. Der blev desuden målt Cu og Zn på vandfasen (grafitovns AAS efter tilsætning af HNO3 og filtrering) efter sedimentering fra st. 1-5, men kun på st. 2 (0,02 mg Cu/l og 1,82 mg Zn/l) og på st. 5 (0,05 mg Zn/l) måltes der koncentrationer over detektionsgrænsen (Cu: 0,34 µg/l; Zn: 0,018 mg/l).
|
