Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, 28/2005 – Undersøgelse af piletræers evne til at vokse i saltholdigt havneslam, samt optagelse og nedsivning af udvalgte stoffer

Undersøgelse af piletræers evne til at vokse i saltholdigt havneslam, samt optagelse og nedsivning af udvalgte stoffer

Sammenfatning og konklusioner

Der blev udtaget prøver af bundsediment fra 9 forskellige lokaliteter og havvand fra 5 forskellige lokaliteter i og omkring Kalvehave Havn. Havvandet havde en saltholdighed på 9-10 ‰ og en ledningsevne på omkring 17 mS/cm. Sedimentet havde højere vandindhold og indhold af organisk stof (estimeret som glødetab efter opvarmning til 550°C i 20 timer) i selve havnen (typisk hhv. 30-70% og 10-20%) end udenfor (hhv. 25-35% og 0-5%), hvilket tilskrives den større opblanding og dermed fjernelse af finkornet materiale på åbent hav.

Der blev fundet en tilnærmelsesvis lineær sammenhæng mellem vandindhold og indhold af organisk stof for indhold af organisk stof op til 10%. Med enkelte undtagelser udgjorde ler- og siltfraktionen mindre end 10% af den uorganiske del. Der var en positiv korrelation mellem ler- og siltfraktion, og glødetab, der også omfatter vand bundet i lermineraler. Indholdet af total-kulstof fulgte tendensen for organisk stof med indhold fra 2 til 15% i selve havnen. Indhold af total-svovl varierede tilsvarende mellem 0,13 og 3,22%, hvilket tyder stærkt på sulfatreduktion og dermed iltfrie forhold samt sandsynligvis mangel på jern- og mangan(hydr)oxider i bundsedimentet. Der var en svag positiv korrelation mellem total-kulstof og total-svovl samt mellem total-kulstof og glødetab. Generelt synes sedimentet med højt indhold af organisk stof således mere mikrobielt aktivt og mere reduceret.

Indholdet af zink i bundsedimentet lå generelt mellem 500 og 1000 mg/kg tørstof (TS), mens indholdet af kobber typisk varierede mellem 50 og 150 mg/kg TS. Disse værdier gør ifølge udkast til grænseværdier udstukket af Miljøstyrelsen i 1992 på 207 mg Zn/kg TS og 34 mg Cu/kg TS sedimentet potentielt skadeligt for havmiljøet. Udenfor havnebassinet var koncentrationerne af begge tungmetaller i bundsedimentet langt lavere og udgør ifølge ovenstående ikke noget miljøproblem. Der var en tydelig tendens til at koncentrationerne af Zn og Cu steg med indholdet af total-kulstof, hvilket indikerer, at tungmetallerne primært er bundet til bundsedimentets organiske fase. Dette måtte forventes på baggrund af det lave indhold af ler og silt. Den stærke binding til den faste fase manifesteres ved, at koncentrationerne af Zn og Cu i vandfasen var meget lave og langt under drikkevandskriterierne.

Fra 2 prøvetagningslokaliteter i det gamle del af havnen blev der optaget større mængder bundsediment, der blev blandet i opbevaringstanke og siden anvendt i phytoekstraktionsforsøgene på DTU. Der blev foretaget bundfældningsforsøg med ”tyndt” sediment fra toppen og ”tykt” sediment fra bunden af tanken. Som forventet bundfældte det tynde sediment hurtigst med 90% relativ synkning opnået efter 24 timer. I samme tidsrum sank det tykke sediment 76%. Total bundfældning var opnået efter ca. 3 dage. Bundfældning under tryk (1-3 bar) foregik ikke væsentligt hurtigere. Det kan således næppe i praksis være nødvendigt at bundfælde havnesediment i mere end ca. 24 timer.

Det anvendte sediment indeholdt 140-157 mg Cu/ kg TS, 358-526 mg Zn/kg TS, 40,5-43,2 mg Ni/kg TS, 2,7-2,9 mg Cd/kg TS, og ca. 25 mg Li/kg TS, 18,4% tørstof, 6,2% total-kulstof, 2,2% carbonat-kulstof, 9400 mg total-kvælstof/kg TS, 1142 mg total-fosfor/kg TS, 654,5 µg TBT-Sn/kg TS, 206,5 µg DBT-Sn/kg TS og 129,3 µg MBT-Sn/kg TS.

I phytoekstraktionseksperimenterne anvendtes de 3 pilekloner ”Orm” (× Salix viminalis), ”Aage” (× Salix schwerinii) og ”Bjørn” (Salix schwerinii × Salix viminalis). Piletræerne blev plantet i 1,25×2,40 m trækasser i ca. 30 cm stabilgrus et år før eksperimenterne begyndte. Der blev ikke tilført gødning i denne periode. Ved eksperimenternes start i juni 2001 havde piletræerne i kasse 1 (”Bjørn”) nået en højde på ca. 105 cm. ”Aage” i kasse 2 var ca. 165 cm, mens ”Orm” i kasse 3 var ca. 95 cm. Kun klonen ”Aage” syntes at trives godt inden den første dosering af havnesediment den 20. juni. I løbet af de følgende 3 måneder blev 2355-2420 l sediment med et gennemsnitligt tørstofindhold på 5% løbende tilført hver kasse. Kasse 1 blev grundigt gennemvandet adskillige gange i løbet af sommeren, mens kasse 2 modtog ca. 2900 l vand (inklusiv regnvand), og kasse 3 kun modtog regnvand (ca. 770 l) i løbet af de 3 måneder. De tre forsøgskasser havde således forskellige betingelser (tilgang af lys og vandmængde) gennem forsøgsperioden. Hertil kommer, at pilene var tre forskellige arter, der havde opnået forskellig størrelse ved forsøgsstart, hvilket komplicerer en direkte sammenligning af forsøgsresultater.

Fem uger efter den første dosering af sediment den 20. juni 2001 blev en pil fra kasse 3 analyseret for TBT og nedbrydningsprodukter, men koncentrationerne var under detektionsgrænsen (0,5-5 µg TBT-Sn/kg TS). Kviste (med blade) fra de 3 pilekloner blev med jævne mellemrum analyseret for tungmetallerne Cu, Cd, Zn og Ni. Cu-koncentrationerne oversteg aldrig baggrundsniveauet (12-16 mg/kg TS). Derimod steg Cd-koncentrationerne på 20 dage med en faktor 2 fra et niveau på omkring 1 mg/kg TS. Tilsvarende steg Zn-koncentrationerne fra 50-70 mg/kg TS til 300-350 mg/kg TS i løbet af omkring 2 måneder. Ni-koncentrationer steg ligeledes på 30-40 dage fra 1-2 til 5-8 mg/kg TS. Optagelsen af cadmium foregår således hurtigst, mens oprensningspotentialet følger sekvensen Zn > Cd > Ni > Cu.

Den 23. juli blev der fra kasse 3 udtaget prøver fra den øverste del af sedimentet (skorpen 1-2 cm), længere nede i sedimentlaget samt fra det underliggende stabilgruslag. Tørstofindholdet var steget væsentligt, specielt i skorpen, hvilket viser en effektiv dræning af sedimentlaget. Alt i alt faldt sedimentvolumenet med en faktor 10 efter udbringning. Koncentrationen af TBT var faldet med en faktor 2, hvorimod koncentrationerne af DBT og specielt MBT kun var lidt lavere end startværdierne. Alle 3 stoffer var under detektionsgrænsen (<0,5 µg -Sn/kg TS) i stabilgruslaget. Organotinforbindelserne var ligeledes under detektionsgrænsen i afløbsvandet. Derfor er mikrobiel eller fotolytisk nedbrydning af TBT den sandsynlige forklaring på den faldende koncentration. Ved en senere prøvetagning den 2. november 2001 var både indholdet af TBT og DBT faldet yderligere, mens MBT var konstant. TBT synes at blive nedbrudt efter 1.-ordens kinetik med en ratekonstant på 0,017 d^-1 og en halveringstid på 41 dage. TBT nedbrydes således relativt hurtigt efter udspredning. Det er muligt, at nedbrydning vil forekomme selv uden beplantning med pil, men det er på den anden side sandsynligt, at beplantningen fremmer nedbrydningen ved at skabe bedre betingelser for mikroorganismerne i overjorden.

Både Cu- og Zn-koncentrationerne i sedimentet var faldet efter udbringning, men Cu/Li-ratioen var stort set uændret, hvilket indikerer, at Cu primært blev vasket ud, hvorimod Zn/Li-ratioen var faldet efter udbringning, hvilket tyder på en signifikant optagelse af Zn i piletræerne. Afløbsvand fra alle 3 kasser blev analyseret for Cu, Cd, Zn og Ni med jævne mellemrum i løbet af eksperimentet, men kun zink oversteg grænseværdierne for drikkevand en smule, hvilket viser en meget god kvalitet af afløbsvandet, hvad angår de 4 tungmetaller. Derimod var der salt i afløbsvandet i koncentrationer, der kun lå lidt under havvandet.

Polycycliske aromatiske hydrocarboner (PAH'er) blev analyseret i opbevaringstanken (sediment og vandfase) samt i afløbsvandet. Alle de 29 PAH'er, som der blev analyseret for, blev detekteret i sedimentet, der må karakteriseres som let forurenet med en total PAH-koncentration på 9,3 mg/kg TS. Der blev desuden detekteret 2 phtalater, men i koncentrationer langt under afskæringsværdien for spildevandsslam. I afløbsvandet fandtes 5 PAH'er i koncentrationer på 0,01 µg/l, mens de øvrige 24 PAH'er enten ikke kunne kvantificeres eller detekteres. Den meget lave grænseværdi for udledning af overfladevand på 0,001 µg PAH/l (jf. Miljøstyrelsens Bekendtgørelse nr. 921 af 8. oktober 1996) kan således ikke overholdes.

Alle 3 pilekloner blev påvirkede af havsaltet, og væksten stoppede efter udbringning af havnesedimentet. Kun klonen ”Aage” (× Salix Schwerinii) så ud til at trives nogenlunde efter eksperimenterne. Det gennemsnitlige udbytte var omkring 3 tons TS/ha, hvilket er 3-4 gange mindre end det normale udbytte per år for piletræer. Mangel på vand og gødning er sikkert en del af forklaringen. Imidlertid har alle pilene på trods af saltet optaget Zn, Cd og i mindre grad Ni over en periode på ca. 3 måneder. Kobber blev ikke opkoncentreret i pilene. Under de eksperimentelle forhold svarer pilenes fjernelse af tungmetaller til 15-30 g Ni/ha, 4-5 g Cd/ha og 650-850 g Zn/ha. Ekstraktionstiden bør være mindst 1-2 måneder, og pilene bør høstes inden oktober. Klonen ”Aage” syntes at være den mest egnede til phytoekstraktion af forurenet havnesediment, men dette kan dog også skyldes en bedre vækst fra starten samt vanding i sommerperioden. Effektiviteten kunne formodentlig forbedres ved at vaske sedimentet med ferskvand inden udbringning, men for en tilfredsstillende ekstraktion af tungmetaller må der anvendes meget mindre doser slam per overfladeareal (nogle få tons tørstof per ha). Ekstraktionspotentialet kan sandsynligvis forbedres flere gange, hvis pilene gives optimale vækstbetingelser. Det er vigtigt at tilføre passende mængder vand og gødning i den første vækstsæson samt at plante pilene på et solrigt sted.

Effekten af højere saltindhold blev undersøgt ved at dosere vand fra Gilleleje Havn (ca. 20‰ S) på mindre forsøgsbaljer beplantet med pil. En uge efter sidste dosering havde pilene tabt alle blade, og efter en måned virkede planterne døde. Pilene begyndte dog igen at sætte skud efter den regnfulde september, men deres vækst syntes sat i stå for resten af vækstsæsonen, hvilket sandsynligvis betyder alvorlige rodskader. Pilene kan altså overleve selv en total mætning med 20‰ saltvand i en kort periode, men ved så høje saliniteter må fortynding anbefales for at undgå langtidseffekter.