Transcript 08. Aina Nordskog, Multiconsult

multiconsult.no
Utlekking av perfluorerte forbindelser
fra jord forurenset av brannslukningsskum
Forfatter: Aina Marie Nordskog
Veiledere: Gijsbert D. Breedveld (NGI/UiO),
Gro D. Villanger (Avinor) og Kim Rudolph-Lund (Sweco)
Levert: Januar 2013
multiconsult.no
Innhold:
• Introduksjon
• Mål
• Metoder
• Resultat og diskusjon
• Konklusjon
multiconsult.no
Hva er perfluorerte forbindelser?
• En stor gruppe forbindelser som kan deles i mange
undergrupper
• Deles inn etter type organisk funksjonell gruppe
• Sulfonater, karboksylsyrer, alkoholer, sulfonamider
• Perfluorinert alkyl hale
• Alle hydrogener i halen er byttet ut med fluor
multiconsult.no
Hva brukes PFC’er til?
• Polering, voks, skismøring, insektmiddel,
ugressmiddel
• Overflatebelegg på tekstilprodukter som tepper
og regnjakker
• Sjampo, kosmetikk, belegg i mat-emballasje,
slippbelegg i kjeler og stekepanner
• Brukes også i brannslukningsskum av typen AFFF
(aqueous film forming foam)
multiconsult.no
Hvordan slippes PFC’er ut i miljøet?
• Både punktkilder og diffuse kilder
• Bruken av brannslukningsskum ved brannøvning på
flyplasser
• Bruk og deponering av PFC-behandlede forbruksvarer,
urban avrenning og luftforurensning i byer
multiconsult.no
Utbredelse i miljøet
• Globalt utbredt
• Detektert i
Jord
Overflate- og grunnvann
Sediment
Luft
Biota
Arktiske strøk
• Konsentrasjoner utenfor kildeområder er vanligvis i
nanogram
multiconsult.no
Konsekvenser av PFC’er i miljøet
• Bioakkumulerende og biomagnifiserer i næringskjeder
• Veldig persistente i kroppen og i miljøet
• Funnet i prøver av humant serum, blodprøver,
morsmelk, og hos nyfødte barn
• PFOS og PFOA har blitt linket til kreft i mennesker og i
dyreforsøk
• Hormonforstyrrende
multiconsult.no
Mål for oppgaven
1. Finne fordelingskoeffisienter (Kd) for utvalgte
PFC’er mellom porevann og ulike typer jord
2. Se på påvirkningen av ulike jordkarateristikker
for sorpsjon
3. Bestemme utlekking av utvalgte PFC’er fra
uforstyrrede jordprofiler
multiconsult.no
Kristiansand
Brannøvingsfelter
From 1995
Kristiansund
Bergen
Until 2004
multiconsult.no
Jordprøver
• Tre ulike jordarter
ORGANISK RIK SKOGSJORD
BERGEN
MYRJORD
KRISTIANSUND
SAND
KRISTIANSAND
multiconsult.no
Risteforsøk
• Syv ulike jordprøver
• Fordelingskoeffisienter (Kd)
ble bestemt i triplikat
• Jord og vann blandet (L/S
10) og ristet i 10 dager for å
oppnå likevekt
• Vannet filtrert gjennom
glassfiberfilter (GF/C
Whatman glasfiber filters)
Kolonneforsøk
• Utlekking fra
uforstyrrede
jordprofiler utført i
paralleller
• Ferskvann infiltrert i
kolonnene (L/S 10)
• Kontinuerlig
oppsamling av
sigevann
multiconsult.no
Parallel columns
Leachate outlet
Bottom of soil profile
Direction of water
flow through columns
Top of soil profile
Fresh water inlet
multiconsult.no
Jordkarakterisering
Parameter
KSA 30
Soil type
Training station active
Depth of sampling (cm)
KSA 15 A
KSA 15 B
BP7
Sand
1985-1998
BP3
BP13
KSUND
Organic rich forest soil
Natural peat
From 1995
Until 2004
Until 1985
80-100
50
80-85
10-20
0-10
0-15
200-250
TOC %
0.21
1.66
1.36
8.55
9.51
45.7
43.2
Water content %
10.9
18.4
17.1
62.1
117
328
383
foc
0.002
0.017
0.014
0.085
0.095
0.457
0.432
970
1167
937
2867
2800
3567
7500
733
490
268
905
5501
464
477
Ca (mg/kg dw)
ΣPFC concentration
in soil excl. LOQ (µg/kg
dw)
Økende TOC nivå
multiconsult.no
Risteforsøk: PFC konsentrasjoner i jord og vann
6000
Jord
60
PFBA (C4)
PFBS (C4)
5000
PFBA (C4)
PFBS (C4)
50
PFPeA (C5)
PFHxA (C6)
4000
PFHxS (C6)
PFHpA (C7)
3000
6:2 FTS (C8)
2000
PFOA (C8)
PFPeA (C5)
Concentration in water (µg/l)
Concentration in soil (µg/kg)
Vann
PFHxA (C6)
40
PFHxS (C6)
PFHpA (C7)
30
6:2 FTS (C8)
20
PFOA (C8)
PFOS (C8)
1000
PFNA (C9)
PFOS (C8)
10
PFNA (C9)
8:2 FTS (C10)
0
8:2 FTS (C10)
0
KSA 30 KSA 15A KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFDA (C10)
KSA 30
KSA 15A
KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFDA (C10)
Jord
Vann
• Prøve BP3 med organisk rik skogsjord fra
Bergen hadde høyest total konsentrasjon
(5501 μg/kg)
• Prøve KSA 30 med sand fra Kristiansand
hadde høyest total konsentrasjon
(54.7 μg/l)
• Prøve KSA 15B med sand fra Kristiansand
• Prøve BP13 med organisk rik skogsjord fra
hadde lavest total konsentrasjon (268 μg/kg) Bergen hadde lavest total konsentrasjon
(9.82 μg/l)
multiconsult.no
Jord-vann fordelingskoeffisienter (Kd verdier)
Kd values (l/kg)
Compounds
KSA 30
KSA 15A
KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFBA (C4)
< 6.67
-
-
15.1
13.7
11.2
7.34
PFBS (C4)
-
-
-
< 175
< 35
n.d
7.43
PFPeA (C5)
-
-
-
11.7
11.3
11.6
6.67
PFHxA (C6)
< 20
< 66.7
< 40
14.5
12.8
14.4
8.42
PFHxS (C6)
15.2
8.13
8.53
37.7
31.1
60.4
15.5
PFHpA (C7)
-
-
-
17.7
14.6
18.9
11.1
6:2 FTS (C8)
13.4
< 37.5
< 150
15.7
13.0
22.1
< 54.4
PFOA (C8)
< 16.7
-
< 117
30.9
70.4
54.9
17.8
PFOS (C8)
13.5
24.6
21.2
153
312
332
202
PFNA (C9)
-
31.9
21.3
66.0
145
119
57.0
14.2
-
-
220
711
294
-
-
36.0
28.2
354
753
>212
-
8:2 FTS (C10)
PFDA (C10)
Økende TOC nivå
multiconsult.no
Jord-vann fordelingskoeffisienter (Kd verdier)
Compounds
KSA 30
KSA 15A
KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFBA (C4)
< 6.67
-
-
15.1
13.7
11.2
7.34
PFBS (C4)
-
-
-
< 175
< 35
n.d
7.43
PFPeA (C5)
-
-
-
11.7
11.3
11.6
6.67
PFHxA (C6)
< 20
< 66.7
< 40
14.5
12.8
14.4
8.42
PFHxS (C6)
15.2
8.13
8.53
37.7
31.1
60.4
15.5
PFHpA (C7)
-
-
-
17.7
14.6
18.9
11.1
6:2 FTS (C8)
13.4
< 37.5
< 150
15.7
13.0
22.1
< 54.4
PFOA (C8)
< 16.7
-
< 117
30.9
70.4
54.9
17.8
PFOS (C8)
13.5
24.6
21.2
153
312
332
202
PFNA (C9)
-
31.9
21.3
66.0
145
119
57.0
14.2
-
-
220
711
294
-
-
36.0
28.2
354
753
>212
-
8:2 FTS (C10)
PFDA (C10)
Økende Kjedelengde
Kd values (l/kg)
multiconsult.no
Jord-vann fordelingskoeffisienter (Kd verdier)
Kd values (l/kg)
Compounds
KSA 30
KSA 15A
KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFBA (C4)
< 6.67
-
-
15.1
13.7
11.2
7.34
PFBS (C4)
-
-
-
< 175
< 35
n.d
7.43
PFPeA (C5)
-
-
-
11.7
11.3
11.6
6.67
PFHxA (C6)
< 20
< 66.7
< 40
14.5
12.8
14.4
8.42
PFHxS (C6)
15.2
8.13
8.53
37.7
31.1
60.4
15.5
PFHpA (C7)
-
-
-
17.7
14.6
18.9
11.1
6:2 FTS (C8)
13.4
< 37.5
< 150
15.7
13.0
22.1
< 54.4
PFOA (C8)
< 16.7
-
< 117
30.9
70.4
54.9
17.8
PFOS (C8)
13.5
24.6
21.2
153
312
332
202
PFNA (C9)
-
31.9
21.3
66.0
145
119
57.0
14.2
-
-
220
711
294
-
-
36.0
28.2
354
753
>212
-
8:2 FTS (C10)
PFDA (C10)
multiconsult.no
Relativ fordeling i jord og vann
100%
80%
PFPeA (C5)
70%
PFHxA (C6)
60%
PFHxS (C6)
50%
PFHpA (C7)
40%
6:2 FTS (C8)
30%
PFOA (C8)
20%
PFOS (C8)
10%
PFNA (C9)
8:2 FTS (C10)
0%
KSA 30 KSA 15A KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFDA (C10)
PFBA (C4)
90%
PFBS (C4)
Relative concentration in water
Relative concentration in soil
90%
Jord
100%
PFBA (C4)
PFBS (C4)
80%
PFPeA (C5)
70%
PFHxA (C6)
60%
PFHxS (C6)
50%
PFHpA (C7)
6:2 FTS (C8)
40%
PFOA (C8)
30%
PFOS (C8)
20%
PFNA (C9)
10%
8:2 FTS (C10)
0%
Vann
KSA 30
KSA 15A
KSA 15B
BP7
BP3
BP13
KSUND
PFDA (C10)
• Forbindelser med lengere kjedelengde • PFOS dominerte kun i vannprøver fra
hadde høyere relativ fordeling i jord
jord med lav TOC
enn i vann
• Forbindelser med kort kjedelegde
• Kortkjedede forbindelser dominerte i
hadde høyere relativ fordeling i vann
vannprøver fra jord med høyere TOC
enn i jord
nivå
multiconsult.no
Forholdet mellom innhold av kalsium
og innhold av PFC’er i vann
• Konsentrasjoner av forbindelser med lang kjedelengde
(≥C8) i vannfasen minket med økende innhold av
kalsium i jord
• Dette kan ha en sammenheng med økt positiv ladning
på mineraloverflaten ved høyt kalsiuminnhold i jord
PFOS (C8)
KSA 15A
40
KSA 15B
30
BP7
20
BP3
10
BP13
KSUND
0
0
2000
4000
Ca conc. in soil (mg/kg)
6000
8000
PFNA conc. in water (µg/l)
PFOS conc. in water (µg/l)
KSA 30
50
PFNA (C9)
0.16
60
0.14
KSA 15A
0.12
KSA 15B
0.10
BP7
0.08
BP3
0.06
BP13
0.04
0.02
0.00
0
1000
2000
Ca conc. in soil (mg/kg)
3000
4000
multiconsult.no
140
120
100
80
60
40
20
0
9
18
27
36
Porevolumes
6:2 FTS (C8)
8:2 FTS (C10)
PFHxS (C6)
PFPeA (C5)
250
0.20
200
0.15
150
0.10
100
0.05
50
0.00
0
9
46
PFOS (C8)
300
18
6:2 FTS (C8)
PFPeA (C5)
PFHxA (C6)
28
37
Porevolumes
8:2 FTS (C10)
PFBA (C4)
PFOA (C8)
• Stor forskjell mellom parallelle kolonner i de første sigevannsprøvene
• PFOS hadde høyest konsentrasjon i alle sigevannsprøvene
• Total PFC konsentrasjon minket over tid
• 46 porevolum og en gjennomsnitts vannhastighet på 39 ml/t
46
PFHxS (C6)
PFDA (C10)
PFOS (C8)
PFOS conc. in water (µg/l)
160
KSA30-B
0.25
180
Concentration in water (µg/l)
KSA30-A
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
PFOS conc. in water (µg/l)
Concentration in water (µg/l)
PFC i sigevann fra kolonner, Ksand
multiconsult.no
Concentration in water (µg/l)
50
PFBA
(C4)
45
40
35
PFPeA
(C5)
30
25
PFHxA
(C6)
20
15
6:2 FTS
(C8)
10
5
PFOS
(C8)
0
0.9
1.8
2.7
3.6
4.5
Concentration in water (µg/l)
PFC i sigevann fra kolonner, Bergen
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.9
1.8
Porevolumes
2.7
3.6
Porevolumes
• God reproduserbarhet mellom de parallelle kolonnene
• Forbindelsene med kort kjedelengde lakk ut raskest
• Forbindelsene med lang kjedelengde lakk ut med lavere hastighet
• 4.5 porevolum og en gjennomsnitts vannhastighet på 12.8 ml/t
4.5
PFBS
(C4)
PFHxS
(C6)
PFHpA
(C7)
PFOA
(C8)
PFNA
(C9)
8:2 FTS
(C10)
PFDA
(C10)
multiconsult.no
PFC i sigevann fra kolonner, Ksund
2.5
PFBS
(C4)
16
14
PFHxA
(C6)
12
10
PFHxS
(C6)
8
6
PFOS
(C8)
4
2
PFNA
(C9)
0
0.4
0.8
Porevolumes
1.2
Concentration in water (µg/l)
Concentration in water (µg/l)
18
PFBA
(C4)
2.0
1.5
PFPeA
(C5)
1.0
PFHpA
(C7)
0.5
PFOA
(C8)
0.0
0.4
0.8
1.2
Porevolumes
• Relativt god reproduserbarhet mellom de parallelle kolonnene
• Forbindelsene med lang kjedelengde lakk ut med lavere hastighet
• Lavere hastighet på utlekkingen kan være påvirket kalsiuminnholdet i jorda
• 1.2 porevolum og en gjennomsnitts vannhastighet på 3.8 ml/t
multiconsult.no
Prosentvis fordeling av PFC’er i sigevann over tid
PFPeA (C5)
70%
PFHxA (C6)
60%
PFHxS (C6)
50%
PFHpA (C7)
40%
6:2 FTS (C8)
30%
PFOA (C8)
20%
PFOS (C8)
10%
PFNA (C9)
0%
18
27
Porevolumes
37
46
PFDA (C10)
• De kortkjedede forbindelsene ble
ikke holdt tilbake i jorden
• Forbindelsene med lengre
kjedelenge hadde økende grad av
utlekking over tid
PFBS (C4)
80%
PFPeA (C5)
70%
PFHxA (C6)
60%
PFHxS (C6)
50%
PFHpA (C7)
40%
6:2 FTS (C8)
30%
PFOA (C8)
20%
PFOS (C8)
10%
PFNA (C9)
0%
8:2 FTS (C10)
9
PFBA (C4)
90%
Relative conc. distribution
PFBS (C4)
80%
Ksand
100%
PFBA (C4)
90%
Bergen
0.9
1.8
2.7
3.6
4.5
8:2 FTS (C10)
PFDA (C10)
Porevolumes
100%
PFBA (C4)
90%
PFBS (C4)
80%
PFPeA (C5)
70%
PFHxA (C6)
60%
PFHxS (C6)
50%
PFHpA (C7)
40%
6:2 FTS (C8)
30%
PFOA (C8)
20%
PFOS (C8)
10%
PFNA (C9)
Relative conc. distribution
Relative conc. distribution
100%
0%
Ksund
0.4
0.8
Porevolumes
1.2
8:2 FTS (C10)
PFDA (C10)
multiconsult.no
Konklusjon
• Lengden på karbon kjeden til forbindelsene var veldig
viktig for utlekkingen
• Kd økte med økende karbon kjede, og økende TOC nivå
i jorda
• De sulfoniske forbindelsene PFOS og PFHxS hadde
høyere sorpsjon i jord enn karboksylsyrer av samme
kjedelengde
• Forbindelser med lang kjedelengde (>C8) var sterkere
tilbakeholdt i jord med høyere kalsium innhold
multiconsult.no
Takk for oppmerksomheten!
Takk til
Avinor for finansiering av prosjektet
NGI for bruk av deres miljølab
Sweco og Cowi for hjelp under feltarbeidet