Metalliyhdisteiden ekologisten riskien luonnehdinta sedimenteille

Edistymisluokitus
Opasnetissa lukuisat sivut ovat työn alla eri vaiheissa. Niiden tietosisältöön pitää siis suhtautua harkiten. Tämän sivun sisällön edistyminen on arvioitu: Tämä sivu on täysluonnos Sivu on kirjoitettu kertaalleen alusta loppuun eli kaikki olennaiset sisällöt ovat jo paikoillaan. Kuitenkaan sisältöjä ei ole vielä kunnolla tarkistettu, ja esimerkiksi tärkeitä viitteitä voi puuttua.

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi3502
Moderaattori:Tkarlsso (katso kaikki) Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi3502}}

Metalliyhdisteiden ekologisten riskien luonnehdinta sedimenteille

Miten ympäristön ja eliöiden metalliriskien luonnehdinta toteutetaan sedimenteille? Mitä laskentakaavoja käytetään numeeriseen laskentaan? Miten riskin suuruus päätellään ja arvioidaan?

Perusarviointi

Vaaranarviointi ruoppaus- ja läjitysmassojen laatukriteereiden perusteella

Sedimenttien metallipitoisuuksille ei ole vielä olemassa tai asetettu yhteisöllisiä tai kansallisia ympäristönlaatunormeja (EQS -arvoja)tai raja-arvoja. Sedimenttien metallipitoisuuksien raja-arvoina voidaan soveltaa ympäristöministeriön ohjetta ruoppaus ja läjitysmassojen laatukriteereistä . Laatukriteerit koskevat ensisijaisesti läjityskelpoisuuden arviointia meriympäristössä, mutta niitä on sovellettu myös sisävesien ruoppausmassoille. Sedimentin haitta-ainepitoisuudet normalisoidaan standardisedimentin pitoisuuksiksi ja verrataan ruoppausmassojen laatukrieteerihin tasoon 1 ja 2 (Taulukko). Laatukriteerin taso 1 arvot vastaavat haitatonta tasoa ja tason 2 arvot ovat pilaantunutta massaa, joka sisältää haitta-ainetason puolesta mereen läjityskelvotonta ainesta. Tasojen 1 ja 2 välille jääviä pitoisuuksia luokitellaan harmaaksi alueeksi eli mahdollisesti pilaantuneeksi ruoppausmassaksi, jonka haitallisuus on aina selvitettävä tapauskohtaisesti. Haitallisten aineiden laatukriteerejä eli pitoisuusraja-arvoja ei ole tarkoitettu käytettäväksi normiluonteisesti, vaan paikalliset olosuhteet tulee aina ottaa huomioon .

Taulukko 1. Ruoppausmassojen laatukriteerit normalisoiduille (korjatuille) metallipitoisuuksille (mg/kg k.a.)

Aine	Lyhenne	Taso 1	Taso 2
Elohopea	Hg	0.1	1
Kadmium	Cd	0.5	2.5
Kromi	Cr	65	270
Kupari	Cu	50	90
Lyijy	Pb	40	200
Nikkeli	Ni	45	60
Sinkki	Zn	170	500
Arseeni	As	15	60

Miten sedimentin metallipitoisuudet normalisoidaan standardisedimentin pitoisuuksiksi?

Lähtökohtana on, että metallit kiinnittyvät sedimentin hienoimpiin fraktioihin saveen ja orgaaniseen ainekseen. Rakenteeltaan erilaiset sedimentit saadaan vertailukelpoiseksi muuntamalla niistä mitatut pitoisuudet tietyn standardisedimentin pitoisuuksiksi. Suomessa normalisoinnissa käytetään samaa menetelmää kuin Hollannissa. Sedimentin mitatut metallipitoisuudet normalisoidaan vastaamaan pitoisuutta standardisedimentissä, jossa saven (eli < 2 µm aineksen)osuus on 25% ja orgaanisen aineksen 10% .

Metallipitoisuudet korjataan vastaamaan standardisedimentin pitoisuuksia seuraavalla muunnoskaavalla:

Ckorj.= C (mg/kg k.a.) ×  ((a+b×25+ c×10))/((a+b×savi(%)+C×orgaaninen aines(%)))

missä

Ckorj. = pitoisuus (mg/kg k.a.)standardisedimentissä

C = mitattu pitoisuus (mg/kg k.a.)sedimentissä

k.a. = kuiva-ainetta

savi = mitattu saven (< 2 μm) osuus (%)kuivapainosta

orgaaninen aines = mitattu orgaanisen aineksen osuus (%) kuivapainosta. Kaavassa orgaanisen aineksen osuus voi olla korkeintaan 30%. Jos orgaanisen aineksen osuus on suurempi kuin 30%, metallien muunnoskaavaan sijoitetaan orgaanisen aineksen osuudeksi 30.

vakiot a, b ja c eri metalleille (taulukko 2)

Taulukko 2. Vakiot a, b, c eri metalleille.

Metalli	a	b	c
As	15	0,4	0,4
Cd	0,4	0,007	0,021
Cr	50	2	0
Cu	15	0,6	0,6
Hg	0,2	0,0034	0,0017
Ni	10	1	0
Pb	50	1	1
Zn	50	3	1,5

Sedimentin haitta-aineen vaarasuhde (HQ)- ruoppausmassojen laatukriteeri

HQsediment = Csediment korj. (mg/kg k.a)/ ruoppausmassojen laatukriteeri (mg/kg k.a)

missä

HQsediment = haitta-aineen vaarasuhde (ruoppausmassassa)

Csediment korj. = haitta-aineen pitoisuus (mg/kg k.a.) standardisedimentissä

Ruoppausmassojen laatukriteerit normalisoiduille (korjatuille) metallipitoisuuksille (Taulukko 1)

Jos perusarvioinnissa saatu vaarasuhde HQ = PECsediment/ruoppausmassan laatukriteerit tulos on > 1, vaaran arviointia tulee tarkentaa kemikaalin biosaatavuuden arvioinnilla.

Vaaranarviointi maaperän haitallisten metallien ohje-arvopitoisuuksien perusteella (PIMA)

Jos ruoppaussedimenttiä suunnitellaan maalle läjitettäväksi tai käytettäväksi maanparannusaineena, sedimentin pilaantuneisuutta voidaan arvioida maaperän kynnys- ja ohjearvojen perusteella (VNa 214/2007, Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista) (Ympäristöministeriö 2007). Asetuksen ohjearvot eivät koske sedimenttiä vaan ainoastaan pilaantunutta maa-ainesta.

Sedimentin haitta-aineen vaarasuhde HQ - PIMA ohjearvot maaperän pilaantuneisuudelle

HQsediment = total Csediment (mg/kg k.a.)/ PIMA ohje-arvot (mg/kg k.a.)

missä

HQsediment = haitta-aineen vaarasuhde (maaperässä)

total Csediment = haitta-aineen kokonaispitoisuus (mg/kg k.a.)

PIMA ohje-arvot = maaperän ohjearvot (kts. Metalliyhdisteiden ekologisten riskien luonnehdinta maaekosysteemeille)

Jos perusarvioinnissa saatu vaarasuhde HQ = PECsediment/PIMA -ohjearvot tulos on > 1, vaaran arviointia tulee tarkentaa kemikaalin biosaatavuuden arvioinnilla.

Tarkennettu arviointi

Jos perusarvioinnissa saatu vaarasuhde HQ = PECsediment/EQS tai ohjearvo sediment tulos on > 1, vaaran arvioimista tulee tarkentaa vaiheittaisella tarkennuksella (ECHA 2008):

1) Tasapainokerroin

2) Yleisen PNEC arvon johtaminen sedimenteille

3) Biosaatavuuserojen korjaus: kohdekohtaisen PNEC arvon johtaminen

Vaihe 1: Kd - sedimentti:vesi -jakautumiskerroin

Jos vesistöjen pohjasedimenttille ei ole saatavilla luotettavaa toksisuustietoa, sedimentin PNEC arvo voidaan laskea tasapainokertoimen avulla käyttämällä pintaveden PNEC arvoa ja pahimman tilanteen sedimentti : vesi –jakautumiskerrointa (Kd):

PNECsediment (mg/kg) = PNECfreshwater (mg/L)* Kd( L/kg)

missä

PNECsediment = sedimentin haitaton pitoisuus (mg/kg)

PNECfreswater = makean veden haitaton pitoisuus (mg/L)

Kd = metallin tasapainokerroin sedimentin ja veden välillä(L/kg)

Koska metallien jakautumiseen vesiympäristössä vaikuttavat monet tekijät eikä ainoastaan orgaanisen aineksen määrä, jakautumiskerroin vaihtelee runsaasti eri ympäristöissä. Tasapainokertoimeen perustuva menettely ei korvaa sedimenttieliöiden toksisuustietoja ja sitä tulee käyttää ainoastaan seulomaan ne aineet, jotka vaativat lisätutkimusta. Perustellussa pahimmassa tilanteessa käytetään 10. persentiilin Kd arvoja. Jos adsorptiolla on merkitystä, niin ylimääräinen arviointikerroin 10 tulisi lisätä riskilukuun, jotta arviointi huomioisi ravinnonkautta altistumisen.

Miten metallien jakautumiskertoin (Kd) lasketaan sedimentin ja huokosveden välillä?

Pääsääntöisesti jakautumiskerroin määritetään sedimenttin ja huokosveden metallipitoisuuden tasapainosuhteesta:

Kd= Cs (mg/kg dw)⁄Caq (mg/L)

missä

Cs = metallin kokonais(saatava)pitoisuus sedimentissä (mg/kg dw)

Caq = metallin pitoisuus huokosvedessä (mg/L)

Vaihe 2: Yleinen PNEC -arvo sedimenteille

Jos tasapainokerroinmenetelmällä saatu riskiluku RCR = PECsediment/ PNECsediment tulos on >1, vaaran arvioimista tulee tarkentaa käyttämällä sedimenttieliöiden toksisuustestejä ja johdetaan yleinen PNEC arvo sedimentille.

Biosaatavuuserojen korjaus: kohdekohtaisen PNEC -arvon johtaminen

Sedimentin metallien biosaatavuuden laskemiseen ei ole tällä hetkellä olemassa valmiita työkaluja (bioottisia ligandi,BLM -malleja), joten korjaus voidaan tehdä vain kemikaalin biosaatavuudelle. Erilaiset ligandit/prosessit (kuten orgaaninen hiili, sulfidit, rauta- ja mangaani oksihydroksidit sekä redox-potentiaali) säätelevät metallien biosaatavuutta sedimenteissä ja näiden sidosfaasien suhteellinen tärkeys voi vaihdella riippuen metallien sitoutumiskyvystä ja yleisestä käyttäytymisestä. Biosaatavuuden arvioinnissa tulisi arvioida orgaanisen aineksen, Fe-Mn-oksidien ja sulfidien keskinäistä roolia metallien pidättymisessä ja tarkastella metallipitoisuuksien normalisoimista useamman tekijän suhteen (Finmerac 2008)

Normalisointi orgaanisella hiilellä

Orgaaniseen hiileen tehokkaasti sitoutuville metalleille on hyödyllistä testata onko havaitun toksisuustason ja orgaanisen hiilen välillä lineaarista suhdetta. Jos lineaarinen suhde voidaan havaita, niin toksisuusarvojen vaihtelua, joka johtuu orgaanisen hiilen pitoisuusvaihteluista, voidaan pienentää normalisoimalla jokainen NOEC/EC10 arvo seuraavalla kaavalla (ECHA 2008):

NOEC/EC10 oc, normalized (mg/g OC) = NOEC/EC10total (mg/kg dw)/ fOC

missä

NOEC/EC10 total (mg Me/kg dw) = kemikaalin havaittu toksisuus eliölle

fOC = orgaanisen hiilen (TOC) osuus (%)

NOEC/EC10oc, normalized (mg/g OC) = orgaanisella hiilellä normalisoitu toksisuustaso

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>