KaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari Metallien ympäristöriskin arvioiminen mallintamalla

Transkriptio

1 KaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari Metallien ympäristöriskin arvioiminen mallintamalla Matti Leppänen, SYKE

2 Osatehtävän 3 (Biologiset vasteet) tavoitteet Pintavesien riskinarviointi Demonstroida yksinkertaisten bioligandimallien soveltamista kaivosvesiä vastaanottavissa vesistöissä; mallien valinta ja rajoitukset Demonstroida metallien yhteisvaikutusmallin periaatteet Tuottaa toksisuustestiaineistoa BLM-mallien validointiin ja kehittämiseen BLM mallin kaavojen käyttö VEMALA mallinnuksessa

3 Osatehtävän 3 (Biologiset vasteet) tavoitteet Sedimenttien riskinarviointi Demonstroida SEM-AVS-uuton käyttö Yhteisvaikutusmallin soveltaminen sedimenteissä 3

4 Käyttäjäystävälliset bioligandimallit, perusteet, valinta ja rajoitukset 4

5 Riskinarviointi perustuu raja-arvoihin, haitattomiin pitoisuuksiin = ympäristölaatunormeihin (EQS) Metallien osalta Suomessa seurataan EUn direktiivejä Asetus 1090/2016 Biosaatavat pitoisuudet

6 Biosaatavuus Miksi mukana? Vedenlaatu vaihtelee Useat haitta-aineet reagoivat vedenlaatuun sitoutumalla Vapaaksi eli biosaatavaksi jäänyt osuus vaihtelee yksi EQS ei voi kattaa kaikkia vesiä 6

7 Biosaatavuuden huomioiminen Liukoinen eli suodatettu ei vastaa biosaatavaa Kokonaispit. liukoinen pit. biosaatava pit. Suora biosaatavuuden analytiikka metalleilla vaikeaa mutta mallitus vedenlaatutekijöiden avulla mahdollista Mallit kaksiosaisia Vapaan metalli-ionin eli biosaatavan osuuden määrittäminen sekä Bioligandiin eli eliöön sitoutumisen arvioiminen Bioligandimallit (Biotic Ligand Models; BLMs) 7 7

8 Bio-met tool (ver. 4) aloitussivu/excel Ni, Cu, Zn, Pb 8

9 Bio-met mallin käyttö; Ni 5 ug/l/0,14 ~ 36 ug/l Ohjeet: Vesiympäristölle vaarallisia ja haitallisia aineita koskevan lainsäädännön soveltamisesta. YMRa19/

10 10

11 PNEC Pro V6 inputs 11

12 BL-mallien validaatiorajat ph ja kovuus (Ca) merkittävät Suomessa DOC laatu (fulvohapot) 12

13 Turvalliset nikkelipitoisuudet Lumijoella & Foregs 2005 aineistossa Mallien vertailu AA-EQS Lumijoki Foregs (GTK) data 13

14 Turvalliset sinkkipitoisuudet Lumijoki & Foregs data; Jokivedet 2005 Mallien vertailu AA-EQS 14 Lumijoki Foregs (GTK) data

15 Bio-met mallinnusesimerkkejä Talvivaarasta 15

16 Lumijoki Ni Ramboll/Eurofins ym. Monitorointi dataa ympäristöhallinnon Hertta-tietokannassa Nikkelin AA-EQS ei ylity

17 Lumijoki Sinkki Ramboll/Eurofins ym. Monitorointi dataa ympäristöhallinnon Hertta tietokannassa Normina Ruotsin AA- EQS (5,5 µg/l) Sinkin AA-EQS ei ylity riskikerroin 0,86 17

18 Nuasjärven nikkelipitoisuudet purkuputken edustan syvänne (Nj23) Ramboll/Eurofins ym. Monitorointi dataa ympäristöhallinnon Hertta tietokannassa Nikkelin AA-EQS ei ylity Vuodenaikaisvaihtelua Ni µg/l Havaitut Ni µg/l Biosaatavat Ni µg/l ESITYKSEN PITÄJÄ, SYKE tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi Tammik Tammik

19 Nuasjärven sinkkipitoisuudet purkuputken edustan syvänne Ramboll/Eurofins ym. Monitorointi dataa ympäristöhallinnon Hertta tietokannassa Sinkin AA-EQS ei ylity Vuodenaikaisvaihtelua Ilman sekoittumista. Zn µg/l Havaitut Zn µg/l Biosaatavat Zn µg/l tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi Tammik Tammik

20 Yhteisvaikutusmallit Kehittyvä riskinarviointi 20

21 Yhteisvaikutusmallit/teoriat Konsentraatioadditiivisuus (concentration addition) 1+1=2 PECi Eivät vaikuta toisiinsa i 1 PNEC i Sama vaikutusmekanismi Itsenäinen vaikutus (independent action) Eivät vaikuta toisiinsa Eri vaikutusmekanismi Synergismi ja antagonismi mahdollista Vaikuttavat toisiinsa 21

22 Summariskikertoimet Lumijoessa ja Nuasjärven syvänteessä Ni, Zn, Cu, Cd Ci i EQS i CCd EQS Cd CCu EQS Cu CPb EQS Pb CNi EQS Ni CZn EQS Zn 4 3,5 Lumijoki 3,0 Nuasjärvi Summa riskikerroin Summa riskikerroin 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi Tammik heinäk2017 0,0 tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi 22 Tammik heinäk2017

23 Sedimenttien riskinarviointi SEM-AVS ja yhteisvaikutusmalli 23

24 Metallien sitoutuminen sedimentissä (1/5) Kuten pintavesissäkin, myös sedimentissä metallit ovat reaktiivisia Hapellisissa olosuhteissa orgaaninen hiili, raudan ja mangaanin oksidit sitovat metalleja Hapettomissa olosuhteissa sulfideilla on merkittävä rooli Yleensä vain sedimentin pintakerros on hapellinen Sulfidi- ja hiilisitoutumista voidaan käyttää hyödyksi arvioitaessa biosaatavaa metallimäärää 24

25 Metallien sitoutuminen sedimentissä (2/5) Metallisulfidien liukoisuusvakio määrää sitoutumisen voimakkuuden 25

26 Metallien sitoutuminen sedimentissä (3/5) SEM = Simultaneously Extracted Metal AVS = Acid Volatile Sulfide 1 N suolahappo uutto Määritetään uuttuvat metallit ja rikki Periaate 1 mooli metallia sitoo 1 moolin rikkiä Ei haitallista Mahdollisesti haitallista 26

27 Metallien sitoutuminen sedimentissä (4/5) 27

28 Metallien sitoutuminen sedimentissä (5/5) Tarkennus malliin; hiilen osuus (foc) < 130 µmol/g OC tod. haitaton Mahd. haitallinen > 3000 tod. haitallinen

29 VEMALA mallin simulaatiot ja BLM mallinnus 29

30 Kivijoen biosaatavat nikkelipitoisuudet VEMALA BLM vertailu VEMALA simuloi ph, DOC, Ca ja metallipitoisuudet Syöttöarvoina Bio-met malliin Arvioi suoraan biosaatavat metallipitoisuudet Vertailuna monitorointidata Bio-met mallissa Ni µg/l Biosaatavaa 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Simuloitu biosaatava nikkeli Laskettu biosaatava nikkeli tammi heinä tammi heinä tammi heinä tammi 30 Tammik Jouluk2017

31 Yhteenveto/Biologiset vasteet KaiHali on osaltaan mahdollistanut tärkeän lisäaineiston tuottamisen mallien kehitystyöhön, myös EU tasolla BLM mallit helppokäyttöisiä ja kaikkien saatavissa SEM-AVS malli sopii screening työkaluksi VEMALA ja BL-mallien yhdistäminen on merkittävä uusi työkalu riskien arviointiin Suomessa pitäisi selvittää/tukea sinkin ja kuparinkin laatunormin asettamista pintavesissä Yhteisvaikutusmallin käyttöä riskinarvioimisessa Laatunormien asettamista sedimenttien haitta-aineille ESITYKSEN PITÄJÄ, SYKE