Klorerade lösningsmedel : Identifiering och val av efterbehandlingsmetod

Klorerade alifatiska kolväten har använts under flera decennier i stor omfattning inom svensk industri för en rad olika ändamål. Den bredaste användningen har varit som lösnings- och extraktionsmedel inom verkstadsindustri, kemiteknisk industri och elektronikindustri samt för kemtvätt. De lösningsmedel som dominerat har varit trikloreten, tetrakloreten, 1,1,1-trikloretan och diklormetan, men även 1,1,2-triklortrifluoretan (CFC 113) har använts i stor omfattning. Förbrukningen av klorerade lösningsmedel kulminerade i mitten av 1970-talet, då den uppgick till sammantaget mer än 20 000 ton/år, varav trikloreten utgjorde hälften. Genom restriktioner och förbud har vissa medel helt fasats ut (t.ex. 1,1,1-trikloretan och CFC-medlen) och andra minskat betydligt i användning. Under början av 2000-talet var den totala förbrukningen nere i storleksordningen 1 000 ton/år, varav tetrakloreten svarade för nästan hälften. Klorerade lösningsmedel har lagrats, hanterats och nyttjats på tusentals platser i Sverige. Någon samlad bild över användningen finns inte, men flertalet platser utgör sannolikt verkstadsindustrier, där främst trikloreten använts för avfettning av verkstadsprodukter före ytbehandling och lackering. De klorerade lösningsmedlen, inklusive de klorfluorkarboner som använts för avfettning, är vätskor som är tyngre än vatten. De kännetecknas också av hydrofoba egenskaper, d.v.s. de är svårlösliga i vatten. På grund av sina egenskaper brukar de benämnas ”dense nonaqueous phase liquids” - DNAPLs. Klorerade lösningsmedel som kommer ut i omgivningen kan transporteras som en separat (fri) fas genom jordlager och grundvatten, vilken bromsas upp först när kapillära krafter kan binda vätskan eller när den hindras av ett tätt lager. Transporten av fri fas kan ske mycket snabbt och nå stora djup. Efter passagen av en fri fas kvarlämnas rester av lösningsmedlet i porer eller sprickor i form av droppar och tunna strängar. Sådana rester och eventuellt förekommande ansamlingar på täta lager utgör källområde från vilket långsam utlösning sker via diffusion till förbipasserande grundvatten. Den vidare spridningen i grundvattnet av lösta föroreningar av lösningsmedlet eller eventuella nedbrytningsprodukter sker relativt snabbt, eftersom klorerade alifatiska kolväten binds generellt sett dåligt till jordpartiklar. Även om lösligheten i vatten är låg kan påverkan på grundvatten bli betydande. Naturlig nedbrytning kan ske i grundvatten beroende på de platsspecifika förhållandena. Nedbrytningen är dock vanligtvis mycket långsam, och om den äger rum kan den vara ofullständig och leda till ackumulation av toxiska nedbrytningsprodukter. Sammantaget innebär detta att en förorening av klorerade lösningsmedel kan ha stor uthållighet (decennier till sekel) och leda till omfattande påverkan (föroreningsplymer på hundratals eller tusentals meter har observerats). En annan viktig spridningsväg, vid sidan om grundvattentransport, är via gas. Klorerade alifatiska kolväten har generellt sett hög flyktighet. Gasavgång av betydelse kan ske inte bara från källområdet utan också från en föroreningsplym i grundvatten. änniskor kan exponeras för klorerade lösningsmedel och deras nedbrytningsprodukter genom en rad olika vägar. Ofta återfinns föroreningen på större djup, varför exponering genom direktkontakt med förorenad jord vanligtvis inte är styrande för riskerna. I stället utgör inandning av gaser en generellt sett större risk. Gasavgång kan ske inte bara från källområdet utan också från förorenat grundvatten. Gaser med klorerade lösningsmedel kan avgå från grundvattnet och därefter transporteras genom jordlagren in i byggnader belägna över det förorenade grundvattnet. Även intag av grundvatten som är förorenat av lösningsmedel kan vara en viktig exponeringsväg. Klorerade lösningsmedel och deras nedbrytningsprodukter uppvisar varierande grad av farlighet för människors hälsa - från måttlig till mycket hög. Vinylklorid har cancerframkallande effekter, medan vissa andra har potentiellt cancerframkallande/mutagena effekter. Även de ekotoxikologiska effekterna varierar inom ett brett intervall. Även om klorerade lösningsmedel har hanterats på många olika platser i Sverige och sannolikheten är hög att jord och grundvatten förorenats på dessa platser är kunskapen om problemets omfattning bristfällig. Endast på ett begränsat antal platser har mer systematiska undersökningar utförts. På ett fåtal platser har efterbehandlingsåtgärder utförts specifikt inriktade mot klorerade lösningsmedel. Detta förhållande skiljer sig markant från det som råder i flera andra europeiska länder och Nordamerika, där föroreningar av klorerade lösningsmedel fått en helt annan uppmärksamhet och prioritet i efterbehandlingsarbetet. Undersökning och efterbehandling av föroreningar av klorerade lösningsmedel innebär större utmaningar än undersökning av t.ex. föroreningar med petroleumkolväten. Svårigheterna är bland annat att lokalisera och avgränsa föroreningskällan och spridningsvägarna. Vid efterbehandling är den ofta stora utbredningen och fördelningen i olika medier en komplikation, som medför att en enda metod sällan räcker för att åstadkomma önskvärda åtgärdsresultat. Det är inte ovanligt att olika metoder måste tillämpas för källområde i omättad zon respektive i mättad zon. Vidare kan kompletterande åtgärder erfordras i föroreningsplymen för att förhindra eller begränsa transporten så att acceptabelt skydd kan uppnås. Det finns stora valmöjligheter när lämplig efterbehandlingsmetod ska identifieras och slutligen väljas. Vissa metoder som används för efterbehandling av petroleumkolväten och andra typer av organiska föroreningar kan också användas för klorerade lösningsmedel, men flera metoder är mer eller mindre specifikt anpassade för klorerade lösningsmedel. En omfattande forskning och teknikutveckling med inriktning på efterbehandling av klorerade lösningsmedel har skett sedan slutet av 1980-talet. Även kunskapsuppbyggnaden kring lösningsmedlens beteenden i jord och grundvatten har varit omfattande. Särskilt gäller detta kunskapen kring de naturliga nedbrytningsprocesser och de faktorer som styr nedbrytningen. Utvärderingsprocessen, som syftar till att identifiera och värdera lämpliga åtgärdsalternativ, bör ske stegvis. I det inledande steget formuleras platsspecifika åtgärdsmål, som beaktar skydd av människors hälsa och miljön och andra övergripande mål som gäller för den aktuella platsen. Målen måste specificeras för arje förorening, exponeringsväg och skyddsobjekt av betydelse. När man formulerar åtgärdsmål för föroreningar med klorerade lösningsmedel i fri fas bör man vara medveten om att fullständig sanering till bakgrundsnivåer sällan är möjlig. Åtgärdsmål som avser källområden bör därför vara realistiska och fokusera på att reducera källstyrkan så långt som möjligt och att skapa kontroll över spridningen. När åtgärdsmålen har formulerats bör generella åtgärdsinsatser identifieras och bedömas som utgångspunkt för den fortsatta utvärderingsprocessen. Generella åtgärdsinsatser är strategier eller kategorier av åtgärder som bedöms ha förutsättningar att uppfylla åtgärdsmålen. De är specifika för varje relevant medium och omfattar följande kategorier: Ingen åtgärd (nollalternativ), administrativa skyddsåtgärder, tekniska skyddsåtgärder, långtidsuppföljning, övervakad naturlig nedbrytning, inneslutning och massreduktion. I nästa steg i processen bör tänkbara metoder inom varje åtgärdskategori/strategi identifieras genom en inledande screening följd av en fördjupad analys av utvalda metoder. I det slutliga steget bör åtgärdsalternativ ställas samman och utvärderas individuellt, så att det mest lämpade alternativet för platsen kan identifieras. Varje alternativ kan omfatta enstaka metoder eller en kombination av metoder. För klorerade lösningsmedel är det vanligt att en uppsättning alternativ ställs samman för efterbehandling av källförorening och en annan uppsättning för föroreningsplym. De tekniska åtgärdsslösningar som kan vidtas omfattar fyra huvudgrupper: Tekniska skyddsåtgärder för inomhusmiljö Inneslutning och avskärning Fysisk massreduktion Nedbrytning in situ Tekniska skyddsåtgärder avser i första hand åtgärder för att förhindra eller begränsa påverkan på inomhusluften i byggnader där inträngning av gaser sker. Detta kan åtgärdas med etablerad teknik, såsom den typ av åtgärder som används för att förhindra radoninträngning eller olika former av ventilationstekniska lösningar. Inneslutning och avskärning kan ske antingen som fysisk inneslutning av föroreningen innanför tätspont/slurrybarriär eller hydraulisk inneslutning och kontroll genom pumpning och behandling. Fysisk inneslutning kommer i fråga främst för källföroreningar, medan pumpning och behandling kan tillämpas för såväl källsom plymförorening. Fysisk massreduktion innebär att föroreningen avlägsnas genom urschaktning eller genom olika in situ-metoder. Efterföljande behandling ex situ krävs. In situmetoderna omfattar: Luftinjektering, där föroreningar under grundvattenytan avdrivs genom luftinblåsning Porgasextraktion, där föroreningar i den omättade zonen sugs upp genom ett vakuumsystem Flerfasextraktion, som är en kombination av pumpning/behandling och porgasextraktion Jordtvättning in situ, där föroreningar mobiliseras med hjälp av vattenspolning eventuellt i kombination med lösningsmedel eller tensider Termisk behandling in situ, i vilken avdrivningen påskyndas genom uppvärmning antingen med ånga eller elektricitet Fysisk massreduktion tillämpas vanligtvis i första hand för sanering av källföroreningar. Luftinjektering, porgasextraktion, flerfasextraktion och termisk behandling in situ med ånga är väl beprövade metoder, medan jordtvättning in situ och termisk behandling med elektriska metoder är nyare och för närvarande mindre tillämpade i full skala. En rad olika metoder kan tillämpas för destruktion in situ av klorerade lösningsmedel. Dessa metoder är i första hand inriktade på föroreningar i den mättade zonen. De viktigaste metoderna är: Stimulerad bionedbrytning, där anpassade bakteriestammar och/eller lämpliga substrat tillsätts för att initiera eller påskynda mikrobiell nedbrytning. Vanligtvis tillämpas anaerob reduktiv deklorering Metallkatalyserad reduktion, där metalliskt järn (granulat eller pulver i mikro- eller nanoskala) nyttjas för att katalysera nedbrytning Kemisk oxidation, där oxidationsmedel (permanganat, persulfat, ozon eller Fentons reagens) nyttjas för kemisk nedbrytning Växtsanering, där växter nyttjas för att fånga upp och ackumulera eller bryta ner föroreningarna Övervakad naturlig nedbrytning, som är en form av långtidsuppföljning med syfte att dokumentera och kvantifiera naturliga nedbrytningsprocesser Kemisk oxidation och metallkatalyserad reduktion med mikro- eller nanojärnpulver tillämpas i första hand i källområden, medan de övriga främst används i föroreningsplymer. Stimulerad bionedbrytning tillämpas dock i ökande omfattning även i källområden. Metallkatalyserad reduktion med mikro- eller nanojärnpulver är en ny och oprövad metod. Även växtsanering är en relativt oprövad metod för behandling av klorerade lösningsmedel. Övriga metoder är väl beprövade.