Olika former för upplösning av aluminiumhydroxidhaltiga sediment har undersökts i labskala med material från sex danska sjöar där aluminiumfällning praktiserats. Särskilt har inflytandet av höga pH-värden analyserats.
Av: Jörgen Hanaeus
En pH-beroende upplösning av sjösediment innehållande aluminiumhydroxid och –fosfat kan leda till förhöjda halter av löst aluminium i sjövattnet. Förloppet påverkas troligen av om resuspension av sedimenten inträffar. Vatten och sediment från sex danska sjöar, där aluminiumklorid eller –sulfat doserats för mellan 1 och 9 år sedan, har därför utsatts för resuspension och tillsats av NaOH för att se effekter av perioder med höga pH-värden. Främst har aluminiumhalter och löst reaktiv fosfor i vattenmassan uppmätts som effekter av förloppen.
Bakgrund
Ökande fosfortillskott till sjöar har lett till intresse för aluminiumfällning av sjövattnet för att fälla ut aluminiumfosfat till bottensedimenten. Metoden bedöms förhållandevis kostnadseffektiv. Parallellt utfälls även aluminiumhydroxid, samtidigt som naturligt aluminium kan finnas i sjösedimenten. Där kan även finnas järnbunden fosfat.
En i Danmark identifierad riskabel situation är när sjöns pH-värde är högt, samtidigt som sedimenten resuspenderas i vattnet. Det var underlaget till laboratorieexperiment med vatten och sediment från sex danska sjöar; där aluminiumsalt tidigare engångsdoserats (fördelat på sjöarna under 2001-2009). Aluminiumhydroxidflocken är mest lättrörlig som nyss utfälld på botten, men kan fysiskt påverkas under långa tider. Åldrad aluminiumflock binder inte fosfat lika väl som färsk. Dessutom finns risker att upplöst aluminium kombinerar med silikatmineral eller humus varigenom fosfatbindningskapaciteten kan reduceras ytterligare.
De sex sjöarna var grunda med medeldjup mellan 1,3-5 m och maxdjup 2-12 m och hade behandlats med polyaluminiumklorid till 10-54 g Al/m2 sjöbotten.
Metod
Sedimentprover togs med Kajakprovtagare på det största djupet i resp sjö, tillika togs bottenvatten där. Ca fem gånger maj-september. Experimenten startades i lab direkt efter provtagningen. Löst Al skildes från partikulärt Al med 0,45µm filter. NaOH användes för pH-förändring.
Opåverkade, djupa sediment från tre av sjöarna placerades i motsvarande sjövatten som justerades till pH 7,5;8,5; och 9,5 under två veckor. Luft bubblades också igenom för att förhindra ev avgång av järnbunden fosfat. Sekventiell extraktion av sediment-P, användes för att bedöma mängden av Al och P, som var extraherbara med NaOH.
Beträffande resuspension togs prov från det översta sedimentlagret (0-2 cm). Efter 2 h skakning med vatten av olika pH-värden enligt ovan, fick blandningen sedimentera i 24 h varefter halten löst Al och P i vattnet analyserades.
För att undersöka om förnyad fosfatfällning skedde, sänktes sedan pH till 7 och 2 h förnyad skakning genomfördes, följd av 24 h sedimentering, varefter löst Al och P åter analyserades.
Under 2010 provtogs också vattnet från den översta metern i de sex sjöarna och analyserades m a p löst Al och P.
Resultat
I de opåverkade proverna från tre av sjöarna innebar en höjning av pH-värdet en ökad avgång av aluminium från sedimenten; från ca 0,1 mg Al/m2,d vid pH 7,5 till 1,5 mg Al/m2,d vid pH 9,5. Fosfatupplösningen varierade mellan sjöarna, men i två av dem återfanns samma pH- beroende som för aluminiumhalten, dvs ökat löst P-halt vid högre pH.
I de resuspenderade proverna ökade också Al-halten med pH. Vid pH 7,5 återfanns ca 3 % av den med NaOH extraherbara Al-mängden i lösning medan uppemot 24 % kunde återfinnas vid pH 9,5. Mängden Al i lösning var även proportionellt mot Al-hydroxidinnehållet i sedimenten. Upplöst fosfatmängd ökade också med pH i fem av de sex sjöarna.
Återutfällning av upplöst Al inträffade efter sänkning av pH till 7, dock max 60% av den upplösta mängden. Olika för olika utgångs-pH och sjö. Samma för P-återutfällning där dock t o m mer än 100% uppnåddes, dvs ytterligare P kunde fällas ur utgångsvattnet. För två sjöar var dock återutfällningen av P mindre än 50 %.
Slutsatser
Man fann att aluminium kunde utlakas ur sediment via passiv diffusion och via resuspension vid pH 8,5 och högre. pH-beroende mobilisering av löst aluminium var oberoende av Al-tillsatsens ålder inom det intervall som sjöarna representerade. Man gjorde beräkningar av värsta utfall – en höjning till pH 9,5 som varade under 5 sommarmånader (osannolikt) – och bedömde att Al-halten 150 µg/l då kunde nås i något fall. Författarna ansåg att utgående från refererad litteratur och viss säkerhetsmarginal kunde en övre gräns av 100 µg Al/l vara eftersträvansvärd i hårda vatten med pH på den alkaliska sidan.
Faktorer som är synnerligen viktiga är alltså resuspension och högt pH-värde. Det betyder att grunda, starkt vindpåverkade sjöar bör ges uppmärksamhet. pH kan där vara högt under en stor del av sommarperioden pga algbildning.
Erfarenheterna är dragna från danska, grunda kalkrika sjöar och har nog svenskt intresse mest i Skåne med omnejd. Dock förs intressanta resonemang om rörelser vid sedimentytor som kan vara användbara för dammar i olika tillämpningar.
Källa: Reitzel, K., Jensen. H., Egemose, S.(2013): pH dependent dissolution of sediment aluminium in six Danish lakes treated with aluminium. Water Research 47 pp 1409-1420.
Artikeln från Water Research finns att köpa här.
Författarna från Institute of Biology, University of Southern Denmark, Campusvej 55, DK-5230 Odens M, Denmark.
Kontakt: e-mail Ph D Kasper Reitzel har tidvis arbetat vid Uppsala universitet.
