Undersökning av en tysk sjö, som fått en engångsdosering av järn visar att fosfor-bidrag från sedimenten kan hållas under kontroll med denna metod. Även tillskottsluftning provades, men visade sig ha mindre inflytande på återlösning av fosfor.
Av: Jörgen Hanaeus
Järnsalter har bedömts ogynnsamma för fastläggning av fosfor i sjösediment pga risken för återlösning av järnbunden fosfor vid låg redoxpotential (tvåvärt järn). Uthålligheten av en järn(III)-dosering till en sjö i Tyskland, utförd 1992, följdes upp under åren 2010 och 2011.
En period under 2010 provades luftning i hypolimnion och resultatet jämfördes med den naturliga syrsättning via temperaturcirkulation som skedde 2011. Måttliga skillnader noterades. Sedimentprovtagningar genomfördes, liksom provtagning i vattenmassan; bland annat utfördes flera slags fosforanalyser. En dosering motsvarande Fe:P >5 (stökiometriskt) bedömdes ge god marginal mot återlösning. Fe-bindning till organiskt material och till sulfid bör beaktas.
Bakgrund
Sjörestaurering avser ofta att sänka fosforinnehållet; genom P-utfällning ur vattenmassan eller genom att hindra P-avgång från sedimenten.
Att aluminiumsalter är användbara för ändamålet (5-14 år) är allmänt accepterat, medan problem tidvis rapporterats vid användning av järnsalter. Emellertid bör tvåvärt järn och fosfat i anoxiska delar av hypolimnion oxideras vid påföljande sjöcirkulation och då falla ut igen.
Tidigare studier av konstgjort luftade sjöar med naturliga Fe-komponenter har visat att detta inte är någon lyckad metod för att minska P-belastning, beroende på att långtidsackumuleringen av P i sedimenten inte stimuleras.
Föreliggande undersökning vill visa att en engångsdos av Fe-salt för 20 år sedan haft en bestående effekt på P-separationen och anger en beräkningsgrund för doseringens storlek.
Till sjön Gross-Glienicke doserades vintern 1992-93 250 g/m2 Fe Cl3 och 250 g/m2 Fe(OH)3 till de delar av sjön som var djupare än 4 m (76 % av 0,67 km2). Sjöns medeldjup var 6,8 m. Den teoretiska uppehållstiden har ökat på senare år och uppgår till 22 år. Beroende på Fe-doseringen och även på minskad extern tillförsel av P har halten tot-P minskat till 1996 från 485 till till 13 µg/l. Minskningen har fortsatt till nuvarande 20 µg/l (tot-P) och 7 µg/l (chlorofyll-α).
Metod
Prov togs 2010 och 2011. År 2010 luftades sjöns hypolimnion i slutet av juni och i slutet av augusti (4 luftare).
Provtagningen omfattade i korthet sedimentkärnor, sedimentfällor, vattenmassan (temp, P-fraktioner, O2, Fe) samt porvatten i sedimentkärnor och beskrivs detaljerat i artikeln.
Resultat
År 2010, direkt efter snösmältningen, var syrehalten i epilimnion kring 14 mg O2/l och i hypolimnion (9,5m) 1,3 mg O2/l, dvs det mesta av syret hade där konsumerats. Efter den artificiella luftningen ökade syremättnaden i hypolimnion till ca 40 %. Efter höstcirkulationen var sjön syremättad. På årlig basis blev sjöns syrebrist 17,8 %. Motsvarande siffra under referensåret 2011, med syrsättning av hypolimnion främst via sjöcirkulationerna, blev 13,9 %.
Under 2010 sjönk tot-P-koncentrationen efter isavsmältningen till 74 µg tot-P/l i hypolimnion (79,5 kg. Löst, reaktivt P 26 %) och minskade med ytterligare 5 % under juni-luftningen. Under augustiluftningen sjönk hypolimnionhalten från 151 µg tot-P/l (164 kg. Löst reaktivt P 23 %) till ca hälften. mellan luftningsperioderna ökade hypolimnionhalten till max 519 µg tot-P/l (509 kg. Löst reaktivt P 97%).
Under 2011 steg hypolimnionhalterna till 51 µg tot-P/l i juni och 756 µg tot-P/l före höstcirkulationen, då halten sjönk till 25 µg tot-P/l.
Fe-upplösningen och sulfatreduktionen var flera gånger mindre vid luftningen än vid motsvarande icke-luftade perioder.
Totalfosforinnehållet i hypolimnion varierade oavsett luftningsperioder mellan 21 och 373 kg P, medel 93 kg P, och i hela sjön mellan 77 och 449 kg P, medel 171 kg P. Stora naturliga variationer, alltså.
Före Fe-dosering låg Fe-halten konstant vid 16 mg Fe/g i sedimenten. Efter doseringen har funnits ett distinkt, stabilt lager med Fe närmare 40 mg Fe/g. Efter Fe-doseringen avskiljdes signifikant mera fosfor, från 1,1 mg P/g sediment till 3,2 mg P/g sediment.
Erforderlig dos Fe bedömdes utifrån: [Tot-P/extern last + Tot-P/intern last] ggr 5 Fe/P + Fe som binds till organiskt material (25% av Fe vanligt) + Fe som binds till svavel, FeS.
Här hade provats Fe-slam från en avjärningsanläggning för grundvatten som en del av Fe-dosen, men man bedömde att den bara var ca 50 %-igt verksam för P-infångning.
Slutsatser
En engångsdos om 500 g Fe3+/m2 räckte här i mer än 20 år och är ett bra verktyg vid sjörestaurering. Ett fullgott alternativ till aluminiumfällning. Man vill dock framhålla att arbetet med att reducera icke-naturliga fosfortillskott är viktigt och bör fortsätta. Man fann att den naturliga syrsättningen via sjöcirkulationen var tillräcklig för att fälla ut järn och fosfor. För att få ett mått på om järnhalten är tillräcklig för fosforfastläggning under åren kunde här kvoten S:Fe (molbasis) användas. Om denna var lägre än 1,5 sker effektiv Fe-P-bindning.
I Sverige har t ex Fe-fällning i avloppsdammar diskuterats och artikeln ger uppslag till att bedöma långtidsstabiliteten hos bildat Fe-slam/sediment.
Källa: Kleeberg, A., Herzog, C., Hupfer, M. (2013): Redox sensitivity of iron in phosphorus binding does not impede lake restoration. Water Research 47 pp 1491-1502.
Hela artikeln i Water Research finns att köpa här.
Författarna från Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, Müggelseedamm 301, 125 87 Berlin, Tyskland.
Kontakt: kleeberg@igb-berlin.de
