Aluminium og spormetaller i Kaldvellfjorden : tilstandsformer og opptak i fisk

(1)

1

MINA fagrapport 47

Aluminium og spormetaller i Kaldvellfjorden

- tilstandsformer og opptak i fisk

Hans-Christian Teien Marit Nandrup Pettersen Yetneberk Ayalew Kassaye Atle Hindar

Ole Christian Lind Jarle Håvardstun

2017

ISSN: 2535-2806

Norges miljø- og biovitenskapelige universitet Fakultet for miljøvitenskap og naturforvaltning

(2)

2

Teien, H.-C., Pettersen, M.N., Kassaye, Y.A., Hindar, A., Lind, O.C. & Håvardstun, J. 2017.

Aluminium og spormetaller i Kaldvellfjorden - tilstandsformer og opptak i fisk. - MINA fagrapport 47. 61 s.

Ås, desember 2017 ISSN: 2535-2806

RETTIGHETSHAVER

TILGJENGELIGHET

Åpen

PUBLISERINGSTYPE

Digitalt dokument (pdf)

KVALITETSSIKRET AV

Forskningsutvalget, MINA, NMBU

TILSKUDD TIL ARBEIDET ER GITT AV

Agder OPS Vegselskap AS og CERAD

FORSIDEBILDE

Kaldvellfjorden mot utløpet av Stordalsbekken. Foto: Hans-Christian Teien, NMBU

NØKKELORD

Avrenning, Svovelholdig stein, Aluminium, Tungmetaller, Tilstandsformer, Brakkvann, Opptak i fisk,

KEY WORDS

Acid drainage, Aluminium, Heavy metals, Speciation, Brackish water, Uptake in fish

Hans-Christian Teien (hans-christian.teien@nmbu.no), Marit Nandrup Pettersen, Yetneberk Ayalew Kassaye og Ole Christian Lind, Fakultet for miljøvitenskap og naturforvaltning, Norges miljøǦ og biovitenskapelige universitet, Postboks 5003 NMBU, NOǦ1432 Ås og Senter for radioaktivitet, menneske og miljø (CERAD), Norges miljøǦ og biovitenskapelige universitet.

Atle Hindar og Jarle Håvardstun, Norsk institutt for vannforskning (NIVA), NIVA Region Sør, Jon Lilletuns vei 3, 4879 Grimstad.

(3)

͵

Forord

Dennerapportenoppsummererarbeidetutførtisamarbeidsprosjektet«Vannkjemiskeforhold vedrørendealuminiumiKaldvellfjorden»,somharværtfinansiertavAgderOPSmedbidragfra CERAD/NMBU.

ArbeideterutførtavSenterforradioaktivitet,menneskeogmiljø(CenterforEnvironmental Radioactivity,CERAD)vedNorgesmiljøͲogbiovitenskapeligeuniversitet(NMBU)ogNorskinstituttfor vannforskning(NIVA)isamarbeidmedAgderOPSVegselskapAS.Prosjektetkomigangetterpåtrykk frafylkesmannenmedkravomåøkekunnskapenomhvasomskjernåravrenningavsurtaluminium ogmetallriktvannblandesmedsjøvanniKaldvellfjorden,somigjenbidrarmedkunnskapom grenseverdierformetallkonsentrasjoneritilførselsbekker.CERAD/NMBUharværtprosjektansvarlig ogståttforgjennomføringenavprosjektet,forsøkogundersøkelser.NIVAharværtansvarligfor loggingavsaltholdighetogestimeringavvannføringiStordalsbekken.

DetrettesspesieltentakktilgrunneierJensRisvandforvelviljetilåkunnegjennomførefeltforsøki Stordalenogforbrukavstrøm,ogtilAgderOPSsomharbidrattmedinformasjonoghjelpiprosjektet.

DetskalnevnesattoMScstudenterhararbeidettettpåprosjektet,MarenHjulstad(2015)ogHanne Johansen(2017).

Enstortakkrettestilallemedarbeidereogstudentersomharværtinvolvertiprosjektet.

Ås30.november2017

HansͲChristianTeien

(4)

Ͷ

1 Sammendrag

Aluminium(Al)ogandrespormetallerivannergiftigforfiskvedhøyekonsentrasjoner.Etterbygging avnyE18vedLillesandhardetblittdokumenterthøyekonsentrasjoneravAlogandrespormetalleri suravrenningfradeponimedsvovelholdigesteinmasser.Densureavrenningenblirtilført

KaldvellfjordenviaStordalsbekken.Detharværtstorbekymringomtilførselavmetallertil Kaldvellfjordenmedførernegativeeffekterpåakvatiskeorganismerifjorden.Detharderforblitt bygdrenseanleggmedkjemiskfelling(NaOH)iStordalenforåfjerneAlogandrespormetallerfør utslippiStordalsbekkenogKaldvellfjorden.

IvannforeliggerAlogandrespormetallerpåulikefysiskeogkjemisketilstandsformer,hvoravioner erantattåværebiotilgjengelige,menskolloidaleogpartikulæretilstandsformerermerinerteog ikkeantattreaktiveforakvatiskeorganismersomfisk.Deterimidlertidlitekunnskapomhvordan tilstandsformerogbiotilgjengelighetavAlogandrespormetallerpåvirkesnårsurttilsigfradeponi blandesmedsjøvann,somertilfelleiKaldvellfjordeniutløpetavStordalsbekken.Slikkunnskaper påkrevetforåkunnevurderehvasomerkritiskenivåeravspormetalleribrakkvann.

Resultaterfralaboratorieforsøk,feltforsøkogfeltundersøkelseriprosjektetviseratbehandlingenav densureavrenningenirenseanleggetiStordalenbidrartilenbetydeligreduksjonitotalmetallͲ konsentrasjonen,samtenendringfralavmolekylæretilstandsformertilpartikulæretilstandsformer avAlogspormetallerivannetførutslippiStordalsbekken.Vedinnblandingavsjøvannivannfra StordalsbekkenerdetvidereenfortynningikonsentrasjonenavAlogspormetaller,menogsåen polymeriseringavtilstandsformermedlavmolekylmasse(LMM),ogenaggregeringavpartikulære tilstandsformersombunnfeller.KonsentrasjonenavAlogspormetalleriStordalsbekkenavtarderfor merennestimertbasertpåfortynningvedutløpiKaldvellfjorden.Alogandrespormetaller

foreliggerhovedsakeligsomLMMtilstandsformeriKaldvellfjordenogilaverekonsentrasjonerenni Stordalsbekken.Resultaterviseratenrekkespormetallerinkludertsjeldnejordmetallerfølgerde sammeendringenederkonsentrasjonenavtarmedøkendesaltholdighet.

FeltforsøkviseratvannkvaliteteninedredelavStordalsbekkenerakuttgiftigforfisk,ogsåkorttid etterfortynning(<30minutter)medsjøvanntil25promillesaltholdighetderdenrennerutisjøen.

KonsentrasjonenavspesieltAlerhøyigjellerfrafiskeksponertforbrakkvannettiltrossforatAl konsentrasjonenfortynnesmedsjøvann.ResultaterviseratAlermerreaktivsomfølgeav polymeriseringisjøvannet.DetavsettesderforAlisværthøyekonsentrasjonerpågjellenetilfisk sommedførerakuttdødvedmerenn400μgAl/gtørrvekt(tv)gjelle.Observasjonerviserat

kvalitetenpåvannetsomkommerfrarenseanleggetundernormaldriftbidrartillavereavsetningav metallerpåfiskegjellersammenlignetmedvannnederstiStordalsbekken,ogilitengradtilavsetning avmetallerpåfiskegjelleretterinnblandingavsjøvannsammenlignetmedhøyavsetningbasertpå vannfraStordalsbekken.Detkonkluderesmedattilsignedstrømsrenseanleggetførertiløkt avsetningavmetallerpåfiskegjelleroghøygiftighetiStordalsbekken,ogsåetterinnblandingav sjøvann.

IKaldvellfjordenvardetrelativthøysaltholdighetidenundersøkteperioden.Idenneperiodenvar konsentrasjonenavAlogspormetallerifjordengenereltlavogavsetningavAl(<10μg/gt.v.gjelle) ogspormetallerifiskegjellerubetydelig.Konsentrasjonenbleimidlertidforhøyettil165μgAl/g gjelleetterenmoderatflomepisodemedsaltholdighetnedmot15promilleiKaldvellfjorden.Deter enkorrelasjonmellomkonsentrasjonenavdeulikespormetalleneavsattpågjellenetilfiski KaldvellfjordenogmetallprofileniStordalsbekken.Detteindikereratkildentilavsetningeni KaldvellfjordeneravrenningfrasvovelholdigsteinfradeponietviaStordalsbekkenellerandrekilder medslikavrenning.

(5)

ͷ

SaltholdigheteniKaldvellfjordenkorrelerermedvannføringiStordalsbekken,ogavtartil5promille underepisodermedøktvannføringiStordalsbekken.Underslikeepisodererdetnaturligåantaat konsentrasjonenavAlogspormetallerivannetøkerytterligereenndetsombleobservertved15 promillesaltholdighetogatdetunderslikeepisodererøktavsetningpåfikegjeller.Loggingav saltholdighetviserogsåatsaltholdighetenideøvrevannmasseneertilnærmetdetsammeihele fjordenogatsaltholdighetenøkermeddybden.Vannpå3metersdypifjordenliggerunder pyknoklinenpå2meterogharvariasjonerisaltholdighetsomikkekorrelerermedvariasjonene observertioverflatenogvannføringiStordalsbekken.Vannetunderpyknoklinenkanværeakutt giftigforfiskmedomrøringavoksygenfattigbunnvann,somobservertmed100%dødelighetiburpå 3metersdyphøsten2016.Dettetilskrivesikkesuravrenningogmetallgiftighet,menernaturlige prosessersomfinnerstediterskelfjordermedlitenutskiftningavbunnvannet.

Opprettholdesnormalrenseeffektirenseanleggetogsåundernedbørepisodermedøkttilførselav sigevannfradeponietkandetantasatbidragetfradeponietilitengradvilbidratilavsetningavAl ogspormetallerpåfiskegjelleriKaldvellfjorden.Resultaterviseringenantydningtilmobiliseringav partikulæreAltilstandsformerfrarenseanleggetetterinnblandingisjøvann.SpormetallersomMn ogNiforbliristørregradreaktiveogsåetterrenseanlegget,menavtarvedfortynningmed sjøvannet.Bidragetfraandrekilderinærområdetmedavrenningfrasvovelholdigsteinkan imidlertidogsåbidratileffektersomobservertiutløpetavStordalsbekken,hvordødelighetavfisk hovedsakeligtilskrivesavrenningnedstrømsdeponiet.

IdettearbeidetharAlogandrespormetallerblittkarakterisertiKaldvellfjordenvedsaltholdighet ved15promilleoghøyere.Deteksistererimidlertidepisodermedbetydeligbidragavferskvannog medsaltholdighetnedmot5promille.Deterfortsattetbehovforådokumentere

metallkonsentrasjoneriKaldvellfjordenunderslikeepisoderforåidentifisereomdisseepisodene bidrartilakutteeffekterutoverområdetderStordalsbekkenrennerutiKaldvellfjorden.

(6)

͸

2

Summary

Aluminum(Al)andothertracemetalsaretoxictowardsfishathighconcentrationsinwater.

DepositionofacidproducingbedrockafterconstructionofE18inLillesandhasledtoaciddrainage waterandheavymetalpollutioninnearbyaquaticenvironments.Metalrichaciddrainwater enteringintotheStordalsbekkendrainsintocoastalwaterintheKaldvellfjord,causinghighpublic attentionduetopossiblenegativeeffectsinthefjord.Onetreatmentplantwithchemicaltreatment (NaOH)hasbeenconstructedtoreducethemetalconcentrationfromtheaciddrainwaterandthe inputtothefjord.

TracemetalscanbepresentindifferentphysicoͲchemicalformsinwater,andlowmolecularmass speciessuchasionsareassumedtobemorebioavailablethancolloidalandparticulatespecies assumedtobemoreinertandlittlereactivetowardsaquaticorganismssuchasfish.Thespeciation andbioavailabilityoftracemetalswillchangebymixtureofaciddrainwaterwithseawaterin Kaldvellfjord.Theknowledgeishoweverlimited.

ResultsfromexperimentsinlaboratoryandinfieldaswellasinvestigationsintheKaldvellfjordshow thatwatertreatmentplantinStordalendecreasethemetalconcentrationintheaciddrainwater, andtransferlowmolecularmassspeciestomoreparticulatemetalspeciesdischargedinto Stordalsbekken.Furthermore,metalspeciesinStordalsbekkendilutesbymixingwiththeseawater atKaldvellfjord.Inaddition,LMMAlspeciestransformtocolloidalandparticulatespeciesprobably bypolymerizationandthoseparticulatespeciesaggregateandprecipitate.TheconcentrationsofAl andtracemetalsinStordalsbekkenarethereforereducedmorethanbydilutionintheKaldvellfjord.

AlandothertracemetalsarethusmainlypresentasLMMspeciesinKaldvellfjordandinlower concentrationthanStordalsbekken.Resultsalsoshowthatseveraltracemetalsfollowthesame processesasAlwheredecreasingmetalconcentrationwereobservedwithincreasingsalinityof water.

FieldexperimentsdemonstratethatthewaterinStordalsbekkenisacutetoxictowardsfishinshort timeaftermixing(<30min)anddilutionwithseawaterto25PSUattheestuaryofStordalsbekken.

TheconcentrationofAl,inparticular,ingillsishighertofishesexposedtothebrackishwater, despitedilutionofAlintheseawater.TheformationofmoregillreactiveAlspeciesisduetothe increaseinwaterpH.PolymerizationofLMMAlspeciesareassumedtoincreasethegillreactivity andbethemaincauseofextremeAlaccumulationingillsofAtlanticsalmonatsmoltstage.

Mortalityoffishisobservedatmorethan400μgAl/gdwgill.Resultshowevershowlowdeposition ofAlandothertracemetalsingillsoffishexposedtothewaterfromthetreatmentplantmixedwith seawaterdirectly.ResultsindicatethuscontributionofAlandtracemetalsfromothersources downstreamthetreatmentplant.Identificationofsuchpotentialsourcesneedhighattention.

ThesalinityinKaldvellfjordenwasrelativelyhighduringtheexperimentalperiod,demonstratinga lowcontributionoffreshwatertothefjord.Duringtheexperimentalperiodwithhighsalinityin Kaldvellfjorden,theconcentrationofAlandtracemetalswaslowinwaterandthedepositionongills waslow(<10μg/gdwgjelle)andnotsignificantlyhigherthanincontrolfish.TheAldepositioninfish gillsincreasedto165μgAl/ggillfollowingasmallepisodewhensalinitydecreasedto15PSUin Kaldvellfjorden.Resultsdemonstrategoodcorrelationbetweenprofileofmetalsaccumulatedatfish gills,inrunoffofacidproducingbedrockandinwaterofStordalsbekken.Thisindicatethatacid drainingfromthedepositionofsulfurcontainingrockinStordalenorfromothersourcesofsimilar drainingisthesourceoftracemetalaccumulationoffishinKaldvellfjorden.

ThereisagoodcorrelationbetweensalinityinthesurfacewaterinKaldvellfjordenandwaterflowin Stordalsbekken,withdecreasingsalinityduringepisodesofincreasedwaterflow.Theconcentration ofAlandtracemetalsareassumedtoincreaseinthefjordwaterduringepisodeswithlowerdilution

(7)

͹

andthusthesamemustbeassumedfortheuptakeoftracemetalsinfish.Loggingofsalinityshow similartrendsinthesurfacewateratdifferentsitesinKaldvellfjorden,butverydifferenttrendsin waterat3meterdepthduetoapycnoclineinthefjordat2metersdepth.Resultsshowthatthe bottomwatercouldbeacutetoxicforfishduringcirculationofoxygenpoorwateras100%mortality wasobservedforfishescagedat3meterdepth,butnotat1meterdepthduringautumn2016.This isduetonaturallyprocessesoccurringinsideseathresholdswithlimitedcirculationofthebottom water.

Resultsindicatethattheacidproducingbedrockwillhavelimitedcontributiontotoxictracemetals ifthetreatmentoftheaciddrainingwaterremainseffectivealsoduringepisodeswithhighwater transportinStordalsbekken.However,afocusonadditionalpotentialsourcesthatcontributewith acidmetalrichleachingtothecoastalwaterinneeded.Theconcentrationoftraceelementsin Kaldvellfjordenshouldalsobefollowedduringepisodesatsalinitybetween5to15PSUtoevaluate risksduringepisodiceventswithhighinputoffreshwaternotcharacterizedinthisstudy.

(8)

ͺ

Innholdsliste

ͳ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͶ ʹ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͸

͵ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͻ Ͷ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹ ͶǤͳ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹ ͶǤͳǤͳ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹ ͶǤͳǤʹ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵

ͶǤʹ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵

ͶǤʹǤͳ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵

ͶǤʹǤʹ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷ ͶǤ͵ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͹

ͶǤ͵Ǥͳ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͹

ͶǤ͵Ǥʹ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͹

ͶǤ͵Ǥ͵ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͺ ͶǤͶ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͻ ͶǤͷ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͻ ͶǤͷǤͳ InsituǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͻ ͶǤͷǤʹ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹͲ ͶǤ͸ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹͲ ͷ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹʹ ͷǤͳ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹʹ ͷǤͳǤͳ ǡǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹʹ ͷǤͳǤʹ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹͶ ͷǤͳǤ͵ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ͹

ͷǤʹ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵Ͳ ͷǤʹǤͳ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵Ͳ ͷǤʹǤʹ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ʹ ͷǤʹǤ͵ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵͵

ͷǤ͵ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͶʹ ͷǤ͵Ǥͳ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͶʹ ͷǤ͵Ǥʹ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͶ͵

ͷǤ͵Ǥ͵ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͷͳ ͷǤͶ ¤ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͷͶ ͷǤͶǤͳ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͷͶ ͷǤͶǤʹ ÞǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͷͷ

͸ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͷͺ

͹ ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͸Ͳ

(9)

ͻ

3 Innledning

Aluminiumogandrespormetallerivannergiftigeforvannlevendeorganismer,somfisk,vedhøye konsentrasjoner(Woodetal.,2012a,b).EtterbyggingavnyE18vedLillesanderhøye

konsentrasjoneravAlogandretungmetallerblittdokumentertisuravrenningfradeponiermed svovelholdiggneis(Johnsenetal.,2013,Hindaretal.,2011,HindarogNordstrøm2015,Todtetal., 2015).AvrenningenfradetstørstedeponietforslikemasserharutløpiKaldvellfjordenvia

Stordalsbekken(Figur1).DetharværtstorbekymringomtilførselavmetallertilKaldvellfjorden medførernegativeeffekterpåakvatiskeorganismerifjorden.

Figur1OversiktoverKaldvellfjordenoglokaliseringavdeponiforsvovelholdigstein.

Kaldvellfjordenerresipientforavløpfradeponiene.Kaldvellfjordeneretinnestengt

ferskvannspåvirketsjøområdemedeninnløpsterskelpåca4.5mdypmellomLillesandogGrimstad kommuneiAustͲAgder.DesvovelholdigesteinmasseneliggerideponisørforE18,ogavrenningen fradeponietM15/M16rennerinniStordalsbekkensomderetterrennerutiKaldvellfjorden.Deter stiltspørsmålvedomhøytinnholdavmetalleriavrenningfradeponietpåvirkerorganismenei Kaldvellfjorden.AvrenningfradeponiM15/M16ersurt,menerlutbehandletføravrenningtil Stordalsbekken(HindarogNordstrøm2015).Lutbehandlingenforegårietrenseanleggsomblebygd i2013foråreduserekonsentrasjonenavAlogmetalleriavrenningenvedutfellingførutslippi Stordalsbekken.Deteroppgittatrenseanleggethartilstrekkeligkapasitettilårenseavrenningfra deponi.Normaltgårbådevannfradeponietogovervannetfraområdetgjennomrenseanlegget, meniperiodermedkraftignedbørgårnoeovervannfraandreområderiomløpogdirektetil Stordalsbekkenutenbehandling.Detharværtbekymringknyttettilomaluminium(Al),spesielt lavmolekylæreAltilstandsformer(LMMAl)ergiftigeforvannlevendeorganismerimoderate konsentrasjoner,ogsåibrakkvann.Konsentrasjonenavandremetallererogsådokumentertåvære høyiavrenningen(Johnsenetal.,2013,Hindaretal.,2011,HindarogNordstrøm2015,Todtetal., 2015).KonsentrasjonenavorganiskmaterialeogbasekationersomCaivannetreduserer

ͳͷȀͳ͸

(10)

ͳͲ

biotilgjengeligogopptakiorganismersomfisk(Teienetal.,2005,Woodetal.,2002a,b).

Konsentrasjonenavorganiskmaterialeerimidlertidlavisuravrenningfradeponimedstein.

Isurevannkvalitetervilmetallergenereltforeliggesomløsteioner,somerbiotilgjengeligefor organismer.InaturligevassdraghvorpHer6Ͳ7vilenstordelavAlogandrespormetallervære assosiertmedbådeuorganiskeogorganiskepartikler/kolloider,spesieltunderflom.Kolloidaleog partikulæremetalltilstandsformererlitereaktiveogikkegiftigeforfisk(Teienet.al.,2006a,b).Det erkjentatkolloiderogpartiklersomtransporteresmedferskvanntilsjøvannvilaggregereog sedimenterepgahøyionestyrke(Teienet.al.,2006b).SamtidighartidligereforsøkogsåvistatAlkan mobiliseresfrakolloidaltogpartikulærtmaterialevedinnblandingavsaltvannderkonsentrasjoner avkationersomNa,CaogMgersværthøy(Teienetal.,2006b).Iestuarinefjordområdersom mottarsurtAlholdigvann,erdetdokumentertøktkonsentrasjonavlavmolekylæretilstandsformer avAlogøktavsetningpåfiskegjeller(Teienetal.,2006b,Kroglundetal.,2007,Kroglundetal., 2011).Detteharresultertiendretutvandringavsmolt(Kroglundetal.,2011b),ellerøktdødelighet pgahøyavsetningpåfiskegjeller(Bjerknesetal.,2003).ØktkonsentrasjonavLMMtilstandsformer avAlharblittdokumenterttiltrossforatdetidissetilfelleneogsåharværtenbetydeligfortynning avtilførtAlmedsjøvann(Kroglundetal.,2007,Kroglundetal.,2011).

DeterlitekunnskapomtilstandsformertilAlogandrespormetalleriavrenningfradeponierfor svovelholdigsteinogendringervedinnblandingavsjøvann.Alkonsentrasjoneniavrenningfra deponitilKaldvellfjordenhariperioderværtsværthøy(Johnsenetal.,2013)ogdetkanantasatAl foreliggerpåtilstandsformersomerforskjelligfradetsomdominererinaturligevassdragmedmer organiskmateriale.AvhengigavpH,TOCogtemperatur,erdetfleremuligeprosessersomkan påvirkeAlogandremetalleriavrenningfraslikedeponieretterinnblandingmedsjøvann(Figur2.);

x Polymerisasjonogdannelseavtransientegjellereaktivetilstandsformer(eks.suravrenning frasulfidrikemineraler),

x FortynningavmetallͲriktferskvannmedmetallͲfattigsjøvann,

x Aggregeringogsedimenteringavkolloiderogpartiklersomdervedfjernesfravannmassene, x Mobiliseringavreversibeltbundnespormetallerfraoverflateravkolloiderogpartikler,og

dannelseavgjellereaktivetilstandsformer.

DaavrenningenfraM15/M16deponietvedE18erlutbehandlet,vilde3sisteprosessenevære relevante.Omlutbehandlingenikkeereffektiv,erogsåprosess1relevant.

Vedeksponeringtilfleremetallersamtidigernormaltdentotaleeffektenstørreennved eksponeringtilmetalleneenkeltvis.Foråvurderebelastningenavsuravrenningpåorganismeri Kaldvellfjordenerdetderforvesentligåhakunnskapomdentotalebelastningenavtilførtemetaller.

DeterogsåusikkertomdeterøktsedimenteringogomAlogspormetallersomavsettesi

sedimenteretteravrenningvilutgjøreenfremtidigdiffuskildetilfjordsystemet.Detkanpotensielt føretilremobiliseringogøktoverføringtilvannmasseneovertid.

(11)

ͳͳ

Figur2ProsessersomerantatttilknyttettilførselavAlogandrespormetalleriavrenningfradeponifor svovelholdigsteintilKaldvellfjorden.

Målforprosjektet

MåletmeddetteprosjektetvaråfinneutomAlogandrespormetaller/radionukliderisuravrenning fradeponifjernesrasktfravannmasseneimøtemedsjøvann,elleromdevilforeliggepåen

biotilgjengeligformisjøvannovertidsomkanmedførenegativeeffekterpåvannlevende organismeriKaldvellfjorden.Prosjektetvardelti3ulikespesifisertearbeidspakker:

Arbeidspakke1:Kildekarakterisering:Identifiserekonsentrasjonerogtilstandsformeravaluminium ogandrespormetaller/radionuklideriavrenningfradeponi(førogetterrensing)somtransporteres medStordalsbekkenutiKaldvellfjorden(feltundersøkelser).

Arbeidspakke 2: Transformasjon: Identifisere endringer i tilstandsformer av Al og andre spormetaller/radionukliderfraStordalsbekkentilsaltvann(avrenningfradeponiogetterinnblanding avsjøvann,basertpålaboratorieforsøk,feltforsøkogfeltundersøkelser).

Arbeidspakke 3: Biotilgjengelighet og effekter: Identifisere biotilgjengelighet/endring i biotilgjengelighetavAlogandrespormetaller/radionukliderforfiskiavrenningsvannførogetter innblandingmedsaltvanniKaldvellfjorden(feltforsøkmedfisk).

Hypoteser:

H0:Avrenningfradeponienebidrarmedhøyekonsentrasjoneravaluminiumogandre

spormetaller/radionuklidersomkangiskadepåmiljøetinkludertfisketterinnblandingmedsaltvann iKaldvellfjorden.

H1:Aluminiumfradeponisomtransporterestilfjordsystemetforblirgiftigetterinnblandingmed saltvanniKaldvellfjorden,fortynning(saltholdighet)harbetydningforgiftighet.

H2:Risikoknyttettilkombinerteeffekter(multiplestressors)vilværehøyereennrisikoknyttettilen stressoravgangen.

H3: Både partikulært og kolloidalt innhold av aluminium i avrenning fra deponi bidrar til biotilgjengelig/gjellereaktivaluminiumetterinnblandingisjøvann,ogmåinkluderesiovervåkingav sigevannfradeponi.

(12)

ͳʹ

4 Metoder

4.1 Kildekarakterisering

ArbeidspakkenomfatterkarakteriseringavkonsentrasjoninkluderttilstandsformeravAlogandre metaller/radionuklideriavrenningfradeponietførogetterrensing,ogtransportmed

StordalsbekkentilKaldvellfjorden.

4.1.1 Karakteriseringavutlekkingfrasvovelholdiggneis

Foråkarakteriseremuligavrenningfradeponibledetutførtlaboratorieforsøkmedutlekkingstest fradensulfidrikegneisensomendelavenMScoppgavepåNMBU(Hjulstad2015).Informasjonen frautlekkingstestenbidrarmedinformasjonomelementsammensetningeniutlekkingen,kinetikkog tilstandsformertilspormetallene.Steinprøverfradeponi(M20)vedE18bleinnsamletitykk

plastsekkoglevertCERADisotoplaboratoriet/NMBU.PrøvenebleinnsamletfraM20deponietfordi detvarletteretilgang,mensteinmasseneerantattåværetilsvarendesomiM15/M16deponiet.

Prøveneblelagrettørtvedromtemperaturfremtilknusing.Knuststeinblederetterførtoverietkar forutlekkingstestisyntetiskregnvann(Overreinmfl.1980)med10kgsteintil100Lvann.Vannet blekontinuerligsirkulertgjennomdenknustesteinenienholdetankfrabunnentiltoppen.

Overløpetpåtoppenledetvannettilbaketiltankenfornysirkulasjonavvannet(Figur3).Utlekking fradenknustesteinenbleslikstudertovertidi5ukerforåfåinformasjonomutlekkingenav spormetallerfrasteinen.

Figur3KnustgneisogdesignavutlekkingstestpålaboratorietNMBU.Pilerindikerersirkulasjonavvannet (fotoH.C.Teien)

MineralanalyseravgneisenbleutførtavPerHagelia(StatensVegvesen)ogHaraldFoldvik(Natur historiskMusem,Oslo)vedbrukavbinokulærtforstørrelsesglass,røntgendiffraksjon(XRD)og skanningelektronmikroskop(SEM).FormerinformasjonseHjulstad(2015).

Foråkarakterisereutlekkingenfradensulfidrikegneisenbledetinnsamletvannprøverfradet sirkulerendevannetukentliggjennom5uker.Etter5ukerbledetitilleggbenyttetinsitu

fraksjoneringforåfåinformasjonomstørrelsesfordelingavspormetallerivannet.Vannprøverble lagretmørktved4^oCfremtilanalyse.

(13)

ͳ͵

4.1.2 KarakteriseringavspormetalleriStordalsbekken

DeterdokumentertatAlogandremetallerforeliggerisværthøyekonsentrasjoneriavrenningfra deponiM15/M16(Johnsenetal.,2013,Hindaretal.,2011,HindarogNordstrøm2015).Forå reduseretilførslerfrasuravrenningfradeponierdetkonstruertetrenseanleggmedtilsetningav NaOHførfellingogutløpiStordalsbekken(Figur4).Foråfåinformasjonomtilførslertil

Stordalsbekkenbledetsamletinnprøverførogetterrenseanlegget,samtnederstiStordalsbekken vedutløpet(Figur4).ForåfåinformasjonomvariasjonenikonsentrasjonenavAlogandre

spormetallerbleprøverinnsamletpåuliketidspunktmedvarierendevannføring.Totaltbledet innsamletprøverpå7forskjelligetidspunktiStordalsbekkenfordeltpåvår/sommer/høst2015og 2016.TemperaturogpHblemåltifelt.Foråfåinformasjonomstørrelsesfordelingavspormetalleri vannetbledetbenyttetinsitufraksjoneringifeltoginnsamlingavulikevannfraksjoner.Vannprøver bletransporterttilNMBUoglagretmørktved4^oCføranalyse.

Figur4A)Bildeavdammedsuravrenningfradeponiogkalksteinpåbunnen,B)damforkjemiskfellingi renseanlegget,C)utløpetavrenseanleggetiStordalsbekkenogD)Kaldvellfjordenvedutløpetav Stordalsbekken(fotoH.C.Teien).

4.2 Overgangfraferskvanntilsjøvann 4.2.1 SaltholdighetiKaldvellfjorden

Vedflomepisoderitilførselsbekkervildettotaltkommemerferskvannutifjordsystemetennvedlav vannføring.VariasjonenisaltholdighetiKaldvellfjordenbledokumentertvedloggere(HOBOU24Ͳ 002)plassertutpå3stasjonerpå1meterog3meterdyp(Figur5).Loggerevarplassertutiden isfrieperiodenjunitildesember2015,apriltiloktober2016ogfraoktober2016tilnovember2017.

SaltholdighetogtemperaturbleogsåidentifisertihelevannsøylenmedctdͲsondepåstasjoneneto ganger.ResultatenebidrarsamlettilkunnskapomsaltͲogtemperaturforholdeneiKaldvellfjorden.

Þ

Ȍ

Ȍ Ȍ

Ȍ

(14)

ͳͶ

VannføringeniStordalsbekkenerikkemålt,menerberegnetmedutgangspunktivannføringfra Tveitdalen(Birkenesfeltet,NVE;feltforskningsområde18kmunna)korrigertforarealav nedbørsfeltet.

Figur5KartavKaldvellfjordenmedstasjoner(rødepunkt)forloggingavsaltholdighet (http://kart.fiskeridir.no).

Figur6KartmedDeponi,M15/M16,renseanleggogStordalsbekken(http://kart.fiskeridir.no).Rødtpunkter lokalitetforinnsamlingavvannfrarenseanlegget,grøntpunkterinnsamlingavvannfraStordalsbekkenog utføringavfiskeforsøk.

ͳͷȀͳ͸

Þ

(15)

ͳͷ

4.2.2 Spormetalleribrakkvann

BådelaboratorieforsøkogfeltforsøkbleutførtforåfremskaffekunnskapomhvasomskjermedAl ogandrespormetallernåravrenningfradeponiblandesmedsaltvanniKaldvellfjorden.Resultatene blesammenlignetmedobservasjoneriKaldvellfjorden.

ϰ͘Ϯ͘Ϯ͘ϭ >ĂďŽƌĂƚŽƌŝĞĨŽƌƐƆŬ

LaboratorieforsøkblegjennomførtpåNMBUbasertpåvannprøverinnsamletavsuravrenningfra M15/M16deponietførrensingogavvannfraStordalsbekkennedstrømsrenseanlegget.Vannprøver bleinnsamletikannerav25Lsamtidigmedinsitufraksjoneringavvannetifelt.Innsamlede

vannprøverblelagretmørktved4^oCfremtilbruk.Saltvann(idennerapportenomtaltsomsjøvann) blehentetfraNIVA’sforskningsstasjonSolbergstrandogkarakterisertmedensaltholdighetpå32.2 promille.Vannavsuravrenning,somblehentetfrafangdammen(figur6),ogvannfra

Stordalsbekkenbletilsattsjøvannivarierendeforholdtilblandingeravsaltholdighetpå5,10,15,20 og25promille.Forsøkenebleutførtiflaskerav2litervannunderkonstantomrøringiklimaskapved 10^oC.Temperatur,pHogsaltholdighetblemåltetterblanding.Foråfåinformasjonomendringi konsentrasjonogfordelingavtilstandsformeravAlogspormetalleretterfortynningavsjøvannble detinnsamletvannprøverogutførtfraksjoneringmedhensynpåstørrelseogladningføranalyseved brukavICPͲMS(Agilent8800).Fraksjoneringbleutførtinsitupåtotidspunkt,hhv30minog1dag etterblandingavferskvannogsjøvannforåidentifiserestabilitetavmetalltilstandsformene.

Resultatenebidrarmedinformasjonomendringavmetaltilstandsformervedinnblandingav saltvannivannfraStordalsbekkenmedogutenrensing,ogdannergrunnlagforåforståhvilke prosessersomdominererislikebrakkvannsblandingerogkinetikkavendringer.

ϰ͘Ϯ͘Ϯ͘Ϯ &ĞůƚĨŽƌƐƆŬ

DetblegjennomførttofeltforsøkvedutløpetavStordalsbekken,hvorvannfraStordalsbekkenble blandetmedsjøvannigjennomstrømmendekar.VannfraStordalsbekkenblepumpetmed

nedsenkbarpumpe(typeDP252Biltema)til90Lkarmedoverløp(Figur7).Sjøvannblepumpettilet annet90Lkarmedoverløpmedtørroppstiltpumpe(typeBP1301,Biltema)tilkoblet25mm

vannledningmedinntakpå7metersdypinnerstiKaldvellfjorden.Vannkraneribunnenavkarene tillotkontinuerligblandingavvannfrakarmedStordalsbekkenogvannfrakarmedsjøvanni konstantblandingsforholdtiletblandingskarsomvarplassertlavere.Vannfrablandingskaretble ledetvideretileteksponeringskarav90litermedoverløp.Vannetbleslikblandettil4forskjellige blandingsforholdmedsaltholdighetpå5,15,20og25promilleifireparallelleblandingskarog eksponeringskar.Vannethaddeenoppholdstidpåca30minutterføreksponeringskaretbasertpåen gjennomstrømningshastighetpå2.7L/s.Designettillotstabilvannstrømogblandingsforholdover tidmedgjennomstrømmingikar.Saltholdighetbleslikøktdirekteoghaddeenoppholdstidpåca1 timevedprøvetakingutaveksponeringskaret.Deenkeltekarvartildekket.

Tilsvarendeforsøkbleogsåutført29september2016(Figur7),mendableogsåvannutav renseanleggetdirekteledetmedvannledningtiletegetkarpå90Lmedoverløpførinnblandingav sjøvannforsammenligningmedvannfraStordalsbekken.Ferskvannogsjøvannbledablandettil saltholdighetpå10og20promillebasertpåvannfrarenseanlegget,menkuntil20promillebasert påvannfraStordalsbekken.Designetgamulighetforåsammenlignebrakkvannfrarenseanlegget medvannfraStordalsbekkeniblandingerav20promillesaltholdighetmedidentiskoppholdstidpå sammetidspunkt.

(16)

ͳ͸

Figur7Oppsettavtokarforsøkmedkontinuerliginnblandingavsjøvanniferskvannikar.AogB)viser oppsettet09.05.2016ogCogD)viseroppsettet29.09.2016.BW=Bekkevann,SW=sjøvann,RW=vannutløp renseanlegget.

Temperatur,pHogsaltholdighetblemåltminimumdagligivannfradeenkeltekar.Foråfå informasjonomkonsentrasjonogfordelingavtilstandsformeravAlogspormetallerbledet innsamletvannprøverogutførtfraksjoneringmhpstørrelseogladningføranalysevedbrukavICPͲ MS.KonsentrasjonavmetallerogtilstandsformerbleslikidentifisertivannfraStordalsbekken, Renseanleggetogisjøvannetførogetterblanding.Vannprøverfortotalkonsentrasjonavmetaller bleinnsamletdaglig,oginsitufraksjoneringbleutførtetter4dagermedgjennomstrømningavvann ikar.

ResultatenebidrarmedinformasjonomtilstandsformeravAlogspormetallerførogetter innblandingavsjøvann,ogidentifikasjonavhvilkeprosessersomdominererislikeestuarine blandingerutenforutløpetavStordalsbekkeniKaldvellfjorden.Resultaterbidrarogsåtilå identifisereforskjellpåvannutavrenseanleggetogiStordalsbekkenmhpinnblandingavsjøvann, samttilåidentifiserebetydningavsaltholdighetforkonsentrasjonavAltilstandsformerog spormetalleriKaldvellfjorden.

ϰ͘Ϯ͘Ϯ͘ϯ hŶĚĞƌƐƆŬĞůƐĞƌŝ<ĂůĚǀĞůůĨũŽƌĚĞŶ

DetbleinnsamletvannprøverpåutvalgtestasjoneriKaldvellfjorden(Figur5)foråidentifisere konsentrasjonavAlinkludertandreutvalgtespormetallerifjordsystemet.Vannprøverbleinnsamlet på1meterog3meterdyppå5forskjelligetidspunkttotalti2015og2016.Detvaretmålåinnsamle vannprøvervedvarierendesaltholdighetifjorden,dettevistesegåværevanskeligereennantatt.

Ȍ

Ȍ Ȍ

Ȍ

(17)

ͳ͹

Vannfraønsketdypblehentetfrabåtmednedsenkbarpumpe(12VPentrypumpeBiltema) påmontertslange,ogoverførttil100literkaribåtførvidereprøvetaking.Temperatur,pHog saltholdighetblemåltumiddelbart.Foråfåinformasjonomkonsentrasjonogfordelingav

tilstandsformeravAlogspormetallerbledetutførtfraksjoneringmhpstørrelseogladning(Figur8).

Prøveravufiltrertogfraksjonertvannblelagretmørktved4^oCføranalyse.Detbleinnsamlet2 parallelleprøveravfraksjonertvann.

ResultatenebidrarmedinformasjonomtilstandsformertilAlogspormetalleriKaldvellfjordenunder deforholdmedmåltsaltholdighetpåprøvetakingstidspunktet.Resultatenebidrarogsåmed

kunnskapomendringavtilstandsformervedlangoppholdstidiKaldvellfjordenvedåsammenligne resultaterfraKaldvellfjordenmedresultaterfralaboratorieforsøketogKarforsøketavsamme saltholdighet.

Figur8InsitufraksjoneringavvanniKaldvellfjorden(fotoH.C.Teien)

4.3 Biotilgjengelighetogeffekter

TretyperundersøkelserbleutførtforåfremskaffekunnskapombiotilgjengelighetavAlogandre spormetaller.

4.3.1 Laboratorieforsøkmedeksponeringavfisk

ForåfåinformasjonombiotilgjengelighetavAlogspormetallerutlekketfradensvovelholdige gneisenblefiskeksponerttilutlekketvannpålaboratoriet.Vannfrautlekkingstestenblefiltrert (0.45μm)ogfortynnet(1:100)medkontrollvannføroverføringavfisk(ørretyngel,av9.34±1.5gog 9.9±0.5cm).SomkontrollblefiskeksponertikartilsyntetiskvannmedtilsvarendepHog

sammensetningavionerutenspormetaller.Forsøketbleutførtistatiskvannmedluftboblingi temperaturkontrollertrom(10^oC)påfiskelaboratoriet,NMBU.ForsøketbleutførtihhtOECD retningslinjerfortestingavkjemikalier(OECD1992).Fiskbleprøvetatt(blod,gjellerogindreorgan) påuliketidspunktetterstartaveksponeringenmedinntil264timereksponering(Hjulstad2015).

4.3.2 Karforsøkifeltmedeksponeringavfisktilbrakkvann

ForåfåinformasjonombiotilgjengelighetavAlogandrespormetalleribrakkvannetterinnblanding avsjøvannivannfraStordalsbekkenblefisk(laksesmolt)eksponert(96timer,ihhtstandard

(18)

ͳͺ

giftighetstesterOECD1992)tilferskvannͲsjøvannblandingenesombeskrevetiKapittel3.2.2.2før prøvetakingavfisk(blod,gjellerogindreorgan).Forsøketbleutførtmedgjennomstrømmendevann ogluftboblingideenkeltekar.FiskbleeksponerttilvannfraStordalsbekkenførogetterinnblanding avsjøvannmedstart9mai2016og29september2016.Itilleggblefiskeksponerttilvannfra renseanleggetførogettertilsetningavsjøvanntil10og20promillesaltholdighetmedstart29 september.Detvardagligettersynavfisken.Vedobservasjonavdødelighetbledødfiskfjernetog restenavfiskenavlivetforprøvetaking,selvomeksponeringenvarkortereenn96timer.Fiskble dissekertogulikeorganinnsamletforanalyseavmetallinnhold.

KonsentrasjonavAlogandremetallerigjellentilfiskenbidrartilinformasjonombiotilgjengelighet.

ResultatenevilbidramedkunnskapomtotalsamleteksponeringfraAlogandrespormetaller.

ResultatenebidrarogsåtilåidentifisereforskjelleribiotilgjengelighetavAlogspormetallerivann frarenseanleggetogiStordalsbekkenførutløpiKaldvellfjorden.

4.3.3 BurforsøkmedeksponeringavfiskiKaldvellfjorden

ForåfåinformasjonombiotilgjengeligkonsentrasjoneravAlogandrespormetalleriKaldvellfjorden blelaksesmoltplassertiburifjordsystemetogeksponertforfjordvannetførinnsamlingav

fiskeprøver.Totalt6eksponeringsburbleplassertpåutvalgtelokaliteteriKaldvellfjordenpådypav1 og3meter.BurenevarplassertførogetterutløpetavStordalsbekken,vedblåskjellanleggeti fjordenogutenforterskelennordforSkjøtøya.Burblefestetiblåsemedtausomigjenvarankret opppåbunnen(Figur9).FiskbleeksponertiStordalsbekkenogKaldvellfjordenfra09.05.2016til 01.06.2016ogiperioden29.09.2016til27.10.2016.Tidspunkteneforforsøkeneblefastsattav smoltifiseringsperiodenforfiskensomerdetenestetidspunktetfiskkanblieksponerttilferskvann ogsjøvannsamtidigforsammenligning.Fiskbleprøvetattførutsettogvedtotidspunktetterutsetti mai,ogvedetttidspunktetterutsettiseptember.Prøvetakingstidspunkteneblevalgtetterperioder mednedbørogøkttilførselavvannfraStordalsbekken.Fiskenhaddejevnligtilsynunderforsøket.

AvsetningavAlogandremetallerpåfiskegjellerbidrarmedinformasjonombiotilgjengelighetenav AlogandrespormetalleriKaldvellfjordeniøkendeavstandfraStordalsbekkenpåtoulikedyp.

StressresponsifiskbleidentifisertvedmålingavglukoseiblodogCl,KogNaiblodͲplasmaavfisk.

SammenligningmellomkonsentrasjoneravAlogspormetallerivannmedavsetningpåfiskegjeller undervarierendesaltholdighetbidrartilkunnskapomeksponeringsnivåerifjorden.Sammenligning avresultaterfraKaldvellfjordenogkarforsøketgirinformasjonomeffektavlagringavvannetved sammesaltholdighetogpotensielleksponeringivannavlaveresaltholdighet.

(19)

ͳͻ

Figur9EksponeringsburmedlaksesmoltforeksponeringiKaldvellfjordenpåtoulikedyp.FotoH.C.Teien

4.4 Fisk

Laksesmoltsomblebenyttetifeltforsøket(mai2016:60.3±4.6gog18.5±0.5cm,september2016:

81±13gog20.6±1.2cm)blehentetpåSørsmoltsittanleggiKragerø.Fiskbletransportertiht.

standardmetode(vannogfiskisekktilsattoksygen)føroverføringtilkarvedStordalsbekkenogbur isjøen.VeterinærattestavfiskvistegodhelsestatusogverdieravNaKͲAtpaseigjellertilfiskvisteat fiskenvarsmoltifisertogklarforutsettisjø.FeltforsøkmedfiskblegodkjentavFOTSMattilsynet april2016(FOTSID8666).

Førprøvetakingblefiskenavlivetmedetslagtilhodet.Lengdeogvektavfiskblemålt.Blodprøver blederettertattmed1mlsprøyteførdisseksjonogprøvetakingavorgan(gjeller,lever,nyre,hjerne ogmuskel).Prøveravorganbleoverførttil5mlgreinerrørførfrysingogvidereanalyseravAlog spormetallerpålaboratoriet.Prøveravgjellerogleverbleogsåinnsamletpåkryorørføroverføring tilflytendenitrogenifeltforumiddelbarfrysing(flytendenitrogen)oglagringiͲ80^oCfryser.Disse prøveneerikkeanalysert,menlagretforeventuellmålingavulikebiomarkørerforåidentifisere stressrespons.Biomarkører(blodglukoseogplasmaioner)harkunblittanalysertiblodprøverforå fåinformasjonomstressifisk.DettebleutførtvedbrukavIstatkassettEC8+ogIstat200analyseri felt.FororgansåergjelleprøverogenkelteprøveravleveranalysertmhpkonsentrasjonavAlog spormetaller(prøveravandreorganerlagret).

4.5 Analytiskemetoder

pH,saltholdighetogtemperaturblemåltmed(WTWmulti340i)vedbrukavpolylitelabpH

elektrodeogTetreCon325konduktivitetselektrode.KonsentrasjonavTOC,anioner(Cl,NO3ogSO42Ͳ) ogkationer(Ca,Mg,Na,K)blemåltiprøveravferskvannvedbrukavhhvTOCanalyser(Shimadzu TOCcpn),ionekromatografi(IachatIC5000)ogICPͲMS(Aqilent8800)vedNMBU.

4.5.1 /ŶƐŝƚƵfraksjonering

ForåfåinformasjonomfordelingavulikefraksjoneravAlogspormetalleriferskvannetførogetter innblandingavsjøvannbledetbenyttetinsitufraksjoneringsmetoderutvikletvedNMBU(Teienet al.,2004).Detblebenyttetinsitu0.45μmmembranfiltreforåskillepartikulæreogkolloidale tilstandsformerogdetblebenyttet10kDaultrafilter(Pall,hullfibre)foråskillekolloidaloglav

(20)

ʹͲ

molekylæretilstandsformer(LMM).Itilleggbledetbenyttetinsituionekromatografi(Chelex100) foråskillereaktivetilstandsformerfraikkereaktivetilstandsformer.Vannetblefraksjonertpå stedet,ogdetbleinnsamlet2parallelleprøveravdeenkeltefraksjonene(15ml)(Tabell1).

Vannprøverbletilsatt5volum%ultrapureHNO3føranalysevedbrukavICPͲMS(Aqilent8800 tilkoblethumidifier).Fraksjoneringavvannbleutførtpåtidspunktitilknytningtilprøvetakingavfisk.

Tabell1Fraksjoneravvannprøverinnsamletoganalysertforåidentifiseretilstandsformeravspormetalleri vann

Fraksjonavvannprøveinnsamlet EtteranalysevhaICPͲMS

Ufiltrert Bidrarmedinformasjonomtotalkonsentrasjonav

spormetaller

0.45μmmembranfiltrert Bidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavløste spormetaller

0.45μmmembranfiltrertfør

ionebyttetmedChelex100

Bidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavløste,men ikkereaktivespormetaller

10kDaultrafiltrert BidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavLMM tilstandsformeravspormetaller

10kDaultrafiltrert

førionebyttingmedChelex100

BidrarmedinformasjonomkonsentrasjonavLMM tilstandsformeravspormetallersomikkeerreaktive

4.5.2 Alogspormetallerifiskeorgan

MetallakkumuleringpåfiskensgjellerbleanalysertvedNMBUetterstandardmetoder.Gjelleneble frysetørket,tørrvektblederettermåltføroppslutningvedbrukavUltraclave.Oppsluttetprøveble fortynnettil10mlførmålingpåICPͲMS.InternstandardmedRhogInblebenyttetunderoppslutning ogunderanalyseforåkorrigerefortynningogdriftavinstrument.Prøveravleverognyreavfiskble oppsluttetmedsammemetode.Måltekonsentrasjonerigjeller,leverognyreavfiskeroppgittsom:

μgAl/gtørrvekt(tv).Standardreferansemateriale(SRM)bleoppsluttetoganalysertparalleltmed gjelleprøveneforåfåinformasjonomabsoluttnøyaktighetavmålingene.

Foråfåinformasjonommetallfordelingenavsattpågjellenbleenfrysetørketgjelleprøveavfisk eksponerttilvannfraStordalsbekkenmontertpåenSEMkarbonteipfestettilenpolyproylenfilm spentoverenXCELLkopp.ElementfordelingbleutførtvedhjelpavmikroXͲRayfluorescence(μͲXRF) medenBrukerM4Tornado(BrukerNanoGmbH,Tyskland)medRhrøntgenrør(50kV,200mAog20 μmdiameterrøntgenstråle,ogendualXFlash®silisiumdriftdetektor(SDD).Elementkartbletattopp undervakuummed5Ͳ20μmtrinn,oppholdstid30ms/piksel,and1Ͳ10sykluser.Identifiseringav topperisumspekteretogkvantifisering(normalisertvekt%)bleutførtmedprogramvarenESPRIT (BrukerNanoGmbH,Tyskland

4.6 Databehandlingogstatistiskemetoder.

Detblebenyttetprinsipalkomponentanalyseogfaktoriellanalyse(Minitab16)basertpålogͲ transformertdataforåidentifisereforskjellermellomspormetallermht.konsentrasjonogfordeling mellomtilstandsformerivannogavsetningpåfiskegjeller.Dettebådeetterinnblandingavsjøvanni Stordalsbekkenikar(karforsøket),ogiKaldvellfjordeniøkendeavstandfrautløpet.

(21)

ʹͳ

Detblebenyttetregresjonsanalyseforåidentifisereendringikonsentrasjonavmetallermedøkende saltholdighetogforåidentifiserersammenhengermellomulikemetalfraksjonerivannog

spormetallerakkumulertifisk.

Standardreferansemateriale(SRM)avferskvann,sjøvannogbiologiskmaterialeblebenyttetforå fåinformasjonomabsoluttnøyaktighetavmålingene(ʹ).

Tabell2Analysenøyaktighetavsporelementeriferskvann,sjøvannogbiotaiforholdtilsertifiserteverdier (SRM).Analysereroppgittsomgjennomsnitt±standardavvikfraanalyseavulikegruppermedprøver.

SRM 1643HͲFerskvann DoltͲ5Fiskelever CASSͲ5Sjøvann

analyse SRM analyse SRM analyse SRM

μg/L μg/L μg/kg μg/kg μg/kg μg/L

Na 23282±683 20740

Mg 8052±168 8037

Al 149±0 142 22.5±1.4 6.62±0

S 2485±100 2500 10.5±0.8

K 2082±54 2034 0.5±0 0.55±0.08

Ca 31962±807 32300 0.5±0 0.51±0.06 1.6±0

V 39±0 38 1.55±0.1 1.32±0.14

Mn 39±1 39 8.6±0.2 2.75±0.25 2.62±0.19

Fe 100±2 98 960±97 1070±80 3.8±4.4 1.44±0.11

Co 26±0 27 0.08±0.04 0.095

Ni 60±1 62 1.9±0.7 0.28±0.57 0.33±0.02

Cu 22±0 23 33.2±1.4 1.1±0.8 0.38±0.03

Zn 78±2 79 102.3±4 105.3±5.4 5±4.6 0.72±0.07

As 60±1 60 31.5±0.9 34.6±2.4 1.4±0.1 1.24±0.09

Sr 320±4 323 3.5±0.1 3.73±0.26 7661±179

Mo 111±1 121 1.4±0 11±0.6 9.82±0.72

Cd 6.5±0 6.6 13.5±0.2 14.5±0.6 0.05±0.03 0.0215±0.0018

Sb 54±0 58 0.1±0

Ba 509±2 544 7.9±0.8

La 0.98±0.01 1.0 0.02±0 <0.01

Ce 0.96±0.01 1.0 0.04±0.01

Pr 0.96±0.02 1.0 <0.01 <0.01

Nd 0.99±0.02 1.0 0.02±0 <0.01

Sm 1.01±0.02 1.0 <0.01 <0.01

Eu 1.03±0 1.0 <0.01 <0.01

Gd 1.01±0 1.0 <0.01 <0.01

Dy 1.02±0 1.0 <0.01 <0.01

Ho 0.99±0 1.0 <0.01

Er 1.01±0.01 1.0 <0.01 <0.01

Tm 0.98±0 1.0 <0.01 <0.01

Yb 1.02±0.01 1.0 <0.01 <0.01

Pb 18.9±0.1 20 0.16±0.01 0.162±0.032 0.1±0.1 0.011±0.002

Th 1.01±0 1 <0.01 <0.01

U 0.98±0.02 1 0.1±0 3.1±0.3 3.18±0.11

(22)

ʹʹ

5 Resultater

5.1 Kildekarakterisering

5.1.1 Utlekkingfrasvovelholdiggneis,Lillesand

Foråstuderedensulfidrikegneisen,bleknustesteinprøverfraM20utlekketivannpålaboratoriet.

MineralanalyseravsteinenvhaXRDskanningvisteathovedmineraletisteinprøvenvarkvarts, muskovitt(V,Ba),plagikoklasogtitanitt.DetbleikkeidentifisertjernsulfidianalysenmedXRDeller SEM.Mineralersompyritt,sinkblendeogjarositterantattåværekildentildensureavrenningen (HindarogNordstrøm2015,Hjulstad2015).ForholdetmellomCo/NiogCd/Znindikererat metallkildenforCoogNierpyrittogatdenersinkblendeforCd(HindarogNordstrøm2015).

ResultatenefrautlekkingstestenmedoppmaltsteinfraM20deponietvistereduksjonipHtil3.3 (Tabell3).LavpHikombinasjonmedhøykonsentrasjonavSO4Ͳindikererproduksjonavsvovelsyrei oksidasjonavsvovelkismineraler.Innholdetavbasekationeriutlekketvannerforholdvislav(i forholdtilSO4,Tabell3),mensinnholdavmetallererhøyt.Beregningavmassebalanseviser4164 μeklfrasulfatsomerioverenstemmelsemed4487μek/ltotaltkationer.Alutgjør54%avSO4i avrenningen,Mgmed18%,Femed11%ogderetterresten.K,NaogCautgjørtilsammenkun11%

avSO4.Resultaterviseratutlekkingenavspormetallerøkerrasktogfortsetteråøkegjennom7uker (Hjulstad2015).Kombinasjonenavmetaller,lavpHogvannmedlavkonsentrasjonavbeskyttende basekationergirgenerelthøyandelløstfraksjonoghøybiotilgjengelighetavmetallene(Woodetal., 2002a).

UtlekkingenfrasteinprøvenerdominertavmetalleneAl>Fe>Mn>Ni>Zn>Co>Cu,hvorenliten fraksjonforeliggersomkolloidaltogpartikulærtmaterialevedkontinuerligvanngjennomstrømming avsteinmassene.Itilleggersjeldnejordmetallerkarakterisertiutlekkingsvannet.Konsentrasjonen avCe,La,Nderrelativhøyiutlekkingenmedmerenn36μg/100gstein,mensPb,As,VogMoer laveog<1μg/100gstein.

(23)

ʹ͵

Tabell3Elementsammensetningiutlekkingfrasteinprøver(M20)etter4ukerogandel(%)lavmolekylmasse (LMM)avutlekketmetal.

Syntetiskvann Utlekking LMM(%) μeq/l

pH 3.3 501

Ca²⁺ mg/l <0.1 3.7 76 185

Mg²⁺ mg/l <0.1 9.1 80 749

Na⁺ mg/l 0.1 0.8 82 35

K⁺ mg/l <0.1 11.4 73 292

NO3Ͳ mg/l 0.03 <0.020

Cl^Ͳ mg/l <0.06 <0.06

SO42Ͳ mg/l 2.2 200 78 4164

Al μg/L 19504 83 2169

Fe μg/L 8849 69 475

Mn μg/L 759 79 28

Ni μg/L 592 78 20

Zn μg/L 388 77 12

Co μg/L 310 84 10

Cu μg/L 253 79 8

Pb μg/L <1

As μg/L <1

v μg/L <1

Mo μg/L <1

Ce μg/L 81 71 ʹ

Nd μg/L 47 74 ͳ

La μg/L 36 74 ͳ

Sr μg/L 21 82 δͲǤͷ

U μg/L 18 77 δͲǤͷ

Gd μg/L 11 75 δͲǤͷ

Pr μg/L 11 74 δͲǤͷ

Sm μg/L 11 74 δͲǤͷ

Dy μg/L 10 75 δͲǤͷ

Cr μg/L 7 75

Er μg/L 4 76

Yb μg/L 3 72

Cd μg/L 3 83

Th μg/L 2 67

Ho μg/L 2 75

Sum(kationer) ͶͶͺ͹

(24)

ʹͶ

5.1.2 Innholdavspormetallerisigevannetførogetterrensing

SigevannetfradeponiM15/M16blirfangetienfangdamiStordalen.Ifangdammenerdettilsatt kalkstein/CaͲsilikatsomfungerersometfilterførutløpetogoverføringtilrenseanlegget.I renseanleggettilsettesNaOHforfellingavAlibasseng.Utavrenseanleggetblirvannetledetinni Stordalsbekkenca250meterførutløpiKaldvellfjorden.

Vannetifangdammen(Tabell4,Tabell5)erkarakterisertmedhøyereinnholdavCaoghøyerepH ennhvasomblemåltiutlekkingendirektefradensvovelholdigesteinen(jf.5.1.1).Detteviserat tilsattkalkstein/CaͲsilikatifangdammenbidrartiløktinnholdavCaivannet.DetmålesinnholdavCl ifangdammensomindikererbidragfrasjøsalter.Beregningavmassebalanseforprøverinnsamleti august2015viser1000μek/lfraClog6600μek/lfrasulfat.Cautgjørmerenn50%avSO4i fangdammen,Mgmed21%ogAlmed18%.Prøverinnsamletijuni2016visertilsvarendetrender, menmednoehøyereinnholdavsjøsalter.Sammenlignetmedkontrollertutlekkingenavsteinpå laboratorietsåerdetetbetydeligbidragavCautlekkingifelthvorenstorandeltroligkommerfra kalksteinen/CaͲsilikatifangdammen.

Vannetifangdammenerpåprøvetakingstidspunktenekarakterisertsomsurtvann(pH~4.5Ͳ4.7), medsværthøytinnholdavtotaltAl(>8000μg/L)ogMn(>1000μg/L)oghøytinnholdavFe,Ni,Cu ogU(30Ͳ500μg/L).Detsurevannetkarakteriseresogsåmedhøytinnholdavenrekkesjeldne jordmetaller.SpesieltLa,CeogNdforeliggerihøyekonsentrasjoner(200Ͳ600μg/L).Fordeulike metalleneobserveresdetingenforskjellmellomtotalkonsentrasjonivannetogkonsentrasjoni filtrertvannprøve.Detteindikererattilnærmetaltmetallforeliggersomløstetilstandsformer (<0.45μm)ifangdammen.Konsentrasjonenavmetallerifangdammenertilsvarende

konsentrasjonenavmetallerobservertivannfrautlekkingsforsøketpålaboratoriet.

VannetinnirenseanleggetkarakteriseresmedensvakthøyerepH(pH~5.5),25Ͳ50%lavereinnhold avmetallerogsjeldnejordmetaller.ForAl,FeogCuerdenpartikulærefraksjonenøkt.Deter naturligåantaatendringeneeretresultatavatkalksteinen/CaͲsilikatpåbunnenavfangdammen bidrartilhøyerepH.

EtterrenseanleggeterpHøkttilca7ogkonsentrasjonenavallemetallererbetydeliglavereog

<30%foreliggersomløstetilstandsformer.AggregeringenavNiogMnermindreennfordeandre metalleneogtilnærmet90%avMnogNiforeliggersomløstivannetogsåetterrensingen.Til sammenligningforeliggermerenn93%avAlsompartikulærtAlogmindreenn7%somløstAl.

(25)

ʹͷ

Tabell4Vannkvalitetsparametereogkonsentrasjonavmetallerinkludert%løstfraksjon(<0.45μm)i fangdammen,førinntakrenseanlegg,utrenseanleggognederstiStordalsbekkenførutløpKaldvellfjorden 31.08.2015.

Fangdam

μeq/L

Inn

renseanlegg Ut

Renseanlegg Stordalsbekken

pH 4.5 32 5.5 7.2 6.2

Cond μS/cm 814 767 788 733

Temp ^oC 16.7 10.4 11.9 13.5

K mg/l(μeq/l) 7.9 202 6.7 6.8 6.4

Ca mg/l 76 3792 89 99 86

Mg mg/l 18 1490 17 17 15

Na mg/l 22 972 17 21 17

Cl mg/l 35 987

NO3Ͳ mg/l 0.42 7

SO42Ͳ mg/l 318 6621

Al μg/l 10659 1185 6091 1584 1813

(%<0.45μm) (93) (57) (7) (17)

Cu μg/l 45.7 1 25.2 8.8 8.6

(%<0.45μm) (92) (34) (29) (24)

Ni μg/l 180 6 142 89 70

(%<0.45μm) (97) (99) (88) (90)

Mn μg/l 1426 52 1227 780 702

(%<0.45μm) (99) (100) (94) (95)

Fe μg/l 404 22 319 93 238

(%<0.45μm) (92) (62) (13) (42)

U μg/l 63 1 35 20 21

(%<0.45μm) (99) (76) (71) (69)

La μg/l 333 ͹ 226 66 63

(%<0.45μm) (97) (98) (17) (35)

Ce μg/l 596 13 384 104 103

Pr μg/l 74 48 13 13

(%<0.45μm) (96) (95) (9) (21)

Nd μg/l 311 6 192 50 50

Sm μg/l 68 40 10 10

Eu μg/l 5.6 3.4 0.9 0.9

Gd μg/l 78 46 12 12

Tb μg/l 352 216 53 56

Dy μg/l 56 32 8 8

Ho μg/l 9.0 5.1 1.3 1.4

Er μg/l 19 11 2.6 2.9

Tm μg/l 1.9 1.0 0.3 0.3

Yb μg/l 9.3 5.0 1.2 1.3

Lu μg/l 1.2 0.6 0.2 0.2

Th μg/l 1.0 0.4 0.1 0.1

Sumkationer 7765

(26)

ʹ͸

Tabell5Vannkvalitetsparametereogkonsentrasjonavmetallerinkludert%løstfraksjon(<0.45μm)i fangdammen,førinntakrenseanlegg,utrenseanleggognederstiStordalsbekkenførutløpKaldvellfjorden 11.06.2016.

Fangdam

μeq/L

Ut

Renseanlegg Stordalsbekken

pH 4.7 20 7.2 6.3

Temp ^oC 12.2 12.5 13.8

K mg/l 5.0 128 4.9 5.0

Ca mg/l 69 3451 75 59

Mg mg/l 14 1120 13 11

Na mg/l 38 1659 47 37

NO3Ͳ mg/l 0.4 7 0.4 0.4

Cl^Ͳ mg/l 69 1946 64 56

SO42Ͳ mg/l 280 5829 252 198

Al μg/l 8137 905 4112 4577

(%<0.45μm) (100) (3) (9)

Mn μg/l 952 35 563 495

(%<0.45μm) (100) (86) (90)

Zn μg/l 246 8 101 105

(%<0.45μm) (98) (38) (69)

Fe μg/l 247 13 201 424

(%<0.45μm) (100) (3) (30)

Ni μg/l 86 3 47 42

(%<0.45μm) (97) (81) (87)

Cu μg/l 32 1 16 17

(%<0.45μm) (100) (16) (24)

Ce μg/l 520 11 209 199

(%<0.45μm) (98) (10) (26)

La μg/l 288 6 117 109

(%<0.45μm) (97) (17) (38)

Nd μg/l 239 5 102 94

(%<0.45μm) (99) (7) (19)

Co μg/l 48 2 23 22

U μg/l 42 24 21

Mo μg/l <0.1 <0.1 0.1

Sr μg/l 1.6 1.7 1.4

V μg/l 0.0 0.1 0.3

Cd μg/l 1.1 0.6 0.6

Gd μg/l 61 1 25 23

Pr μg/l 63 26 25

Sm μg/l 54 1 22 21

Dy μg/l 44 18 17

Er μg/l 16 6.1 5.8

Sumkationer 7368

(27)

ʹ͹

5.1.3 SpormetalleriStordalsbekkenogvariasjonerunderflomepisoder

IutløpetavStordalsbekkenervannetomtrentenpHenhetlaveresammenlignetmedutav renseanlegget(Tabell4).KonsentrasjonenavAlogFeerhøyereiStordalsbekkenennivannetutav renseanlegget,mengenerelterkonsentrasjonenavdeandrespormetallenetilsvarendesomi vannkvalitetenutfrarenseanlegget.Andelenløstfraksjonharimidlertidøktforflerespormetalleri Stordalsbekken,spesieltløstfraksjonavAl,Feogdesjeldnejordmetallene(Figur10).Andelløst fraksjonkanforklaresmednytttilsignedstrømsrenseanleggetsomgirlaverepHogøkte konsentrasjoneravAl,Feogandrespormetaller.

Figur10SammenhengmellomA)konsentrasjonenavspormetallerogB)fraksjonløstandelavspormetalleri vannetutavrenseanleggetogiutløpetavStordalsbekkenJuni2015.1:1linjenertegnetinn.

0 500 1000 1500 2000

Stordalsbekkenμg/l)

Utavrenseanlegget(μg/l) A)

Fe Ce Cu Pr

Al

U Ni

Mn

0 20 40 60 80 100

Stordalsbekken(%fraksjonløst)

Utavrenseanlegget(%fraksjonløst) B)

Fe La

C Cu

Pr Al

U

NiMn

&H

(28)

ʹͺ

VannprøverinnsamletiStordalsbekkeniløpetavdesiste10årene(AgderOPS)viserat

konsentrasjonenavspormetallervarierergjennomåret.Resultateneviserimidlertidatdetikkeer noengodkorrelasjonmellomkonsentrasjoniStordalsbekkenogvannføring(Figur11).

Nyeredatastøtteroppomeldredatanårdetgjeldervariasjonikonsentrasjonavspormetaller gjennomåretiStordalsbekken.Resultateridetteprosjektetgirimidlertidindikasjoneromat nedbørsepisoderharbetydningforkonsentrasjonenavspormetalleriStordalsbekken.

KonsentrasjonenavspormetalleriStordalsbekkenerenfaktor2.7høyereietterkantavenmindre flomepisode27.oktobersammenlignetmedførepisoden(Figur13).Deterimidlertidikkeinnsamlet vannprøverunderstorevannføringsepisoderiStordalsbekken

Figur11VannføringogkonsentrasjonavspormetalleriStordalsbekkenfrajanuar2014tiljuni2015.(Datafra AgderOPSVegselskapAS).

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

1.1.2014 1.4.2014 30.6.2014 28.9.2014 27.12.2014 27.3.2015

m3/s

VannføringStordalen

0 1000 2000 3000 4000 5000

1.1.2014 1.4.2014 30.6.2014 28.9.2014 27.12.2014 27.3.2015

Konsentrasjon(μg/L)

Mn

0 100 200 300 400 500

1.1.2014 1.4.2014 30.6.2014 28.9.2014 27.12.2014 27.3.2015

Konsentrasjon(μg/L)

Ni

(29)

ʹͻ

Figur12EstimertvannføringiStordalsbekkenfraapriltildesember2016,prøvetakingavvannogeksponering avlaksesmolterindikert.

Figur13KonsentrasjonenavAliulikefraksjoneriStordalsbekkenogvariasjoneriperiodenmedundersøkelser

medfisk.BeretutsnittavdelavestekonsentrasjonenefrafigurA.

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

30.apr. 31.mai. 1.jul. 1.aug. 1.sep. 2.okt. 2.nov.

m3/s

VannføringStordalen

Vannføring Vannprøvetaking Eksponeringavfisk

0 1000 2000 3000 4000 5000

11May 12May 01June 4October 28October

Al(μg/L)

A)Stordalsbekken

TotaltAl Partikulært Kolloidalt LMM LMMreaktiv

0 100 200 300 400 500 600 700

11May 12May 01June 4October 28October

Al(μg/L)

B)Stordalsbekken

TotaltAl Partikulært Kolloidalt LMM LMMreaktiv

(30)

͵Ͳ

5.2 Overgangfraferskvanntilsjøvann

5.2.1 Sammenhengmellomvannføringogsaltholdighet

BeregnetvannføringiStordalsbekkenviserstorvariasjoninterntiåretogmellomår.Deterlange periodermedlitenvannføring,ogdeterflomepisodermedhøyvannføring.I2015frasluttenavjuli tilsluttenavseptembererperiodenkarakterisertmedepisoderavstorvannføringiStordalsbekken, fra0.1til0.4m3/s.I2016erperiodenfraapriltilsluttenavoktoberkarakterisertmedlavvannføring ogkunsmåflomepisoder(<0.06m3/s).

DeterensvakkorrelasjonmellomvannføringiStordalsbekkenogsaltholdighetioverflatevanneti Kaldvellfjorden(Figur14).Deterogsåensammenhengmellomsaltholdighetioverflatevannet innerstiKaldvellfjorden,vedblåskjellanleggetogutenforterskelen.Resultateneindikereratdeter fleretilfelleravlavsaltholdighetinnerstvedutløpetavStordalsbekkenennmedlavsaltholdighet vedblåskjellanleggetogutenforterskelen.

DeterimidlertidingensammenhengmellomvannføringiStordalsbekkenogsaltholdighetpå3 metersdypiKaldvellfjorden.Variasjonenikonduktivitetsomobserveresioverflatevannetkorrelerer ikkemedkonduktivitetsomobserverespå3metersdyp(Figur15).

Figur14SammenhengmellomA)estimertvannføringiStordalsbekkenogkonduktivitetisjøvannetutenfor utløpetavStordalsbekken,B)konduktivitetiutløpetavStordalsbekkenogmidtiKaldvellfjordenvedanlegget medblåskjell,C)konduktivitetiutløpetavStordalsbekkenogutenforterskelenavKaldvellfjordenogD) konduktivitetmidtiKaldvellfjordenvedanleggforblåskjellogutenforterskelenavKaldvellfjorden.

y=Ͳ54087x+25180 R²=0.23

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40

Konduktivitetutløpet1m(μS/cm)

VannføringStordalsbekken(m3/s)

A) y=0.67x+9471

R²=0.55

0 10000 20000 30000 40000

Kond.Blåskjell1m(μS/cm)

Kond.utløpet1m(μS/cm) B)

y=0.51x+12754 R²=0.49

0 10000 20000 30000 40000

Utenforterskel1m(μS/cm)

Kond.utløpet1m(μS/cm)

C) y=0.51x+12016

R²=0.40

0 10000 20000 30000 40000

Utenforterskel1m(μS/cm)

Kond.Blåskjell1m(μS/cm) D)