Miljøgifter i vei avrenning og renseeffekt av grøfter i Ås kommune

Dekkslitasjepartikler (DSP) er en viktig kilde til mikroplast, som hovedsakelig transporteres med overvann til miljøet. Likevel er risikoen ved DSP ikke tilstrekkelig evaluert, hovedsakelig på grunn av utilstrekkelige analytiske metoder for å identifisere og måle konsentrasjoner i miljøet. Toksiske effekter er imidlertid ofte rapportert ved at DSP selv eller de kjemiske stoffene i eller på partiklene har negative miljøpåvirkninger. Nylige studier tilskrev massedødeligheten av coho-laks (Oncorhynchus kisutch) i Stillehavet, Norvest i USA til den akutte toksisiteten av et biprodukt lekket ut fra DSP. Akutt toksisitet for andre fiskearter som bekkerøye (Salvelinus fontinalis) og regnbueørret (Oncorhynchus mykiss) er også rapportert. DSP-dannelsen øker og DSP er et bestandig materiale, noe som krever tiltak for å begrense spredningen i miljøet. På den annen side er lokal overvannsdisponering i ferd med å bli et vanlig element i veimiljøet, og kan både kontrollere spissavrenning og redusere forurensning. Kunnskapen om virkningen av løsninger for overvannshåndtering i å fjerne DSP er imidlertid begrenset. Det overordnede målet for denne Ph. D. studien var å introdusere en adekvat analytisk metode for å identifisere og kvantifisere DSP i miljøet og måle konsentrasjoner i sedimenter av lokal overvannsdisponering og i jord assosiert med veier. Tre studiesteder og laboratorieeksperimenter ble brukt som datakilder for studiene inkludert i denne oppgaven (Artikler I–IV). Simultan termisk analysator (STA) og Fourier transform infrarød spektroskopi (FTIR) ble brukt til å analysere prøver, og parallellfaktoranalyse (PARAFAC) ble brukt for dataanalyse. Tilsvarende ble variansanalyse (ANOVA) og t-tester brukt for statistisk analyse. I den første delen introduserte studien en metode som påviste tilstedeværelsen av gummimateriale (GM) i komponert jord tilsatt dekkgranulat (Artikkel I). Kombinasjonen av STA, FTIR, og PARAFAC forbedret identifikasjon av GM. Metoden detekterer alle former for GM i dekk, noe som er en god egenskap gitt at DSP i veimiljøer stammer fra forskjellige typer dekk med variert gummisammensetning. Metoden estimerte ukjente konsentrasjoner av GM ved å inkludere minst én prøve med kjent GM-konsentrasjon i analyseoppsettet (Artikkel I). Det er imidlertid usikkert om resultatene fra den lille datamengden som ble brukt i linearitetsanalysen kan brukes på miljøprøver. Det er også usikkert om et fast forholdstall mellom GM og DSP estimerer konsentrasjoner nøyaktig, siden et bredt spekter av forholdstall er rapportert i litteraturen. Derfor ble metoden ytterligere forbedret for å passe til estimeringen av GM i miljøprøver med en metodedeteksjonsgrense (MDL) på 0,7 mg/g (Artikkel II). I andre del målte vi DSP-konsentrasjoner i i anlegg for overvann; sandfang i Artikkel II og regnbed i Artikkel III. Studien viste at DSP ble holdt tilbake i disse anleggene. Konsentrasjoner fra under 0,1 til 15% ble målt i sandfangsedimenter. Studien avdekket sammenhengen mellom DSP-konsentrasjoner og trafikktetthet og bremse-/akselerasjonsintensitet. Andre faktorer, som lokalmiljø og tømmefrekvens, som ikke er evaluert i denne studien, kan ha påvirket konsentrasjonen av DSP. Selv om denne studien ikke målte renseeffekten til sandfang, på grunn av mangelen på DSP-konsentrasjon i innkommende og utgående overvann samtidig, fungerte anlegget som midlertidiglager. Studien viste videre at et annet anlegg med konstruert jord holder tilbake DSP (regnbed, Artikkel III). DSP ble påvist i alle størrelsesfraksjoner av regnbedsjord. Det ser ut til at partikkelstørrelser og plassering av innløpet (inngangspunktet for veiavrenning til regnbed) påvirket DSP-konsentrasjoner i regnbed. Imidlertid har ikke prosesser som kan redusere akkumulering, slik som nedbrytning og romlig bevegelse av DSP langs dybden, blitt studert. I den tredje delen testet vi fjerningseffektiviteten til konstruert jord i laboratoriekolonneeksperimenter og fant svært høy retensjon av DSP >25 µm (Artikkel III). Den observerte høye fjerningseffektiviteten i laboratorietesten og målte DSP-konsentrasjoner i anlegget viste potensialet til å fjerne >25 µm DSP fra overvannsavrenning og begrense spredningen av DSP i miljøet. I fjerde del vurderte vi DSP-konsentrasjoner i jord langs motorsportbanen ved Rudskogen motorsportsenter (Artikkel IV). Studien viste at både større biter av dekk (4–9 cm) og to forskjellige mikroplaster (GM, og dekkforsterkningsmikroplast (DFMP)) var til stede langs banen. Avstanden fra kanten av banedekket og posisjonen langs banen har vist seg å påvirke DSP- og DFMP-konsentrasjonene. Til slutt anbefaler oppgaven fremtidig forskning innen anvendelse av høyoppløselig STA for å forbedre kvantifiseringsmetoden ytterligere. Det anbefales også å etablere et lineært område mellom PARAFAC-skår og konsentrasjon for å redusere usikkerhet i estimater. Det anbefales å studere DSP-konsentrasjoner i sandfang i omgivelser hvor drift og miljøforhold er kontrollert.

Plastpartikler som slites av bildekk er en viktig kilde til mikroplast, som transporteres med overvann i miljøet. Miljørisikoen ved dekkpartikler er imidlertid ikke tilstrekkelig evaluert, hovedsakelig fordi vi mangler tilstrekkelige analytiske metoder for å identifisere og måle konsentrasjoner av disse partiklene. Giftige effekter av mikroplast er ofte rapportert ved at de kjemiske stoffene i eller på partiklene har negative miljøpåvirkninger. Nylige studier tilskrev massedødeligheten av coho-laks i Stillehavet og nordvestregionen i USA til den akutte forgiftningen av et biprodukt som hadde lekket ut fra dekkpartikler. Akutt forgiftning for andre fiskearter som bekkerøye og regnbueørret er også rapportert. Mengden dekkpartikler øker og partiklene er et bestandig materiale, som ikke brytes ned i naturen. Det krever tiltak for å begrense spredningen i miljøet. Samtidig er anlegg for overvann er i ferd med å bli et vanlig element i veimiljøet, først og fremst for å kontrollere avrenning av store mengder vann ved for eksempel styrtregn. Slike anlegg kan for eksempel være sandfang eller regnbed. Spørsmålet er om disse også kan brukes til å redusere forurensning, ved at mikroplasten fanges opp der, og deretter kan tømmes og fraktes til avfallsdeponier.Kunnskapen om hvor effektive slike anlegg for overvann er for å fjerne dekkpartikler er imidlertid begrenset. Forskningsarbeidet bidrar til mer kunnskap på dette feltet. Metoden utviklet i dette arbeidet kan brukes til måling av konsentrasjon av dekkslitasjepartikler i miljøet, risikoanalyse av sedimenter i anlegg for overvann, oppfølging av akkumulering over tid, og optimalisering av drift av anlegg for overvann. Denne metoden kan brukes av tilsynsmyndigheter, ingeniører som dimensjoner anlegg, forskere og de som jobber med mikroplastforurensing, og anleggseiere som kommuner, Statens Veivesen og motorsportsentre.

I de siste tiårene har overvann blitt et økende tema til bekymring for innbyggere, myndigheter, forsikringsselskaper og beslutningstakere på grunn av økt bevissthet om den potensielle negative effekten av kjemisk forurensning fra veier på vannmiljøet og folkehelse. Denne utfordringen vil vokse med klimaendringer og mer utviklingsaktiviteter i fremtiden. Ulike tiltak er brukt for å redusere de negative konsekvensene av forurensninger fra veiene i miljøet. Grøfter har vært mye brukt for å fjerne eller redusere forurensning fra veiavrenning før den går til resipienten. Grøfter er primært konstruert for å kanalisere overvann bort fra veiene, men er også forventet å fjerne partikulært materiale ved sedimentering, adsorpsjon og infiltrasjon. Imidlertid er grøfter sjelden utformet med tanke på rensing av miljøgifter på grunn av begrenset kunnskap. Kunnskapshull innen miljøgifter i veiavrenning og giftigheten av det overfor vannlevende organismer er påpekt som et problem av Norske og Europeiske veimyndigheter. Begrensningene inkluderer blant annet mangelen på gode modeller til å estimere avrenning og spredning av miljøgifter til vassdragene. Fravær av objektive kriterier for å foreta tiltak og mangel på kunnskap om effektiviteten av eksisterende renseanlegg er blant tema som behøver forskning. Matematiske ligninger, simulering modeller og statistiske teknikker anvendes for å bestemme beste modellen eller kombinasjoner for å anslå miljøgift i vei avrenning. Drenslinjer som er utarbeidet ved hjelp av Geografiske Informasjon Systemer (GIS) i Arcmap og digital terreng modell (DEM) brukes å kartlegge miljøgift spredning fra vei avrenning og estimere mengden av miljøgifter som tilsettes resipienten. Labforsøk vil også utføres på prøver fra utvalgt steder i grøfter og nærliggende områder for å finne miljøgift konsentrasjonsdata. Prosjektet er svært relevant for øvrige kommuner i Follo og Akershus som forventer større utviklingsaktivitet på grunn av befolkningsvekst.