Genväg: http://syke.fi/projekt/midas
Bakgrund
Cirka 70 % av finländarna får sitt dricksvatten från grundvattnet. Det finns 2226 för Finlands vattenförsörjning viktiga grundvattenområden (klass I) och på cirka 24 % av dem (528 st) löper det vägar av underhållsklass Is, I och Ib, som saltas. Både i Finland och på andra håll i världen har halkbekämpning förorenat grundvatten. Skador på grundvattnet orsakade av halkbekämpningsmedel är bl.a. en upplösning av tungmetaller, kemikalierester och en nedsatt syrehalt som förbrukningen av organiska ämnen orsakar, med biverkningar (t.ex. en höjning av lösligt järn i grundvatten). En hög kloridhalt orsakar därtill bl.a. korrosion på vattenledningsrör.
Enligt miljövårdslagen får grundvatten inte förorenas. Man kan dock inte helt avstå från halkbekämpning då trafiksäkerheten även skall upprätthållas. Därför bör man söka sådana lösningar för halbekämpning som minimerar skadorna av vägsaltning på grundvatten utan att trafiksäkerheten äventyras.
I stället för det traditionella vägsaltet (natriumklorid eller koksalt) kan man använda andra kloridsalten (som till exempel kalsiumklorid eller magnesiumklorid), eller organiska salter, såsom salter av myrsyra och ättiksyra (till exempel kaliumformiat, kaliumacetat, eller kalsiummagnesiumacetat). Det har dock inte hittills funnits fakta om vilka konsekvenser för grundvatten eller den övriga miljön användningen av organiska halkbekämpningsmedel har. Jämförande undersökningar om olika halkbekämpningsmedels effekter på grundvatten har heller inte heller gjorts, varken i Finland eller på andra håll i världen.
Undersökningen av alternativa halkbekämpningsmedel och deras effekter på grundvatten påbörjades 1998 i SYKE genom det 6-åriga MIDAS-projektet (Migration of alternative de-icing chemicals in aquifers). Kaliumformiatets rörlighet och nedbrytning i mark och grundvatten samt dess långtidsverkningar på grundvatten utreddes genom MIDAS2-projektet som pågick 2004-2010.
Undersökningar i laboratorieskala och sandfilterkolonner (1998-2001)
MIDAS- och MIDAS2-undesökningarnas mål har varit att hitta en kemikalie som lämpar sig för halkbekämpning och belastar grundvatten så lite som möjligt. Undersökningen har framskridit etappvis så att man i det första skedet (åren 1998-2001) jämförde sex olika halkbekämpningskemikaliers (natriumklorid, kalciumklorid, magnesiumklorid, kalciummagnesiumacetat, kaliumformiat och kaliumacetat) eventuella verkningar på grundvatten i sandfilterkolonner i pilotskala (bild 1) (Hellstén och Nystén 2003). I denna undersökning visade sig kaliumformiat vara den bästa alternativa halkbekämpningskemikalien, då:
- Kaliumformiat inte innehåller klorid som är skadligt för grundvatten.
- Den upplösning av tungmetaller som kaliumformiat orsakade i vattnet som filtrerades genom kolonnen var mindre än den som kloridsalterna orsakade.
- Formiat nedbröts i den 4 m höga jordfiltreringskolonnen i 3-6 oC. Formiats nedbrytning accelererades 3 veckor efter att provet startades.
- Den syreförbrukning som kaliumformiat orsakade vid sin nedbrytning i kolonnerna var också betydligt mindre än när acetatsalterna nedbryts.
I jordfiltreringskolonnerna upptäcktes också, att jordmånshorisonten påskyndade nedbrytningen av de organiska halkbekämpningskemikalierna.
Figur 1. Filtrets konstruktion i laboratorieproven
Undersökningen fortsatte med ett lysimeterprov under verkliga miljöförhållanden i Oripäänharju (i Oripää kommun). En lysimeter är ett med jord fyllt kärl, från vars botten man kan ta prov av det vatten som filtreras genom lysimetern. I undersökningen användes en lysmeter som var 1,7 m djup, hade byggts år 1972 och vars ytväxtlighet motsvarade områdets naturliga vegetation. På lysimeterns yta hälldes formiatlösning och den kemiska sammansättningen av vattnet som filtrerades följdes upp under undersökningens gång (Hellstén m.fl. 2005b). Kaliumformiats biologiska nedbrytning visade sig vara snabb också i lysimeterprovet (Hellstén m.fl. 2005b).
I samband med MIDAS-projektet har även en mängd andra delundersökningar gjorts, vilkas innehåll och centrala resultat är följande:
Halkbekämpningskemikaliernas (NaCl, MgCl2, CaCl2, kaliumformiat och -acetat samt kalcium-magnesium-acetat) toxicitet för växter undersöktes med ekotoxikologiska laboratoriemetoder (Joutti m.fl. 2003). De organiska halkbekämpningskemikalierna visade sig vara giftigare än kloridsalterna (Joutti m.fl. 2003). Den snabba biologiska nedbrytningen av de förra till för växter oskadliga former minskar kraftigt deras toxicitet (Hellstén och Nystén 2003).
Halkbekämpningskemikaliernas lukt- och smakeffekter i dricksvatten testades genom lukt- och smakprov (Kivelä m.fl. 2003). De organiska halkbekämpningskemikalierna hade en betydligt högre förnimmelsetröskel än natriumklorid (Kivelä m.fl. 2003).
Väg- och fälltundersökningar (2002-2010)
Målsättningen med väg- och fälltundersökningarna under verkliga förhållanden var att undersöka hur kaliumformiat påverkade grundvattnets kvalitet och dess lämplighet för halkbekämpning av vägar.
Användningen av kaliumformiat som enda halkbekämpningskemikalie påbörjades i experimentell utsträckning på en 1,7 km lång vägsträcka på riksväg 13 vid Kauriansalmis grundvattenområde i förra Suomenniemi kommun (nuförtiden St. Michel) i oktober 2002. Från och med slutet av 70-talet tills våren 2002 (figurerna 2 och 3), hade traditionell vägsalt (natriumklorid) använts på vägsträckan.
Från 2004 har kaliumformiat också använts istället för natriumklorid på Taavetti grundvattenområde i Luumäki (riksväg 6 och 26), på Jaamankangas grundvattenområde i Kontiolahti (riksväg 6), och på Lintharju grundvattenområde i Suonenjoki (riksväg 9). Senare har spridning av kaliumformiat börjats bland annat på Honkalampi grundvattenområde i Lapinlahti (riksväg 5), Haminamäki-Humppi, Kärängänmäki, och Pajujärvi grundvattenområden i Lapinlahti (riksväg 5). Ytterligare används formiat- och acetatbaserade halkbekämpningsmedel på 25 flygfält i Finland.
MIDAS- och MIDAS2-projektens undersökningar fokuserade sig på Kauriansalmi grundvattenområde, där rörligheten och den biologiska nedbrytningen av kaliumformiat i mark, grundvatten och ytvatten undersöktes. Grundvattnens kvalitet, inklusive kloridhalt, har följts upp 2002-2013 i tillsammans 20 observationsbrunnar för grundvatten. Vidare har Närings-, trafik- och miljöcentralen (tidigare Vägförvaltningen) skaffat sig erfarenhet av användningen av kaliumformiat för halkbekämpning på provområdena. De centrala resultaten visar att:
- På Kauriansalmi grundvattenområde där kaliumformiat användes som enda halkbekämpningsmedel i 2002-2009. Kunde inget formiat påvisas i grundvattnet på provområdet under denna period (Hellstén m.fl. 2004, Salminen m.fl. 2010).
- Formiat bröts snabbt ned till koldioxid och vatten. Nedbrytning i mark även vid låga temperaturer (-2 oC… +1 oC) hindrar formiat att når ner till grundvatten. Den snabba nedbrytningen i ytvatten innebär att användningen av kaliumformiat som halkbekämpningsmedel förorsakar endast små utsläpp av organiska föreningar i vattendrag. (Hellstén m.fl. 2004, Salminen m.fl. 2010)
- Ett mikrobiologiskt aktivt ytskikt i mark med en hög halt organiskt material (antingen naturlig eller gräsbelagd mark) är av största vikt för den biologiska nedbrytningen av formiat. I sandmark med ett organiskt ytskikt innebär detta, att ett omättat skikt på 1-2 m är tillräckligt. Om marken där formiathaltigt vattnet hamnar inte har ett organiskt ytskikt och jordarten är grus, måste det omättade skiktet vara betydligt tjockare (> 4m). (Hellstén m.fl. 2004, Salminen m.fl. 2010)
Centrala slutsatser och resultatens tillämplighet
- Kaliumformiat lämpar sig väl för halkbekämpning under väg- och flygfältförhållanden. I jämförelse med natriumklorid, är kaliumformiat mer effektivt mot svart is och förorsakar mindre saltdimma i trafiken.
- Kaliumformiat rekommenderas för halkbekämpning i synnerhet på vägsträckor som ligger på grundvattenområden viktiga för vattenanskaffningen och med hög risk för nedsaltning, och på flygfält när man vill minska halkbekämpningens verkningar på grund- och ytvatten.
- Användingen av kaliumformiat kan betydligt minska vinterunderhållets verkningar på grundvatten. I fortsättningen lönar det sig att skaffa sådana rutiner och lösningar och sådant kunnande som gör användningen av kaliumformiat mer kosteffektivt. Natriumklorid kan fortfarande användas i en begränsat utsträckning vid sidan av formiat, t.ex. för bortskaffning av isbildningar, där kaliumformiat inte ger tillräckligt bra resultat.
- De totala kostnaderna för vinterunderhåll beräknas att stiga med 5–10 procent, om man övergår till att använda kaliumformiat i stället för det traditionella vägsaltet på alla vägar inom grundvattenområden som klassificeras som viktiga för vattenförsörjningen. Det finns totalt cirka 800 km sådana vägar.
Figur 2. Kauriansalmis grundvattenområde i förra Suomenniemi (nuförtiden St. Michel)
Figur 3. Observationspunkternas läge för grundvattnet i Kauriansalmis provområde.
Resultaten kan utnyttjas både när man väljer produkter som finns på marknaden för halkbekämpning och när man utvecklar miljövänligare halkbekämpningsmedel. Kunskapen kan tillämpas i huvudsak i andra länder som har liknande hydrogeologiska förhållanden som Finland, till exempel i de övriga nordiska länderna och Nordamerika.
Projektorganisation
Finlands miljöcentral har som samarbetsparter i undersökningens olika skeden haft Trafikverket, Finavia, Kommunförbundet, Kemira Abp, Nylands Närings-, trafik- och miljöcentralen, Åbo Universitet, Väg- och avloppsföreningen i Finland, Institutet för Hälsa och Välfärd och Geologiska forskningscentralen.
Tilläggsuppgifter
MIDAS-projektets huvudforskare, TkD Jani Salminen, Finlands miljöcentral (SYKE), fornamn.efternamn@syke.fi
MIDAS-projektets ansvarig ledare, FD Taina Nystén, Finlands miljöcentral (SYKE), fornamn.efternamn @syke.fi