Udledning af fiskerispildevand ved Sisimiut

Transkript

1 Center for Arktisk Teknologi Udledning af fiskerispildevand ved Sisimiut Vejledere: Ingela Dahllöf Arne Villumsen Morten Holtegaard Nielsen Afleveret d. 1. december 2006 Line Kai-Sørensen Brogaard s Marianne Willemoes Jørgensen s001887

2 Sammenfatning Projektet tager udgangspunkt i fjorden nord for Sisimiut i Grønland. Eftersom der ikke er tradition for at rense spildevandet i Grønland ledes spildevand fra en af Royal Greenlands fiskefabrikker direkte ud i fjorden ved Sisimiut. Undersøgelser af strømforholdene viste at vandudskiftningen i fjorden er begrænset og at strømhastighederne er for små til at transportere sedimenteret materiale. Sideløbende undersøgelser af sedimentprøver fra fjorden viste forhøjede indhold af tungmetallet kadmium og i et vist omfang også kobber. Indholdet af næringsstoffer, organisk materiale og svovl tyder på at der er hyppige forekomster af iltsvind i sedimentet i fjorden. Det blev derfor konkluderet, at fjorden er påvirket negativt af den udledning der forekommer. Eftersom der ikke foreligger nogen lovgivning, der påkræver at spildevandssituationen ændres i forhold til den nuværende i Sisimiut, søgtes der en løsning hvor der, måske ikke direkte forekommer en indtjening, men hvor indtægterne kan modsvare udgifterne, da en sådan løsning vil virke mere tillokkende. Under undersøgelserne af fjorden blev der også konstateret at spildevandsudledningen fra husstandene og byens sygehus bidrager kraftigt til den dårlige miljøtilstand i fjorden. Derfor blev det valgt at fokusere på biogas da denne løsning også kan bruges til at reducere spildevandsudledningen fra husstandene i Sisimiut. Mulighederne for at producere biogas af affaldet fra Royal Greenland og det materiale der er til rådighed i Sisimiut blev undersøgt og det blev konstateret at potentialet er til stede. Det anbefales at produktionen af biogas kombineres med en frasortering af reje- og krabbeskallerne, hvorved der åbnes for muligheden af at benytte skallerne til produktion af kitin, kitosan, astaxanthin. I

3 Abstract This project evolves around the fjord north of Sisimiut in Greenland. Since the common practice in Greenland is to discharge untreated wastewater directly into the recipient, this is exactly how it is done by Royal Greenland to the fjord north of Sisimiut. Studies of the currents and exchange of water between the inner and outer fjord showed that the exchange is limited and that the tidal induced currents lacks the energy to transport sediments. Analysis of sediment samples showed increased concentrations of the heavy metals, cadmium and to some degree cupper. The content of organic matter, nutrients and sulfur in the sediment samples indicates frequent occurrences of oxygen depletion in the sediment. Based on these results it was concluded that the fjord is affected in a negative way by the current discharges. Since there is no law in Greenland concerning discharge of untreated wastewater the solution has to be attractive to Royal Greenland in terms of economy. Ideally the expenses should not exceed the earnings. During the analysis of the fjord it was recognized that the discharge from the hospital and the general public also is a major contributor to the pollution in the fjord. Therefore the solution chosen is the production of biogas, since this makes it possible to treat some of the wastewater from this other point source along with the wastewater from Royal Greenland. To determine the possibility of producing biogas using the wastewater from Royal Greenland, the material in Sisimiut, available for the process, was evaluated in regards to weather there is potential for producing biogas. Potential was established. It is recommended that the shells of the shrimps are separated during or after producing biogas. Hereby the possibilities of extracting chitin, chitosan, astaxanthin are still present. II

4 Forord Dette projekt er skrevet ved Center for Arktisk Teknologi i forbindelse med kurset Arktisk Teknologi, i perioden 2. januar til 1. december Feltarbejdet, som danner grundlag for rapporten, er udført i Sisimiut, Grønland i perioden den 31. juli til den 21. august Vejledere projektet er Arne Villumsen, Morten Holtegaard Nielsen og Ingela Dahllöf. Indsamling og behandling af data, i Sisimiut og efter hjemkomsten til DTU, er foretaget i samarbejde med eksamensprojektstuderende Laura Villemoes og Caterina Ruggiero. Vi vil gerne takke OAK for at være skipper og i den forbindelse Hanseraq for lån af jolle og båd. Derudover vil vi gerne sige tak til Mia Helle Sauer og Pernille Erland Jensen for deres hjælp i laboratoriet og Bente Frydenlund for gode råd inden vi tog af sted til Sisimiut. En sidste tak til Niels Brock og Barten Abdel for hælp med kortmateriale. Lyngby, den 1. december 2006 Rapporten er udarbejdet af: Line Kai-Sørensen Brogaard s Marianne Willemoes Jørgensen s III

5 Indholdsfortegnelse Sammenfatning I Abstract II Forord III 1 Indledning 1 2 Baggrund Sisimiut (Holsteinsborg) Royal Greenland Ulkebugten og fjorden Spildevandsudledning Resultater af tidligere projekter indenfor området 5 3 Teori Fysisk og kemisk oceanografi Densitet Salinitet Temperatur Densitetsforskelle i Arktis Springlag Sediment Sedimenttransport Bundtransport Resuspension Havstrømme Tidevand Spring tidevand og niptidevand Tidevand ved Sisimiut Bølger Omsætning af næringsstoffer og organisk stof i havet Primærproduktion Nedbrydning af organisk materiale 15 IV

6 Nedbrydning uden ilt Iltsvind Tungmetaller Valg af kadmium (Cd) og kobber (Cu) Tungmetalkilder Kilder til kadmium Kadmiums toksiske egenskaber Kilder til kobber Kobbers toksiske egenskaber Grænseværdier for kadmium og kobber Betydning af organisk materiale i sediment Sorptionsmekanismer for uorganiske stoffer 21 4 Indsamling og behandling af prøver fra sedimentet Sedimentprøver Kerner Analysemetoder i laboratoriet Vandindhold og glødetab Kvælstof Fosfor Svovl og kulstof Tungmetal 24 5 Resultater 5.1 Vandudskiftningen i Ulkebugten Saltindhold Temperatur Salinitet og temperatur sammenholdt Resultater af sedimentanalyser Resultater af spredningsanalyse Organisk materiale Svovl Fosfor 35 V

7 Kvælstof Næringsbalancen i sedimenterne C/N forhold i sedimenterne N/P forhold i sedimenterne Kerner Kernebeskrivelse Næringssalte og organisk materiale i kerner Diskussion af resultater for sediment Tungmetal Tungmetal i sedimentprøver Tungmetal i kerner Diskussion af tungmetal Spredning af sedimenteret materiale Samlet vurdering af tilstanden i fjorden og Ulkebugten 56 6 Løsninger på forureningen af fjorden og Ulkebugten Metoder til rensning af spildevand og brug af krabbe og rejeskaller Udvinding af Kitin, Kitosan og Astaxanthin Jordforbedringsmidler Kompostering Rejemel Rensningsanlæg Dumpning på dybt vand Diskussion af løsningsmuligheder 65 7 Implementering af et biogasanlæg i Sisimiut Biogasanlæg Opbygning af et biogasanlæg Biologisk gasproduktion Biomassens sammensætning Bioafgasningsprocesser Dimensioner for anlægget Hygiejnisering 71 VI

8 7.4.4 Biogas med rist til opsamling af reje- og krabbeskaller Kraftvarmecentral Økonomi Diskussion 75 8 Konklusion 77 Litteraturliste 78 Bilagsoversigt 84 VII

9 1 Indledning I Sisimiut ligger Grønlands største Royal Greenland fabrik. Den har et årsforbrug af vand på ca. 1 mil. m 3. Fabrikken forarbejder ca tons rejer og 1000 tons krabber om året. Vandforbruget på denne fabrik er det samme som mængden af spildevand og ca. to tredjedele af råvarerne er affald. Udledningen fra Royal Greenland er baseret på teorien om at spildevandet opblandes i vandmasserne og fortyndes i en sådan grad at det ikke har konsekvenser for havmiljøet. I princippet er det affald det udledes fra fabrikken, når der ses bort fra rengøringsmidler benyttet til at opretholde en hygiejnisk produktion, naturligt forekommende materiale i havet, forstået på den måde at affaldet består af fiske- og rejerester. Problemet opstår først når en opblanding ikke forekommer og det organiske materiale nedbrydes på et lille geografisk område. Samme problemstilling gør sig gældende for udledningen fra sygehuset, hvor det dog ikke er naturligt forekommende materiale der udledes. Det er derfor hensigten at klarlægge eventuelle gener for havmiljøet, som følge af spildevandsudledningerne ved Sisimiut. Der vil blive lagt fokus på spildevandshåndtering og udledningen fra fiskefabrikken Royal Greenland. I denne forbindelse er der indhentet sedimentprøver fra fjorden nord for Sisimiut og der er hver dag fra den august foretaget CTD-målinger (conductivity, temperature and depth) to steder i fjorden. Herudfra vurderes det hvilke påvirkninger udledningen har. Det faktum at der p.t. generelt kun forekommer en meget begrænset spildevandsrensning i Sisimiut ligger til grund for at der stiles mod en spildevandsløsning som ikke kun afhjælper fiskeindustriens spildevand. Selvom det er førsteprioritet, vil en løsning der samtidig kan afhjælpe en del af husholdningsspildevandsproblemet være at foretrække. Problemformulering I hvilket omfang påvirkes det marine miljø af udledningen af urenset spildevand, til havet ved Sisimiut? Hvilke metoder er mulige til at håndtere spildevand fra fiskeindustri? Hvordan opnås den bedste helhedsløsning på spildevandsproblematikken i Sisimiut? 1

10 2 Baggrund Grønland har et areal på km 2, hvilket svarer til ~50 gange Danmarks areal, heraf er 85 % dækket af indlandsis. Hovedstaden er Nuuk som har ca indbyggere. I Grønland var der i januar indbyggere hvoraf størstedelen er bosat langs med vestkysten hvor der er isfrit [Greenland Tourism, 2006]. I Grønland er der ingen veje mellem byerne, derfor foregår al transport mellem byerne med fly, helikopter eller skib. Grønland har været dansk koloni siden 1953, men fik i 1979 hjemmestyre. Grønland hører stadig under dansk lovgivning, dog har hjemmestyret nogle sagsområder, som er overdraget af den danske regering. Klimaet i Grønland er barskt på grund af de ekstreme lys- og temperaturforskelle. Klimadata for Sisimiut fra viser at den laveste middeltemperatur er -14 grader i marts måned og den højeste er 6.3 grader i juli. Middeltemperaturen er kun over 0 grader i fire af årets måneder (juni, juli, august og september). Middeltemperaturen for hele året er 4 grader. Grønland ligger så langt mod nord at der er lyst hele døgnet midt på sommeren og mørkt hele natten midt på vinteren. Der er i gennemsnit 1550 solskinstimer og 76 nedbørsdage om året i Sisimiut. Nedbøren er nogle lunde lige fordelt over året. [DMI, 2006] Figur 2.1 viser et kort over Grønland, den røde firkant markerer Sisimiuts beliggenhed. Figur 2.1: Kort over Grønland. Sisimiut er markeret med en rød boks. 2

11 1.1 Sisimiut (Holsteinsborg) Sisimiut ligger på Grønlands vestkyst 100 km nord for polarcirklen og har den nordligste beliggende havn på vestkysten som er isfri om vinteren. Bygderne Itilleq, Sarfannguaq og Kangerlussuaq hører under Sisimiut kommune. I hele kommunen var der i 2003 ca indbyggere, heraf ca i Sisimiut. [Sisimiut, 2006] Hovederhvervet er fiskeri og det ses tydeligt i havnen, hvor der lægger mange trawlere og kuttere til. I Sisimiut ligger den største Royal Greenland fabrik. Her forarbejdes primært rejer, men også krabber og i et mindre omfang hellefisk. [Royal Greenland, 2006] 2.1 Royal Greenland Når rejerne modtages frosne på fabrikken fra fiskerne ligger de i kølerum i op til 6 dage. Derefter lagres de først i vand i store kar i 24 timer både for at modne, men også for at de bliver nemmere at pille efter de er blevet kogt. Når de pilles er det ved hjælp af gummiruller som klemmer på rejerne så skallen løsnes. Dette sker ved flere trin indtil kød og skaller er skilt ad. I produktionen bruges der store mængder procesvand for at skylle skallerne væk fra selve kødet. Rejerne bliver tjekket både med laserlys og derefter manuelt, sorteret og evt. pillet igen, hvis det ikke var tilstrækkeligt første gang. Efter pilningen bliver rejerne saltet med lage og derefter bliver de frosset og pakket. For detaljeret produktions beskrivelse se bilag 1. Fabrikken i Sisimiut kan på bare 48 timer have ca. 200 tons hele rå rejer igennem produktionen. 1/3 del af de 200 tons, er rejer til videre salg, de 2/3 dele er skaldele og rejer som ikke kan bruges. Det vil sige at ca. 134 tons skaller bliver udledt sammen med procesvand på bare 48 timer. Spildevandsrøret der leder spildevandet fra Royal Greenland og ud i havmiljøet er ikke stort nok til det hele kan udledes med det samme, derfor har fabrikken en brønd hvor spildevandet bliver opsamlet, hvorfra det så pumpes ud. Efter en produktionsperiode er der en kort periode hvor fabrikken ikke kører på grund af rengøring. Dette rengøringsvand bliver ledt samme vej som det resterende spildevand. Forbruget af råvarer i Sisimiut var i tons rejer og 953 tons krabber. Vandforbruget som er det samme som mængden af spildevand var i m 3. Sammensætningen af spildevandet fra fabrikken består primært af rejeskallerne (med rester af kød) og vand. Rejeskaller består af 80 % vand, men i tørstof består de af 20 % Chitin, 40 % protein og resten er CaCO 3. [Jørgen Risum, 2006] 3

12 2.2 Ulkebugten og fjorden Mange arktiske fjorde er dannet af en overglidende gletscher og derfor ses de oftest som en dyb inderfjord og en smal tærskel ud mod havet. Tærsklen dannes ved at sedimentet foran gletscheren bliver skubbet sammen. Efter istiden steg vandstanden i verdenshavene og derved er gletscherdalen blevet oversvømmet. [Holtegaard, 2005] Nord for Sisimiut ligger Ulkebugten som inderst er en tærskelfjord. Vandstanden over tærsklen er 4.5 m ved astronomisk lavvande, kortnul. På tærsklen er der funderet en stor bro, som vejen til Sisimiut lufthavn går over. Øst for broen lige inden for tærsklen er der en lystbådehavn, her ligger mange mindre både fortøjet. Ulkebugten er på det dybeste sted ca. 30 m. Bugten er ca. 2 km lang og er ved tærsklen ca. 200 m bred, længere inde er den ca. 500 m bred. I bunden af Ulkebugten løber der en elv ud. Vandet i elven er ferskt og kommer fra en vandsø som ligger ca. 3 km længere inde i landet. Sygehusets spildevand har udløb i Ulkebugten, som det kan ses på figur 2.2. Ulkebugten vil i denne rapport betegne området øst for tærsklen og fjorden betegne området vest for tærsklen. I fjorden, på ydersiden af tærsklen ligger den store fiskerihavn og næsten hver dag lægger store krydstogtskibe til ud for havnen. Fjorden er noget dybere end Ulkebugten, da den ca. er 50 m dyb og er også noget bredere. Royal Greenland har sit spildevandsudløb i fjorden som det ses på figur 2.2. Figur 2.2: Ulkebugten ved Sisimiut. [Sisimiut Kommune, 2006] 4

13 2.3 Spildevandsudledning I Sisimiut er der tre udløb mod nord ud i fjorden og Ulkebugten. Syd for byen ligger Chokoladefabrikken. Fra sygehuset går et rør direkte ned af skråningen til Ulkebugten. I fjorden er der to udløb, et foran havnen og fra fiskefabrikken går et rør et stykke ud i fjorden, her udledes fabrikkens spildevand. Mange husholdningers spildevand bliver samlet i rør, som så fører ud til kysten. Nogle husholdninger har dog fra køkkenvasken et kort rør ud af husets væg hvor spildevandet så lander på jorden neden for huset. Nogle steder er der kloakrør tilsluttet husene, men disse skal opvarmes for at rørene kan bruges hele året og for at undgå frostskader. Flere huse er tilknyttet en ordning med afhentning af posen fra posetoiletter. Disse poser bliver kørt til Chokoladefabrikken syd for byen og tømt ud i havet. 2.4 Resultater af tidligere projekter indenfor området For at undersøge grundlaget for dette projekt er resultater fra tidligere studenterprojekter gennemgået. Indtil nu har flere rapporter vist at der er et forureningsproblem i Ulkebugten og i fjorden. Undersøgelser fra 2003 viser at der er forhøjet indhold af organisk stof ved udløbet fra Royal Greenland, som vil kræve et stort iltforbrug for at blive nedbrudt. Det blev også påvist at der ved spildevandsudløbene var et forhøjet antal fækale bakterier og fækale bakterier med antibiotikaresistens. Høje koncentrationer af tungmetaller blev fundet i Ulkebugten. [Thomsen et al., 2003] Undersøgelser fra 2004 viste at der var forhøjede koncentrationer af tungmetaller ved udløbet fra Royal Greenland. Indholdet af næringsstoffer i sedimentet ved Royal Greenland tyder på at der er transport af næringsstoffer ved påvirkning fra dønninger og vind, så der dermed ikke er nogen akkumulation af organisk materiale. [Chawes et al. 2004] Der blev i 2004 opstillet nogle pilot anlæg til spildevandsrensning, som var tilkoblet nogle få huse. [Hansen er al., 2004] Undersøgelser af alger og vandlopper fra 2005 viste at spildevandsudledninger påvirker havmiljøet omkring Sisimiut. [Ruggiero og Villemoes, 2005] Ud fra de tidligere undersøgelser vil det være interessant at se hvordan situationen ser ud i år og især om der kan gøres noget ved spildevandet fra fiskeindustrien. 5

14 3 Teori 3.1 Fysisk og kemisk oceanografi Densitet Cirkulationen af jordens vandmasser er i væsentlig grad påvirket af deres individuelle temperatur og salinitet, denne form for cirkulation benævnes den thermohaline cirkulation. En anden parameter der gør sig gældende er vinden. Densitetsforskelle har derfor væsentlig betydning for transportprocesserne i havet, idet vand med en høj massefylde vil søge dybere end vand med mindre massefylde. Havvandets densitet afhænger af saltindholdet og temperaturen. I havområder hvor dybden er flere hundrede meter har trykket ligeledes en mindre indflydelse på massefylden, men da det ikke er tilfældet i Ulkebugten ses der bort fra densitetens afhængighed af vandets sammentrykkelighed Salinitet Det der adskiller havvand fra ferskvand er det høje indhold af opløste stoffer, fortrinsvist på ionform. Eftersom tilstedeværelsen af ionerne i havvandet primært skyldes kemisk og fysisk nedbrydning og erosion af bjerge og landområder, som føres ud i havet med vandløb og floder findes næsten alle 92 naturligt forekommende grundstoffer i havvand. Saliniteten er en konservativ parameter og forholdet mellem koncentrationen af de enkelte ioner er konstant. Af de mange stoffer havvandet indeholder, udgør klorid den største del, herefter natrium, sulfat og magnesium. Det høje kloridindhold skyldes kraftig vulkanisme tidligere i historien. Herved blev der sendt en stor mængde saltsyre op i atmosfæren, som senere blev transporteret tilbage til jordoverfladen via luftpartikler og regn. [Lund-Hansen et al., 1994] Salinitet måles blandt andet ved CTD målinger, hvor vandets elektriske ledningsevne udnyttes. Ledningsevne afhænger af vandets indhold af ioner, hvor ledningsevnen bliver bedre ved stigende koncentrationer og omvendt. Saliniteten bestemmes herefter ud fra ledningsevnen og vandets temperatur. Saliniteten har indflydelse på vandets densitet idet vandet bliver tungere jo højere saliniteten er Temperatur Temperaturen er, til forskel fra salinitet, ikke konservativ, eftersom der foregår en kontinuerlig varmetransport ved havets overflade. Retningen af transporten mellem vandet og atmosfæren varierer med årstiden. Temperaturen har ligesom densiteten indflydelse på vandets densitet om end 6

15 ikke i samme grad, idet der skal en ændring på 4 grader til at ændre densiteten i samme grad som en ændring i saliniteten på 1 psu forårsager Densitetsforhold i Arktis I Arktis har årstidsvariationerne stor indflydelse på densitetsforholdene i havområderne idet havvandet fryser. Når havvandet fryser udskilles salt, hvilket medfører en højere salinitet for det omgivende vand i vinterperioden. I foråret når isen smelter igen, har smeltevandet til gengæld en meget lavere densitet end havvandet. [AMAP, 1997] I forhold til fjorden ved Sisimiut, er denne isfri i vintermånederne, mens der dannes is inde i Ulkebugten. Sisimiut er kun dækket af sne i vinterhalvåret, hvilket betyder at Ulkebugten modtager store mængder smeltevand fra sneen i foråret Springlag Springlag forekommer som følge af forskellig densitet af vandmasserne i vandsøjlen. Den øvre vandmasse har en lavere densitet end den nedre. Dannelsen og opbygningen af springlag resulterer i at vandsøjlen i den lagdelte situation består af to forskellige vandmasser med forskellige fysiske og kemiske karakteristika. Springlaget angiver dermed det dybdeinterval i vandsøjlen hvor der forekommer markante ændringer i en parameter; gradienten for den pågældende parameter markerer springlagets beliggenhed. Der skelnes mellem: o Haloklin (hali = salt, klin = hældning) betegnelsen for en salinitetsgradient. o Termoklin (termo = varme) betegnelsen for en temperaturgradient Pyknoklinen er betegnelsen for det område hvor densitetsgradienten er størst. Som tidligere nævnt har vandets salinitet større indflydelse på densiteten end tamperaturen har og pyknoklinens beliggenhed er derfor oftest sammenfaldende med haloklinen. [Lund-Hansen et al., 1994] Figur 3.1: Måling af temperatur og salinitet. Der er kraftig springlag, både mht. salinitet og temperatur, beliggende i ca. 12 meters dybde. Her falder temperaturen mest med dybden og saliniteten stiger samtidig kraftigst. [Lund-Hansen et al., 1994, side 47, figur 4.1] 7

16 Områder med lagdeling er i højere grad udsatte for lave iltkoncentrationer i bundlaget, eftersom springlaget bremser transporten af iltrigt vand fra overfladelaget ned til bundlaget. Herudover kan indholdet af næringsstoffer i de to lag ligeledes være meget forskellige grundet den nedsatte udveksling af vand (og dermed næringsstoffer) mellem lagene Sediment Sedimenter kan dannes ved direkte aflejring i havet, som det er tilfældet med affaldet fra Royal Greenland fabrikken samt sygehusudløbet. En anden direkte aflejring er døde organismer og dødt materiale der synker til bunds og aflejres. Herudover stammer sedimenter fra landområder hvor materialerne er eroderet bort og transporteret til havet af eksempelvis floder eller anden overfladeafstrømning. Sedimenter inddeles efter kornstørrelsesklasserne: sten, ral, grus, sand, silt og ler Sedimenttransport I vand forekommer transporten af sediment blandt andet som transport af næringssalte, men eftersom dette ikke er et fast stof, regnes dette ikke som en egentlig transportform. Den anden måde materialet kan transporteres på er ved suspenderet transport. Denne transportform dækker over alle partikler der holdes i suspension som følge af turbulens i vandet. Den sidste transportform forløber ved bunden, her hopper og ruller partiklerne langs bunden, som illustreret i figur 3.2. [Lund-Hansen et al., 1994] Figur 3.2 Partikelbaner for de to transportformer: bundtransport og suspenderet transport. [Lund-Hansen et al., 1994, side 110, figur 9.1] I fjorden ved Sisimiut samt inde i Ulkebugten forventes det at der forekommer suspenderet transport af udledningsmaterialet fra hhv. Royal Greenland og sygehuset samt suspenderet transport af algebiomasse mm. Hvorvidt der kan forventes at forekomme bundtransport, afhænger af kornstørrelsen af bundsedimentet samt strømhastigheden ved bunden. 8

17 3.1.6 Bundtransport Kornstørrelsesfordelingen er væsentlig i forhold til at vurdere om der forekommer transport langs bunden. Transporten afhænger af om energiniveauet i vandet er stort nok til at til at sætte sedimentet i bevægelse. Den energi der skal til afhænger netop af kornstørrelsen af sedimentet. Energiindholdet i vandet afspejles i sedimentet ved kornstørrelsesfordelingen, er sedimentet meget finkornet tyder det på at vandet har et lavere energiniveau end hvis sedimentet udgøres af grovere partikler. Dette skyldes at de finkornede partikler kræver mindre energi at flytte, se figur 3.3 Figur 3.3 Sammenhængen mellem friktionshastigheden, kornstørrelsesfordelingen og bundtransport. [Lund- Hansen et al., 1994, side 113, figur 9.3] Friktionshastigheden bestemmes ud fra den empiriske formel [Lunde-Hansen et al., 1994] u u * = 1 0,41 ln z z 0 hvor u * u z z 0 Friktionshastighed (m/s) Strømhastighed (m/s) Dybden over bunden hvor strømhastigheden er målt Ruhedshøjden 9

18 3.1.7 Resuspension Når partiklerne er aflejret på bunden og dermed udgør en del af bundsedimentet kan de igen bringes i bevægelse hvis energiniveauet i vandet er højt nok. Den energi der kræves for at resuspendere sedimentpartiklerne er højere end den energi der kræves for at holde dem i bevægelse, som beskrevet i forrige afsnit Havstrømme De Vestgrønlandske havstrømme udspringer af den Nordatlantiske Strøm, som er en forlængelse af Golfstrømmen og dermed tager sit udgangspunkt i den Mexicanske Golf. Golfstrømmen løber fra den Mexicanske Golf nordpå, op langs Englands vestkyst og derfra videre langs Norges vestkyst. Strømmen deler sig her (ved omkring 70 N) i to, hvoraf den ene gren af den Nordatlantiske Strøm løber i nordvestlig retning. I nærheden af Svalbard møder denne gren af den Nordatlantiske Strøm det mere ferske og kolde overfladevand fra Arktis. Eftersom densiteten af den Nordatlantiske Strøm er større end det arktiske overfladevand, fortsætter det atlantiske vand som en understrøm ind i hhv. Polhavet og langs Østgrønland. Umiddelbart inden Shetlandsøerne løber en gren af den Nordatlantiske Strøm mød nordvest og danner Irmingerstrømmen, der flyder vestpå indtil den er syd for Island, i Irmingerhavet. En del af Irmingerstrømmen drejer syd for Danmarks Stræde i retningen mod Grønland, hvorfra den fortsætter langs Grønlands østkyst. Ved nunap Isua (Kap Farvel) drejer en del af Irmingerstrømmen op langs Vestgrønlands kyst.[born og Böcher, 1999] Figur 3.4 Overfladehavstrømme. Blå pile angiver kolde strømme, mens røde anviger de varme. [Born og Böcher, 1999, figur 5.2, s. 112] 10

19 3.1.9 Tidevand Tidevand er en kortvarig periodisk type vandstandsændring. Tidevandet kan opfattes som en bølge, der rejser jorden rundt to gange per døgn og dermed resulterer i to højvande og to lavvande i løbet af døgnet.[lund-hansen et al., 1994] Årsagen til tidevandet findes i massetiltrækning af jorden fra andre himmellegemer, hvor månen har den største tiltrækningskraft og dermed skaber det største tidevand, mens solen skaber et tidevand der er knap halvt så stort som månen. De resterende planeter og stjerner har stort set ingen indflydelse. [DMI, 2006] Jorden og månen er i balance, eftersom den indbyrdes massetiltrækning modsvares af centrifugalkraften. Centrifugalkraften er lige stor overalt på jorden, mens tiltrækningen varierer med afstanden mellem jorden og månen. Tidekraften er den resulterende kraft af centrifugalkraften og massetiltrækningskraften. I centrum af jorden ophæver de to kræfter hinanden, hvorimod alle andre punkter på jorden mærker den resulterende tidekraft. Tættest på Månen er massetiltrækningen større end centrifugalkraften og dermed er den resulterende kraft rettet mod Månen; længst væk fra Månen er centrifugalkraften større end massetiltrækningen og dermed er tidekraften rettet væk fra Månen begge situationer medfører højvande. At tidevandet optræder to gange dagligt skyldes jordens rotation om sin egen akse. For hver omdrejning passeres de to højvandspunkter. Tidevandsperioden er dog lidt større end et halvt døgn eftersom månen har samme retning i sin bane omkring jorden (det tager 27,3 døgn for månen at nå rundt om jorden). [DMI, 2006] Spring tidevand og niptidevand Springflod optræder når sol, måne og jord ligger på linie, eftersom massetiltrækningen herved er størst, hvilket medfører det kraftigste tidevand, se figur 3.5. Springtidevand forekommer ca. hver fjortende dag i sammenhæng med fuldmåne og nymåne. 11

20 Figur 3.5: Illustration af sol, måne og jordens placering under spring tidevand og niptidevand. [DMI, 2006] Nipflod betegner tidevandet når det er svagest, hvilket optræder når månen er halv. På dette tidspunkt modvirker højvande fra månen og højvande fra solen hinanden. [DMI, 2006] Det tidevand der reelt opleves afviger en del fra teorien af flere årsager, eksempelvis: Tidevandsbølgen reflekteres af jordens landmasser Havoverfladen indstiller sig ikke øjeblikkeligt i ligevægt med tidekraften, eftersom vanddybden er afgørende for hvor hurtigt tidevandsbølgen kan bevæge sig Tidevand ved Sisimiut Tidevandet ved Sisimiut fordeler sig som vist i figur 3.6. Det ses tydeligt at målingerne blev påbegyndt under niptidevand og afsluttet igen umiddelbart efter det efterfølgende niptidevand. Niptidevand indtrådte omkring den 4. august og igen omkring den 18. august Springtidevand indfandt sig midt i måleperioden, omkring den 11. august Figur 3.6 Vandstanden for hvert tidevand for hele august måned. Måleperioden lå inden for de to vertikale sorte streger. 12

21 Bølger Foruden de bølger der skabes af tidevandet, fremkommer bølger når vinden blæser henover en vandoverflade, som følge af gnidningsmodstanden mellem luften og vandet. Hvorvidt energien fra bølgerne når ned til bunden og derved kan have betydning for sedimenttransporten afhænger af bølgernes længde. Bølgelængden regnes fra et vilkårligt sted på bølgen til et tilsvarende sted på den efterfølgende bølge. Bølgerne på virker de underliggende vandmasser i dybden der svarer til halvdelen af bølgelængden. Det betyder at for dybe havområder vil energien fra de vindgenerede bølger ikke nå ned og påvirke sedimentet ved bunden. Eftersom dybden ved Royal Greenlands udløb er omkring meter forventes vindgenerede bølger ikke at kunne påvirke bundmiljøet. Inde i Ulkebugten er dybden meter og sandsynligheden for at bølger af længden meter opstår, er relativt lille. Tidevandsbølgen har derimod en lang bølgelængde og kan derfor have indflydelse ved bunden. Figur 3.7 Partikelbevægelsen i bølger på dybt vand. [Lund-Hansen, 1994] 13

22 3.2 Omsætning af næringsstoffer og organisk stof i havet I havet har en række parametre indflydelse på algebiomassens vækstforhold samt den efterfølgende nedbrydning. Både algebiomassen og de mikroorganismer der står for nedbrydningen af det organiske materiale reguleres af tilgængeligheden af næringsstoffer som f.eks. den uorganiske kvælstof- og fosforkoncentration Primærproduktion Primærproduktionen er varierende over året på grund af forskellige meteorologiske og biologiske faktorer. I perioden januar til marts er primærproduktionen i fjorden og Ulkebugten meget lav/ikke eksisterende grundet lav/ingen solindstråling. I Ulkebugten hæmmer isdækket primærproduktionen yderligere. Omkring april når isen smelter, stabiliseres vandsøjlen på grund af den øgede solindstråling samt smeltevandets lavere densitet, dette gælder specielt inde i Ulkebugten. Det øverste lag i vandsøjlen opvarmes og lagdelingen styrkes. Stabiliteten af lagdelingen virker hæmmende på opblandingen ned gennem vandsøjlen. Endvidere er den vindgenerede blanding af vandsøjlen generelt lille i foråret sammenlignet med vinterhalvåret. Tilførslen af næringssalte er samtidig ekstra stor i foråret på grund af afsmeltning af sne og is som tilføres fjorden via overfladeafstrømning. Dette skal lægges sammen med tilførslen fra sygehusets spildevandsudløb samt udledningen fra Royal Greenland. Planteplanktonet befinder sig dermed i et miljø med overskud af næringssalte og gode lysforhold, hvilket resulterer i en øget planteplanktonvækst i overfladelaget, herved er grundlaget skabt for forårsopblomstring. [Lunde-Hansen et al., 1994] På trods af at vækstsæsonen er kort er primærproduktionen relativt høj i de næringsrige arktiske farvande ved Alaska og Grønland. [Jensen og Lindegaard, 2004] Selve primærproduktionen er de autotrofe organismers produktion af kulstofforbindelser. Fotosyntese er den biokemiske proces, som forekommer i planter, alger og visse bakterier, hvorved energi fra sollys omdannes til kemisk energi. Den dannede kemiske energi benyttes herefter til at omdanne vand og kuldioxid til organisk stof og ilt. CO H 2O CH 2O O2 Forårsopblomstringen er startskuddet til et større forbrug af ilt ved bunden, dels fordi algerne synker til bunds, dels bliver de spist af dyr, hvis afføring og føderester ligeledes søger mod bunden hvor det nedbrydes af mikroorganismer ved forbrug af ilt. [Christensen et al., 2004] 14

23 3.2.2 Nedbrydning af organisk materiale Organisk materiale fra spildevandsudledningerne samt døde alger og dyr ender ved sedimentation på havets bund, hvor det spises og nedbrydes af dyr og bakterier. Nedbrydningen af organisk materiale i havets sedimenter foregår primært ved mikrobiel respiration. Hvilke nedbrydningsprocesser der kan forløbe, afhænger i høj grad af mængden af ilt der er til rådighed. Når der er ilt tilstede nedbrydes det organiske materiale ved oxidation til vand og kuldioxid: CH 2 O + O 2 H 2 O + CO 2 Oxidation Nedbrydning uden ilt Nedbrydning af det organiske materiale i bundsedimentet går ikke i stå når ilten forsvinder. I den øvre del af sedimentet forekommer, som nævnt, respiration med ilt, når ilten er opbrugt benyttes nitrat. Dybere nede i sedimentet benytter bakterierne hhv. mangan, ferrijern og sulfat som alternative oxidationsmidler, se figur 3.8. CH 2 O + NO 3 - N 2 + CO 2 Denitrifikation CH 2 O + Mn 4+ Mn 2+ + CO 2 Manganreduktion CH 2 O + Fe 3+ Fe 2+ + CO 2 Jernreduktion 2- CH 2 O + SO 4 H 2 S + CO 2 Sulfatreduktion 2 CH 2 O CH 4 + CO 2 Metanproduktion Figur 3.8 Bakteriernes nedbrydning af organisk materiale med forskellige oxidationsmidler. Fordelingen af processerne er identisk med dybden i sedimentet. Et tilstrækkeligt iltindhold er en forudsætning for liv i havet. Et fald i iltindholdet til mellem 4 mg/l og 2 mg/l vil resulterer i at mange fisk vil søge væk. En yderligere reduktion i iltindholdet af de 2 mg/l vil medføre kritiske forhold, ikke kun for fisk, men i høj grad også for de dyr der lever på bunden Iltsvind I sommerhalvåret sker der som regel kun en ringe opblanding af vandet, da der ofte kun er lidt vind. Mindre vind betyder også at havstrømmene ved bunden bliver svagere og derfor kun i ringe grad fornyer bundvandet. Der kommer altså kun lidt ilt ned til bunden. Springlag vil forværre situationen yderligere, se kapitel 3.2. Nedbrydes der fortsat i denne situation bliver der hele tiden brugt af den sparsomme mængde ilt i bundvandet, som på et tidspunkt vil være så begrænset at der opstår iltsvind (< 4 mg O 2 /l). 15

24 Sulfatreduktionen frigiver, som det ses af figur 3.8, svovlbrinte, (H 2 S), som er utroligt giftigt for dyr og planter, eftersom svovlbrinten blokerer åndedrættet. Da svovlbrinte er en gas vil den stige op mod sedimentoverfladen, hvilket sker når ilten forsvinder fra bundvandet. Når der ikke forekommer iltsvind holder iltede jernforbindelser svovlbrinten tilbage, men når iltforholdene forringes forsvinder de iltede jernforbindelser. I overgangsområdet mellem iltet og iltfrit sediment lever svovlbakterien beggiatoa, som udnytter den ilt der er til stede til at oxidere den opad stigende svovlbrinte, hvorved der dannes sulfat, som så igen kan benyttes til respiration af de sulfatreducerende bakterier i iltfrie omgivelser. Tilstedeværelsen af svovlbakterier på sedimentoverfladen ses som et hvidt dække, og er forstadiet til bundvending. [Christensen et al., 2004] Hvis der observeres liglagen på sedimentoverfladen er det dermed en indikator for meget iltfattige/iltfrie forhold umiddelbart under overfladen. Når ilten slipper op vil svovlbrinten trænge videre op i vandsøjlen og dræbe plante og dyreliv. En anden dødelig situation for livet i havet er bundvending som følge af opstigende metanbobler. Hvilket forekommer som resultat af at metanproduktionen har været stor, grundet dårlige iltforhold. Ved opstigning af metan rives dele af bunden med. Samtidig frigives en del af svovlbrinten. [Christensen et al., 2004] 16

25 3.3 Tungmetaller Metaller forekommer i miljøet på forskellige former; som ioner opløst i vand, som dampe eller som salte eller mineraler i sten, sand og jord. Metallerne kan ligeledes være bundet til organiske eller uorganiske molekyler som sidder på partikler i luften. Metallerne stammer både fra menneskeskabte processer og kilder, hvor metaller udledes i luften og vandet samt fra naturlige kilder. [AMAP, 1997] Tungmetal betegner de metaller hvis densitet overskrider 5 g/cm 3 og jo højere den atomiske vægt er for det pågældende tungmetal, des giftigere regnes det at være. Tungmetaller findes naturligt i havvand og sedimenter, hvor visse er essentielle for at organismerne kan vokse optimalt. De fleste tungmetaller bliver derfor først toksiske når de frie kationer overskrider en vis værdi. [Weber, 1993] Tungmetaller er persistente og nedbrydes derfor ikke til mindre toksiske stoffer, som det er tilfældet for en stor del af de organiske stoffer. Et af de største problemer i forbindelse med tungmetaller er deres tendens til at bioakkumulere. Hvilket resulterer i at selv små koncentrationer i havmiljøet på længere sigt kan udrette skade højere oppe i fødekæden, idet tungmetallerne opkoncentreres, se figur 3.9. Figur 3.9 Fødekæde i arktisk hav [Born og Böcher, 1999] Koncentrationen af tungmetallerne stiger for hvert trofisk niveau, hvilket skyldes at en del af metallerne optages gennem tarmvæggen og udskilles langsomt. Blandt andet opkoncentreres tungmetallet kadmium i den rækkefølge som er vist i figur 3.9, hvor koncentrationen er stigende mod højre i figuren. [Born og Böcher, 1999] 17

26 3.3.1 Valg af kadmium (Cd) og kobber (Cu) I denne rapport er det valgt at fokusere på kadmium og kobber som repræsentanter for tungmetallerne, hvilket blandt andet skyldes at netop kadmiumniveauet er meget højt i Vestgrønland og at kadmium regnes for at være et af de tungmetaller der er mest giftigt for mennesket. Det samme gør sig gældende for kviksølv, men da det ikke har været muligt at måle kviksølvindholdet i de indsamlede sedimentprøver er dette tungmetal udeladt. Høje kadmiumværdier skyldes for det første at kadmium er til stede i forhøjede koncentrationer, men derudover skal årsagen findes i at arter i den arktiske fødekæde vokser relativt langsomt og derfor har længere tid til at ophobe tungmetallet. En anden årsag, til det høje niveau af netop kadmium, er at zooplankton (som græsser på planteplankton) har et ekstra højt kadmiumindhold, hvilket har direkte indflydelse på de dyr der lever af zooplankton, eksempelvis marsvin og ringsæler. I sidste ende overføres kadmium til mennesket. Kobber er ligeledes skadeligt for både dyr og mennesker i for høje koncentrationer, men samtidig er kobber, til forskel fra cadmium, et essentielt næringsstof for både mennesker og dyr Tungmetalkilder Tungmetaller forekommer, som nævnt, naturligt i miljøet blandt andet som følge af vulkanisme samt udvaskning fra bjergarter, det gælder i overvejende grad kobber, nikkel og zink. [AMAP, 2002] Ud over de naturligt forekommende mængder tungmetaller, stammer en større andel fra den industrialiserede verden. Globalt set overstiger de menneskeskabte bidrag af tungmetaller i de fleste tilfælde de naturlige, se figur Figur 3.10 Estimeret global antropogen udledning af tungmetaller sammenlignet med estimerede værdier for naturlige kilder [AMAP, 1999] 18

27 Det ses af figur 2 at kadmiumniveauet (Cd) ligger omkring 3 gange højere for den antropogene aktivitet i forhold til den naturligt forekommende mængde. For kobber (Cu) er andelen af den antropogene påvirkning ligeledes estimeret til at ligge højere end den naturlige. Ved lokale tungmetal forureninger kan de antropogene koncentrationer godt være højere end de naturlige forekommende koncentrationer Kilder til kadmium Kadmium benyttes i mange forskellige sammenhænge, blandt andet til legeringer, pigmenter, batterier, overfladebehandling af metal og i elektronikindustrien. Kadmium findes også i kompost, kunstgødning, staldgødning og kloakslam. [Born og Böcher, 1999] Kadmium er et biprodukt ved fremstillingen af zink og bly, netop produktionen (pyrometallurgisk) af zink er den væsentligste kilde til kadmium i miljøet. Andre væsentlige kilder er forbrænding af fossile brændstoffer samt forbrænding af affald. [AMAP, 1997] Kadmiums toksiske egenskaber Kadmium er moderat giftigt for hvirvelløse dyr, idet kadmium virker væksthæmmende og reducerer larvers overlevelsesprocent. Hos dyr højere oppe i fødekæden, inklusiv mennesket, ophobes kadmium i nyre og lever, hvor størstedelen bindes til et bestemt protein, hvilket bevirker at kadmium er uskadeligt. Dette gør sig dog kun gældende indtil det naturlige forsvar overskrides, herefter kan kadmium medføre nyreskader og afkalkning af knoglerne. [AMAP, 1997] Den biologiske halveringstid for kadmium er 5 15 år i levervæv og år i nyrevæv Kilder til kobber Som nævnt forekommer kobber naturligt i miljøet som følge af udvaskning af bjergarter. I forhold til antropogene kilder, regnes den største at være metallisk kobber i industriprodukter som ledninger, gryder, vandrør mm. Årsagen til at der kan findes lokal forurening med kobber i vand skyldes at kobber benyttes til bundmaling af skibe for derved at begrænse væksten af alger. [Miljøministeriet, 2006] Derudover tilføres naturen kobber fra forbrændingsanlæg og i et mindre omfang fra trykimprægneret træ (hindrer svampevækst). [Miljøministeriet, 2006] 19

28 3.3.6 Kobbers toksiske egenskaber I for høje koncentrationer virker kobber sundhedsskadeligt, idet det påvirker fordøjelsessystemet, øjne, nyrer, lunger og lever. I vandmiljøet virker høje koncentrationer af kobber direkte toksisk på eksempelvis mikroorganismerne, hvis næringsstofkredsløb bliver påvirket. [Miljøministeriet, 2006] Grænseværdier for kadmium og kobber I dette projekt benyttes grænseværdier for indholdet af tungmetal i sediment fastsat af OSPAR (Oslo Paris) kommissionens grænseværdier. Det på trods af at grænseværdierne i Danmark reguleres efter EU s 76/464/EU fra Årsagen er at der i bekendtgørelse 921 af 8. oktober 1996, som implementerede det pågældende EU direktivet, ikke er fastsat grænseværdier. [NOVA, 2003] Grænseværdierne samt baggrundsværdierne for kadmium og kobber kan ses i tabel 3.1. Tabel 3.1 EAC værdier i sediment for Cd og Cu samt baggrundskoncentrationerne for Cd og Cu i jord [Loring og Asmund, 1996] Tungmetal Baggrundskoncentration i jord EAC i sediment Enheder Kadmium (Cd) 0,06 0,36 0,1 1 [mg/kg TS] Kobber (Cu) [mg/kg TS] Den laveste EAC værdi angiver den koncentration hvorunder der ikke forventes at forekomme økotoksiske effekter i det omgivende miljø. I intervallet mellem den laveste og den højeste kan det ikke udelukkes at der kan være effekter på miljøet og ved den højeste EAC værdi er der sandsynlighed for at effekter kan forekomme. 3.4 Betydning af organisk materiale i sediment Organisk materiale i sedimentet udgøres af delvist nedbrudte planter og dyr. Det organiske materiale nedbrydes af mikroorganismer, men tilføres ligeledes kontinuerligt blandt andet fra Royal Greenland fabrikken, udløbet fra sygehuset samt fra døde alger og dyr i vandsøjlen. Organisk materiale ligger i samme størrelsesorden som ler mht. kornstørrelsesfordeling og deler ligeledes flere vigtige karakteristika med ler. Ligesom det kendes fra ler, har organisk materiale en overvejende negativt ladet overflade, hvilket betyder at det organiske materiale besidder evnen til at udbytte kationer. Årsagen til den negative ladning på overfladen af organisk stof skyldes overvejende fenoliske hydroxyl grupper og alifatiske carboxyl grupper, se figur

29 Figur 3.11 Skematisk illustration af organisk materiale med negativ overfladeladning. [Loll og Moldrup, 2000] I naturen afbalanceres denne negative overfladeladning af det organiske materiale med adsorption af kationer fra det omgivende miljø. De organiske molekyler har et relativt stort internt overfladeareal og det totale overfladeareal af de organiske kolloider er i størrelsesordenen m 2 /g Sorptionsmekanismer for uorganiske stoffer Eftersom sedimentets indhold af organisk materiale primært er negativt ladet er udveksling af kationer en væsentlig sorptionsmekanisme for uorganiske stoffer. Tungmetallerne cadmium, bly og kobber er eksempler på uorganiske stoffer der, pga. af deres positive ladning, binder sig til overfladen af det organiske materiale. 21

30 4 Indsamling og behandling af prøver fra sedimentet Alle data til rapporten stammer fra fjorden ud for Sisimiut og inde fra Ulkebugten. Der er blevet udtaget sedimentprøver på i alt 59 lokaliteter, hvoraf 49 er udvalgt til videre behandling. Årsagen til at det er valgt at fravælge 10 af prøverne skyldes at disse lå meget tæt op ad de punkter som er medtaget til videre behandling. Herudover blev der udtaget 4 kerner. 4.1 Sedimentprøver Lokaliteterne for sedimentprøverne blev i første omgang bestemt ud fra søkort, hvor hensigten var at indsamle prøver omkring de to punktkilder (Royal Greenland og udløbet fra sygehuset) og samtidig udbrede et net, der gør det muligt at vurdere koncentrationsgradienterne for de målte parametre. Under prøvetagningen blev lokaliteterne for sedimentindsamlingen bestemt vha. GPS, hvor der skal tages højde for en usikkerhed for positioner i Grønland, angivet til at ligge i intervallet 5 25 meter. Usikkerheden afhænger bl.a. af hvor mange satellitter GPS en kan bestemme sin position udfra. Sedimentprøverne blev udtaget med en grab, se figur 4.1, der manuelt blev firet ned til bunden fra jollen. Graben fungerer ved at idet den rammer sedimentoverfladen lukkes kæberne sammen om prøven, som herved udtages fra de øverste cm (typisk 30 cm) [Larsen et al., 2005]. For hver lokalitet blev der taget tre prøver af det øverste lag af sedimentet for at sikre at prøven var repræsentativ for den pågældende lokalitet. Figur cm 3 Van veen grab. [Larsen et al., 2005] 22

31 4.2 Kerner De 4 kerner blev udtaget med en haps, se figur 4.2. Hapsen vejer en del mere end en grab, hvilket nødvendiggjorde at disse data blev indsamlet i en båd med spil. Hapsen fungerer ved at den skærer sig ned i sedimentet ved egen vægt, hvorefter et tætsluttende låg holder prøven på plads under hævning. Hapsen går typisk ned til cm dybde. Med hapsen er det derfor muligt at udtage en uforstyrret kerne af sedimentet, hvorved tidligere påvirkninger af fjordbunden kan vurderes. Det blev valgt at placere de 4 kerner mellem Royal Greenlands udløb og tærsklen Det blev forsøgt at udtage en kerne ved selve udløbet fra Royal Greenland, men denne var så blød/smattet at det ikke var muligt. Figur 4.2 Haps med prøvetagningsrør i plexiglas (øverst) og rustfrit stål, den der blev benyttet (nederst). [Larsen et al., 2005] 4.3 Analysemetoder i laboratoriet Alle sedimentprøver og kerner blev analyseret mht. glødetab, kvælstof, fosfor, totalt svovl og totalt kulstof. Tungmetalanalyserne blev derimod kun udført på et udvalg af prøver. For analyserne af kvælstof, fosfor samt tungmetaller blev der sideløbende lavet tilsvarende analyser på et såkaldt referencemateriale. Referencematerialet, som i dette tilfælde var et marint sediment, benyttes til at vurdere om oplukningen af prøverne er lykkedes, idet koncentrationen er kendt for referencematerialet. Jo tættere den koncentration, der findes for referencejorden, ligger på den kendte koncentration af referencematerialet, jo højere er kvaliteten af det udførte analysearbejde. Koncentrationen af referencematerialet blev opnået med næsten 100 % ved alle analyserne. 23

32 4.3.1 Vandindhold og glødetab Prøverne blev tørret og glødet under opholdet i Sisimiut efter DS 204. Fremgangsmetode samt resultater kan ses i bilag 6 og Kvælstof Indholdet af organisk bundet kvælstof og ammonium blev målt på de tørrede sedimentprøver ved Kjelddahl analyse på DTU. Fremgangsmetode samt resultater kan ses i bilag 3, 5 og Fosfor Fosfor blev analyseret ifølge DS 292, ud fra de hjembragte glødede prøver. Fremgangsmetode samt resultater kan ses i bilag 2, 4 og Svovl og kulstof Det totale indhold af svovl og karbon blev målt på de tørrede sedimentprøver på LECO-ovn. Resultater kan ses i bilag 6 og Tungmetal Oplukning af de glødede sedimentprøver blev udført efter DS 259. Herefter blev prøverne analyseret for kobber ved AAS-flamme-metode og cadmium blev analyseret ved hjælp af AASgrafitovn ifølge DS 263. Fremgangsmetode samt resultater kan ses i bilag

33 5 Resultater 5.1 Vandudskiftningen i Ulkebugten I forhold til den udledning der forekommer fra Royal Greenland er det væsentligt at vide om materialet bevæger sig til havs eller om en del kan forventes at blive transporteret ind i Ulkebugten og bidrage til den forurening der allerede forekommer her fra udledningen fra sygehuset. Samtidig er det vigtigt i forhold til netop udledningen fra sygehuset at vurdere om det der udledes herfra forbliver inde i Ulkebugten. For at vurdere i hvilket omfang der forekommer vandudskiftning i Ulkebugten er der foretaget målinger af konduktivitet, dybde og temperatur med en CTD-sonde (Conductivity, Temperature, Depth) to steder ved Sisimiut på hhv. inde i Ulkebugten og i fjorden, ud for havnen, se figur 5.1. Målingerne er foretaget fra den 4. august til den 19. august 2006, med undtagelse af den 9. august Alle målinger er foretaget ved højeste tidevand. Ud fra disse målinger er det muligt at vurdere om vandet blandes ud fra vandmassernes massefylde afhængigt af temperatur og saltindhold. Figur 5.1 Punkter for CTD målinger. 25

34 5.1.1 Saltindhold Saliniteten er den mest afgørende parameter i forhold til hvordan vandmasserne er placeret i forhold til hinanden. Temperaturen spiller ligeledes en vigtig rolle, men som nævnt i teoriafsnittet forårsager en ændring på 1 psu samme ændring i densiteten som en ændring i temperaturen på 4 grader bevirker. Figur 5.2 viser saliniteten som funktion af tiden. Der er vist flere grader af salinitet ude i fjorden da der er dybere på denne lokalitet end inde i Ulkebugten. Bunden er angivet som en lige sort streg, den ville variere lidt hvis den blev angivet den som den laveste måling pga. af usikkerhed i GPS, vind og strøm, men det ville også være misvisende da alle målingerne er forsøgt taget det samme sted hver gang. Dybderne ved de udvalgte punkter er estimeret til at være henholdsvis 50 meter i fjorden ud for havnen og 30 meter i Ulkebugten. Det skal nævnes at der tydeligt kunne observeres en lagdeling i overfladen af vandet i Ulkebugten da målingerne blev foretaget. Dette skyldes i høj grad at vand fra vandsøen strømmer ud i Ulkebugten og lægger sig på overfladen på grund af dette vands lavere densitet. Figur 5.2 Salinitet i fjorden 26

35 Salinitetsmålingerne i fjorden ud for havnen er i hele perioden fra en dybde på 2 meter og nedefter mellem 32 psu og 33 psu, se figur 5.2. I overfladen er saliniteten lavere og der er målt ned til 30 psu. Det er valgt at vise 32.5 psu og 32.8 psu for at give et bedre billede af hvordan lagene fordeler sig og fordi grafen for 32.5 psu ligger tæt ved overfladen. De forskellige lag varierer igennem hele måleperioden, hvilket især ses fra den 5. august til den 7. august, fra den 8. august til den 14. august og igen fra den 15. august og frem. Omkring den 7. og den 14. august stiger saliniteten fordi der kommer vand ind i fjorden fra havet. Figur 5.3 Salinitet i Ulkebugten I Ulkebugten er der målt fra 27 psu og ned til 33 psu se figur 5.3. Ligesom i fjorden kan der her ses tre perioder. En fra den 5. august til den 7. august, fra den 8. august til den 14. august og igen fra den 15. august og frem. I den periode hvor målingerne blev udført er der en tendens til at de forskellige lag i vandsøjlen sænkes. Det ses at laget med en saltholdighed på 32 psu bliver tykkere både i fjorden og i Ulkebugten i sidste halvdel af måleperioden. Samtidig bemærkes det et der findes en saltholdighed på 33 psu helt oppe i de øverste meter i begyndelsen af måleperioden. 27

36 5.1.2 Temperatur Temperaturen har ligesom saltholdigheden indflydelse på vandets densitet. I dette afsnit er temperatur som funktion af tiden behandlet Dybde [m] grader 7 grader 6.5grader 6 grader 5.5 grader 5 grader 4.5 grader Bund Figur 5.4 Temperatur ude i fjorden Temperaturerne målt ude i fjorden, se figur 5.4, svinger meget i perioden mellem den 4. og 19. august. Fra den 4. til den 6. august stiger temperaturen, det ses ved at kurverne falder og lagdelingen ligger dybere, dette kan enten skyldes at temperaturen generelt har været højere i den periode og derved overført mere varme til vandsøjlen, eller det kan skyldes en vandudveksling mellem fjorden og varmere vand fra havet. Det forventes ikke at stamme inde fra Ulkebugten. [Holtegaard, 2005] Fra den 6. til den 9. august falder temperaturen og kurverne stiger det vil sige at der sker en opblanding med noget koldere vand fra havet, som kommer ind i fjorden. Igen fra den 9. og frem til den 19. august stiger temperaturen da kurverne falder. De laveste temperaturer blev målt den 4. og 6. august til 4.5 C ved bunden, i slutningen af perioden er temperaturen ved bunden steget ca. 1,5 grader. 28

37 Dybde [m] grader 10 grader 9 grader 8 grader 7 grader 6 grader 5 grader Bund Figur 5.5 Temperatur I Ulkebugten Temperaturerne i Ulkebugten er mere stabile, fordi Ulkebugten er lavere og tærsklen hindrer hurtig udskiftning mellem fjorden og Ulkebugten, se figur 5.5. I Ulkebugten er der i hele perioden en temperatur mellem 7 og 8 grader i de øverste 5 meter. Mellem den 10. og den 14. august bliver vandet i Ulkebugten koldere, hvilket kan skyldes en udveksling med det koldere vand i fjorden, men det kan også skyldes koldere temperatur generelt. Efter den 14. bliver det igen varmere idet kurverne falder. Temperaturen ved bunden ændres kun meget lidt indenfor perioden Salinitet og temperatur sammenholdt Både mht. temperatur og saltindhold er der observeret 3 perioder indenfor forsøgsperioden. Perioderne ligger i intervallerne; 5. august til omkring d. 7.august; fra d. 8.august til den 14. august; 15. august og frem, som beskrevet i afsnit 5.1. Disse tre perioder stemmer overens med nip og springtidevand i Sisimiut, jf. kapitel Niptidevandet indfinder sig ca. den 4. august og igen den 18. august, mens springtidevandet forekom ca. den 11. august. Eftersom niptidevand og springtidevand ikke indfinder sig momentant, men i stedet, som følge af jordens placering i forhold til sol og måne, jf. kapitel 3.5.1, fremkommer ændringerne ved en glidende overgang. Vandstanden stiger gradvist frem mod springtidevandet, og 29

38 falder efterfølgende mod niptidevand osv. Herved stemmer tidevandscyklusen godt overens med de observerede perioder. Observationer af temperaturkurverne viser at der i overfladelaget er potentiale for en udveksling mellem Ulkebugten og fjorden i retningen af fjorden, eftersom vandet inde i Ulkebugten er både mindre saltholdigt samt har en højere temperatur. Det ses ikke tydeligt af graferne og skyldes at den mængde der eventuelt strømmer i overfladen fra Ulkebugten og ud i fjorden blandes med så store vandmasser at det ikke afspejles i målingerne. Eftersom tidevandet hæver og sænker vandet i fjorden og Ulkebugten med flere meter kan det medføre at der efterfølgende forekommer densitetsstrømninger. Dette forekommer hvis det tunge kolde og saltholdige vand fra fjorden kommer op over tærsklen. Sker det vil det tunge vand strømme ned og lægge sig ved bunden og derved fortrænge det vand der ligger der. Eftersom lagene bliver tykkere inde i Ulkebugten, samtidig med at det sker i fjorden, tyder det på at vandet fra fjorden trænger over tærsklen og blandes med vandet i Ulkebugten. Dette tyder ligeledes på at der ikke forekommer rester efter vinteren som er karakteriseret ved et koldt saltholdigt lag ved bunden, som skabes når vandet fryser og salt derved udskilles. Saliniteten og temperaturen målt i hhv. fjorden og inde i Ulkebugten er vist i figur 5.6 og 5.7. Formålet med at afbilde temperaturen som funktion af saliniteten er at få et bedre billede af vandmasserne, idet placeringen i diagrammet giver et sammenhængende billede af densiteten i forhold til temperatur og salinitet. Sammenfaldende kurver vil derfor betyde at vandmasserne tilhører samme lag. Det kan ses ud fra figur 5.7 at det mindre saltholdige vand som ligger øverst i vandsøljen inde i Ulkebugten bliver varmet op, dette ses ved at punkterne bevæger sig mod venstre og op [Nielsen, 2006], det ses ikke i lige så høj grad på figur 5.6. I fjorden bliver ferskvandet blandet med det koldere saltvand der kommer ind fra havet før det når at blive varmet op og derfor kan det ikke ses på figur

39 11 10 Temperatur Salinitet Figur 5.6 Temperatur-salinitet diagram for fjorden 10 9 Temperatur Salinitet Figur 5.7 TS-diagram for Ulkebugten 31

40 5.2 Resultater af sedimentanalyser Som tidligere beskrevet blev der udtaget 49 sedimentprøver for at kortlægge spredningen af de undersøgte parametre. Der blev også udtaget 4 uforstyrrede kerner af sedimentet, for at vurdere udviklingen i påvirkningen af fjordbunden. Lokaliteterne kan ses i figur 5.8. Punkterne 1 49, som er markeret med blå punkter, angiver sedimentprøver udtaget med grab. Punkterne A D, markeret med rød, angiver lokaliteterne for kerneudtag med haps. Figur 5.8 Placeringen af sedimentprøver 1 49, udtaget i Ulkebugten og fjorden, samt placeringen for de 4 kerner udtaget i fjorden. Sedimentprøve nummer 46, som ligger ude i fjorden, er taget ved udløbet fra Royal Greenland, mens sedimentprøve nummer 15, i Ulkebugten, er taget ved udløbet fra sygehuset. En større udgave af kortet, vist i figur 5.8, findes vedlagt bagerst i nærværende rapport Resultater af spredningsanalyse I det efterfølgende vil resultaterne af analyserne for organisk stof, svovl, fosfor og kvælstof for de 49 sedimentprøver blive gennemgået. Det er valgt at angive resultaterne som vægtprocenten af den pågældende tørrede sedimentprøve. Analyseresultaterne kan ses i bilag 4, 5 og 6. 32

41 Organisk materiale Det organiske materiale angives her som glødetabet af sedimentprøverne. Derved dækker procentdelen over alt organisk materiale i prøverne. Denne fraktion er vigtig, da det er her næringsstofferne befinder sig. Samtidig er det også her tungmetallerne forventes at binde sig, som beskrevet under teorien % organsik stof Ulkebugten Fjorden Figur 5.9 Det procentvise indhold af organisk stof i forhold til den enkelte sedimentprøve. Resultater fra sedimentprøver taget i Ulkebugten er røde, mens resultater af sedimenter fra fjorden er markeret med blå. I figur 5.9 ses indholdet af organisk stof, fundet ved glødetab, for hver enkelt sedimentprøve. Det bemærkes at indholdet af organisk stof er meget højt omkring udløbet fra sygehuset, sedimentprøve 15, hvor det organiske stof udgør ca. 24 %. Sedimentprøve 10 indeholder ca. 26 % organisk stof og er dermed den prøve der har det højeste indhold af organisk stof. Prøve 10 er placeret nordøst for sygehusudløbet i det dybeste område i Ulkebugten. Koncentrationerne aftager væsentligt mere fra sygehusudløbet og i retningen af tærsklen end fra sygehusudløbet og længere ind i Ulkebugten. Resultaterne af glødetabet ude i fjorden viser ligeledes forhøjet indhold af organisk stof omkring udløbet fra Royal Greenland, punkt 46, samt ud for havneområdet, punkt 34. Igen findes de laveste koncentrationer i nærheden af tærsklen. 33

42 Resultaterne fundet ved udløbet fra Royal Greenland og sygehusudløbet viser samme tendenser som analyser foretaget fra (referencer er identiske med dem benyttet i tabel 5.1 og 5.1) Svovl Indholdet af svovl i sedimentprøverne benyttes til at give et estimat af den anaerobe nedbrydning i sedimentet. Dette kan gøres ud fra teorien om at størstedelen af det svovl der findes i sedimentet findes som pyrit, FeS 2, som dannes ud fra den mere ustabile forbindelse jernsulfid, FeS. [Frydenlund, 2003]. Jernsulfid dannes ud fra den svovlbrinte der produceres under anaerobe forhold, som gennemgået i teoriafsnittet. I 2003 blev svovlindholdet målt ved blandt andet udløbet fra sygehuset, udløbet fra Royal Greenland samt ud for havnen, indholdet blev fundet til hhv. 1,8 %, 0,7 % og 2,2 %. [Thomsen et al., 2003]. Værdierne for svovlindholdet fundet i sedimenterne på tilsvarende lokaliteter i år ligger på hhv. 2,7 %, 0,9 % og 1,4 %, dvs. ca. samme niveau som Indholdet er særligt højt i den inderste del af Ulkebugten og topper ved udløbet fra sygehuset. I fjorden findes de høje værdier igen omkring udløbet fra Royal Greenland samt ud for havnen, se figur ,0 2,5 2,0 % total S 1,5 1,0 0,5 0, Ulkebugten Fjorden Figur 5.10 Det procentvise indhold af total svovl i forhold til den enkelte sedimentprøve. Resultater fra sedimentprøver taget i Ulkebugten er røde, mens resultater af sedimenter fra fjorden er markeret med blå. 34

43 Fosfor Figur 5.11 viser resultaterne af analyserne for fosfor. Der ses væsentligt højere indhold af fosfor i prøverne fra sygehuset, punkt 15, og Royal Greenlands udløb, punkt ,5 4 3,5 3 % fosfor 2,5 2 1,5 1 0, Ulkebugten Fjorden Figur 5.11 Det procentvise indhold af fosfor i forhold til den enkelte sedimentprøve. Resultater fra sedimentprøver taget i Ulkebugten er røde, mens resultater af sedimenter fra fjorden er markeret med blå. Der er meget tvivl omkring fosforanalyserne, da der som udgangspunkt ikke blev fundet højere værdier ved de to punktkilder. Analyserne blev foretaget med to bestemmelser per prøve, hvor resultaterne var stort set identiske. Fosforindholdet ved sygehuset og ved Royal Greenland blev målt endnu engang og her lykkedes det at opnå værdier der harmonerer mere med det forventede, i forhold til det tilsvarende indhold af organisk stof og organisk kvælstof, i de to prøver samt resultater fra de foregående 3 år, se tabel 5.1. Desværre var det ikke muligt på grund af tidsnød og materialemangel at køre alle prøverne 3. gang. Eksempelvis forventes det at det reelle indhold af prøve 34, beliggende ud for havnen, er en del højere end det der fremgår af figur 5.11 på baggrund af de høje værdier af både organisk materiale og organisk kvælstof. 35

44 Tabel 5.1 Resultater fundet i for fosfor År % fosfor i sedimentprøven taget ved udløbet fra sygehuset % fosfor i sedimentprøven taget ved udløbet fra Royal Greenland Kilde ,3 2,8 [Thomsen et al., 2003] ,18 6,8 [Hansen et al., 2004] ,8 0,8 [Ruggiero og Villemoes, 2005] ,9 4, Kvælstof Figur 5.12 viser indholdet af kvælstof i de 49 sedimentprøver. Ligesom for indholdet af organisk materiale er indholdet af kvælstof højt omkring udløbet fra sygehuset, sedimentprøve 15, hvor indholdet af kvælstof udgør 0,6 %. Det bemærkes at indholdet af kvælstof også er forhøjet inderst i Ulkebugten, hvor sedimentprøve 2 har et indhold på 0,5 %. Resultaterne af kvælstof ude i fjorden viser ligeledes forhøjet indhold af organisk kvælstof omkring udløbet fra Royal Greenland, hvor indholdet udgør ca. 0,5 % samt ud for havneområdet, hvor det største indhold af organisk N er fundet til ca. 0,9 %. De laveste koncentrationer er fundet i nærheden af tærsklen, hvor indholdet af organisk materiale ligeledes er lavt. 36

45 % N Ulkebugten Fjorden Figur 5.12 Det procentvise indhold af organisk N i forhold til den enkelte sedimentprøve. Resultater fra sedimentprøver taget i Ulkebugten er røde, mens resultater af sedimenter fra fjorden er markeret med blå. Indholdet af organisk kvælstof i sedimentprøverne stemmer godt overens med det tilsvarende indhold af organisk materiale for hver prøve, jf. figur 5.9. I forhold til resultater for , se tabel 5.2, er indholdet af kvælstof ved udløbet fra Royal Greenland en del lavere i år sammenlignet med resultater fra 2003 og Resultaterne fra 2005 viser et betydeligt lavere indhold af kvælstof ved udløbet fra Royal Greenland end resultaterne fundet i denne rapport samt resultater fra 2003 og 2004, årsagen hertil er ukendt. Tabel 5.2 Resultater fundet i for organisk N År % organisk N i sedimentprøven taget ved udløbet fra sygehuset % organisk N i sedimentprøven taget ved udløbet fra Royal Greenland Kilde ,7 2,8 [Thomsen et al., 2003] ,7 3,1 [Hansen et al., 2004] ,0 0,02 [Ruggiero og Villemoes, 2005] ,6 0,5 I forhold til indholdet af kvælstof fundet ved udløbet fra sygehuset stemmer resultaterne fra i år overens med resultater fundet i de forløbne 3 år. 37

46 5.2.2 Næringssaltbalancen i sedimenterne Som beskrevet under teoriafsnittet ender organisk materiale fra spildevandsudledningerne samt døde alger og dyr ved sedimentation på havets bund, hvor det spises og nedbrydes af dyr og bakterier. Nedbrydningen af organisk materiale i havets sedimenter foregår primært ved mikrobiel respiration, hvor organismerne benytter C, N og P som næring. Mikroorganismerne optager C, N og P i samme forhold som stofferne findes i deres celler, hvilket anslås at være i forholdet C 100 N 10 P 1 [Jensen og Lindegaard, 2004]. Forholdet mellem både C og N samt N og P skal derfor være omkring 10 for at mikroorganismerne har ideelle betingelser C/N forhold i sedimenterne Et C/N forhold under 10 betyder at mikroorganismerne har gode betingelser for at nedbryde det organiske materiale. Er forholdet over 10 betyder det at kvælstof virker begrænsende, nedbrydningen vil dermed være hæmmet og helt ophøre når kvælstoffet er brugt. I beregningerne af C/N forholdet er indholdet af total C, målt i LECO-ovn, benyttet for de enkelte sedimenter, idet forskellen mellem totalt C og organisk C forventes at være så lille at det ikke har større indflydelse på resultaterne af C/N forholdet C/N forhold Ulkebugten Fjorden C/N = 10 Figur 5.13 C/N forholdet i den enkelte sedimentprøve. Resultater fra sedimentprøver taget i Ulkebugten er røde, mens resultater af sedimenter fra fjorden er markeret med blå. 38

47 Det ses af figur 5.13 at sedimenterne hentet inde i Ulkebugten for de flestes vedkommende har et C/N forhold der er større end 10, hvilket betyder at kvælstof virker begrænsende. Ude i fjorden er der et C/N forhold over 10 i prøverne 26 28, som er de prøver med det laveste indhold af organisk stof målt ved glødetab. Prøverne giver et billede af hvordan tilstanden ville være i fjorden hvis der ikke er påvirkninger fra punktkilderne. Det forventes at strømhastighederne i umiddelbar nærhed af tærsklen, hvor prøverne er taget, er høj nok til at der ikke sedimenteres materiale her. Dette bekræftes af det lave indhold af organisk materiale i de tre prøver N/P forhold i sedimentprøverne Et N/P forhold over 10 betyder at fosfor virker begrænsende, mens N/P < 10 viser at der forekommer en begrænsning pga. kvælstof. Selvom der foreligger en del tvivl omkring rigtigheden af de målte fosforkoncentrationer er det vurderet at de alligevel kan benyttes til at vise N/P forholdet, på baggrund af at fosforværdierne mistænkes for at være for lave i forhold til virkeligheden og at resultaterne af N/P forholdet, se figur 5.14, viser at kvælstof virker begrænsende i alle sedimentprøver. Det vil sige at selvom fosforindholdet i prøverne måske burde ligge højere, vil det kun forstærke kvælstofbegrænsningen N/P forholdet Ulkebugten Fjorden N/P = 10 Figur 5.14 N/P forholdet i den enkelte sedimentprøve. Resultater fra sedimentprøver taget i Ulkebugten er røde, mens resultater af sedimenter fra fjorden er markeret med blå. 39

48 Udledning af fiskerispildevand ved Sisimiut Kerner Hver kerne blev skåret for hver 1,5 cm fra sedimentoverfladen og ned til dybden 7,5 cm, hvilket svarer til, at der for hver kerne er 5 prøver der indeholder et lag af tykkelsen 1,5 cm. Den 6. prøve blev taget i dybden 7,5 cm og indeholder den resterende del af kernen. For hver kerne blev der målt i hvilken dybde der forekommer iltfrie forhold. Dette blev gjort med en kobbertråd, se figur 5.15, hvor den iltfrie dybde kunne ses ved at tråden blev mørkere efter at den havde været i kontakt med sedimentet i 30 sekunder. Resultaterne af denne metode kan kun benyttes som indikator for iltforholdene i den enkelte prøve da metoden er forbundet med en del usikkerhed. Som udgangspunkt var det planlagt at bruge sølvtråd i stedet for kobbertråd, men det viste sig ikke at være muligt. Kobber reagerer ligesom sølv på anaerobe forhold, men sølvtråden er en hurtigere metode, den er mere følsom og forskellen mellem den sorte del af tråden og den del hvor tråden ikke har reageret vil kunne ses tydeligere Kernebeskrivelser Kerne A Dybde på lokaliteten: ca. 42 meter Kobbertråden viste intet udslag Tabel 5.3 Sedimentbeskrivelse af de forskellige lag i kerne A. Dybde målt fra Prøve Prøvebeskrivelse sedimentoverfladen [cm] 0 A1 Ildelugtende meget mørkt (sort) og finkornet sediment 1,5 A2 Lysere end A1 (mere brunligt end sort), men ellers samme karakteristika 3,0 A3 Sedimentet er mere sandet end de to foregående dybder, men ellers samme karakteristika som A2 4,5 A4 Mørkt sand, store skaller 6,0 A5 Lidt lysere sand end A4 7,5 ca. 11,2 A6 Lysere og med muslingeskaller Figur 5.15 Til venstre ses prøve A2 og til højre ses hele kernen, mens den bliver undersøgt for iltfrie forhold, inden den blev skåret op. 40

49 Udledning af fiskerispildevand ved Sisimiut At kobbertråden ikke viste noget i netop denne prøve må skyldes metodens usikkerhed, eftersom sedimentet var både ildelugtende og næsten sort, se tabel 5.3. Kerne B Dybde på lokaliteten: ca. 31 meter. Kobbertråden viste iltfrie forhold 0,5 cm under overfladen. Tabel 5.3 Sedimentbeskrivelse af de forskellige lag i kerne B. Dybde målt fra Prøve Prøvebeskrivelse 0 B1 Ildelugtende brunt og finkornet sediment 1,5 B2 Lysere end B1, men ellers samme karakteristika. Der blev fundet en musling i 3,0 B3 Sedimentet er mere sandet end de to foregående dybder, men ellers samme 4,5 B4 Som B3 6,0 B5 Som B3 7,5 ca. 9,7 B6 Grovere sediment sedimentoverfladen [cm] prøven. karakteristika som B2 Figur 5.16 Sedimentoverfladen I kerne B. Til højre er vandet løbet af overfladen. I det øverste sediment blev der observeret liglagen (Beggiatoa), se figur Fra teorien vides det at når der næsten ikke er mere ilt ved bunden, bliver nedbrydningsprocesserne nede i havbunden overtaget af bakterier der kan klare sig uden ilt. De producerer bl.a. giftige gasser som svovlbrinte og metan. Hvis der stadig er en lille smule ilt tilbage vil der på selve havbunden blive dannet et hvidt lag af svovlbakterier (et liglagen) der optager og bruger svovlbrinten, så den ikke bobler op i vandet. 41

50 Udledning af fiskerispildevand ved Sisimiut Kerne C Dybde på lokaliteten: ca. 22 meter. Kobbertråden viste iltfrie forhold 5 cm under overfladen Tabel 5.3 Sedimentbeskrivelse af de forskellige lag i kerne C. Dybde målt fra sedimentoverfladen [cm] Prøve Prøvebeskrivelse 0 C1 Brunligt sandet sediment med store skaller 1,5 C2 Mere finkornet end B1, ellers samme karakteristika 3,0 C3 Mere finkornet end B1, ellers samme karakteristika. Der blev fundet en børsteorm i prøven. 4,5 C4 Mere finkornet end B1, ellers samme karakteristika. Prøven indeholdt en musling. 6,0 C5 Mere finkornet end B1, ellers samme karakteristika 7,5 ca. 10,8 C6 Mere finkornet end B1, ellers samme karakteristika Figur 5.17 Sedimentoverfladen i kerne C. Ud fra observationer af sedimentet i prøven, se tabel 5.6 og figur 5.17, virker sedimentet fra denne lokalitet ikke nær så forurenet som kerne A og kerne B. 42

51 Udledning af fiskerispildevand ved Sisimiut Kerne D Dybde på lokaliteten: ca. 33 meter. Kobbertråden gav intet udslag Tabel 5.3 Sedimentbeskrivelse af de forskellige lag i kerne D. Dybde målt sedimentoverfladen [cm] fra Prøve Prøvebeskrivelse 0 D1 Meget finkornet sort/brunt sediment 1,5 D2 Meget finkornet sort/brunt sediment 3,0 D3 Meget finkornet sort/brunt sediment. Prøven indeholdt en blødorm 4,5 D4 Meget finkornet, men lidt mørkere end sedimentet i D1 D3 6,0 D5 Meget finkornet, men lidt mørkere end sedimentet i D1 D3 7,5 ca. 15,5 D6 Meget finkornet, men lidt mørkere end sedimentet i D1 D3 Figur Prøve C1 hvor der blev fundet ånderør i overfladen. Denne kerne virker, ligesom kerne C, ikke så forurenet som de første 2 kerner, jf. tabel 5.7 samt figur

52 Næringssalte og organisk materiale i kerner For alle prøver udtaget fra de 4 kerner er indholdet af organisk stof, organisk kvælstof, fosfor, totalt svovl og totalt C bestemt på tilsvarende vis som for de 49 sedimentprøver. Analyseresultaterne kan ses i bilag 7, 8 og 9. Kerne A Indholdet af organisk stof, fundet ved glødetab samt svovl, kvælstof og fosfor ses af figur 5.19 at aftage nærmest retlinet med dybden. Der er målt et relativt højt indhold af organisk materiale i kerne A. Det kan skyldes at denne kerne er hentet tæt ved både udløbet fra havnen og Royal Greenlands spildevandsudløb. Svovlkoncentrationen følger mængden af organisk stof, hvilket kunne tyde på at der forekommer jævnlige iltsvind i området. % A 1 (0-1.5 cm) A 2 (1.5-3 cm) A 3 (3-4.5 cm) A 4 (4.5-6 cm) A 5 (6-7.5 cm) A 6 ( cm) Organisk stof S N P Figur 5.19 Indholdet af organisk materiale, svovl, kvælstof og fosfor for kerne A. Fosfor er et relativt konservativt stof og kan derfor benyttes som indikator for udviklingen. Det ses at indholdet af fosfor er tiltagende i kernen i retningen af overfladen, dvs. tilførslen af næringsstoffer på denne lokalitet er taget til inden for den senere tid. Desværre foreligger der ingen målinger af sedimentationshastigheden på lokaliteten, hvilket umuliggør en datering. 44

53 Kerne B Denne kerne er hentet i fjorden ud for havnens spildevandsudløb. Koncentrationerne målt i denne kerne, se figur 5.20, er lavere end i kerne A på trods af at kerne A og B ligger tæt ved hinanden, se figur 5.8, dette kan bl.a. skyldes strømforholdene. % B 1 (0-1.5 cm) B 2 (1.5-3 cm) B 3 (3-4.5 cm) B 4 (4.5-6 cm) B 5 (6-7.5 cm) B 6 ( cm) Organisk stof S N P Figur 5.20 Indholdet af organisk materiale, svovl, kvælstof og fosfor for kerne B. Sammenholdes observationen af at koncentrationerne er lavere i denne kerne end i kerne A med fosforindholdet, bemærkes det at dette er nogenlunde konstant. Det vil sige at det ser ud til at denne kerne har været udsat for nogenlunde samme påvirkning over længere tid. Kerne C Koncentrationen for organisk stof er højere i prøve C2 (1.5-3 cm) end i prøve C1 (0-1.5 cm), se figur 5.21, dette kan skyldes bunddyr som graver sig rundt i sedimentet og dermed blander sedimentet. Da det forventes at mængden af organisk stof er højest øverst i sedimentet. 45

54 Denne kerne er den mest upåvirkede af de 4 kerner. % C 1 (0-1.5 cm) C 2 (1.5-3 cm) C 3 (3-4.5 cm) C 4 (4.5-6 cm) C 5 (6-7.5 cm) C 6 ( cm) Organisk stof S N P Figur 5.21 Indholdet af organisk materiale, svovl, kvælstof og fosfor for kerne C % D 1 (0-1.5 cm) D 2 (1.5-3 cm) D 3 (3-4.5 cm) D 4 (4.5-6 cm) D 5 (6-7.5 cm) D 6 ( cm) Organisk stof S N P Figur 5.22 Indholdet af organisk materiale, svovl, kvælstof og fosfor for kerne D. 46

55 Kerne D I kerne D er koncentrationerne af organisk stof en del højere end for de andre målte stoffer, se figur Koncentrationerne af det organiske stof falder med dybden, hvorimod koncentrationerne for svovl, kvælstof og fosfor ligger på samme niveau i hele kernen. Denne kerne ligger lidt længere mod nord og i et område hvor strømmen forventes at være svagere end i området for de tre andre kerner. Dette kan evt. være grunden til at koncentrationerne er mere ensartede end i de andre kerner Diskussion af resultater for sedimentet Det største indhold af organisk materiale i sedimenterne blev fundet omkring de tre punktkilder samt i bunden af Ulkebugten. Vest for Royal Greenlands udløb blev der observeret et fald i indholdet af organisk materiale jo længere ud af fjorden mod havet sedimentprøverne blev taget. Fra Royal Greenland og mod øst, i retningen af Ulkebugten, er koncentrationerne høje i hele det dybde område af fjorden. Hen over tærsklen er indholdet af organisk materiale i de forskellige sedimentprøver lavt, hvilket skyldes højere strømhastigheder i nærheden af tærsklen. Inde i Ulkebugten er koncentrationerne generelt højere end ude i fjorden og det bemærkes at koncentrationerne er højest i hele den nordlige side af Ulkebugten, hvilket virker underligt da udløbet fra sygehuset ligger ud for den sydlige bred, det må derfor forventes at der forekommer mere transport af det der udledes fra punktkilderne end først antaget. Indholdet af det organiske materiale hænger godt sammen med indholdet af kvælstof og fosfor, selvom data for fosfor ikke blev så gode som håbet, kan der stadig ses en tendens. Det markant højere fosforindhold målt ved udløbet fra Royal Greenland (omkring 20 gange højere end det der er målt ved sygehusudløbet), skyldes at produktionen på Royal Greenland hovedsageligt består af krabber og rejer, som har et højt indhold af fosfor. I forhold til svovlindholdet i prøverne harmonerede indholdet godt med det tilsvarende indhold af organisk materiale. Sammenholdes dette med udseende og lugt (kraftig lugt af svovlbrinte) af de forskellige prøver, vurderes det at forholdene i de sedimenter med højt svovlindhold bærer præg af at sedimentet er udsat for jævnligt iltsvind. Det skal dog nævnes at svovlindholdet i sediment kan være af forskellig alder eftersom svovl forbliver i sedimentet. Analyserne af de 4 kerner viste samme tendenser for organisk materiale, svovl, fosfor og kvælstof som de 49 sedimentprøver. Kerne A, som ligger ud for havneudløbet var klart den mest forurenede, med et tydeligt stigende indhold af organisk materiale, svovl, fosfor og kvælstof op gennem kernen (retning mod sedimentoverfladen), hvilket vil sige en stigende påvirkning over tid. 47

56 5.2.5 Tungmetal Af tidsmæssige årsager er analyserne for tungmetallerne kadmium og kobber kun udført på 14 af de 49 sedimentprøver, se figur 5.23, mens der for kerner blev valgt at bestemme tungmetalindholdet i det øverste, midterste og nederste lag. Figur 5.23 Sedimentprøverne hvor indholdet af kadmium og kobber er bestemt, markeret med rød cirkel Tungmetal i sedimentprøver Resultaterne af tungmetalanalyserne for sedimentprøverne kan ses i figur I forhold til kadmiumniveauerne i sedimentprøverne er den øverste EAC værdi nået eller overskredet i samtlige prøver, hvilket betyder at der sandsynligvis forekommer en belastning af miljøet. De højeste koncentrationer inde i Ulkebugten findes i prøverne 2, 3 og 5, mens de højeste koncentrationer i fjorden er fundet i prøverne 42, 45 og 46. Baggrundsværdien for kadmium ligger i intervallet 0,06 0,36 ppm. I prøven med det laveste indhold af kadmium, prøve 18, er koncentrationen 1 ppm, hvilket vil sige at der forekommer betydeligt højere koncentrationer i alle prøverne end det der kan tillægges baggrundskoncentrationen. I forhold til indholdet af kobber ser situationen bedre ud, idet det kun er prøve 3 der lige akkurat overskrider den øverste EAC værdi. Baggrundskoncentrationen af kobber er ppm, dvs. at der ud fra resultaterne af kobberanalyserne ikke kan påvises at der forekommer en lokal forurening, 48

57 men det kan samtidig ikke udelukkes at der kan forekomme påvirkninger som følger af de målte koncentrationer ppm Cd Cu øvre EAC for Cd øvre EAC for Cu Figur 5.24 Analyseresultaterne for cadmium og kobber i de 14 sedimentprøver samt øvre EAC værdier for de to tungmetaller. Det skal dog bemærkes at der ikke foreligger noget resultat for prøve 15, som ligger ved sygehusudløbet. Resultatet af analysen for denne prøve gav en negativ værdi, hvilket tyder på at der er opstået en fejl under analysen. Sammenlignes koncentrationerne af tungmetallerne med det tilsvarende indhold af organiske stof i hver enkelt prøve, se figur 5.25, ses en tydelig tendens til at koncentrationerne af tungmetaller følger indholdet af organisk materiale. Det blev derfor forsøgt at korrelere data for organisk indhold og indholdet af total kulstof med koncentrationerne af kobber og kadmium, resultaterne kan ses i bilag 13. Der blev fundet signifikante værdier af r, for organisk materiale korreleret med hhv. kobber og kadmium, men ikke for totalt kulstof. 49

58 % Figur 5.25 Organisk stof, fundet ved glødetab, vist som procentdel af den enkelte sedimentprøve Tungmetal i kerner Resultaterne af tungmetalanalyserne for kobber er vist i figur 5.26 Ligesom det ses for sedimentprøverne overskrider kadmium den øvre EAC i alle prøverne, også i dybden. I alle kernerne ses der en tydelig tendens til at den højeste koncentration af kobber findes i det øverste lag, hvorefter koncentrationen aftager med dybden. Det er kun i kerne A, som er taget ud for havnen, at den øverste EAC værdi er overskredet, men ligesom for sedimentprøverne er den øverste værdi af baggrundskoncentrationen ikke overskredet og derfor kan der ikke påvises nogen egentlig forurening. Kobberniveauet falder med dybden fordi det bindes i sedimentet og det sediment som ligger dybere er sedimenteret for flere år siden hvor forbruget af kobber var lavere. Efter hånden som forbruget er steget er der også udledt mere til havet, som så bindes i sedimentet eller optages af organismer i havet. I forhold til kadmium ses der ikke samme tydelige tendens som for kobber. Umiddelbart er kadmiumniveauet det samme ned gennem kernerne, med enkelte undtagelser. Det betyder enten at det kadmiumindhold der er fundet kan sidestilles med baggrundsniveauet, hvilket ikke er tilfældet, 50

59 eller at kernerne ikke er taget dybt nok til at indeholde sediment fra før forureningen begyndte. Det bemærkes dog at der i kerne A er fundet et væsentligt højere kadmiumniveau end dybere i kerne A. Dette hænger sammen med det høje indhold af organisk materiale i samme dybde ppm A1 (0-1.5 cm) A3 (3-4.5 cm) A6 ( cm) B1 (0-1.5 cm) B3 (3-4.5 cm) B6 ( cm) C1 (0-1.5 cm) C3 (3-4.5 cm) C5 ( cm) D1 (0-1.5 cm) D3 (3-4.5 cm) D6 ( cm) Cd Cu øvre EAC for Cd øvre EAC for Cu Figur 5.26 Analyseresultater for kadmium og kobber i de 4 kerner samt øvre EAC værdier for de to tungmetaller. Ligesom for de 49 sedimentprøver, taget ved overfladen i sedimentet, ses tendensen til at koncentrationen af tungmetaller følger indholdet af organisk stof, se figur Data for kernerne blev ligeledes forsøgt korreleret for sammenhænge mellem organisk indhold og indholdet af totalt kulstof med koncentrationerne af kobber og kadmium, resultaterne kan ses i bilag 13. For alle korrelerede data blev der fundet signifikante værdier af r, hvilket understøtter den tendens der ses af de to grafer i figur 5.26 og

60 % A1 (0-1.5 cm) A3 (3-4.5 cm) A6 ( cm) B1 (0-1.5 cm) B3 (3-4.5 cm) B6 ( cm) C1 (0-1.5 cm) C3 (3-4.5 cm) C5 ( cm) D1 (0-1.5 cm) D3 (3-4.5 cm) D6 ( cm) Figur 5.27 Indholdet af organisk stof for de pågældende kerneprøver Diskussion af tungmetal Forekomsten af tungmetallerne hænger sammen med det organiske indhold i sedimentet, hvilket skyldes, som gennemgået under teorien, at tungmetaller binder sig til finkornet materiale og organisk materiale. Korrelationerne mellem tungmetallerne og det organiske indhold støtter op om teorien. I alle prøver, inklusiv i dybden, var den øvre EAC værdi overskredet for kadmium, hvilket betyder at de vandlevende organismer sandsynligvis bliver påvirket af koncentrationerne. Hvorvidt de påvirkes i samme omfang som vandorganismer i danske farvande ved samme koncentrationer kan overvejes. Det ses af resultaterne af kernerne at påvirkningen har stået på over lang tid, hvilket også stemmer overens med at den naturlige forekomst af tungmetaller i arktiske områder generelt er højere end mange andre steder på jorden. Derfor kan der være forekommet en form for tilpasning blandt de vandlevende organismer. Ligesom for det organiske materiale ses der en større akkumulation af tungmetaller inde i bunden af Ulkebugten, lige omkring sygehuset samt i området omkring udløbet fra Royal Greenland, specielt øst for, i den dybe del af fjorden. Det ses også at der er et højt indhold af tungmetal i prøve 47, som 52

61 ligger vest for Royal Greenland ude i nærheden af havnegrænsen. Det betyder at materialet fra de forskellige udledninger spredes, men umiddelbart ser det mest ud til at forekomme i retningen af Ulkebugten. Det ser ud til at materialet transporteres i begge retninger fra Royal Greenland, men en betydelig del bevæger sig i retningen af Ulkebugten. I det efterfølgende er det undersøgt om der forekommer resuspension i fjorden og Ulkebugten for derved at klarlægge om det indgår i transporten af det udledte materiale Spredning af sedimenteret materiale Strømhastighederne ud for hhv. Royal Greenland, tærsklen mellem Ulkebugten og fjorden og spildevandsudløbet ved sygehuset, se figur 5.28, er estimeret ud fra de vandstandsændringer der forekommer som følge af tidevandet. Dette er gjort for at vurdere om det kan forventes at en del af materialet resuspenderes. Derfor er kornstørrelsesfordelingen ligeledes undersøgt for disse tre lokaliteter, se bilag 11. I forhold til kornstørrelsesfordelingen af sedimentet på tærsklen var det ikke muligt at optage en sedimentprøve, hvilket tyder på meget groft sediment, som samtidig tyder på relativt høje strømhastigheder. Figur 5.28 De tre tværsnit hhv. ud for Royal Greenland, på tærsklen og inde i Ulkebugten, hvor strømhastighederne er estimeret. Beregningerne af strømhastighederne på de tre lokaliteter forudsætter at strømningen er barotrop, altså drevet af vandstandsvariationer, hvilket er tilfældet ved tidevand. Princippet i beregningerne er, at den vandstandsændring tidevandet genererer, bevirker at det tilsvarende vandvolumen, skal 53

62 transporteres ud og ind ad fjorden. Hastigheden på den ønskede lokalitet findes derfor ved at estimere tværsnittet for lokaliteten og sammenholde dette med hhv. tidevandsændringerne og det tilsvarende overfladeareal. Beregningerne kan ses i bilag 12. Selvom beregningerne er meget simple, er de relativt præcise, i omegnen af % [Nielsen, 2006]. Årsagen skal findes i at de estimerede hastigheder er fundet som gennemsnittet mellem høj - og lavvande, hvilket medvirker til en undervurdering af strømhastighederne i den øvre del af vandsøjlen, men eftersom det er hastigheden ved bunden der estimeres ligger estimaterne tæt op ad virkeligheden. Den største usikkerhed i beregningerne skal derfor findes i at er både overfladearealerne og tværsnitsarealerne vurderet ud fra søkort og informationer indhentet vha. havneplanerne og at der i beregningerne ikke tages højde for at overfladeareal og tværsnit ændres ved tidevandspåvirkningerne. Figur 5.29 viser de estimerede strømhastigheder ud for hhv. Royal Greenland, Ulkebugten og på tærsklen, de tilhørende friktionshastigheder er vist i figur Strømhastighederne har både negative og positive værdier, hvilket betyder at strømretningen er hhv. ud og ind af fjorden Strømhastighed (cm/s) august 5. august 6. august 7. august 8. august 9. august 10. august 11. august 12. august 13. august 14. august 15. august 16. august 17. august 18. august 19. august Royal Greenland Ulkebugten Tærskel Figur 5.29 Estimerede strømhastigheder ved udløbet fra Royal Greenland, i Ulkebugten og på tærsklen. 54

63 2,00 1,50 Friktionshastighed [cm/s] 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50 4. august 5. august 6. august 7. august 8. august 9. august 10. august 11. august 12. august 13. august 14. august 15. august 16. august 17. august 18. august 19. august Royal Greenland Ulkebugten Tærskel Figur 5.30 Friktionshastigheden beregnet ud fra de estimerede strømhastigheder. Strømhastighederne på tærsklen er meget højere end ved Royal Greenlands udløb og i Ulkebugten, hvilket hænger sammen med det mindre tværsnit vandvolumenet skal passere her. Dette stemmer samtidig godt overens med det faktum at det ikke var muligt at optage en sedimentprøve på tærsklen da sedimentet var for groft. Resultaterne af sigteanalysen viste at middelkornstørrelsen i tværsnittet ved Royal Greenland er 0,2 mm og 0,1 i tværsnittet i Ulkebugten. Fra teorien vides det at der kræves en friktionshastighed på mindst 5 cm/s for at holde partikler med den kornstørrelse, som fundet ud for Royal Greenland og i Ulkebugten, i suspension. Samtidig siger teorien at der kræves en større strømhastighed (mere energi) for at resuspendere materiale end der kræves for at holde det i bevægelse. Det forventes derfor at der hverken forekommer resuspension af materialet ved Royal Greenland eller i Ulkebugten idet friktionshastighederne alle steder i er væsentligt lavere end 5 cm/s. 55

64 5.3 Samlet vurdering af tilstanden i fjorden og Ulkebugten De indsamlede CTD data viser at der sker en udskiftning af vandet i Ulkebugten. Dette ses ved at der flere gange over perioden forekommer ændringer i temperatur og saliniteten. Frekvensen svarer nogenlunde til tidsrummet mellem spring og niptidevand, hvilket betyder at vandet i Ulkebugten har en opholdstid på hvad der svarer til en uge. Dermed har det der udledes fra sygehuset god tid til at sedimentere. I forhold til den vurderede opholdstid skal det nævnes at data til denne rapport er indsamlet om sommeren (august), situationen vil være en hel anden om vinteren hvor der er is i Ulkebugten og et stykke ud i fjorden, dette vil hæmme vandudskiftningen betydeligt. Sideløbende er det konstateret ud fra de beregnede strømningshastigheder at der hverken finder resuspension sted i fjorden eller i Ulkebugten, hvilket betyder at når materialet først er bundfældet forventes det ikke at blive flyttet igen. Derved er det muligt at ane en del af strømningsmønstret ud fra afsætningen af det organiske materiale og specielt tungmetalkoncentrationerne, idet tungmetallerne ikke nedbrydes. Der blev målt meget høje koncentrationer af organisk stof i fjorden og i Ulkebugten. De højeste koncentrationer blev målt omkring punktkilderne ved sygehusets, havnens og Royal Greenlands spildevandsudløb. Derudover blev der konstateret høje koncentrationer inde i bunden af Ulkebugten, hvilket tyder på at en del af forureningen transporteres i retningen fra fjorden ind i Ulkebugten hvor det ender inde i bunden. Her forventes det ikke at stamme direkte fra forureningskilderne, eftersom udledningen vil sedimentere i nærområdet af forureningen. Den relativt store udbredelse af forureningen der ses i både fjorden og Ulkebugten forventes at stamme fra mindre vandorganismer der optager både næringssalte og tungmetaller og dermed spreder forureningen. Herudfra ser det ud til at der forekommer en transport i retningen af Ulkebugten der fordeler sig til den nordlige side af fjorden og Ulkebugten, og som ender i bunden af Ulkebugten. Der er konstateret høje koncentrationer af svovl i de prøver der samtidig indeholder meget organisk materiale, igen var tendensen at indholdet var størst omkring punktkilderne samt inde i bunden af Ulkebugten. Høje koncentrationer af svovl tyder på iltfattigt miljø, hvilket stemmer overens med iagttagelser fra feltarbejdet, hvor sedimentprøverne både ved sygehusets og ved Royal Greenlands spildevandsudløb var meget slammede, sorte og lugtede af svovlbrinte. 56

65 De målte koncentrationer for tungmetaller følger, som forventet, mængden af organisk materiale. De målte kobberdata ligger alle, undtagen to imellem den øvre og den nedre EAC værdi, det vil sige at det ikke kan udelukkes at det vil have en effekt på miljøet. De målte kadmiumværdier ligger alle over den højeste tilladelige EAC værdi, hvilket dermed betyder at der udledes store mængder kadmium til Ulkebugten og at det er sandsynligt, at der vil komme effekter af disse mængder. De store mængder kadmium er forventelige med de typer punktkilder der er i fjorden og i Ulkebugten. Analyserne af de 4 kerner viste at forureningen ikke var ny og at størrelsen af den forurening der forekommer p.t. i fjorden og i Ulkebugten påvirker havmiljøet lige nu, men også på længere sigt. 57

66 6 Løsninger på forureningen af fjorden og Ulkebugten Analyse af sediment og strømforhold i fjorden og Ulkebugten viste at udledningen af spildevand til fjorden fra Royal Greenland medfører et forhøjet indhold af næringsstoffer i vandmiljøet. Dette har konsekvenser for miljøtilstanden, idet der skal nedbrydes store mængder organisk materiale, hvilket fører til iltsvind både i fjorden og i Ulkebugten. Denne del af rapporten beskæftiger sig derfor med metoder som kan reducere eller stoppe udledningen helt. Det primære fokus i projektet er den udledning der forekommer fra Royal Greenland, men i forhold til miljøtilstanden i Ulkebugten kan udledningen fra sygehuset samt de tilkoblede husstande ikke ignoreres helt. Den løsning der søges skal derfor som førsteprioritet løse problemerne omkring udledningen for Royal Greenland, men den bedste løsning ville være en der samtidig kan overføres på en del af spildevandet i Sisimiut. Der er yderligere konstateret en punktkilde ud for havnen, men eftersom sammensætningen af det der udledes herfra ikke er kendt, afgrænses der fra at inddrage denne i løsningerne. I det efterfølgende vil princippet i udvalgte alternativer til udledning blive gennemgået, for at vurdere om den enkelte metode er anvendelig i Sisimiut. 6.1 Metoder til rensning af spildevand og brug af krabbe- og rejeskaller Herunder vil et udvalg af anvendelsesmuligheder for krabbe- og rejeskallerne, som på nuværende tidspunkt udelukkende ses som et affaldsprodukt, og derfor behandles derefter, blive gennemgået. Her kan løsningen ende med at resterne fra rejeproduktionen ikke blot er et affaldsprodukt, men i stedet en ressource og en indtjeningskilde. Ligeledes vil udvalgte metoder til at rense spildevand generelt, blive gennemgået Udvinding af Kitin, Kitosan og Astaxanthin Kitin I skaller fra krabber og rejer findes et indhold på % af naturligt forekommende polymer - kitin ((C 8 H 13 NO 5 ) n ). Procesgangen for udvinding af kitin forløber i store træk som følger; først fjernes salt fra skallerne, hvorefter skallerne findeles; dernæst fjernes proteiner og mineraler ved syrebehandling. Herefter neutraliseres den resterende del, som er kitin. [Frederiksen et al., 2006] I øjeblikket er der på Biocentrum, DTU, undersøgelser i gang omkring optimering af udvindingen af stoffet kitin fra rejeskallerne. En optimering af udvindingen af kitin skal medføre at udvindingen kan foretages så billigt som muligt og med et mindste forbrug af kemikalier. Hvis en produktion af 58

67 kitin skal kunne foregå i Grønland er det mest hensigtsmæssigt at lokale folk kan stå for produktionen, således at det ikke er danskere, der skal tage pladsen i det nye arbejde. Grunden til at det er meget vigtigt med et mindste forbrug af kemikalier er, at der i Grønland ikke er tradition for at rense spildevand. Figur 6.1: Strukturen af chitin. [ysk.jp, 2006] Kitin benyttes indenfor: Rensning af spildevand fra dambrug. [Costa, 2001] Produktion af kunstig hud. [Ruggiero, 2006] Fremstilling af glucosamin som bruges i gigtmedicin. [Frederiksen, 2006] Kosmetik, neglelak og tandpasta. Som kosttilskud. Fungerer som fungicid (middel mod svampe) [Chang, 2006] Kitosan Ved at behandle Kitin med base ved høj temperatur udvindes et lettere vandopløseligt produkt; kitosan. Figur 6.2: Strukturen af chitosan. [ysk.jp, 2006] Kitosan kan få opløste stoffer til at flokkulere og benyttes derfor til: Klaring af øl og juice. [Chatterjee et al., 2003] Behandling af spildevand fra mejerier. [Pehrson, 1996] Som fungicid (ligesom Kitin) [Chang, 2006] og insekticid (middel mod insekter) [Frederiksen, 2006] 59

68 Astaxanthin Arktiske rejer har et højere naturligt indhold af det røde farvestof astaxanthin. Dette stof kan udvindes af rejeskaller og hoveder, hvilket blandt andet gøres i Norge hos firmaet Bioprawns. Dette stof er godkendt til brug i økologisk fiskefoder og det bruges især til laks som derved får den karakteristiske røde farve [bioprawns, 2006]. Stoffet er også en antioxidant og kan derfor bruges som kosttilskud til mennesker. Der er høje omkostninger ved produktion af astaxanthin og produktionen er højteknologisk. [Frederiksen, 2006] Indtjeningsmuligheder Hvis en produktion af kitin, kitosan og astaxanthin kan gøres rentabel i Grønland vil det have en meget positiv betydning både for miljøet, men også for indbyggerne, i form af arbejde. Prisen for et kilo kitosan ligger på ca kr. og for et kilo astaxanthin er prisen omkring kr. [Frederiksen, 2006] Jordforbedringsmidler Produktion af et økologisk jordforbedringsmiddel baseret på reje- og krabbeaffald er en lavteknologisk produktion, idet affaldet blot skal tørres og knuses så det bliver til mel. Produktet kan især sælges til USA og målrettes til kunder med golfbaner og lignende arealer, men produktet ville også kunne sælges til resten af verden og til Sydgrønland hvor der er landbrug. Et jordforbedringsmiddel lavet af reje- og krabbeaffald indeholder kitosan, som har effekt som både et fungicid og et insekticid. Samtidig frigives kvælstofindholdet langsomt når kitinen nedbrydes. [Frederiksen, 2006] På en amerikansk hjemmeside for bl.a. økologisk gødning er prisen for 25 kg 22.5 $, hvilket svarer til ca. 132 kr. [extremelygreen, 2006] Kompostering Kompostering af affaldet fra fiskeindustrien kunne være en mulighed der ville give mulighed for salg til jordbrug. Forsøg med kompostering er lavet i England, hvor haveaffald og fiskeriaffald blev blandet til kompost [Archer, 2006]. Det vil ikke kunne lade sig gøre i Grønland, da befolkningen ikke har deciderede haver i Sisimiut, som det er tilfældet i England. Desuden er der helt andre jordbundsforhold i Grønland end i England. I Alaska er der ligeledes lavet forsøg med kompostering af fiskeriaffald, her blev det blandet med træflis [Nicholls, 2002], men denne metode kan selvsagt heller ikke bruges i Sisimiut. 60

69 En mulighed, hvis skallerne fra Royal Greenland skulle komposteres, kunne være at indbyggerne i Sisimiut begyndte at sortere deres affald, i biologisk nedbrydeligt og ikke biologisk nedbrydeligt. Det biologisk nedbrydelige affald kunne blandes med skallerne og på den måde ville køkkenaffaldet kunne fungere ligesom haveaffald. En anden løsning og måske bedre kunne være at blande skallerne med tørv i mindre stykker. Tørvene ville kunne fungere på samme måde som både træflis og haveaffald Rejemel Det har tidligere været forsøg med produktion af rejemel i Sisimiut, men det viste sig at være en dårlig forretning, da prisen for rejemel er meget lav i forhold til omkostninger. Produktionen blev derfor stoppet. En sådan produktion foregår i Illulisat og flere steder i Norge. Prisen på et kilo rejemel til foder er ca. 4 kr. [Frederiksen, 2006] Ved en produktion skal det overvejes hvilken kvalitet man ønsker og om det færdige produkt er til human konsum eller foder til dyr (f.eks. mink, høns og fisk). I Norge er der lagt stor vægt på kvaliteten af rejemelet og derfor får de en højere pris. [Frederiksen, 2006] Rensningsanlæg Spildevandet fra Royal Greenland fabrikken består overordnet af rejeskaller og procesvand. Dette skal skilles ad hvis et rensningsanlæg skal kunne rense vandet. Der findes maskiner der er designet til at adskille affald og vand og pakke affaldet. Vandet skal så sendes til et rensningsanlæg. For spildevand fra fiskeindustri skal det medregnes at det er meget store mængder, som bliver udledt på kort tid og der kan derefter gå nogle dage, hvor der ikke kommer så meget vand til anlægget. Derfor er det vigtigt at der, ligesom på Royal Greenland i Sisimiut, er en brønd til spildevandet hvor det kan lagres indtil det kan pumpes ud. På rensningsanlæg i Danmark er der efter vandmiljøplan I-III, på alle rensningsanlæg 3 former for rensning: mekanisk (fjerner større dele der er i spildevandet), biologisk (fjerner kvælstof) og kemisk (fjerner fosfor). Spildevandet fra Royal Greenland indeholder både større dele som skaller og hoveder, suspenderet stof, kvælstof og fosfor. Derfor vil det være nødvendigt at have samme procedurer for spildevandsrensning som i Danmark. 61

70 Under arktiske forhold vil et traditionelt dansk rensningsanlæg ikke være en mulighed da det vil stå stille det meste året pga. af for lave temperaturer. I Sisimiut er der lavet forsøg med rensning af spildevand under arktiske forhold med et tørveanlæg/nedsivningsanlæg og et Kongsted anlæg. Kongsted anlægget kan dog ikke bruges til så store mængder vand som udledes fra fabrikken. En hindring for at bruge Kongsted anlægget til rensning af procesvandet er også at det formodes at have et meget højt ilt forbrug til nedbrydning, da det indeholder meget organisk materiale som indvolde og rester af kød. [Fich, 2006] En brønd eller septiktank er nødvendig for at bruge et tørveanlæg eller et Kongsted anlæg for at kunne regulere den mængde der tilføres det pågældende anlæg. Hvis den tilførte mængde bliver for stor kan disse mindre anlæg ikke følge med og det betyder at rensningen ikke bliver fuldkommen fordi gennemstrømningen af anlægget bliver for hurtig. 62

71 6.1.6 Dumpning på dybt vand Affaldet fra fiskeindustrier i bl.a. USA bliver afvandet og fyldt på store skibe, som så sejler det langt fra kysten og dumper det. [Champ, 1981]. En lignende mulighed, og måske billigere, kunne være at forlænge spildevandsudløbet fra Royal Greenland fabrikken så røret ender udenfor havnegrænsen, hvor der både er større strømningshastigheder og vandmasser, hvorved der vil ske en større opblanding. For at være sikker på at dumpningen sker i et område hvor strømningshastighederne er så høje at spildevandet bliver spredt bør røret være 2,5 km langt. Det er vigtigt at sikre sig at røret bliver ved bunden, da der er en livlig trafik af skibe til og fra Sisimiut, hvoraf nogle af dem er meget store. På figur 6.3 viser den røde firkant i hvilket område røret bør lægges for at strømmen kan sprede spildevandet, den røde cirkel viser hvor fabrikken ligger. Det gule område er Sisimiut by. Figur 6.3: Billede over kysten ved Sisimiut. Den røde firkant, viser hvor røret kan lægges ud. Her vil strømmen være tilpas stærk til at sprede spildevandet. Den røde cirkel er Royal Greenland fabrikken.[garmin, 2006] Dimensionering og omkostninger til røret: Røret som fører spildevandet fra Royal Greenlands fabrik og ud i fjorden er i dag 300 m langt, dette rør blev lagt ud i 2000 og var dimensioneret af ingeniørfirmaet Carl Bro. For at spare på omkostningerne kan det nye og længere rør sættes i forlængelse af det allerede eksisterende rør. 63

72 Røret som ligger der i dag er et 250 mm Polyethylen-rør (PE-rør) som også er et trykrør op til klassen PN 6 (Nominelt tryk 6 bar ved 20 C), det er samme slags rør som bruges i drikkevandsforsyningen. Der er sat balastklodser i beton, i sæt af to, for hver 2 meter spildevands rør. Disse koster med påsætning 400 kr. per sæt. Det nuværende rør kostede i 2000 ca kr. [Brøndum, 2006] Priserne på rør varierer i øjeblikket meget og de opgivne priser er derfor blot et overslag. Priserne på rør er steget 8-10 % i oktober-november Et 250mm rør koster i dag (november 2006) ca. 500 kr. per meter. [Brøndum, 2006] Dimensioneringen kan ses i bilag 16. Tabel 6.1: Overslag på prisen for 2.5 km rør. [Brøndum, 2006] Kr. per meter 2.5 km PE-rør (250mm) Kr. 500 Kr. 1,250,000 Balastklodser Kr. 200 Kr. 500,000 I alt Kr. 1,750,000 Hvis røret skal forlænges med 2,5 km vil prisen blive omkring 2 millioner, da samlinger, arbejdstimer, båd og div. skal medregnes. Herudover skal det overvejes om pumpekraften er tilstrækkelig eller om der bør indsættes en større pumpe, hvis røret forlænges med 2,5 km, for at kompensere for det tilsvarende større ledningstab. Denne metode vil være en løsning på forureningsproblemet fra Royal Greenland i fjorden, men ikke en løsning der er etisk god set i et miljømæssigt perspektiv, da den bare spreder og fortynder forureningen, men løsningen benyttes alligevel i Paamiut, hvor der er lagt et rør ud i havet på 1,5 km. [Brøndum, 2006] 64

73 6.2 Diskussion af løsningsmuligheder I forhold til de mulige løsninger der er gennemgået, fremstår opførelsen af et rensningsanlæg som den mest effektive løsning af spildevandsproblematikken i Sisimiut. Forbeholdene omkring at opføre et renseanlæg er primært det økonomiske aspekt, hertil kommer problemer med at opretholde den rette temperatur i anlægget, hvilket kun bidrager yderligere til at det er en dyr løsning. Det er vigtigt at inddrage det faktum at der ikke foreligger nogen lovgivning, der påkræver at spildevandssituationen ændres i forhold til den nuværende i Sisimiut, hvilket gør at en dyr løsning ikke er specielt oplagt. Rensningsanlægget er jo udelukkende en omkostning rent økonomisk, både mht. opførelsen af et eventuelt anlæg samt drift og vedligeholdelse. Et rensningsanlæg renser kun vandet, det vil sige at der stadig er store mængder skaller tilbage. Løsninger hvor der, måske ikke direkte forekommer en indtjening, men hvor indtægterne kan modsvare udgifterne, er derfor at foretrække. I dette lys er løsninger som udvinding af kitin, kitosan og astaxanthin mere hensigtsmæssige. Problemet er bare at det kun er rejeskallerne der benyttes i denne produktion. Dermed løses problemet ikke i forhold til procesvand og der foreligger stadig en udgift til rensning af skallerne. En produktion af kitin er meget omkostnings fuld og den er ikke miljøvenlig, hvis spildevandet fra kitinproduktionen ikke samtidig bliver renset. I samme kategori findes brugen af rejeskaller til at lave jordforbedringsmidler samt produktion af rejemel. Da produktion af rejemel allerede er afprøvet og forkastet igen i Sisimiut, vil den ikke blive behandlet yderligere. En løsning i form af kompostering kunne være en god løsning. Den kunne, hvis det blev besluttet at blande rejeaffaldet med køkkenaffald, mindske mængden af affald som bliver sendt til forbrænding. Det der skal overvejes ved denne løsning er, at produktet er jord, hvilket ikke har den store anvendelse i Sisimiut. Det betyder at hvis jorden ikke kan afsættes i Sisimiut skal den fragtes til et sted, hvor det kan benyttes, hvis der skal forekomme en indtjening. Prisen for jord er ikke specielt høj og det er tvivlsomt at indtjeningen kan opveje for de udgifter der er forbundet med at fragte jorden. Den bedste løsning vil være hvis der kan skabes en form for indtjening på at rense spildevandet. Samtidig er det vigtigt at der stiles mod en helhedsløsning, altså en løsning som måske også kan benyttes til at afhjælpe problematikken omkring det sorte spildevand. Ud fra dette synspunkt er det fundet, at en kombination af udvinding af kitin, kitosan, astaxanthin eller produktion af jordforbedringsmidler og en form for kompostering ville være den bedste løsning. Hvis 65

74 komposteringen foregår i et biogasanlæg vil der forekomme en yderligere indtjening i form af varme og energi fra anlægget. Løsningen omkring en forlængelse af spildevandsudløbet fra Royal Greenland fremstår lidt for sig selv, da den reelt set ikke reducerer forureningen af vandmiljøet som helhed, men selvfølgelig afhjælper situationen i fjorden og Ulkebugten. Det er til gengæld en relativt nem og billig løsning, ikke at 2 millioner ikke er mange penge, men når røret er lagt ud og er betalt, er der umiddelbart ikke flere udgifter for Royal Greenland end der er i dag. 66

75 7 Implementering af et biogasanlæg i Sisimiut 7.1 Biogasanlæg Til biogasproduktion i Danmark bruges biomasse i form af gylle fra landbrug og organisk affald fra fødevareindustri. Anlæggene tager alt hvad der er organisk [bilag 14]. For at finde ud af om der i Danmark er nogle biogasanlæg som bruger rejeaffald, blev der foretaget telefoninterviews med fire forskellige biogasanlæg. Tre af anlæggene bruger fiskeriaffald, men kun ét anlæg bruger rejeaffald fra en fabrik, som primært producerer rejer. Hos de anlæg som bruger affald fra fiskeindustri, svarer fiskeriaffaldet til ca. 25 % af den totale biomasse. Det anlæg som bruger rejeaffald modtager hver dag tons afvandet masse fra rejefabrikken, som har konsistens som øllebrød. massen bliver blandet med gylle til en samlet biomasse på 300 tons per dag. [bilag 14] 7.2 Opbygningen af et biogasanlæg Beskrevet i store træk foregår biogasproduktionen, ved at biomassen kommes i en lukket lufttæt rådnetank, hvorved der etableres et miljø, som sætter den biologiske gasproduktion i gang. Gassen opsamles og udnyttes herefter til produktion af varme og/eller el. Foruden gevinsten i form af energi reduceres biomassen med omkring 50 %. Figur 7.1 viser de forskellige trin i et biogasanlæg. Første led i produktionen af biogas er fortanken, hvori biomassen som udgangspunkt anbringes. Fra fortanken pumpes biomassen videre til rådnetanken. Inden biomassen kommer over i rådnetanken, opvarmes den til omkring 40 C, hvilket forøger den mikrobielle omsætningshastighed. Fra rådnetanken ledes gassen, som består af omkring 2/3 metan, 1/3 kuldioxid, lidt svovlbrinte samt en smule brint, over i et gaslager. Biogassen kan herefter udnyttes til enten varme eller elektricitet. Det udrådnede materiale føres over i en lagertank, hvorfra det kan anvendes til gødning. [vvsu, 2006] Figur 7.1 Procesgangen i et biogasanlæg. [Blåbjerg, 2006] 67

76 7.3 Biologisk gasproduktion I et biogasanlæg er det primært produktionen af metan der udnyttes. Som beskrevet under teorien, forekommer produktionen af metan i jorden først som 5. led i nedbrydningen under anaerobe forhold. De mikroorganismer som omdanner metan, kan kun omdanne meget simple organiske stoffer som eksempelvis eddikesyre og metanol (acetrophile bakterier), eller ved omdannelse af brint (H 2 ) og kuldioxid (hydrogenophile bakterier). Derfor er det afgørende at andre grupper mikroorganismer også er til stede, så de kan omdanne de mere komplekse stoffer til eddikesyre, metanol eller brint inden det er muligt, for de metanproducerende bakterier, at omdanne det organiske kulstof til metan. Eftersom det er de samme grupper af mikroorganismer, der står for nedbrydningen i et biogasanlæg, som nedbrydningen i sedimenterne i havet, skal det samme forhold mellem kulstof, kvælstof og fosfor opfyldes i den biomasse der tilføres biogasanlægget. Som beskrevet i teoriafsnittet optager mikroorganismerne C, N og P i samme forhold som stofferne findes i deres celler. For at mikroorganismerne har gode betingelser for at nedbryde det organiske materiale, skal både C/N forholdet og forholdet mellem N og P helst ligge omkring Biomassens sammensætning For at kunne give en vurdering af biogaspotentialet vil det være nødvendigt at have kendskab til udgangsværdier for voluminer og koncentrationer af de næringsstoffer der udledes fra hhv. affaldet fra Royal Greenland og husstandene i Sisimiut. Eftersom det ikke har været muligt at finde information om kulstofindholdet i flere af de bestanddele, der i det efterfølgende benyttes i produktionen af biogas, er der set bort fra C/N forholdet og udelukkende fokuseret på at opnå det rette N/P forhold i biomassen til biogasanlægget. Indholdet af kvælstof og fosfor kan estimeres ud fra typiske indhold af næringssalte i husspildevand, hvor der skelnes mellem tykt, moderat og tyndt. Det antages at alt spildevandet kan anses som moderat, hvilket giver et indhold af kjeldahl kvælstof (organisk kvælstof og ammoniak) på 50 g N/m 3 og et indhold i total fosfor på 16 g P/m 3. [Harremoës og Malmgren-Hansen, 1997] Det anbefales i flere vandforsyningsplaner at benytte dimensioneringsværdien 170 l/indb/døgn for at være på den sikre side. [Karlby og Sørensen, 2002] Med et indbyggerantal på i Sisimiut, giver det en daglig spildevandsmængde fra husstandene i Sisimiut på 884 m 3. 68

77 En årlig produktion på tons rejer og 953 tons krabber, hvoraf hhv. 2/3 af rejerne og 35 % af krabberne ender som restprodukt [Bilag 18], giver det en udledning på tons affald om året fra Royal Greenland. Det er estimeret at affald fra fødevareindustrien, som her dækker over fiskeaffald og slagteriaffald, indeholder ca. 1 % kvælstof og 0,25 % fosfor. [Møller et al., 2003] Tabel 7.1 Estimerede næringsstofmængder fra Royal Greenland og fra husspildevandet i Sisimiut. Årligt Dagligt N [t] P [t] N [kg] P [kg] Royal Greenland Spildevand fra husstande Som det ses af tallene, i tabel 7.1, vil der ikke kunne laves biogas ud fra sammensætningen af spildevandet fra Royal Greenland alene, da N/P forholdet er omkring 4. Ligeledes er spildevandssammensætningen for husstandene heller ikke ideel idet der er et N/P forhold på 3. Hvis der skal kunne produceres biogas skal sammensætningen af den biomasse der tilføres anlægget ligge omkring 10. Det er derfor undersøgt om det kan lade sig gøre at opnå det rette N/P forhold ved at adskille det grå spildevand fra det sorte. Ved at adskille det sorte fra det grå spildevand opnås samtidig en bedre konsistens af biomassen, idet den ikke bliver for vandig. Hvis spildevandet opdeles i gråt og sort spildevand er indholdet i det sorte spildevand, fæces og urin. Deles det sorte spildevand yderligere op således at fæces og urin anskues separat, er næringsindholdet som angivet i tabel 7.2. Tabel 7.2 Mængde og næringsstofsammensætningen for en gennemsnitlig person. [Backlund og Holtze, 2003] Masse [kg] Kvælstof [g N/kg] Fosfor [g P/kg] Fæces pr. dag 0,2 4,9 2,4 Urin pr. dag 1 5,4 0,36 Det betyder at N/P forholdet i fæces er 2 og 15 i urin. Herved er det muligt at lave et blandingsforhold med affaldet fra Royal Greenland ud fra de daglige mængder urin, se tabel

78 Tabel 7.3 Indholdet af næringsstoffer pr. dag samt det blandingsforhold der skal til for at opnå et acceptabelt N/P forhold. Dagligt Blandingsforhold N [kg] P [kg] Alt Eks. Fæces Royal Greenland Fæces 5,1 2,5 > Urin 42,1 2,8 > Det ses af tabel 7.3 at der skal tilføres mere end 100 gange så meget fæces og urin i forhold til spildevandet fra Royal Greenland for at opnå et N/P forhold omkring 10. Adskilles fæces fra urin kan blandingsforholdet mellem urin og spildevand fra Royal Greenland reduceres til at være 1:30. Dette anses dog ikke for en acceptabel løsning, eftersom der for det første er meget besvær forbundet med at adskille urin fra fæces for befolkningen i Sisimiut. Gevinsten måler sig ikke med besværet, eller udgifterne, idet kun 1/30 af affaldet fra Royal Greenland vil kunne behandles i biogasanlægget. Med de mængder der skal omsættes fra Royal Greenland er det heller ikke nødvendigvis en løsning at blande andet affald i biomassen, eftersom blandingsforholdet fortsat vil skulle være stort, hvilket får indvirkning på størrelsen af biogasanlægget. Da det ikke er en mulighed at opblande i en uendelighed er forslaget til at løse dette problem, at der foretages en fældning af fosfor i spildevandet fra Royal Greenland. Fosforfældning kan udføres ved at tilføre eksempelvis aluminiumsulfat eller ferriklorid til spildevandet, hvorved opløste fosforsalte omdannes til uopløselige fosforforbindelser, som fælder ud. Herved kan fosfor fjernes fra spildevandet. Ved fosforfældning kan op mod 90 % af spildevandets indhold af fosfor fjernes. [Hillerød Kommune, 2003] Der behøves dog kun en reduktion på 60 % for at processen, i dette tilfælde, vil kunne forløbe godt. Med en fosforfældning af spildevandet fra Royal Greenland forud for blandingen med biomassen fra husstandene i Sisimiut, kan der opnås et N/P forhold på ca. 10 for en blanding af både urin, fæces og spildevandet fra Royal Greenland. Det bemærkes at forholdene mellem de forskellige estimerede værdier afviger en anelse fra hinanden. Eksempelvis burde det samlede næringsstofindhold i spildevandet fra alle husstande i Sisimiut være lig med eller højere end de samlede mængder fra fæces og urin. Dette skyldes at de værdier, som er benyttet til at estimere indholdet i spildevandsmængderne er fundet i forskellige kilder og under forskellige forhold. Det er derfor vigtigt at der bliver udført 70

79 målinger på spildevandssammensætningen i Sisimiut, eftersom kosten har stor indflydelse på det der udskilles igen fra den enkelte person. Der er en hvis sandsynlighed for at der er forskel på den gennemsnitlige dansker og den gennemsnitlige grønlænder i Sisimiut. Der ud over er der stor individuel forskel på, hvor meget det enkelte menneske producerer af urin og fækalier. Både mængder og indholdet af næringsstoffer må forventes at kunne varierer meget fra person til person, afhængigt af alder, køn, sundhedstilstand og karakteristik af indtagne fødevarer. [Backlund og Holtze, 2003] Bioafgasningsprocesser Hvis koncentrationen af ammonium bliver høj i anlægget kan der forekomme en proceshæmning. Dette optræder især under termofile processer, dvs. når udrådningen forløber ved C. Det vurderes at et anlæg i Sisimiut vil skulle forløbe ved mesofil udrådning, hvor temperaturen er C. [Backlund og Holtze, 2003] vurderet på baggrund af at den biomasse der skal omsættes er relativt tynd (kan pumpes) og at det er økonomisk at foretrække, at holde en relativt lav procestemperatur Dimensioner for anlægget I forhold til dimensionerne for anlægget vurderes det, at der skal laves en forudgående vurdering af om det er muligt og i hvilket omfang procesvandet fra Royal Greenland kan reduceres. På grund af meget skrappe hygienjekrav er det formodentligt ikke muligt at genanvende procesvandet. Der er store vandressourcer i Grønland og derfor spares der ikke på vandet Hygiejnisering Eftersom der benyttes sort spildevand i biogasanlægget er det vigtigt at sikre sig at eventuelle smittefarer fjernes. Dette gøres ved enten at opvarme biomassen til mindst 70 C i minimum 1 time, eller ved at biomassens opholdstid i rådnetanken er mindst 10 timer ved minimum 52 C. [Lemvig Biogasanlæg, 2006]. På grund af temperaturforholdene i Sisimiut, vurderes det at den sidste løsning er nemmest at imødekomme Biogasanlæg med rist til opsamling af reje- og krabbeskaller I det efterfølgende vil forslag til hvordan reje- og krabbeskallerne kan separeres fra den resterende biomasse blive fremlagt. Herved vil muligheden for at udnytte skallerne til videreproduktion stadig være åben. Hvis der indsættes en rist i rådnetanken som har en maskevidde der er lille nok til at rejeskaller kan blive opsamlet herpå, er der en mulighed for at adskille reje- og krabbeskallerne fra den afgassede biomasse og, i et vist omfang, tørre skallerne inde i anlægget. 71

80 Princippet går ud på at udledningen fra Royal Greenland blandes med bidraget fra husstandene i fortanken. Herefter pumpes den samlede biomasse over i rådnetanken, hvor der er placeret et gitter i bunden, se figur 7.2. I slutningen af rådneperioden hæves risten mekanisk inde i rådnetanken således at skallerne løftes fri af resten af biomassen, se figur 7.3. Herved kan varmen fra anlægget udnyttes til at tørre skallerne. Efter endt proces suges den afgassede biomasse ud af rådnetanken til efterlageret, mens rejeskallerne suges ud fra risten og opsamles til videre behandling. Figur 7.2 Risten er nede mens biomassen overføres til rådnetanken og afgasses. 72

81 Figur 7.3 Slutningen af processen hvor risten er hævet og varmen udnyttes til at tørre reje/krabbeskallerne på risten. Denne proces sætter dog store krav til størrelsen af anlægget, eftersom der kun kan køres en portion ad gangen pr. rådnetank, idet ny biomasse ville løbe ud over gitteret, hvorved reje- og krabbeskallerne ikke vil kunne holdes adskilt og tørre Kraftvarmecentral For at udnytte energien fra et biogasanlæg skal anlægget kunne tilsluttes en kraftvarmecentral. En sådan central bruger den producerede gas i en generator, som så producerer el og varmt vand Økomoni Ved biogas produktion forekommer der et energitab ved processen, som svarer til ~ 40 %, hvor af 25 % er opvarmning af anlæg og 15 % er motortab. Nyttevirkningen der imod er 60 % og fordeles som 25 % el og 35 % udnyttet varme. Tabel 7.4 Nyttevirkning og tab ved biogasproduktion. [vvsu, 2006] Nyttevirkning ved energiomsætning i kraftvarme-biogasanlæg Tab ved processen ~ 40 % ~ 60 % 25 % elektricitet 35 % udnyttet varme 25 % til opvarmning af anlæg 15 % motortab Fødevareøkonomisk institut har lavet et overslag over hvor meget biogas der kommer ud af en bestemt mængde biomasse. Ud af 550 tons husdyrgødning og biologisk industriaffald bliver der produceret m 3 biogas. [Christensen, 2002] Den gennemsnitlige opnåede salgspris for 5 danske anlæg var i 2004 for biogas (65 % metan) ~ 2 kr. pr. m 3. Den gennemsnitlige opnåede varmepris for 6 danske anlæg var i 2004/05 ~ 465 kr. pr. Mwh. [Hjort-Gregersen, 2005] Hvis det 73

82 antages at husspildevand giver samme mængde som husdyrgødning og priserne er de samme som i 2004 vil en produktion med 550 tons biomasse give mellem og kr. i indtjening. Den årlige mængde af biomasse i Sisimiut udgør ca tons, rundt regnet medfører dette en indtjening på ~ kr. 74

83 7.5 Diskussion Sammensætningen af biomassen der skal benyttes i biogasanlægget er estimeret ud fra værdier fundet i litteraturen. Det er derfor vigtigt at analysere spildevandet fra Royal Greenland og fra husene i Sisimiut for det reelle indhold af kulstof, fosfor og kvælstof. Herved kan der opnås et bedre overblik og kontrol med hvor store mængder, der skal bruges til biogasproduktionen. Sammensætningen af biomassen er altafgørende for om der kan forekomme en produktion af biogas. Hvis det skal være muligt at anvende spildevand fra husene i Sisimiut uden at opdele det sorte spildevand i fæces og urin, er det nødvendigt at tilslutte en fosforfældningstank til spildevandet fra Royal Greenland. Dette er klart at foretrække, da det ikke vil medføre besvær for indbyggerne i Sisimiut. Biogasanlægget vil skåne det marine miljø for yderligere påvirkninger som følge af udledning af spildevand, både fra Royal Greenland og fra husstandene. Spildevandet fra husstandene ledes i dag direkte til havet eller hentes og køres til den såkaldte chokoladefabrik, derfor vil en løsning hvor det sorte spildevand benyttes ikke medføre en større omvæltning for befolkningen, da det vil kunne fungere på samme måde. Udbyttet af biogasanlægget vil være energi, og de tørrede skaller, er der jo som nævnt, flere muligheder for at udnytte. Dette gælder både for produktion af jordforbedringsmidler, rejemel, kitin, kitosan og astaxanthin. Hvis det viser sig muligt at separere og tørre skallerne i biogasanlægget, spares der omkostningerne ved den videre produktion af skallerne, hvilket vil give større afkast af salget. Hvorvidt det er muligt at frasortere rejeskallerne ved at si biomassen gennem en rist vides ikke, da der ikke er udført forsøg med det. Det afhænger både af biomassens sammensætning og af rejeskallernes tilstand på dette trin i processen. I teorien vil rejeskallerne ikke nedbrydes og bør derfor forefindes i biomassen som større fraktioner end den resterende del af biomassen. Det er ligeledes uklart om rejeskallerne tager skade af at blive blandet med det sorte spildevand i relation til udvinding af kitin, kitosan og astaxanthin. Desuden foreligger der usikkerhed om hvorvidt det er muligt at have bevægelige dele inde i rådnetanken eller om dette kommer til at udgøre en eksplosionsfare. Er dette tilfældet kan risten 75

84 inddrages når biomassen er nået til efterlageret, hvor gasproduktionen er mere begrænset, men herved mistes en del af gevinsten ved at skallerne kan blive tørret inde i anlægget. Udgifterne til at opstarte et biogasanlæg er store, men når det først kører er der væsentlige fordele ved det. Foruden de forventede forbedringer af havmiljøet, er der gevinsten i form af varme. Derudover skabes der flere arbejdspladser i Sisimiut, da anlægget jo skal bemandes. Hvis anlægget placeres som en del af fiskefabrikken, kan uudnyttet og overskydende varme fra fabrikken bruges til f.eks. opstarten af en ny procesperiode i biogasanlægget. Hvis anlægget bliver anlagt i nærheden af fabrikken vil det samtidig gøre vejen fra fabrikken til anlægget kortest mulig, hvorved omkostninger til transport elimineres. Det er nok usandsynligt at Royal Greenland vil, eller kan, finansiere dette biogasanlæg, eftersom det er meget dyrt at opstarte, med mindre der kan påvises en økonomisk gevinst, eller i det mindste at der ikke er udgifter ved det. Her skal en grundigere undersøgelse af muligheden for at få en produktion af eksempelvis kitin op at køre. Men eftersom et biogasanlæg vil kunne hjælpe på hele spildevandssituationen i Sisimiut er der en god sandsynlighed for at kommunen kunne blive en samarbejdspartner. Alternativet hertil er at Royal Greenland står for opførelse og drift af anlægget og modtager en aftageafgift fra Sisimiut Kommune for at behandle spildevandet, hvorved en del af driftsomkostningerne kan dækkes. Ligeledes kan varmen sælges til Sisimiut Kommune. 76

85 8 Konklusion Analyser af indsamlede sedimentprøver viste forhøjede koncentrationer af organisk materiale, næringsstoffer samt tungmetaller omkring de tre punktkilder. Resultaterne viste derudover at materialet genfindes i størstedelen af sedimentprøverne. Hvilket betyder at der forekommer en spredning af det organiske materiale, næringsstoffer og tungmetaller fra punktkilderne i både fjorden og i Ulkebugten. Undersøgelser af vandudskiftningen viste, at opholdstiden i Ulkebugten er på omkring en uge. Herved har det udledte materiale god tid til at bundfældes. Eftersom estimeringer af strømhastighederne viste at der ikke forekommer resuspension af det sedimenterede materiale, forventes indholdet af organisk materiale mm. i umiddelbar nærhed af punktkilderne, primært at stamme fra sedimentation af det udledte materiale. Yderligere spredning af materialet forventes at forekomme som følge af at vandlevende organismer optager stofferne som frigives til vandsøjlen, hvorved stofferne transporteres et stykke inden det sedimenteres og nedbrydes på ny. Det blev vurderet ud fra udseende og lugt af sedimentet samt det målte indhold af svovl, sammenholdt med indholdet af organisk materiale, at sedimentet i fjorden og i Ulkebugten ofte oplever iltsvind. Dette er specielt udtalt omkring punktkilderne. Samtidig ses det at sedimentet har været påvirket af spildevandsudledning over længere tid. Det er derfor vurderet at der bør findes en løsning således at Ulkebugten og fjorden skånes. Den nemmeste og billigste løsning på spildevandet fra Royal Greenland er at forlænge det eksisterende spildevandsrør med 2,5 km, således at røret når ud i større vandmasser og derved opblandes bedre. Denne løsning gælder udelukkende spildevandet fra Royal Greenland. Den anden løsning er biogasanlægget som er en hel del dyrere, men den løser til gengæld også problemet, i stedet for blot at føre spildevandet og problemet et andet sted hen. Samtidig er der potentiale for at løse spildevandsproblemerne for både Royal Greenland og for indbyggerne i Sisimiut. Det vurderes at en kombination af biogas, produceret af en biomasse der indeholder spildevand fra både Royal Greenland og indbyggerne i Sisimiut og en anvendelse af rejeskallerne, eksempelvis til produktion af kitin, kitosan og/eller astaxanthin, er den bedste løsning. 77

86 Litteraturliste [AMAP, 1997] AMAP, Arktisk forurening: Tilstandsrapport om det arktiske miljø, Miljøstyrelsen. [AMAP, 2002] AMAP, Arktisk forurening: Tilstandsrapport om det arktiske miljø, Miljøstyrelsen. [Archer, 2006] Composting Seafood Waste By Windrow And In-Vessel Methods, Michaela Archer og David Baldwin, Biocycle, side 70-75, august [Backlund og Holtze, 2003] Vakuumtoiletter og behandling af det indsamlede materiale i biogasanlæg eller vådkompostering, A. Backlund og A. Holtze, Økologisk byfornyelse og spildevandsrensning nr. 36, /2003/ /html/default.htm [biogasbranchen, 2006] Biogasbranchens hjemmeside november 2006 [bioprawns, 2006] Hjemmesiden: [Blåbjerg, 2006] Hjemmeside for Blåbjerg biogasanlæg november 2006 [Born og Böcher, 1999] Born, E. W., Böcher, J., Grønlands Økologi en grundbog, 1999.Grønlands Miljø- og Naturforvaltning. [Champ, 1981] Ocean Dumping of Seafood Wastes in the United States, Champ M., O Connor T., Park P.K., Marine Pollution bulletin, Vol. 12, No.7, pp ,

87 [Chang, 2006] Antifungal activity and enhancement of plant growth by Bacillus cereus grown on shellfish chitin wastes, Wen-Teish Chang, Yu-Chung Chen og Chia-Ling Jao, Bioresource Technology , 2007 [Chatterjee et al., 2003] Clarification of fruit juice with chitosan, Sandipan Chatterjee, Sudipta Chatterjee, Bishnu P. Chatterjee, Arun K. Guha, Process Biochemistry 39 (2004) [Chawes et al. 2004] Strømforhold i relation til udledning af spildevand i to grønlandske byer, Tina Chawes, Rikke Nielsen og Sanne Skov Nielsen, rapport skrevet ved Center for Arktisk Teknologi, 2004 [Christensen, 2002] Notat, Status vedrørende bioenergi fra landbruget, Johannes Christensen og Morten Gylling, Fødevareøkonomisk Institut, 25. september 2002 [Christensen et al., 2004] Iltsvind, Christensen P. B., Hansen O. S., Ærtebjerg G., (red.) 2004, Danmarks Miljø Undersøgelser, 2004 [Costa, 2001] Use of shell chitin from seafood processing waste in recycling of industrial wastewater, Yuegang Zuo, Jian Zhan, Nuno Costa, The International Society for Optical Engineering, 2001 [DMI, 2006] Fundet på internettet d Klimadata for Sisimiut er taget fra [extremelygreen, 2006] Hjemmesiden for bl.a. økologisk gødning, november

88 [Frederiksen, 2006] Organisk industriaffald i Grønland Værktøjer til fremme af bedste tilgængelige teknik og nyttiggørelse af restprodukter nr. M. 127/ , Ole Frederiksen, Ulf Nielsen, Karsten Nielsen, Pia Mai, Juni, 2006, rapporten er en delrapportering fra projektet Kortlægning og udnyttelsesmuligheder af organiske restprodukter i Grønland. [Frydenlund, 2003] Mailkorrespondance med Bente Frydenlund den 31. oktober [Garmin, 2006] Garmin (BlueChart Atlantic) anvendt med softwaren MapSource. Udleveret af Niels Brock, Center for Arktisk Teknologi [Greenland Tourism, 2006] Greenland Tourism hjemmeside, [Hansen er al., 2004] Spildevand i Sisimiut, Hansen Lisbeth, Petersen Gry og Schødt Lene, rapport skrevet ved Center for Arktisk Teknologi, 2004 [Harremoës og Malmgren-Hansen, 1997] Lærebog i Vandforurening, Harremoës, P., Malmgren-Hansen, A., Polyteknisk Forlag [Hillerød Kommune, 2003] Grønt regnskab for renseanlæggene i Hillerød Kommune, pdf, 26. november [Hjort-Gregersen, 2005] Kurt Hjort-Gregersen, oplæg fra økonomiseminar for biogasproducenter, udviklingen i biogasfællesanlæggenes intjening, 5. december 2005, fundet på den [Holtegaaard, 2005] Physical oceanographic conditions in West Greenland with reference to environmental issues, Morten Holtegaard Nielsen,

89 [Jensen og Lindegaard, 2004] Ferskvandsøkologi, Kaj Sand-Jensen og Claus Lindegaard, Gyldendal, 2004 [Jørgen Risum, 2006] Samtale med Jørgen Risum [Kongsted, 2006] Info fundet om Kongstedanlæg på den [Larsen et al., 2005] Larsen M. M., Foverskov S., Andersen J. H., Havnesedimenter - prøvetagning og analyser, Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen Nr. 35. [Lemvig Biogasanlæg, 2006] Hjemmeside for Lemvig biogasanlæg: november 2006 [Loring og Asmund, 1996] Geochemical factors controlling accumulation of major and trace elements in Greenland coastal and fjord sediments, D. H. Loring og G. Asmund, Springer Verlag, [Lund-Hansen et al., 1994] Basisbog i fysisk-biologisk Oceanografi, Lunde-Hansen, L. C., Christinasen, C., Jürgensen, C., Richardson, K., Skyum, P, Gads Forlag, 1994 [Loll og Moldrup, 2000] Soil Characterization and Polluted Soil Assessment, Loll P., Moldrup P., Aalborg Universitet, 2000 [Madsen, 2006] Samtale per telefon med René Madsen fra Kongsted Maskinfabrik, [MST, 1999] Miljøministeriets bekendtgørelse nr. 501 af 21. juni 1999 (spildevandsbekendtgørelsen) kap. 8,

90 [Miljøministeriet, 2006] Miljøministeriets anvisninger for kobber [Nicholls, 2002] Wood and fish residuals composting in alaska, David Nicholls, Thomas Richard og Jesse A. Micales, Biocycle, side 32-34, april [Nielsen, 2006] Møde med Morten Holtegaard Nielsen, [Nielsen et al., 2006] Realistiske muligheder for nyttiggørelse/udnyttelse af organisk industriaffald i Grønland, U. Nielsen, K. Nielsen, P. Mai og O. Frederiksen, juni, [NOVA, 2003] NOVA 2003 Nationalt program for overvågning af vandmiljøet [Pehrson, 1996] A novel treatment process for diary wastewater with chitosan produced from shrimp-shell waste, R Pehrson, E. Selmer-Olsen og H.C. Ratnaweera, Wat. Sci. Tech. Vol. 34, No 11, pp33-40, 1996 [Royal Greenland, 2006] Mailkorrespondance i februar 2006 med Niels Bjerregaard, Driftkonsulent hos Royal Greenland. [Ruggiero, 2006] Caterina Ruggiero og Laura Huntington Villemoes, Artikel i Ingeniøren, fredag [Ruggiero og Villemoes, 2005] Økotoksikologiske undersøgelser af havmiljøet omkring Sisimiut, Caterina Ruggiero og Laura Villemoes, rapport skrevet ved Center for Arktisk Teknologi, 2005 [Sisimiut, 2006] Sisimiut kommunes hjemmeside,

91 [Sisimiut Kommune, 2006] Orthofotoet er taget for Sisimiut Kommune. Udleveret af Niels Brock på Center for Arktisk Teknologi. [Thomsen et al., 2003] Analyse af recipienterne af spildevand i Sisimiut, Maria Louise Thomsen, Stine Gro Jensen og Rikke Tjørnhøj, rapport skrevet ved Center for Arktisk Teknologi, 2003 [vvsu, 2006] Hjemmeside tilknyttet vvs uddannelse november 2006 [Weber, 1993] Effekter af iltsvind og tungmetaller på marine bunddyr, Weber, R. E., Miljøstyrelsen, 1993 [ysk.jp, 2006] Hjemmeside for japansk chitin og chitosan producent, set den