Kadmium (Cd)

Details

Last Updated: Tuesday, 04 January 2022 09:44

Published: Thursday, 26 March 2020 15:02

Egenskaper
Verksamheter
Spridningsvägar
Risker
Undersökningar
Åtgärdsmetoder att beakta
Referenser

Inledning

Kadmium förekommer naturligt i jordskorpan. Metallen är inte särskilt vanlig i naturen men har använts inom industrin och har därför spritts på ett sätt att högre halter förekommer (Naturvårdsverket). Kadmium förekommer naturligt i mineraler, jorden och vatten. Kadmium binder ofta till zink, koppar och blymineraler. I naturen förekommer kadmium främst som oorganiska salter (Söderqvist M.).

Spridningen sker i luften vid förbränning av fossila bränslen, metalltillverkning och då nickel-kadmiumbatterier felsorterats och hamnat i avfallsförbränning. Utsläppen har sjunkit kraftigt i Sverige sedan 1990-talet, mycket tack vare bättre reningsutrustning vid industriutsläpp.

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Kadmium är ett mjukt och formbart metalliskt grundämne som är korrosionsbeständigt och delar egenskaper med zink och kvicksilver som tillhör samma grupp. Metallens mobilitet påverkas mest av vilka salter den binder till. Kadmium kan bilda komplex med organiskt material (Söderqvist M.). Fördelningskoefficienten eller adsorptionskoefficienten (K_d) mellan adsorberad kadmium i jord och löst kadmium i porvatten är normalt mellan 5 och 3000 l/kg (Holm et al. 2013).

Adsorptionen av kadmium påverkas av pH-värdet. Vid ett pH kring 5 är adsorptionen låg och adsorptionsgraden stiger med pH upp till runt pH 7, då adsorptionen är kring 100 %, se figur 1.  

Figur 1. Diagram över adsorption beroende på pH för b.la. kadmium, Cd Källa: Naturvårdsverket, (2005).

Naturlig förekomst och bakgrundshalter

Bakgrundshalter av kadmium i morän i Sveriges län finns här: SGU - Bakgrundshalter av grundämnen

För detaljerad information om bergartskemi se SGU: Kemisk bergartskarta

I en sammanställning av undersökningar där totalt 20 sjöar i Stockholmsområdet har undersökts påvisades i ytsediment kadmiumhalter mellan 0,82 och 7,2 mg/kg TS respektive för ytvatten kadmiumhalter mellan 4 och 47 ng/l.  

Undersökningar av kadmium i parkmark i Stockholm har påvisat halter mellan 0,063 och 0,952 mg/kg TS för djupet 0 till 2 m (Söderqvist M.).

Se även SGU:s maringeologiska karta för metaller: Maringeologisk karta

Förekomst i verksamheter

Fram till 1970-talet användes kadmium vid galvanisering av stål, men idag är användningen av kadmium i Sverige hårt reglerad men det är fortfarande tillåtet i nickel-kadmiumbatterier och som färgpigment i färg. Även mineralgödsel, vissa biobränslen, importerad elektronik och gammal PVC-plast kan innehålla kadmium. Utvinning av kadmium sker främst då det bildas som en biprodukt vid framställning av zink.

Kadmium sprids via mineralgödsel, dynga och rötslam (och atmosfärisk deposition) till åkermark. Därav är spannmål och rotfrukter och andra grönsaker vanliga exponeringskällor för människor. Uppskattningsvis står dessa källor för 80% av befolkningens totala intag (FHM rapport 2018).

Figur 2. Flödeschema för några potentiella vägar för kadmium i miljön till maten på tallriken. Källa: Schaefer et al. 2020. CC.

Spridningsvägar för olika faser och medier

Jord

Kadmium adsorberar till lerparticklar och humusämnen. Vid högre pH kan kadmium till viss del binda till järnoxider och karbonater.  I reducerande miljö binder kadmium även till sulfider. Lågt pH frigör kadmium i mark genom att aluminium och vätejoner tränger bort adsorberat kadmium. Kadmium är relativt lättlösligt under aeroba förhållande och lågt pH och binds hårt i jorden vid högt pH och anaeroba förhållanden (NV rapport 5536).

Vatten

I vatten är den dominerande formen Cd ²⁺, kadmium bildar även komplex med karbonat och organiska ämnen som både kan stabilisera och mobilisera. Vid pH under 5 stiger kadmiumhalterna i grundvatten och markvatten. Bakgrundhalten i svenskt grundvatten är generellt låg men kan vara höga vid sedimentära bergarter som skiffer även om pH är högre än 5, enligt den nationella miljöövervakningen ligger 90 percentilen på 0,055 µg/l i ytligt grundvatten men i borrade brunnar ligger värdet på 0,11 µg/l (SGU rapport 2013:01). Gränsvärdet för dricksvatten ligger på 5 µg/l.

Miljö- och hälsorisker

Generella riktvärden för kadmium i mark: NV generella riktvärden för förorenade områden

Miljörisker

Kadmium kan störa ekosystem och är giftigt för mikroorganismer och vattenlevande djur. Kadmium är relativt rörligt och tas lätt upp av växter och är toxiskt för växter på flera sätt (Haider et al. 2021).

Figur 3. Kadmiums upptag av växter och dess påverkan på växten. Källa: Haider et al. 2021. CC.

Hälsoeffekter

Kadmium är cancerogent och ny forskning pekar på att det även kan orsaka benskörhet. Ytterligare hälsorisker är hjärt- och kärlsjukdom och det kan även påverka fostrets tillväxt under graviditeten. Det är en av de mest farliga ämnen som vi människor utsäts för och kan ackumuleras i kroppen då dess halveringstid i kroppen är 25-30 år (Genchi et al 2020). EU:s livsmedelsmyndighet EFSA, har satt det tolerabla veckointaget (TWI), dvs. den nivå där allvarliga effekter inte förväntas uppstå, till 2,5 µg/kg kroppsvikt och vecka. För dricksvatten har Livsmedelsverket satt gränsen till 5 µg/l medan WHO använder 3 µg/l. Kadmiums toxicitet agerar främst mot cellernas mitokondrier. 

Figur 4. Kadmiums toxicitet mot mitokondrierna genom att generera syraradikaler, aktivera celldöd, DNA-mutationer, förändringar av geners uttryck, blockering av respiration, reducerad ATP-syntes och förändring av mitokriets membran. Källa: Genchi et al 2020.  CC.

Riskbedömning

Kadmium är biotillgänglighet trots att den inte har någon bevisad funktion för organismer. Kadmium förekommer ofta med zink som är essentiell för många växter och djur och aktivt tas upp. Kadmiums biotillgänglighet beror på att den kemiskt liknar zink (essentiell mineral) och då lätt förväxlas med zink. 

Komplexbildningen kan både öka och minska biotillgängligheten.  Komplexen kan delas in i följande tre grupper: 1. icke-tillgängliga - bindning med t ex EDTA (etylendiamintetraättiksyra), 2. något tillgängliga - bindning med t ex fulvosyror i humus, 3. lätt tillgängliga, hydrofoba - bindning med t ex xantater (Söderqvist M.). Tester av biotillgänglighet erbjuds i dagsläget av Statens Geotekniska Institut (SGI). Kontakta SGI och stäm av syfte, metodik och vad resultat kan användas till innan provtagning för analys av biotillgänglighet görs.

Här finns mer information om biotillgänglighet vid efterbehandling och riskbedömning.

Hälsa

Majoriteten av svenskars kadmiumintag kommer från födan (ca 80 %). Livsmedelsverkets undersökningar av vanliga livsmedel visar att spannmål och potatis innehåller de högsta halterna (0,026 mg/kg) (LMV rapport 2017 nr 15). Därför spelar kadmiumföroreningar större roll om området kan komma att användas för odling av mat.

Tobaksplantor tar upp kadmium via jorden och eftersom lungornas upptag är effektivt via röken, är rökare en grupp som exponeras för höga halter. Dricksvatten ses generellt som en mindre vanlig källa till kadmium. Dels är det ovanligt med höga halter i dricksvatten (även om undantag finns) och dels är inte tarmens upptag inte lika effektivt som lungans. Vid låga järnvärden ökar upptaget av kadmium i kroppen, ett lågt järnvärde riskerar alltså att öka upptaget även om exponeringen inte ökar.

Det svenska gränsvärdet för kadmium i dricksvatten är 5,0 µg/l.

För aktuellt gränsvärde se Livsmedelsverkets författningssamling (dubbelkolla på Livsmedelsverkets hemsida att det är den senaste versionen).

Miljö

Jord

Vid bedömning av förorenade områden kan Naturvårdsverkets riktvärden för förorenad mark användas som utgångspunkt men platsspecifika riktvärden är mer pragmatiskt. Länk till generella riktvärden finns här och för beräkningsverktyget för platsspecifika riktvärden se här.

Skydd av ytvatten

Gränsvärden för kadmium i ytvatten finns här: (HVMFS 2019:25)

Här finns mer information om biotillgänglighet vid efterbehandling och riskbedömning: NV rapport 5895.

Angående undersökningar

För generella provtagningsstrategier se: http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/provtagningsstrategier

För mediespecifik provtagning se:

http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/medier

XRF mätningar - Brom, bly, tenn, och antimon kan interferera med spektrumet för kadmium vid användande av XRF-instrument. http://www.fororenadeomraden.se/index.php/provtagningsmetoder/jord/faeltanalys-jord/xrf

För generella provtagningsstrategier se: http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/provtagningsstrategier

För mediespecifik provtagning se:

http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/medier

Jord

Vid provtagning av jord bör utgångsläget vara att halterna kadmium i jorden är heterogent fördelade och eftersom den mängd jord som faktiskt analyseras är mycket liten, är det viktigt att homogenisera provet (kräver provberedning på labb) för att få en jämn fördelning av föroreningshalter i provet.

Upprepade analyser med XRF-instrument kan med fördel användas för fältanalys av metaller i jord och andra fasta material (SGF rapport 2:2013).  Resultaten från fältanalyser behöver kombineras med laboratorieanalyser vid t.ex. riskbedömning då fältanalyserna ofta ej är direkt jämförbara med riktvärden.

Vatten

Inför provtagning av grundvatten bör vattnet i grundvattenröret omsättas före provtagning. Vid provtagning av metaller exempelvis kadmium är grundvattenrör av plast att föredra. Provtagningsutrustningen ska vara tillverkade av inerta material. Slangar ska sköljas igenom med metallfritt avjoniserat vatten mellan provtagningstillfällena. Då bailers används är det viktigt att undvika kontamineringsrisker (SGU rapport 2013:01).

Sediment

Sedimentprover ska tas på ackumulationsbotten där föroreningarna ansamlas och inte omlagras. Fördelningen av föroreningar i sedimenten kan anses vara homogena horisontellt men kan variera i djupled. Som stöd för analysen kan redoxpotential mätas direkt i fält.

Fyllnadsmassor

Partikelbundna föroreningar i fyllnadsmassor har ofta stor haltvariation både i sidled och i djupled då äldre utfyllnader oftast gjordes med för dagen tillgängliga massor med rätt geotekniska egenskaper men med mindre hänsyn till innehållet av farliga ämnen. Provtagning av fyllnadsmassor bör därför provtas systematiskt i tredimensionella rutnät både i sidled och djupled. Underliggande ostörda jordlager (torrskorpelera, tät lera, morän, sand) bör aldrig ingå i samma jordprov som den ovanliggande påverkade jordmassan.

Provhantering, provtagningskärl och analysmetoder

För att rätt provtagningskärl ska användas vid specifika prov är det viktigt att kontakta analyserande labb för en diskussion om provhantering så som filteraring eller surgörande av provet och rätt provkärl. Viktigt är att provkärl fylls till brädden och förvaras mörkt och kallt under transport till laboratorium.

Åtgärdsmetoder att beakta

För lämpliga åtgärdstekniker se:

https://atgardsportalen.se/

In situ

Fytosanering
Grundvattenpumpning och behandling - skyddspumpning kan tillämpas för att kontrollera spridning

Inneslutning/barriärteknik

Kemisk reduktion - främst för behandling av CrVI

Stabilisering/solidifiering

Termisk behandling – För kvicksilverförorenad jord

Ex situ - baseras på att schaktning är möjligt

Deponering

Gräv- och schaktsanering
Jordtvätt
Termisk behandling –främst för kvicksilver och kvicksilverföreningar

Referenser

Fasih Ullah Haider, Cai Liqun, Jeffrey A. Coulter, Sardar Alam Cheema, Jun Wu, Renzhi Zhang, Ma Wenjun, Muhammad Farooq. Cadmium toxicity in plants: Impacts and remediation strategies. Ecotoxicology and Environmental Safety. Volume 211. 2021. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111887.

Genchi, G.; Sinicropi, M.S.; Lauria, G.; Carocci, A.; Catalano, A. The Effects of Cadmium Toxicity. Int. J. Environ. Res. Public Health 2020, 17, 3782. https://doi.org/10.3390/ijerph17113782

Folkhälsomyndigheten, 18 september 2018. Kartläggning av hälsa i miljökvalitetsmålen – En samverkansåtgärd under miljömålsrådet. https://www.folkhalsomyndigheten.se/publicerat-material/publikationsarkiv/k/kartlaggning-av-halsa-i-miljokvalitetsmalen-/?pub=53938

Holm, P.E., Rootzén, H., Borggaard, O.K., M⊘berg, J.P. and Christensen, T.H. (2003), Correlation of Cadmium Distribution Coefficients to Soil Characteristics. J. Environ. Qual., 32: 138-145. https://doi.org/10.2134/jeq2003.1380

Karolinska Institutet, 2020. Kadmium. https://ki.se/imm/kadmium

Livsmedelsverket. (2015). LIVSFS 2015:3.

Livsmedelsverket rapport 2017 nr 15. Kadmium i livsmedel: Riskhanteringsrapport. Mia Kristersson.

M. Söderqvist. Risk för effekter av tungmetaller i Stockholmsmiljön. Uppsala universitet, Ekotoxikologiska avdelningen. Nr 112.

Naturvårdsverket Rapport 5536. Metallers mobilitet i mark. Berggren-Kleja, D., Elert, M., Gustafsson, J.P., Jarvis, N., Norrström, A-C., (2006).

Naturvårdsverket rapport 5895. Biotillgänglighet som företeelse och vid riskbedömningar av förorenade områden. Törneman N., Cox E., Durant N., Azziz C., Bouwer E.

Schaefer, H.R., Dennis, S. and Fitzpatrick, S. (2020), Cadmium: Mitigation strategies to reduce dietary exposure. Journal of Food Science, 85: 260-267. https://doi.org/10.1111/1750-3841.14997

SGF rapport 2:2013 Fälthandbok, Undersökningar av förorenade områden.

SGU rapport 2013:01 Bedömningsgrunder för grundvatten. Lena Maxe et al.