Koppar (Cu)

Details

Last Updated: Saturday, 22 April 2023 15:01

Published: Thursday, 26 March 2020 15:03

Inledning
Egenskaper
Verksamheter
Spridningsvägar
Undersökningar
Åtgärdsmetoder att beakta
Referenser

Inledning

Koppar är en basmetall av stort ekonomiskt värde och har brutits i Sverige sedan 1000-talet (sgu.se). En europeisk medborgare generar idag cirka 2 kg koppar varje år som avfall. Endast ungefär hälften av detta avfall återanvänds (NV Rapport 5536).

Utöver dess praktiska egenskaper är koppar en livsnödvändig metall för människor och djur. Metallen finns i de flesta livsmedlen, och kan också finnas i dricksvatten eftersom det används i dricksvattenledningar (livsmedelsverket).

Höga halter av koppar i mark och vatten kan, förutom att förekomma naturligt, även komma från ett antal verksamheter så som gruvverksamhet, industriell verksamhet och deponier men även från mera diffusa källor som skogsmark, jordbruksmark, dagvatten och båtbottenfärger. Då koppar binds mycket starkt till humusämnen styr ofta halten organiskt material i marken hur mycket koppar den kan binda.

Figur 1. Koppartråd, som är det absolut vanligaste som används för att leda elektrisk ström.

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Koppar förekommer i olika former, i lösning i form av joner, suspenderad i form av partiklar eller i form av kopparföreningar. Koppar har en densitet på 8926 kg/m³, en smältpunkt på 1083,4°C och en kokpunkt på 2567°C. Koppar är helt återvinningsbar, utan att den förlorar någon av sina egenskaper. Den är även en mycket bra elektrisk ledare, formbar, har hög korrosionshärdighet och motstår de flesta oxiderande syrorna.

Koppar förekommer i två olika oxidationstillstånd, vanligast är Cu²⁺ i naturligt oxiska miljöer, och Cu⁺ i starkt reducerande miljöer. I vatten är Cu²⁺ och dess komplex med DOC vanligast. I jord binder koppar mycket starkt till humusämnen men också till Fe-, Al-, och Mn-oxider (NV Rapport 5536). Bindningen till organiskt material är inte särskilt pH-känslig och är stark även vid lägre pH.

Figur 2. Adsorptionens beroende av pH för bland annat metallen koppar (NV Rapport 5536).

Naturlig förekomst och bakgrundshalt

Bakgrundshalten av koppar varierar mycket både regionalt och lokalt och följs upp med flera andra kemiska ämnen i nationella mätprogram för emissioner från olika källor. Koppar förekommer i huvudsak i sulfidmineraliseringar men även i flera andra typer av mineraliseringstyper som spårelement, ofta tillsammans med metaller såsom As, Pb, Zn, Mo och Ag. Höga halter av koppar kan även finnas i finkorniga sedimentära bergarter eftersom metallen lätt adsorberas till lermineral. Koppar förekommer ofta tillsammans med svavel i föreningar som kopparglans (Cu2S) och kovellit (CuS) m.fl (slu.se).

Höga koncentrationer av koppar i morän uppträder ofta i områden med metavulkaniter (grönstensbälten) vilka utgör moderbergarter för sulfid- och järnoxidmineraliseringar. Dessa mineraliseringar är vanliga i Lappland, men även i Jämtland och Västerbotten. I Naturvårdsverkets indata för riktvärdesmodellen anges en halt på 28,5 mg/kg TS som bakgrundshalt för morän för 90-percentilen.

Bakgrundshalter av koppar i morän i Sveriges län finns här.

I mark binds koppar mycket starkt till humusämnen och halten organiskt material styr i stor utsträckning hur mycket koppar den kan binda (NV Rapport 5536). I jämförelse med bly bildar koppar starkare humuskomplex men svagare oxidkomplex. Koppar förekommer naturligt i låga halter i grundvatten men där högre halter kan förväntas i områden med vissa typer av bergarter och mineraliseringar (SGU rapport 2013:01). En vanlig kopparhalt i grundvattnet ligger under 0,02 mg/l men enligt SGU:s tillståndsklassning för grundvatten kan en låg halt i grundvatten ligga mellan 0,02-0,2 mg/l. Medianhalten inom den nationella miljöövervakningen för ytligt grundvatten är 0,9 μg/l för koppar. Vid halter över 2 mg/l anses det otjänligt som dricksvatten.

För detaljerad information om grundvattenkemi för stationer som ingår i miljöövervakningen se grundvattenkemi.

För detaljerad information om bergartskemi se bergartskemi.

Se även SGU:s maringeologiska karta för metaller.

Förekomst i verksamheter

Koppar var en av de första metallerna som människorna började använda och bearbeta för att framställa olika kopparföremål. Ofta brukar man beskriva tiden för då användningen av koppar påbörjades vid slutet av stenåldern, för just kopparåldern dvs kring 2700 – 1700 f.Kr. I Sverige började man bryta koppar för runt tusen år sedan i Falu koppargruva.

Figur 3. Aitik koppargruva i Sakasjärvi, Lappland.

Idag används koppar inom många olika områden och är en nödvändig råvara i moderna ekonomier och i uppbyggnaden av samhället, detta då koppar leder elektricitet och värme mycket bra. Koppar förekommer i stor utsträckning i elektronisk utrustning, men även i t.ex. dricksvattenledningar, båtbottenfärger, bekämpningsmedel och träskyddsmedel.

Till mark och grundvatten kan koppar tillföras från olika typer av industrier såsom gruvindustri, ytbehandlingsindustri, batteritillverkning, impregneringsanläggningar, smältverk, deponier och stadsmiljö (SGU rapport 2013:01). I stadsmiljö är korrosion av koppartak en viktig källa för kopparhalterna i vatten och till luft från transportsektorn ifrån bromsbelägg på fordon (SMED rapport 106).

För hela Naturvårdsverkets branschlista för förorenade områden där koppar använts se här: https://www.naturvardsverket.se/upload/stod-i-miljoarbetet/vagledning/fororenade-omraden/branschlistan-fororenade-omraden-2020.pdf.     

Utsläpp eller emissioner av koppar till vatten delas ofta in i punktkällor och diffusa källor. De största utsläppen från punktkällor kommer idag från avloppsreningsverk samt pappers- och massaindustrin. Men bidraget från diffusa källor är betydligt högre än för punktkällor där den största enskilda källan utgörs från båtbottenfärger följt av skogsmark, jordbruksmark och dagvatten (SMED rapport 106). Idag är kopparbaserade båtbottenfärger starkt reglerade men används fortfarande som skydd mot påväxt av alger, havstulpaner och musslor.

Koppar i träskyddsmedel är vanligt, då det skyddar mot röta och andra angrepp samt ökar hållbarheten. Kopparmedlet trycks in träet genom industriell impregnering och förvaras därefter på lagringsytor i väntan på vidare transport. Studier av sådana lagringsplatser har visat att kopparföroreningarna hamnar i huvudsak i de översta 50 cm av marken under (IVL U 60 34). Men detta kan naturligtvis variera beroende på hur markens fysik och kemi ser ut.

Spridningsvägar för olika faser och medier

Jord

I mark binds koppar mycket starkt till humusämnen och halten organiskt material i marken styr i stor utsträckning hur mycket koppar den kan binda. Bindningen till organiskt material är inte särskilt pH-känslig och är stark även vid lägre pH men trots det förekommer koppar i marklösning i alla jordtyper, ca 0,003-0,135 mg/l (NV rapport 5158). Barium i jämförelse med bly bildar koppar starkare humuskomplex men svagare oxidkomplex. Koppar binder också starkt till Fe-, Al-, och Mn-oxider. Eftersom Cu lätt anrikas i marken och urlakningen av koppar är mycket liten kan kopparförgiftning (150-400 mg/kg) förekomma hos vissa grödor. En normal kopparhalt i jord ligger mellan 1-50 mg/kg (NV rapport 5158). I vissa jordbruksfält råder istället kopparbrist, då kan det vara bra att gödsla med rötslam från avloppsreningsverk som ofta innehåller relativt mycket koppar.

Sediment

I urbaniserade områden är halterna av koppar i sediment ofta starkt påverkade av lokala föroreningskällor som till exempel gruvverksamhet, industriell verksamhet och deponier (sgu.se). Även om sedimentbundna metaller överlag har låg mobiliseringsgrad så kan koppar vid höga halter i de övre sedimentskikten leda till mobilisering genom erosion, resuspension och bioturbation. Det innebär också att den också kan spridas upp i näringskedjan.

Vatten

Koppar förekommer vanligtvis i låga halter i svenskt grundvatten, högre halter kan förväntas i vissa bergarter samt kring t.ex. sulfidmineraliseringar. Eftersom koppar gärna binder till humusmaterial och att bindningen även är stark i låga pH innebär det att en stor del av transporten av koppar i vatten sker som lösta humuskomplex (NV Rapport 5536). I reducerande förhållanden fälls ofta koppar ut till svårlösliga sulfider.

Miljö- och hälsorisker

Miljörisker

Miljöriskbedömningens består av faroidentifiering, exponerings- och dosresponsanalys samt riskkarakterisering. Faroidentifiering innebär närvaro av det ämne/ämnen med potential att skada organismer konstateras i de media (t.ex. luft, vatten, mark, sediment) som bedöms. Koppar är ett nödvändigt spårämne som behövs i små mängder hos både människor och djur. Allt för höga koncentrationer kan ge upphov till skador (livsmedelsverket). Effekterna skiljer sig åt mellan olika organismgrupper och risken för skador beror bland annat på kopparns förekomstform och biotillgänglighet. Bland växter och djur är det framför allt akvatiska växter och bakterier som påverkas negativt av koppar. Koppar är också toxiskt för markens mikroorganismer och kan störa viktiga processer såsom nedbrytning. Högre organismer är vanligtvis mindre känsliga (IVL B1349).

Hälsorisker

Koppar är ett livsnödvändigt spårämne för kroppen, exempelvis för att vissa enzymer ska fungera, och såväl underskott som överskott av koppar kan ge negativa hälsoeffekter. I höga halter blir koppar toxiskt och kan på sikt skada lever, njurar och immunförsvar. Lösliga kopparsalter tex. kopparsulfat, är mer toxiska än de svårlösliga föreningarna som kopparoxider (giftinformation.se). Ofta innebär ett högt intag av koppar akuta mag- och tarmproblem vilket leder till kräkningar och diarréer då kroppen själv reglerar hyr mycket koppar som kan tas upp. Det gör att svårare kopparförgiftningar är väldigt sällsynta. För lågt intag av koppar kan leda till anemi, blodbrist, påverkad benbildning hos barn, liksom påverkad hjärnfunktion hos vuxna.

En människa har ungefär 80 mg koppar naturligt i kroppen och det rekommenderade dagliga intaget (RDI) för vuxna är 0,9 mg. Det mesta av det dagliga intaget av koppar kommer från mat och ligger på ca 1-2 mg hos vuxna (livsmedelsverket).

För mer information om hälsoeffekter av koppar hos barn och vuxna samt information om hur mycket koppar en människa behöver, läs mer hos Livsmedelsverket.

Riskbedömning

Då koppar förekommer i olika komplex/former i miljön är det ofta av intresse att veta hur stor del som är biotillgänglig vid riskbedömning av hälsa och miljö. För koppar finns ett fåtal projekt där den orala biotillgängligheten för koppar i jord har mätts, bland annat vid ett tidigare mässingbruk i Gasum och en impregneringsanläggning i Mjölby, där mätningar kunde visa på att den biotillgängliga fraktionen av koppar varierade mellan 3-26 %, i Gasum och 79-85%, i Mjölby. Resultatet för den senare mätningen kan betraktas som hög biotillgänglighet.

Den biotillgängliga fraktionen av koppar i vatten ska beräknas vid statusklassificeringen av särskilda förorenade ämnen (SFÄ) inom ekologisk status. Enligt bedömningsgrunder avseende god status för inlandsvatten gäller ett generellt gränsvärde i Sverige för biotillgänglig koncentration på 0,5 µg/l (HVMFS 2019:25). Ett beräkningsexempel med BLM (Biotic Ligand Model) i en svensk sjö visar att den biotillgängliga fraktionen av koppar i sjön var 4,3–7,3 % av den uppmätta halten löst koppar (SCDA). Andelen biotillgänglig koppar av den lösta halten i en sjö eller ett vattendrag beror av platsspecifika förhållanden, men är generellt väsentligt mindre än halten löst koppar.

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: rapport 5895.

Hälsa

Människor får i sig koppar genom framförallt livsmedel, men även genom dricksvattnet beroende på vattnets sammansättning och hur länge det varit i ledningarna. Intag av förhöjda kopparhalter är särskilt känslig för nyfödda eftersom ämnesomsättningen inte är fullt utvecklad. Gränsvärdet för koppar i dricksvatten är satt med hänsyn till korrosion i ledningarna och är 2 mg/l (LIVSFS 2017:2). Risken för hälsoeffekter på grund av förhöjda kopparhalter i dricksvattnet bedöms som låg.

Det svenska gränsvärdet för både dricksvatten och enskilda brunnar är gemensamt för hela EU, för aktuellt gränsvärde se Livsmedelsverkets författningssamling: LIVSFS 2017:2.

Kommunalt vatten kontrolleras regelbundet för innehåll av koppar. Livsmedelsverket rekommenderar att den som ansvarar för en dricksvattenanläggning, inklusive egen brunn, undersöker vattenkvaliteten regelbundet för att kontrollera att den är förenlig med angivna gränsvärden (2 mg/l).

Miljö

Jord

Vid bedömning av förorenade områden styrs de av generella riktvärden för förorenad mark. Länk till generella riktvärden finns här.

Skydd av ytvatten

Haltkriterium av koppar i riktvärdesmodellen gäller för den totala halten i ytvatten (4 µg/l, löst och partikulärt) och bedöms tillräckligt låga för att skydda sedimentlevande organismer samt predatorer och människor (NV Datablad koppar). Havs- och vattenmyndigheten anger ett årsmedelvärde för koppar i vatten med god status (sjöar och vattendrag) för den lösta halten som beräknas tas upp av vattenlevande organismer, 0,5 µg/l. 

Gränsvärden för kemisk ytvattenstatus från Havs- och Vattenmyndigheten finns här.

Angående undersökningar

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

För mediespecifik provtagning se:

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

Ämnesspecifika saker som är bra att tänka på vid provtagning

Koppar binder hårt till organiska material inom normala pH (ca 6-9) vilket styr både val av provintervall och val av metod. Om fast material ska provtas som inte är omrört räcker det ofta med ytlig provtagning.

Uppmätta avvikande höga halter i grundvatten med normalt eller högt pH kan bero på kontaminering från grumling vid själva provtagningen. Att föra fältanteckningar om grumling och färg är därför viktigt vid provtagning. Om möjligt bör stödparametrar som alkalinitet, pH och redox mätas parallellt med provtagningen för att öka kunskapen om de kemfysiska spridningsfaktorerna. För att kvalitetssäkra provtagningar där höga halter metaller kan förväntas kan fältduplikat tas av samtliga prover för XRF- och PID-analys samt analys på laboratorium.

Vid XRF-analys bör man beakta att bly och bismut kan påverka analys av koppar.

Vid undersökningar av jord vid glasbruk (där koppar eller andra tungmetaller ofta är dimensionerande för risker och åtgärdsbehov) kan t.ex. provgropsgrävning eller sonicborrning vara lämpliga undersökningsmetoder i områden med deponerat material. Skulle t.ex. skruvborr användas i glasdeponier riskerar det grova hårda materialet att rasa av skruven.

Provhantering provberedning (gränssnitt mellan konsult och labbet)

Fler detaljer kring provtagning finns här. Länk till Hantering och analys av prover från förorenade områden. Osäkerheter och felkällor.

Jord

Vid provtagning av jord bör man utgå från att föroreningarna är heterogent fördelade i jorden och eftersom den mängd jord som tas ut för själva analysen är det viktigt att homogenisera provet för att få en jämn fördelning av föroreningen i provet. För vissa matriser kan direkta fältmetoder användas för att få indikationer på föroreningar men dessa kan generellt sett inte ersätta laboratorieanalyser. XRF-instrument kan med fördel användas för att analys av metaller i jord och andra fasta material så som fyllnadsmassor (SGF rapport 2:2013).

Vatten

Inför provtagning av grundvatten bör vattnet i röret omsättas före provtagning. Vid provtagning av metaller exempelvis kvicksilver 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. Vid provtagning av metaller ska plasthandskar användas (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 spatialt 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 filtrering 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 

Stabilisering/solidifiering

Ex situ - baseras på att schaktning är möjligt

Deponering

Gräv- och schaktsanering
Jordtvätt
 

Referenser

Datablad för koppar, Kemakta Konsult AB, Naturvårdsverket, rev juni 2016.

Falugruva, Upptäck tusen år av historia. https://www.falugruva.se/, maj 2021.

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

Giftinformation.se, Giftinfo – för läkare, Swedish Poisons Information Centre, https://giftinformation.se/lakare/substanser/kopparforeningar/, maj 2021.

Hjortenkrans, D. Road traffic metals-sources and emissions. University of Kalmar. Dissertation Series no 54.

IVL Svenska Miljöinstitutet (2000). Uppträdande effekter av koppar i vatten och mark. Rapport B 1349.

Livsmedelsverket, Koppar https://www.livsmedelsverket.se/livsmedel-och-innehall/oonskade-amnen/metaller1/koppar, maj 2021

Naturvårdsverket rapport 4918 (1999). Metodik för inventering av förorenade områden. Bedömningsgrunder för miljökvalitet.

Naturvårdsverket rapport 5158. Spårelement i mark, grödor och markorganismer. Jan Eriksson och Lovisa Stjernman-Forsberg. (2002)

Naturvårdsverket rapport 5536. Metallers mobilitet i mark. Kunskapsprogrammet Hållbar Sanering. ISBN 91-620-5536-4.pdf.

Naturvårdsverket rapport 5859 (2008). Hälsoriskbedömning vid utredning av förorenade områden.

Naturvårdsverket rapport 5888 (2009). Provtagningsstrategier för förorenad jord.

Naturvårdsverket rapport 5895. Biotillgänglighet som företeelse och vid riskbedömningar av förorenade områden.

Naturligt radioaktiva ämnen, arsenik och andra metaller i dricksvatten från enskilda brunnar, Statens strålskyddsinstitut. SSI Rapport 2008:15.

Ragnvaldsson Daniel och Bergknut Magnus, Miljöriskbedömning av koppar i svenska sjöar och vattendrag, Scandinavian Copper Development Association, Envix Nord AB.

SGF rapport 2:2013. Fälthandbok: Undersökningar av förorenade områden. ISSN 1103-7237.

SMED Rapport Nr 106 2012. Diffusa emissioner till luft och vatten.  

SSI Rapport 2008:15. Naturligt radioaktiva ämnen, arsenik och andra metaller i dricksvatten från enskilda brunnar. Ek, B-M., Thunholm, B., Östergren, I., Falk, R och Mjönes, L.

Stenbeck, John. Uppträdande och effekter av koppar i vatten och mark, IVL Svenska Miljöinstitutet. Rapport B1349, 2000.

Sveriges geologiska undersökning, SGU. Historiska gruvor.   https://www.sgu.se/mineralnaring/svensk-gruvnaring/historiska-gruvor/ , maj 2021.

 Sveriges lantbruksuniversitet, SLU. Spårämnen. https://www.slu.se/miljoanalys/statistik-och-miljodata/miljodata/webbtjanster-miljoanalys/markinfo/markinfo/markkemi/totalhalter-i-mineraljorden/sparamnen/, maj 2021.