Dynamisk provtagningsstrategi

OBS Remissversion - texterna är fortfarande under bearbetning och ska enbart ses som utkast. Finns det direkta fel? Hittar du enkelt det du vill, dvs är strukturen bra? Finns det ord/begrepp som behöver förklaras? Vi tar tacksamt emot förslag på ändringar/tillägg via e-post till This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. Texterna kommer kontinuerligt att uppdateras och revideras och layouten förbättras. 

Vad är dynamisk provtagningsstrategi?

Undersökning av förorenade områden utförs traditionellt som ett stegvist förfarande. Det innebär att man inledningsvis gör en översiktlig undersökning, ofta med ett mindre antal prover i relevanta media och med ett begränsat urval av analysparametrar. Beroende på resultatet kan det sedan vara aktuellt att gå vidare med mer detaljerade undersökningar för att bland annat karaktärisera eller avgränsa påvisade eller misstänkta föroreningar.

Dynamisk undersökningsmetodik syftar till att effektivisera undersökningsförfarandet för de föroreningar och parametrar som går att analysera i fält, eventuellt i kombination med expressanalyser vid ackrediterat analyslaboratorium, detta beskrivs mer i detalj i nedanstående text. Genom att redan inledningsvis ta hänsyn till åtgärdsskedet, planeras undersökningen för att nödvändig information om området ska samlas in vid ett eller endast ett fåtal undersökningstillfällen. Angreppssättet bygger på att provtagningar och analyser under pågående fältarbete styrs och anpassas utifrån de resultat som fortlöpande framkommer.

Det bör understrykas att denna beskrivning är översiktlig och beskriver enbart det dynamiska angreppssättet. Praktiska erfarenheter. Praktiska erfarenheter av projekt där dynamisk undersökningsstrategi har tillämpats pekar snarare mot att den ofta utgör ett lämpligt komplement till konventionell undersökningsstrategi. Dynamisk undersökningsstrategi är per automatik inte alltid är mer tids- och kostnadseffektiva än ett stegvist utförande. Kostnaderna för dynamisk undersökning är svår att i förväg säga kostnaderna utan det kan vara lämpligare att fastställa ett kostnadsspann. Utförligare info om dynamiska undersökningar finns i SGF:s rapport 3:2017 ”Dynamiska undersökningsmetoder för förorenade områden” och i ITRC 2007 ”Triad Implementation Guide”.

Hur utförs en dynamisk undersökning av ett förorenat område?

Dynamiska undersökningar av förorenade områden innefattar vanligen tre delar:

  • systematisk planering
  • dynamisk provtagningsstrategi
  • realtidsmätningar

Den systematiska planeringen innefattar identifiering och formulering av projektets syfte, övergripande åtgärdsmål, konceptuell modell samt en översiktlig riskbedömning och från denna framtagande av preliminära mätbara åtgärdsmål samt en analys av vilka kritiska beslut som behöver fattas under utredningsarbetet. Målet med den systematiska planeringen är att före påbörjad provtagning ta fram en genomtänkt och väl fungerande strategi för provtagning, analys och datautvärdering.

Den konceptuella modellen används under undersökningens gång och ska förfinas till dess att den är tillräckligt noggrann och överensstämmande med verkligheten för att rätt beslut angående t.ex. åtgärdsbehov och åtgärdslösningar ska kunna fattas. Utifrån den konceptuella modellen formuleras den dynamiska provtagningsstrategin genom att ett antal s.k. nyckelfrågor definieras, exempelvis:

  • Vilken utrustning krävs för att kunna mäta de parametrar som efterfrågas?
  • Är de valda provtagnings- och fältanalysmetoderna av lämplig kvalitet?
  • Är områdets spridningsförutsättningar tillräckligt väl beskrivna hydrogeologiskt, stratigrafiskt och/eller hydrologiskt?

En dynamisk provtagningsstrategi innebär en provtagningsstrategi som kan anpassas allteftersom resultaten från realtidsmätningar erhålls. Erhållen information utvärderas och kvalitetssäkras, varefter den infogas i den konceptuella modellen över förorenings- och spridningssituationen. Med den konceptuella modellen som grund fattas beslut om kompletterande provtagningar och analysinsatser.

I den dynamiska provtagningsstrategin är inte alla detaljer kring val av provtagningspunkter, provtagningsdjup, samt vilka prover som ska analyseras och med vilken metod bestämda i förväg. Provtagnings- och analysinsatserna anpassas istället utifrån den information som erhålls under undersökningsarbetets gång. Detta ställer högre krav på dem som tar proverna än om man arbetar efter en i förväg fastställd provtagningsplan. Det är viktigt att samtliga involverade förstår syftet med dom enskilda punkterna, varför har är en enskild punkt förlagd just här, är det för avgränsning, källidentifiering etcetera? En viktig del i den dynamiska provtagningsstrategin utgörs av fortlöpande visualisering och bearbetning av förorenings- och spridningsdata med hjälp av upprättad konceptuell modell. Eftersom beslut fattas i realtid är det viktigt med hela gruppens erfarenhet och förståelse av undersökningens syfte och mål, både för de som arbetar i fält och de som följer arbetet live från kontoret. Det är även viktigt att få med fältosbervationer/anteckningar som underlag i bedömningen, då de också är en viktig del i bedömningen.

Realtidsmätningar innefattar all typ av datainsamling som möjliggör att beslut om provtagning kan fattas inom fältarbetets tidsramar, d.v.s. i enlighet med den dynamiska provtagningsstrategin. Olika fältanalysmetoder är lämpliga att använda vid olika typer av föroreningssituationer och markförhållanden.

Mätning i realtid innebär att analys och detektion sker utan längre tidsfördröjning, i idealfallet i direkt samband med provtagnings- eller mättillfället. Exempel på sådana metoder är:

  • Röntgenfluorescens (XRF)-instrument för mätning av metallhalter,
  • Membrane Interface Probe (MIP) för flyktiga organiska ämnen (VOC)
  • Fuel Fluorescence Detector (FFD) för aromatiska kolväten och
  • VOC-screening med t.ex. flamjonisationsdetektor (FID), fotojonisationsdetektor (PID) och/eller infrarödspektrofotometer (IR-instrument).
  • Laser induced fluorescens (LIF) för organiska föreningar,

där detektion av utvalda föroreningsgrupper utförs in situ (FFD, LIF) eller direkt på extraherad porgas (MIP, VOC-screening).

Därutöver finns även möjlighet att göra analyser som innebär att viss provberedning föregår analysen. Som exempel kan nämnas immunoassay, Direct Sampling Ion Trap Masspectrometry (DSITMS) och fältgaskromatograf (fält-GC) som används för VOC eller semi VOC där prov i allmänhet tas ut på en adsorbent som därefter extraheras termiskt före analystillfället. Ett annat exempel på mätning i semi-realtid är att ett VOC-prov tas ut med gastät spruta på headspace ovanför ett jord- eller vattenprov för efterföljande analys i masspektrometer eller gaskromatograf i fält. Det är även vanligt med jordprovtagning i provpåsar för analys i fält med XRF eller PID.

Analyser på laboratorium kan göras som komplement om analyssvaren erhålls medan fältarbetet pågår. Dels med syfte att verifiera eller följa upp resultaten av realtidsmätningar med t.ex. MIP- eller FFD-sond, dels med syfte att analysera ämnen/ämnesgrupper som inte är möjliga eller lämpliga att detektera eller mäta med olika typer av fältinstrument. För att undersökningsmetoden ska räknas som dynamisk ska dock resultaten kunna erhållas så snabbt att det går att justera framtida provpunkter baserat på analyssvaren.

När är det lämpligt att använda en dynamisk undersökningsstrategi?

Stor heterogenitet i föroreningshalter och geologi, både i liten och i stor skala, gör det i princip omöjligt att planera en konventionell undersökningsinsats i ett enda steg. Vanligen utförs därför konventionella undersökningsinsatser av förorenade områden i flera steg med mellanliggande utvärdering, rapportering och ometablering.

Syftet med en dynamisk provtagningsstrategi är att effektivisera och göra det möjligt att genomföra en storskalig undersökningsinsats i ett enda, eller i ett fåtal provtagningsomgångar genom att:

  • fortlöpande styra och anpassa provtagnings- och analysarbetet utifrån de mätresultat som framkommer under fältarbetets gång.
  • planera bemanning, provtagningsmetoder, analysprogram, analysutrustning och övrig fältutrustning/maskinpark så att undersökningsarbetet kan utföras utan uppehåll för mellanliggande rapportering eller planering. I detta ingår ofta också kontakt med ackrediterat laboratorium för att kunna genomföra verifierande expressanalyser.

Det är vanligt att antalet provtagningspunkter och/eller analyser ofta underdimensioneras vid konventionella, stegvisa utredningar av förorenade områden. Om proverna är få blir det svårt att tillräckligt väl kunna beskriva den rumsliga variationen och förekomsten av aktuell förorening. Eftersom marken, liksom förorenings- och spridningsbilden, ofta är heterogen leder avsaknaden av provtagnings- och analysdata ofta till stora osäkerheter och ett bristfälligt beslutsunderlag. Om aktuell förorening till övervägande del istället kan analyseras med fältinstrument, eventuellt i kombination med expressanalyser kan avsevärt fler prover analyseras på kortare tid. Vid exempelvis MIP-sondering sker en registrering av jordmatrisens föroreningsinnehåll vid varje centimeter i djupled och med porgasscreening kan ett relativt stort markområde på kort tid undersökas med avseende på VOC-innehåll.

Fältanalys- och detektionsmetoder medför oftast högre grad av analysosäkerhet än analyser utförda vid ackrediterat laboratorium. Men eftersom provtätheten och datamängden blir större kommer den samlade provtagningsosäkerheten (och därmed också beslutsosäkerheten) ändå att kunna reduceras. I idealfallet kan en välplanerad dynamisk provtagningsstrategi därigenom öka kvaliteten och samtidigt minska undersöknings- och efterbehandlingsprojekts totala löptid. Detta illustreras förenklat i figur 1.

triad

Figur 1. Jämförelse av undersökningsmetod med få punkter där utvärdering i huvudsak baseras på laboratorieanalyser (Traditional) och nedanför en undersökning baserad på många punkter med i huvudsak fältanalyser där varje datapunkt har en låg kostnad (I detta fall Triadmetodiken, som är en typ av dynamisk undersökningsmetodik.). Källa: ITRC 2007.

Det kan dock inträffa att de faktiska förutsättningarna innebär att det i flera fall inte går att uppnå projektmålen i en dynamisk undersökningsinsats. Det kan t.ex. visa sig att de föroreningar som ska undersökas i jord/grundvatten inte är lämpliga att kartlägga med idag tillgängliga fältanalys- och/eller detektionsmetoder.  Det kan också visa sig vara för komplicerat, för kostsamt eller ta för lång tid att uppnå de uppsatta projektmålen enbart med ett dynamiskt angreppssätt och att utredningen därför måste kompletteras med ett eller flera undersökningssteg baserade på ett konventionellt provtagningsförarande (skruvborr, augerborr, provgropsgrävning mm) med efterföljande analyser utförda vid ackrediterat laboratorium. Det finns också exempel på när analys- och detektionsmetoder för fältbruk ”missat” eller underskattat förekomsten av olika föroreningsgrupper, vilka därefter påvisats och kunnat kvantifieras vid analyser utförda vid ackrediterat laboratorium.

För- och nackdelar

Fördelar

Det finns flera fördelar med dynamiska miljöundersökningar:

  • Vid realtidsmätningar erhålls större datamängder/tätare data än vad som är fallet vid traditionella undersökningar. Därigenom ökar sannolikheten att t.ex. påträffa och kartlägga utbredningen av källzoner.
  • Utbredningen av en källzon eller en spridningsplym kan avgränsas på relativt kort tid och med en förhållandevis hög grad av säkerhet. En konceptuell förorenings- och spridningsmodell kan därmed upprättas redan på ett tidigt stadium av utredningsarbetet.
  • Tillämpning av dynamiska miljöundersökningar innebär oftast en högre initialkostnad på grund av mer omfattande planering och datautvärdering än en konventionell miljöteknisk markundersökning, men behovet av kompletterande undersökningsinsatser kan begränsas. Med ett större dataunderlag kan en säkrare bedömning av föroreningsutbredningen göras.
  • Behovet av kompletterande undersökningsinsatser kan begränsas. Med ett större dataunderlag kan en säkrare bedömning av föroreningsutbredningen göras. Detta uppväger att dynamiska miljöundersökningar oftast medför en högre initialkostnad på grund av mer omfattande planering och datautvärdering än en konventionell miljöteknisk markundersökning.
  • En säkrare bedömning av föroreningsutbredningen ger ett bättre underlag för projektering och upphandling av efterbehandlingsinsatser, inte minst vid in situ-åtgärder.

Nackdelar

Några nackdelar med dynamiska miljöundersökningar kan vara:

  • Den dynamiska undersökningen har ofta en hög initialkostnad på grund av omfattande planering och tätare initial provtagning.
  • En svårighet med det dynamiska undersökningskonceptet är att under fältmässiga förhållanden upprätthålla acceptabel hygienstandard vid hantering och upparbetning av jord-, vatten- och porgasprover.
  • Flertalet analys- och detekteringsmetoder för fältbruk är baserade på bestämning av relativt breda grupper av föroreningar, ej specifika föreningar/ämnen.
  • En begränsning med realtidsmätningar är att de i princip ofta är begränsade till att enbart omfatta flyktiga organiska ämnen och metaller.
  • Kunskapen kring metoderna och deras tillämpbarhet hittills varit förhållandevis låg, både hos utövande konsulter och hos myndigheter.

Referenser/Lästips

Bergqvist, C., Helldén, J., Pirard, E. och von Heijne P. (2017) Dynamiska miljöundersökningsmetoder för förorenade områden. En översikt och metodbeskrivning. Svenska Geotekniska Föreningen, nr 3-2017.

Engelke, F., Norrman, J., Starzec, P., Andersen, L., & Grøn, C. (2009) Inventering av provtagningsstrategier för jord, grundvatten och porgas. Naturvårdsverket rapport 5894 (Hållbar sanering).

Environment Agency (2016) Chemical Test Data on Contaminated Soils - Qualification Requirements. Position 307_03.

ITRC. (2007). Triad Implementation Guide. ITRC.

Norrman, J., Back, P.-E., Engelke, F., Sego, L., & Wik, O. (2009) Provtagningsstrategier för förorenad jord. Naturvårdsverkets rapport 5932 (Hållbar sanering).

Norrman, J., Purucker, T., Back, P.-E., Engelke, F., & Stewart, R. (2009) Metodik för statistisk utvärdering av miljötekniska undersökningar i jord. Naturvårdsverkets rapport 5932 (Hållbar sanering).

Rijkswaterstaat Environment (2016) CityChlor Web Site
(http://rwsenvironment.eu/subjects/soil/projects/citychlor/)

SGF (2013) Fälthandbok - Undersökningar av förorenade områden. Rapport 2:2013. ISSN: 1103-7237.

SGF (2017), Dynamiska miljöundersökningsmetoder för förorenade områden, Rapport 3:2017. ISSN: 1103-7237

SGI (2008) Bättre markundersökningar. Delprojekt 1 - In situ-metoder för undersökningar av förorenad mark Statens geotekniska institut. ISSN:1100-6692.

USEPA (2016) Triad Resource Center Web Site (www.triadcentral.org)

USEPA (2016) The Contaminated Site Clean-Up Information (CLU-IN) Web Site (https://clu-in.org)