IVL Swedish Environmental Research Institute

Turbidity, which is the cloudiness or haziness of water caused by large numbers of individual particles, is a critical factor for drinking water producers. High turbidity can harbour harmful microorganisms and reduce the effectiveness of disinfection processes, making it essential to monitor and manage to ensure safe drinking water.This study was conducted at the Rökebo water production plant, which produces drinking water for Sandviken and nearby areas, serving around 29,000 people. The treatment process includes several steps, such as chemical precipitation, filtration, UV treatment, and chlorination, to ensure the water is safe to drink.

A new plant is being constructed to use only lake water and will include additional treatment steps to remove natural organic matter.Lake Öjaren is moderately sized, covering 21 square kilometres with an average depth of 4.66 meters, which means it is a shallow lake. The depth and shape of the lake influence how it responds to wind and weather, which can stir up sediments and affect water clarity. The catchment area of Lake Öjaren consists mainly of forest and moraine but has 5.5% clear-cuts, which contribute to higher turbidity levels in combination with heavy precipitation.

Climate change is expected to bring warmer temperatures and more rain to Sweden, affecting Lake Öjaren’s water quality and availability. Projections indicate that runoff to the lake will increase by about 15%, which is more than the average for the area. Less precipitation will fall as snow, leading to more water flowing into the lake during winter. These changes will likely increase the levels of nutrients and organic matter in the lake, increasing turbidity and calling for an adaptation strategy at the drinking water plant. We tested several machine learning models to predict water turbidity, including ElasticNet Regression, RandomForestRegressor, GradientBoostingRegressor, and XGBoost.

These models helped us understand which factors most affect turbidity. For example, the RandomForestRegressor model performed well, showing that air temperature, wind speed, and rainfall from the past few days were important predictors. The XGBoost model also provided valuable insights, particularly emphasising the impact of rainfall from four days prior. Despite using general meteorological data, our models successfully predicted local conditions in Lake Öjaren, demonstrating their robustness. However, capturing extreme turbidity events remains challenging. High-quality data and advanced techniques are crucial for improving predictive accuracy. Future work should focus on collecting more detailed data and refining models to support effective water management and mitigate climate change impacts on the drinking water production. This ongoing research is vital for ensuring a reliable drinking water supply, even under changing environmental conditions.

In 2013, a screening survey including fish (European perch, Perca fluviatilis) from 20 locations in the Stockholm region of Sweden indicated exceptionally high levels of PCBs (>450 ng ΣPCB7/g ww) in Lake Oxundasjön. An extensive sampling program was launched to define the magnitude and area of impact of PCBs. Moreover, a dynamic mass balance model approach was applied to identify and quantify key transport processes and predict the long-term turnover of PCBs given various remediation scenarios.Based on the dating of sediment profiles, primary emissions of PCBs to Lake Oxundasjön have likely occurred from the end of the 1940s until 1980, reaching the lake via one of its tributaries. Presently, the main source of PCBs is diffusion from the lake sediments. From the lake outlet, >400 g ΣPCB7/yr are transported to LakeMälaren (the third largest lake in Sweden), supplying drinkingwater for parts of the Stockholm area. Remediation actions are necessary to reduce the PCB levels in fish below today's marketing limits and environmental quality standards.

With natural recovery, our results indicate that the PCB levels in non-migratory fish from Lake Oxundasjön will be elevated for decades to come. The mass of PCBs stored in the lake sediments was estimated, and to our knowledge, Lake Oxundasjön is the most heavily PCB contaminated lake in Sweden. The system constitutes a unique opportunity to test and develop a mathematical mass balance model for PCBs, with substantial data acquired from different aquatic matrices. The model presented in the paper is applicable for risk assessments of PCBs, and the results contribute to the general understanding of the transport and turnover dynamics of PCBs in aquatic ecosystems.

A pilot study with the intention of examining how different preparation techniques of salmon and herring affects prevalence of dioxins and PCB has been conducted. For herring, smoking, frying and fermentation (fermented herring is a traditional Swedish dish) is tested. The salmon was prepared by hot-smoking, cold-smoking and curing. No clear results have emerged, but there was an early indication that by smoking herring and curing salmon, levels of dioxin-like compounds can be reduced. Future, more extensive studies are recommended.

For salmon, it was tested how dioxins and PCB distributes between different parts of the fish, and how possible differences are connected to differences in fat content between the parts. Results indicate that levels of dioxin and PCB reduces gradually from the neck-part to the tail-part of the salmon. Also, these changes were shown to be strongly related to changes in fat content between the parts.

To form an idea about how precise measurements of fat content, dioxins and PCB are, duplicated samples of muscle tissue from fish were sent to two independent accredited laboratories for analysis. Results from the lab-comparison enhanced the belief that chemical analyses of dioxins and PCB are connected to measurement error of a non-neglectable size. However, analysis of fat content seems to be related to less measurement error.

Trots att halter av klorerade dioxinlika ämnen (dioxiner, furaner och dioxinlika PCB) gradvis har sjunkit sedan 1970-talet, begränsas fortfarande yrkesfisket i Vänern och Vättern efter feta fiskarter som lax, öring, röding och sik av förhöjda halter av dessa ämnen. Sedan 2015 löper ett kontrollprogram för yrkesfisket av sik i de bägge sjöarna i syfte att klarlägga under vilka förutsättningar det går att bedriva fiske efter sik som tillgodoser kraven på livsmedelssäkerhet. Bland de faktorer som undersöks ingår betydelsen av geografiskt läge för fångstplatsen och om det finns lokala variationer som kan kopplas till förorenade områden. Som ett led i detta och med syfte att belysa vilka halter av dioxinlika ämnen som förekommer i sediment i anslutning till cellulosaindustrier och på andra platser i Vänern och Vättern, hur haltutvecklingen sett ut i ett historiskt perspektiv samt eventuell samvariation mellan halter i fisk och sediment, genomfördes under 2015-2017 undersökningar av dioxinhalter i sediment och fisk från olika delar av Vänern och Vättern.

Sediment insamlades från 10 platser i Vänern och 5 platser i Vättern i augusti 2015. I maj 2017 insamlades ytsediment i en transekt med ökande avstånd från Aspa bruk i norra Vättern. Sik tillhandahölls av yrkesfiskare runt Vänern och Vättern löpande under åren 2015-2017. Samband mellan analyserade halter av dioxiner och furaner (PCDD/F), dioxinlika PCB (dl-PCB) samt indikator-PCBer (ΣPCB7) i sediment och fisk utvärderades genom att studera variation mellan halter i olika delområden för Vänern och Vättern, samt med den multivariata analysmetoden PCA.

Resultaten visade att i de delar av Vänern och Vättern som tidigare varit lokalt belastade av dioxiner och dioxinlika ämnen, har en minskning av belastningen skett. Sedimentprofiler visade alltjämt förhöjda men avsevärt lägre halter i nyligen avsatta ytsediment jämfört mot äldre djupsediment. Generellt var halterna i ytsediment låga i utsjön medan en gradient med högre halter in mot industrirecipienterna i sjöarnas norra delar kunde skönjas.

Sambandsanalys med PCA för kongenmönster av PCDD/F och PCB visade att halterna i sediment från Vänern och Vättern huvudsakligen präglas av högklorerade PCDD/F och lågklorerade PCB medan fördelningen var omvänd i siken, med högre andel av lågklorerade PCDD/F och högklorerade PCB. Det förelåg inga uppenbara samband mellan kongensammansättning av PCDD/F och PCB i fisk och sediment, mest troligt som följd av skillnad mellan olika kongeners affinitet till partiklar samt fiskars förmåga att ta upp och omsätta olika kongener.

Det undersökta provmaterialet av sik visade att halterna i den generellt fetare Vänernsiken i många fall överstiger EU:s gränsvärden för saluföring, medan halterna i den magrare Vätternsiken i princip genomgående klarade gränsvärdena. Att samtidigt halterna i ytsediment är både låga och förhållandevis likartade mellan de två sjöarna, samt att ingen tydlig geografisk gradient av halter i sik från sjöarna kunde urskiljas, är en indikation på att skillnaden i halter i sik mellan de två sjöarna har sin förklaring i fiskens fetthalt, snarare än dess geografiska härkomst och halter i ytsedimenten.

Sammantaget pekar den utförda undersökningen mot att problematiken med förhöjda halter av klororganiska ämnen i fisk är storskaligt spridd till alla delar av sjöarna och inte avgränsad eller mer uttalad i anslutning till lokalt förorenade områden. Detta talar för att den huvudsakliga orsaken bakom dagens situation är storskalig atmosfärisk deposition av luftburna föroreningar snarare än tillförsel från lokalt förorenade sediment.

Halter av många ”klassiska” föroreningar minskar i miljön. Alltjämt förekommer dock förhöjda halter av dioxiner och PCB i feta fiskarter från Östersjön, Vänern och Vättern. I detta projekt har en kartläggning och utvärdering av dioxinlika ämnen i sik, strömming, lax och öring utförts. Fisken har samlats in mellan 2014 och 2019, huvudsakligen av yrkesfiskare under ordinarie verksamhet vilket betyder att uppmäta halter genom analys av cirka 500 fiskprover väl speglar vad de produkter som når svenska konsumenter innehåller.

Resultaten visar på förhållandevis stora variationer mellan olika fångstområden. Exempelvis är halterna av dioxinlika ämnen i sik från Vänern betydligt högre än de som uppmäts i sik från Vättern eller Östersjön. En starkt bidragande faktor till skillnader i halter av dioxinlika ämnen mellan olika områden är skillnader i fetthalt. Ju fetare fisken är desto högre blir föroreningshalterna. En annan faktor som visade sig betydelsefull är så kallad bioackumulation. Ju äldre och större en fisk är desto högre blir föroreningshalterna. Detta samband var mest tydligt i strömming. I lax konstaterades en avtagande trend i halter av dioxinlika ämnen sett över hela undersökningsperioden.

Projektet har utförts inom ramen för IVL:s samfinansierade forskningsprogram med medfinansiering från Svenska Insjöfiskarnas Centralförbund och Norrlands kustfiskare.

Mer eller mindre av en slump upptäcktes osedvanligt höga halter av PCB i fisk från Oxundasjön i Upplands Väsby och Sigtuna kommun, hösten 2013. Detta blev startpunkten för ett omfattande utredningsarbete vid IVL Svenska Miljöinstitutet för att klarlägga omfattning, orsaker, spridning och biologiska effekter av den konstaterade föroreningssituationen. I denna rapport sammanfattas undersökningar som genomförts mellan åren 2013 och 2022. 

Förekomsten av miljöfarliga ämnen i den akvatiska miljön begränsar möjligheterna att utveckla svenskt småskaligt fiske. I ett försök att öka kunskapen om dioxiner och dioxinlika PCB:er i fångsterna i svenskt fiske startades våren 2017 ett nytt projekt (Dioxiner i fet fisk - hot och möjligheter för svenskt småskaligt kust- och insjöfiske). Projektet syftar till att hitta lösningar som på sikt minimerar föroreningsinnehåll i fiskets fångster. Inom projektet har under 2017 ett insamlingsprogram genomförts där man tagit prover från yrkesfiskets fångster i Bottniska viken, Stockholms skärgård, Vänern och Vättern. Halter av klorerade dioxiner och furaner samt PCB:er har analyserats i sik, strömming, lax och öring. Resultaten från projektet har utvidgats med data från tidigare pilotstudier från 2014-2016. De huvudsakliga resultaten från hittills genomförda datainsamlingar är:

Sik – Halter i Vättern och Bottniska viken är förhållandevis låga och ligger i allmänhet långt under EUs gränsvärden för saluföring. I Vänern är halterna generellt sett högre och ofta över gränsvärden för saluföring men det finns också exempel på fångster med låga halter. Halterna beror främst av fetthalten. Vänersik är generellt fetare och har därför högre halt. Det fortsatta arbetet kommer att fokusera på att identifiera vilka sikbestånd i Vänern som har låga halter och hur fisket kan riktas mot dem.

Lax – Det föreligger en variation mellan år. 2016 och 2017 har halterna i lekvandrande lax fångad i Bottniska viken i genomsnitt legat strax under gränsvärdet för saluföring. Även i lax föreligger en korrelation mellan dioxinhalter och fetthalt. Däremot syns inget samband till storlek.

Strömming – Halterna ligger konsekvent under gränsvärdena i Bottenviken och Stockholms skärgård medan halterna ligger över gränsvärdena i södra Bottenhavet.

Öring – Endast ett fåtal individer från Bottniska viken har analyserats. Dessa visar på lägre dioxinhalter och lägre fetthalter.

Eftersom fetthalt var en så betydande faktor för halterna av dioxiner och dioxinlika PCB:er utvärderades möjligheten att använda en handhållen fetthaltsmätare. Fetthaltsmätning kan vara en potentiell metod för att sortera bort de fetaste och mest föroreningsbelastade individerna. Erfarenheterna hittills visar att mätning helst ska ske på färsk fisk och att handhavandet av instrumentet är viktigt. För sik och röding behöver den algoritm som används för att räkna ut fetthalt från vattenhalt vidareutvecklas. Betydelsen av mätosäkerhet har utvärderats, främst för sik där det fanns flest provresultat att tillgå. Mätosäkerheten var relativt konstant vid olika fetthalt och utgjorde en mindre del av den slumpmässiga variationen, ca 20 % av variansen. Att mätosäkerheten utgör en relativt liten del av den slumpmässiga variationen betyder att det bör vara möjligt att få ner variansen genom att analysera samlingsprover från fler individer vilket kan göra det möjligt att detektera mer komplexa samband.

IVL har genom mätningar vid lekplatser och idrottsanläggningar med gjutet gummi påvisat höga halter mikroplast i närbelägna dagvattenbrunnar. Vidare spridning i vattenmiljön har dock ej undersökts. Därtill har nuvarande situation och kunskapsläge i Sverige sammanställts för anläggningar med gjutet gummi, konstgräsplaner och ridanläggningar. Syftet med studien är att öka kunskapen om de olika anläggningstyperna som källa till mikroplast och att ta fram åtgärdsförslag för att minska spridningen av mikroplast till miljön. Projekt har utförts på uppdrag av Naturvårdsverket.

Oil spills, the most frequent environmental incidents in Sweden, have decreased in recent years but still pose risks to drinking water and aquatic ecosystems, with about 600 cases registered annually by the Swedish Fire Protection Association. Yet, detailed information about modern fuels and their environmental and human health impacts remains scarce. Hence, this study focuses on enhancing the understanding of the environmental impact of common fuels.This study collected thirty fuel samples of different types: petrol, diesel, fuel oil, and marine gas oil. A selected number of substances in the fuels and the water-soluble phase were analysed using GC-MS.

A crucial step in the analytical method in this project, since the focus was on the effect on sub-surface aquatic life and drinking water production, was to form a stable water-accommodated fraction (WAF) where non-dissolved fuel elements were separated from the water. Since odour properties were of interest, the mixing was extensive, with limited space allowed for gases, meaning that more volatile organic carbons (VOC:s) would be in solution. The chemical analysis focused on identifying and quantifying 50 substances, including aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, ethers, and esters, plus 17 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH:s) for eight of the samples. These substances were chosen for their significance in interpreting results related to odour and to illustrate the proportion of light and heavy substances in the fuels.Twelve of the thirty fuel samples were selected for odour threshold testing, where a dilution series from the WAF was used to evaluate the intensity of odours at different concentrations. Six samples were chosen for ecotoxicological assessments on crustaceans, algae, and bacteria, offering a comprehensive understanding of the ecotoxicity of the fuel-water mixtures. Four samples were used in tailor-made evaporation experiments to study how volatile fuel components evaporate from the water surface under different temperatures and ethanol concentrations.For odour, three fuels were notably distinguished, namely the fuels containing higher concentrations of ether: 98 Octane petrol and E85 fuel.

While there was significant variability in odour thresholds among different panel members, the concentration of MTBE (Methyl Tertiary-Butyl Ether) in the fuel-water mixtures was generally identified as a precise predictor of odour. Conversely, the lack of ether in diesel fuels made them significantly less prone to cause odour in the WAF.Generally, petrol-specific substances dissolve more readily in water than those in diesel, which only marginally ended up in the water-accommodated fraction. However, ethanol in petrol and RME (rapeseed methyl ester) in diesel favoured the dissolution of hydrocarbons into water. For ether, which is of utmost importance for odour, a strong correlation was observed between the concentration of ether in water and its content in the fuel. Therefore, it is possible to predict the ether concentration in the WAF solely from ether concentration in the fuel, meaning that ethanol did not significantly increase ether solubility.In the case of a fuel spill into surface water, volatile substances like ether or toluene evaporate into the air, reducing the water concentration. The experimental conditions in this study do not reflect actual real-world conditions. The evaporation experiments showed that the evaporation of ether can be predicted based on the WAF ether concentration, water temperature, and ethanol content. It was found that cold water (5 °C) conditions reduce the evaporation rate of ether to almost negligible levels.The ecotoxicological tests showed reproduction inhibitions in crustaceans across all fuel samples. However, the inhibiting effect from HVO (hydrogenated vegetable oil) was only marginally greater than that of the control. Fuel oil and some petrol fuels had detrimental effects on the algae growth, while diesel did not.

The decrease of luminescence of bacteria, an indicator of toxicity, exhibited a similar trend; petrol fuels inhibited luminescence more than diesel. None of the fuels disturbed activated sludge to the extent that respiration was inhibited at toxic levels. This shows that an active sludge is more robust than single organisms, probably due to the diverse bacteria flora.For a drinking water producer, fuels containing water-soluble ethers, such as E85 and 98 Octane petrol, are the most prominent risk. If a spill occurs in the drinking water supply, the production disturbance likelihood depends on the dilution prerequisites below the odour threshold of 1.5-4 µg/L. The study also shows that modern diesel has become an issue of marginal concern for surface water-based raw water sources due to very low solubility and regulations that have reduced the amounts of toxic substances in the products.For freshwater ecosystems, water-soluble petrol-associated substances and hydrophobic toxic substances in fuel oil or EU diesel have the most severe effects during a spill. However, MK1 and HVO diesel only marginally affected the test organisms compared to the control, which represents unaffected organisms.

Användningen av läkemedel och olika kemikalier är utbredd i samhället. Att kommunala reningsverk bidrar med utsläpp av dessa till vattenmiljön är väl känt. Kunskapen om vilka eventuella effekter detta leder till för akvatiska organismer i reningsverkens recipienter är däremot knapphändig. Denna rapport syftar till att öka kunskapsläget om sådana effekter. Biologiska tester på avloppsvatten och undersökningar av miljösituationen i recipienten har genomförts i anslutning till Rimbo reningsverk i Norrtälje kommun. 

I takt med att utsläppskontrollen vid Sveriges industrier blivit allt bättre och utsläppen successivt minskat har intresset för historiska utsläpp och hur de eventuellt påverkar den omgivande miljön ökat. I detta projekt har en metod utvecklats att över tid kunna följa upp och övervaka miljötillståndet i vattenområden utanför skogsindustrier där det tidigare avsatts fibersediment och därtill associerade föroreningar.

Genom att mäta halter av olika föroreningar i fisk i transekter ut från föroreningskällorna går det att bedöma graden av miljöpåverkan och hur stort påverkansområdet är. Om undersökningarna upprepas med vissa intervall går det även att bedöma om påverkan ökar eller minskar över tid. Genom att undersöka olika biomarkörer i fisken går det också att bedöma om det föreligger någon påverkan på fiskens hälsotillstånd och fortplantningsförmåga. Eftersom det finns många områden med förorenade sediment men begränsat med samhälleliga resurser för åtgärder bör den föreslagna undersökningsstrategin bli ett värdefullt verktyg för att kunna rangordna och prioritera mellan områden så att åtgärder genomföras där de gör mest nytta.

Projektet har pågått mellan 2018 och 2020 och innefattat fältundersökningar och analyser av vildlevande fisk från ett tiotal skogsindustrirecipienter. Det har utförts inom ramen för IVL:s samfinansierade forskningsprogram med medfinansiering från Stiftelsen Skogsindustriernas Vatten- och Luftvårdsforskning.

En metodik för fiskundersökningar vid pappers-och massaindustrier testades även utan för ett metallsmältverk, Rönnskärsverken. Till metoden gjordes två tillägg. Det ena, att undersöka även något äldre fisk än vad som gjordes vid skogsindustrierna. Detta för att bättre kunna utvärdera reproduktionsförmågan. Det andra tillägget, att undersöka polybromerade flamskyddsmedel (PBDE), i och med att metallhaltigt elektronikskrot som kan innehålla PBDE återvinns vid Rönnskärsverken.

Metoden, med de två tilläggen, fungerade väl. Bedömningen av fiskens hälsostatus kunde göras, även för reproduktionsförmågan, på tillräckligt stora stickprov. Utvärderingen av de persistenta organiska föreningarna (dioxiner, PCB, Hexaklorbensen, DDT och PBDE) visade på tydliga föroreningsgradienter, med generellt avklingande halter nedströms recipienten och i referensområdena. Därmed framkom att metodiken kan användas för att bilda en uppfattning om storleken av ett eventuellt påverkansområde.

Utvärderingen av hälsostatus visade inte på nedsatt hälsotillstånd i fisken fångad vid recipientlokalerna. Däremot var halten av kvicksilver, bly och de organiska föreningar som undersöktes högre i fisken från recipientlokalerna jämfört med den från referenslokalerna.

Frågan om hur fiberrika sediment utanför pappers- och massaindustrier ska hanteras har varit fokus för mycket forskning det senaste decenniet. I syfte att bilda sig en uppfattning om fibersedimentens påverkan på omgivande ekologi har flertalet fiskundersökningar genomförts i IVLs regi sedan 2017. Under 2021 genomfördes sådana undersökningar vid fyra industrier längs norrlandskusten med en något modifierad metod, även inkluderande insamling av fisk av större storlek samt även vid två referensområden i stället för ett. Huvudtemat i denna rapport är hur de förändringarna fallit ut, men även andra aspekter, däribland tidstrender gällande fiskhälsa och föroreringshalter i fisk redovisas. Resultaten var positiva, eftersom de genomförda förändringarna bidrog till att tydligare och mer nyanserade tolkningar av resultaten kunde göras.