Testing av jordforberedelser for stabilisering av tungmetaller i jord

Abstract

Flere tonn metaller og metalloider som kobber (Cu), bly (Pb) og antimon (Sb) fra ammunisjon deponeres årlig i norske skytefelt. Metallene som deponeres vil, i tillegg til mekanisk slitasje, korrodere når de utsettes for vær og vind, og overvåkningsstudier har vist at metallene kan lekke ut i avrenningsbekker og andre resipienter. For å redusere utlekking av metaller fra for eksempel skytevoller kan man tilsette stabiliseringsmidler til jorda. Stabiliseringsmidlene vil bidra til at metallene blir mindre mobile gjennom utfellingsreaksjoner, økt sorpsjon eller blir innkapslet i mikroporer. I dette studiet har vi testet ut fire forskjellige jordstabiliseringsmidler som er blandet inn i fire forskjellige jordtyper hentet fra skytevoller fra Rena, Evjemoen, Ulven og Sessvollmoen. Stabiliseringsmidlene som ble benyttet var hydroksyapatitt (HA), finmalt olivin, elementært jern(Fe)-pulver og et jernoksidprodukt med navn Merox. Midlene ble blandet inn i en mengde av 3% på vektbasis. Jorda ble satt på kolonner (~75 liter) og regelmessig tilført, på forhånd innsamlet, filtrert regnvann (~3l/gang) gjennom en dyseanordning. Vannet som gikk gjennom kolonnene ble samlet opp i flasker ved hjelp av en vakuumpumpe og analysert for Cu, Sb og Pb. Konsentrasjonene av Cu og Pb i utlekkingsvannet fra referansekolonnen var relativt lave noe som viser at disse elementene er relativt lite mobile i jord. Utlekkingen av Sb derimot var svært høy og viser at dette elementet er svært mobilt og løser seg lett ut under disse forholdene. Av stabiliseringsmidlene var HA effektivt til å stabilisere Pb og Cu, men bidro til en ytterligere mobilisering av Sb. Finmalt olivin viste ingen stabiliserende effekt. Tvert imot bidro olivinet til å øke utlekkingen av Sb og i noen tilfeller også Pb og Cu. Jernproduktene viste seg mest effektive til å redusere utlekkingen av Sb og elementært Fe-pulver var mest effektiv med over 90 % reduksjon i utlekkingen i forhold til referansejorda. Med noen unntak, reduserte jern også utlekkingen av de andre elementene. Kort oppsummert viste forsøket at HA kan være effektive i å redusere Cu og Pb-utlekking, men vil kunne mobilisere utlekking av Sb. Det anbefales derfor ikke brukt som stabiliseringsmiddel. Hydroksyapatitt og fosfattilsetting kan bidra til gjødseleffekter. Jernprodukter kan være effektive i å redusere utlekking av Sb og det anbefales å teste ut storskala innblanding av elementært jernpulver. Finmalt olivin viste seg lite effektivt i dette studiet. Med bakgrunn i at det finnes andre stabiliseringsmidler som viste seg mye mer effektive anbefales det ikke å prøve ut produktet i storskala.

Each year large amount of metals and metalloids, such as copper (Cu), lead (Pb) and antimony (Sb), is deposited in shooting ranges. The ammunition residues may leach into the soil and surrounding watercourses and may pose a threat to exposed wildlife and humans. Most of the metals are deposited in the berms, which can be regarded as the main sources for environmental spread. To inhibit leakage from the berms one can add agents to the polluted soil that can stabilize the metals. Here, we have mixed four different soil stabilizing agents into four different ammunition polluted soils from different shooting ranges. The soil was put into large columns and exposed regularly for simulated precipitation. Beforehand, rain water was collected and filtered through 0.45 µm filter. The four different soil stabilizing agents were hydroxyapatite, fine grained olivine, elemental iron (Fe) - powder and Merox iron oxide. The agents were mixed with an amount of 3% on a weight basis. Water, percolating the columns was collected with a vacuum pump. The results showed high concentrations of Sb in the leachate from the reference columns, whereas the concentrations of Cu and Pb were moderate indicating that these metals are relatively immobile. The addition of stabilizing agents gave different results. According to previous studies, hydroxyapatite reduced leakage of Cu and Pb, whereas leakage of Sb was increased. Fine grained olivine did not reduce leakage of neither of the elements. On the contrary, increased leakage was often observed, especially leakage of Sb. The iron based agents generally reduced leakage of all the elements, but elemental Fe performed best, especially on Sb with more than 90% reduction in the percolating water compared to the reference columns. In conclusion, hydroxyapatite may be suitable to reduce leakage of Cu and Pb, but is not suited for Sb. HA may also contribute to eutrophication. Iron based products can be effective and we recommend testing elemental Fe on a larger scale.