Forurensning, prøvetaking og avrenning av metaller på Steinsjøen skyte- og øvingsfelt – uttesting og evaluering av metoder

Abstract

På Forsvarets skyte- og øvingsfelt (SØF) ligger det tungmetaller fra brukt ammunisjon som kan være skadelig for dyr, planter og biota i området. Forurensningen kan også lekke ut i vann og spre seg. Når det skal vurderes tiltak mot spredning av forurensing, er det derfor viktig å kartlegge forurensing og avrenning godt. Vi har utført forsøk på Steinsjøen SØF for å teste etablerte metoder for kartlegging og overvåking av metaller på SØF og avrenningen av disse. Spørsmålene og problemstillingene vi belyste i dette arbeidet, var: Hvilke metoder bør brukes for å kartlegge forurensning i jord, hvordan påvirker jordkjemien utlekking av metaller, hvor godt adsorberes metaller i ren jord og filtermedier, hvordan er avrenningsmønsteret gjennom skytefelt, og hvilken vannprøvetakings-metodikk og -preparering bør brukes for mest representativt resultat? Vi sammenliknet kjerneprøvetaking ved hjelp av gravemaskin og jordbor, og i tillegg brukte vi XRF-målinger for å kartlegge forurensingen i jorden på en skytebane. Vi sammenliknet også XRF-analysen med flerinkrementell prøvetaking (multi incremental sampling– MIS) og ICP-MS-analyse på et mindre område (5 x 5 m). Vi kartla avrenningsmønsteret av metaller gjennom den samme skytebanen og sammenliknet med forurensningsmønsteret vi fant med XRF. Jordprøve-ne ble analysert for kobber, bly, antimon, sink, kationbyttekapasitet, kornstørrelsesfordeling, pH og totalt organisk karbon. Vi så på utlekkings- og sorpsjonspotensialet av metaller i jorden og sammenliknet med jordens fysiske og kjemiske egenskaper. For vannprøvetaking sammenliknet vi stikkprøver, ISCO-prøvetakere, Sorbicell og DGT. Vi gjorde forsøk for å se på hvordan lagring av vannprøver i felt påvirket metallkonsentrasjonen, og om syrekonservering hadde innvirkning på metallkonsentrasjonen i de lagrede prøvene. Vi sammenliknet filtrering av prøver (mindre enn 0,45 μm) i felt med filtrering i laboratorium etter et par dager. Metallkonsentrasjonen ble analysert og sammenliknet i totaloppsluttede, filtrerte og ubehandlede vannprøver. Jordbor viste seg å være en enklere og bedre måte å innhente dybdeprøver på enn gravemaskin. XRF kan benyttes til å kartlegge forurensede områder, men for å bestemme metallkonsentrasjon i jord på et område, bør prøvene fortsatt sendes til et laboratorium. Jordens fysiske og kjemiske egenskaper kan si noe om dens potensial for utlekking, men den beste metoden er utlekkingstester. Ren jord fra Steinsjøen bandt kobber og bly godt, og infiltrasjon i rene masser kan redusere utlekking fra skytefelt. Avrenning av metaller fra Steinsjøen SØF varierte mye gjennom sesongen, og derfor er det ikke nok å innhente noen få stikkprøver for å overvåke eller kartlegge utlekkingen fra skytebaner. I ISCO-prøvetakere, som samler en prøve over en gitt periode, tydet resultatene på at noe metall kan felle ut. Derfor vil Sorbicell, eventuelt sammen med DGT, være gode metoder for å overvåke forurensning over en periode. Det bør tas flere prøver gjennom sesongen for å fange opp sesongvariasjon. Det var liten forskjell i metallkonsentrasjonen målt i prøver filtrert i felt og i laboratoriet noen dager senere. Filtrering i felt ser derfor ikke ut til å være nødvendig. Lagring av prøver hadde innvirkning på metallkonsentrasjonen. I konserverte prøver holdt blykonsentrasjonen seg stabil, men blykonsentrasjonen minket i ukonserverte prøver. For kobber og sink holdt konsentrasjonen seg stabil i ukonserverte prøver, mens konsentrasjonen økte i konserverte prøver.

The Norwegian Armed Forces’ shooting and training ranges (SØF) contain heavy metals from spent ammunition. These can be harmful to animals, plants, and biota in the area. The pollution can also leak into water. It is important to map pollution and runoff sufficiently when evaluating measures against the spread of pollution. To test methods for mapping and monitoring metals and their runoffs on firing ranges, we designed experiments that we carried out on Steinsjøen SØF. The work described in this report highlights issues and questions such as: Which methods should be used for mapping contami-nation in soil, how does soil chemistry affect the leaching of metals, how well are metals ad-sorbed in clean soil and filter media, what is the runoff pattern through firing ranges, and which water sampling methodology and preparation should be used for the most representative result? Using an excavator and soil auger, we compared core sampling and tested XRF analysis as a method for mapping metal contamination on a shooting range. We also compared our XRF analysis with ‘multi incremental sampling’ (MIS) and ICP-MS analysis on a smaller area (5x5 m). We measured the leaching pattern of metals through the shooting range and compared it to the metal contamination pattern found with the XRF. Our soil samples were analysed, looking for copper, lead, antimony, zinc, cation exchange capacity, grain size distribution, pH and total organic carbon. To investigate the leaching and sorption potential of metals in the soil compared with the soil’s physical and chemical attributes, we carried out leaching and sorption tests. We also tested sampling methodology and preparation of water samples and compared single samples, ISCO samples, Sorbicell, and DGT. We tested how the storage of water samples in the field affected the metal concentration and whether acid preservation had any effect. Filtration of samples (<0.45 μm) in the field were compared with filtration in a laboratory after a few days. Metal concentration was analysed and compared in total digested, filtered, and untreated water samples. Soil auger turned out to be a simpler and more efficient way to collect core samples than exca-vations. XRF can be used to map contaminated areas, but to determine metal concentration in soil in an area, samples should still be sent to the laboratory. The soil’s physical and chemical attributes can give us information about its potential for leaching, but the best method is leaching tests. Uncontaminated soil from Steinsjøen adsorbed copper and lead well, which means that infiltration through clean soil can reduce leakage from firing ranges. Runoff of metals from Steinsjøen SØF varied a lot throughout the season, which means that multiple samples should be collected to monitor or map the leakage from shooting ranges. In ISCO samplers (automated sampler), some metals may precipitate. Therefore, Sorbicell together with DGT will be suitable for monitoring pollution over a period. There was little difference in metal concen-tration measured in samples filtered in the field compared to laboratory filtering a few days later. Therefore, filtration in the field does not seem to be necessary. The storage of samples influ-enced their metal concentration. In acid-preserved samples, the lead concentration remained stable, but in unpreserved samples, it decreased. For copper and zinc, the concentration remained stable in unpreserved samples, while it increased in preserved samples.