Testing av filtermedier for rensing av tungmetaller i avrenningsvann fra skytebaner - feltforsøk på Terningmoen skytefelt

Abstract

Overvåkningsstudier har vist utlekking av tungmetaller, som kobber (Cu) og bly (Pb), samt metalloidet antimon (Sb) fra skytebaner ut i avrenningsbekker. Dette kan føre til skadelige effekter på dyr og planter som blir eksponert. FFI har gjennom flere år testet ut forskjellige metoder og adsorbenter for å rense avrenningsvann for skadelige metaller. Forsøk på Steinsjøen skyte- og øvingsfelt viste at to typer adsorbenter, brent beinmel fra Brimac og granulert jernhydroksid fra Kemira, kunne egne seg som filtermedier. For å teste disse adsorbentene med en annen vannkvalitet ble det i 2011 og 2012 gjennomført nye forsøk på Terningmoen skyte- og øvingsfelt. For å øke selektiviteten til filtermediene ble disse adsorbentene også testes i såkalte sekvenser. Det vil si at vannet ble renset gjennom to forskjellige blandinger av beinmelet og jernhydroksiden. I tillegg til Brimac og Kemira, ble også renseeffekten til et jernoksidslagg fra Lindum avfallsdeponier og et filtermedie av olivinsand iblandet 5% jerngranulat testet. I den sistnevnte blandingen var jerngranulatet oksidert sammen med olivinen på forhånd. Som på Steinsjøen var både Brimac og Kemira gode adsorbenter for Cu, Sb og Pb. Beinmelet var bedre enn jernhydroksiden for Cu, og jernhydroksiden var bedre enn beinmelet for Sb. For å øke selektiviteten og renseeffektiviteten til filteret ble Kemira og Brimac blandet i to forskjellige sekvenser. Sekvens-A der vannet passerte jernhydroksiden først og beinmelet sist. Sekvens-B der vannet passerte beinmelet først og jernhydroksiden sist. Sekvens-B hadde den beste renseeffekten for Cu. Det har vært en særlig utfordring å rense vannet for Cu til under myndighetenes akseptkriterie på 3μg/L. Vi oppnådde dette med Brimac beinmel i 2011 og med sekvens-B i 2012 der vannet passerte beinmelet først og jernhydroksiden sist. Rangeringen av adsorbentenes evne til å adsorbere Cu for forsøket i 2012 var sekvens-B > Brimac > sekvens-A >>Kemira. Rangeringen av adsorbentenes evne til å adsorbere Sb for forsøket i 2012 var sekvens-B = sekvens-A = Kemira > Brimac. Alle adsorbentene var tilnærmet like gode til å fange opp Pb. Med unntak av jernoksidslagget vi fikk levert av Lindum avfallsdeponier, renset samtlige av adsorbentene til under myndighetenes akseptkriteri på 7,2 μg/L Pb. Gode resultater ble også oppnådd med olivingrus tilsatt jerngranulat. Vi tror derfor at blandingen av to forskjellige adsorbenter, slik som sekvens-B, kan være en god løsning i fremtidige storskalaanlegg. Filter tilsatt jerngranulat kan også bli et effektivt filter, men her kreves videre utvikling for å finne optimal jernmengde og metode for tillaging. Selv om våre forsøk pågår i drøyt en måned er det fortsatt et ubesvart spørsmål hvor lang levetid disse filtrene har og hva man skal gjøre med filtrene når de må skiftes ut. Et filter bør ideelt sett ha noen års levetid og det bør kunne deponeres som vanlig avfall. Filtrene vi testet syntes å ha best kapasitet for Pb og dårligst for Sb. Hvis det er stor lekkasje av metaller fra brukte filter må det kanskje behandles som farlig avfall hvilket kan øke totalkostnadene i et prosjekt. Det bør derfor gjøres lekkasjetester på brukte filtre for å se om de adsorberte metaller er stabilt bundet til filteret.

Metals and metalloids from ammunition residues at small arms shooting ranges leach into the soil and surrounding environment and may pose a threat to exposed wildlife and humans. To reduce the potential impact of heavy metal on the environment it was performed a field study with different sorbents in order to reduce the metal concentration in drainage water from a shooting range. The experiments were performed at Terningmoen small arms shooting range in autumn 2011 and summer 2012. The different sorbents were tested in situ for their ability to reduce the concentration of copper (Cu), antimony (Sb) and lead (Pb). The sorbents tested were: thermally treated charcoal from Brimac, olivine mixed with elemental iron powder, iron hydroxide from Kemira and an iron oxide tailing from mining. The mean sorption of Cu, Sb and Pb in the 2012 experiment was 85%, 65%, and 88% with Brimac charcoal and 60%, 85% and 92% with Kemira iron hydroxide respectively. Good sorption of Cu, Sb and Pb was also achieved using olivine with 5% elemental Fe powder, which resulted in a sorption of 50%, 74% and 86% respectively. The iron oxide from mine tailing had only minor capacity for metal sorption. By combining Brimac charcoal and Kemira iron hydroxide in a sequence it was achieved an even better sorption. The sequence of which the water percolated the charcoal first and the iron hydroxide last gave the best result, with a mean sorption of Cu, Sb and Pb of 89%, 90% and 93% respectively. For large scale experiments or in filter devices we recommend use of thermally treated charcoal and granulated iron hydroxide with similar with similar properties as tested in this experiment as reactive adsorbents. Issues to be answered are lifetime of the filter, how to handle used filter as waste and the significance of the filtrate pH and leakage of potential nutrients from the filter on aquatic flora and fauna.