Testing av filtermedier for rensing av tungmetaller i avrenningsvann fra skytebaner : feltforsøk ved Steinsjøen skytefelt

Abstract

Overvåkningsstudier har vist utlekking av tungmetaller, som kobber (Cu) og bly (Pb), samt metalloidet antimon (Sb) fra skytebaner ut i avrenningsbekker. På Steinsjøen skytefelt i Hurdal er det målt til dels høye konsentrasjoner av disse elementene i både vann og bekker som drenerer fra skytebaner. Dette kan føre til skadelige effekter på dyr og planter som blir eksponert. For å teste ut metoder for å rense avrenningsvann for skadelige metaller ble det satt opp et feltlaboratorium for uttesting av filtermedium på Steinsjøen skytefelt på Hurdal. Testene ble utført sommeren og høsten 2008, 2009 og 2010 i tilknytning til Larsmyrbekken som blir tilført vann fra tre skytebaner og som er sterkt forurenset. Sommeren 2009 ble det målt en gjennomsnittlig konsentrasjon av Cu, Sb og Pb på henholdsvis 46 µg/l, 8,9 µg/l og 22 µg/l. Det ble testet ut 11 forskjellige varianter filtermedium: A) Brimac brent beinmel; brimac beinmel blandet med B) mineralet olivin eller C) jernoksiddekket olivin (Ioco); olivin blandet med D) 2,5 % elementært jernpulver, E) 5 % elementært jernpulver, F) 2,5 % elementært jernpulver som var oksidert inn i olivinen på forhånd, G) 5 % hydroksyapatitt; H) magnetitt; I) Kemira jernhydroksid ; J) standard olivingranulat fra Sibelco; og K) jerngranulat fra Sibelco. Av disse filtrene var det brimac beinmel og Kemira jernhydroksid som samlet hadde den beste renseeffektiviteten med en gjennomsnittlig renseeffektivitet på henholdsvis 84 %, 66 %, 85 % og 58 %, 78 % og 69 % for Cu, Sb and Pb. Renseeffektiviteten til olivin tilsatt Fe-pulver var avhengig av mengden Fe tilsatt. Olivin tilsatt 5 % Fe viste god renseeffektivitet for Cu og Pb med henholdsvis 81 % and 87 % rensing. Disse filtrene var mindre effektive for Sb, men man kan sannsynligvis forbedre renseeffekten ved å øke mengden jern. Et problem med å tilsette elementært jern er at jernet ekspanderer når det oksiderer og filteret kan gå tett. Jernet bør derfor oksideres inn på forhånd. Magnetitt og olivin tilsatt hydroksyapatitt hadde liten eller ingen effekt i dette forsøket. I perioder med mye nedbør økte konsentrasjonen av metaller i bekken og samtidig så det ut som om renseeffektiviteten til filtrene økte. Økt renseeffekt i slike perioder kan skyldes at metallspesiene i bekken forandrer seg slik at reaktiviteten til elementene øker, og/eller at andelen partikulært bundet metall øker slik at det lettere holdes tilbake i filteret. Kort oppsummert så foreslår vi at man tester ut to av filtrene, for eksempel brimac og kemira, i større skala. For å øke selektiviteten til filtrene foreslås å kombinere filtrene i sekvens. Spørsmål som bør besvares er levetiden til filtrene, hvordan behandle filtre som avfall etter bruk og hvordan pH i filtratet, og eventuelle næringssalter fra filtrene, påvirker dyre- og plantelivet i bekken.

Metals and metalloids from ammunition residues at small arms shooting ranges leach into the soil and surrounding watercourses and may pose a threat to exposed wildlife and humans. To reduce the potential impact of heavy metal on environment it was performed a field study with different filter media in order to reduce the metal concentration in seepage water drained from a shooting range. The tests were performed during summer and fall, 2008, 2009 and 2010 at a heavy metal polluted creek, Larsmyrbekken, at Steinsjøen shooting area. In summer 2009 mean concentrations of Cu, Sb and Pb were 46µg/l, 8.9µg/l and 22µg/l respectively. The aim of the work was to study reduction in concentration of Pb, Cu and Sb in water filtrated trough columns filled with filter media. Eleven different filter media were tested in a field laboratory. The different filter media were: A) brimac charcoal; brimac charcoal with; B) the mineral olivine or C) iron oxide coated olivine (Ioco); olivine mixed with D) 2.5% elemental iron powder, E) 5% elemental iron powder, F) 2.5% elemental iron powder of which the iron was oxidized into the olivine beforehand, G) 5% hydroxyapatite; H) magnetite; I) Kemira iron hydroxide; J) standard olivine granulate from Sibelco; and K) iron granulate from Sibelco. For all three metals brimac charcoal and kemira iron hydroxide had the best overall cleaning efficiency with a mean filtration efficiency of 84%, 66%, 85% and 58%, 78% and 69% for Cu, Sb and Pb respectively. Filtration efficiency of olivine added Fe-powder was dependent on the amount of Fe added. Olivine with 5% elemental Fepowder showed good filtration efficiency for Cu and Pb, with 81% and 87% reduction respectively. The Fe-olivine filters were less efficient in reducing the Sb-concentration, but it appeared that by increasing the Fe-content one can achieve better results also for Sb. Fe, however, expands during oxidation making the filter compact, which is followed by reduced flow rate. The Fe should therefore be oxidized into the filter beforehand. In periods with high precipitation the filtration efficiency for Pb and Cu appeared to be better compared to dry periods. In these periods the concentration of the elements in the creek increased. This is probably due to the change in Pb and Cu species making the elements more reactive or an increased amount of particular or colloidal bound elements. Briefly, we recommend performing tests with brimac charcoal and/or one of the iron based filters on large scale. To increase the selectivity of the filter one should consider combining the two. 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.