Utlekking av metaller fra sprengsteinslam fra ikke-syredannende bergarter

Abstract

Anleggsvann fra tunnelprosjekt kan ha avrenning med høye konsentrasjoner av partikler. Det har de siste årene vært økende fokus på utlekking av metaller fra syredannende bergarter til anleggsvann. Det er kjent at det er mer utlekking fra syredannende enn ikke syredannende bergarter, men det har vært mindre søkelys på utlekking av metaller i anleggsvann i områder med bergarter som ikke kategoriseres som syredannende bergarter.

I dette mastergradsprosjektet ble det gjennomført en utlekkingstest på sprengsteinslam fra forskjellige områder med ulik berggrunn som ikke kategoriseres som syredannende. Utlekkingstest ble brukt til å se på utlekkingspotensialet til metaller fra sprengsteinslam, og om type bergart, størrelsene på partiklene i slammet og pH i utlekkingsvæsken ville påvirke utlekkingen. Dette kan gi informasjon om hvilke tiltak som burde gjøres før man slipper ut slike partikler fra anleggsrenseanlegg.

Det var hentet inn tunnelslam fra tre forskjellige tunnelanlegg i Norge, Åseral, Stryn og Verket. Prosjektet Åseral hadde hovedbergart hornblende granitt og i noen områder biotitt granitt. Prosjektet Stryn hadde bergart kvartsmonzonitt som i noen områder var omdannet til øyegneis. Prosjektet Verket hadde hovedbergart gneis med mindre områder av amfibolitt, metagabbro og metadoleritt.

Utlekkingstesten ble gjennomført etter standarden Norsk Standards NS-EN 12457-2 “Karakterisering av avfall - Utlekking - Samsvarsprøving for utlekking av granulært avfallsmateriale og slam - Del 2: Ettrinnspartiprøving ved et væske/faststofforhold på 10 l/kg med partikkelstørrelse under 4 mm (med eller uten størrelsesreduksjon)”. De tre tunellslamprøvene ble siktet til tre forskjellige partikkelstørrelsesfraksjoner (0-20 µm, 20-63 µm og 63-200 µm). En parallell for hver størrelsesfraksjon og bergart ble pH-justert til en stabil pH på 6,5, den andre parallellen ble ikke pH-justert og hadde høye pH-verdier (pH 7,9-11,9). Deretter ble prøvene satt på et ristebord i et kjølerom på 4oC. Uttak av væsken ble gjort med sprøytefilter dag 1, 3, 8, 15, 22, 29, 36 og 57 av forsøket, og utlekkingsprøvene ble analysert på en Agilent 8900 ICP-MS.

Grunnstoffene som ble analysert var Litium (Li), Beryllium (Be), Bor (B), Natrium (Na), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Fosfor (P), Svovel (S). Kalium (K), Scandium (Sc), Titan (Ti), Vanadium (V), Krom (Cr), Mangan (Mn), Jern (Fe), Kobolt (Co), Nikkel (Ni), Kobber (Cu), Sink (Zn), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Arsen (As), Selen (Se), Rubidium (Rb), Strontium (Sr), Yttrium (Y), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Molybden (Mo), Sølv (Ag), Kadmium (Cd), Tinn (Sn), Antimon (Sb), Tellur (Te), Cesium (Cs), Barium (Ba), Lantan (La), Cerium (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb), Lutetium (Lu), Hafnium (Hf), Tantal (Ta), Wolfram (W), Thallium (Tl), Bly (Pb), Vismut (Bi), Thorium (Th), Uran (U), Kalsium (Ca) og Kvikksølv (Hg). pH ble også målt ved hvert uttak.

pH-målingene viste stor forskjell i pH-verdier mellom bergartene. Prosjektet Stryn hadde lavere pH-verdier gjennom hele forsøket enn de to andre prosjektene, som hadde relativt like pH-verdier. Utlekkingskonsentrasjonene av basekationene viste at prosjektene Åseral og Verket hadde høyere konsentrasjoner av basekationer enn prosjektet Stryn. I tillegg hadde Stryn høyere konsentrasjoner av S, som kunne tyde på mer forvitring av svovelmineraler. Begge disse faktorene påvirket pH-verdiene til Stryn til å ha lavere pH-nivå enn Åseral og Verket.

Utlekkingstesten viste at det var utlekking av metaller fra alle de tre bergartene. Alle grunnstoffene som ble målt hadde noe utlekking, med unntak av Hg, som hadde alle konsentrasjoner under LOD. Ag, Zn, P, Ge, B og Cd hadde for få konsentrasjoner over LOD til å bli tatt med videre i analyser. Utlekkingskonsentrasjonene var vesentlig lavere enn det som er kategorisk for syredannende bergarter, men med sammenligning opp mot Miljødirektoratets veileder M-608 var flere av konsentrasjonene over skadelig nivå.

Prosjektet Stryn (kvartsmonzonitt) hadde høyest konsentrasjoner av flest metaller. Stryn hadde også lavest pH og høyest svovelutlekking, som er to parametere som sterkt påvirker metallutlekking. For metallene, som har en grenseverdi i Miljødirektoratets veileder M-608, hadde prosjektet Åseral (hornblende granitt) høyest gjennomsnittlig konsentrasjon for As og nikkel, og Verket (gneis) høyest gjennomsnittlig konsentrasjoner for Pb, Cu, Cr.

For de tre partikkelstørrelsesfraksjonene hadde prosjektet Åseral (hornblende granitt) og Verket (gneis) gjennomsnittlig høyest konsentrasjoner i fraksjonen 0-20 µm, som er fraksjonen med størst spesifikk overflate. Stryn hadde gjennomsnittlig høyest konsentrasjoner i fraksjonen 63-200 µm, men alle fraksjonene var imidlertid små, og hadde stor spesifikk overflate.

Resultatene for de to pH-parallellen (pH-juster og ikke pH-justert) viste at alle grunnstoffene som ble analysert, med unntak av Ga og Pb, hadde høyest gjennomsnittlige utlekkingskonsentrasjoner i parallellen som var pH-justert ned til 6,5 i starten av prosjektet. pH har stor påvirkning på utlekking av metaller. Den pH-justerte parallellen hadde lavere pH gjennom hele forsøket. Dette er også den parallellen som hadde pH nærmest feltsenarioet, norske elver og innsjøer, samtidig som anleggsvann har krav til at utslippsvannet skal være rundt pH 6-9. pH-parallellen som er pH-justert viser derfor en mer reel utlekkingskonsentrasjon.