Lead Particle Size and its Association with Firing Conditions and Range Maintenance: Implications for Treatment

Συσχέτιση του Μεγέθους Σωµατιδίων Μολύβδου µε Τοπικές και Λειτουργικές Συνθήκες σε Πεδία Βολής Lead Particle Size and its Association with Firing Conditions and Range Maintenance: Implications for Treatment ΕΡΜΑΤΑΣ,. ΧΡΥΣΟΧΟΟΥ, M. Γεν. ιευθυντής Ι.Α.Α.ΜΑ.Θ. Α.Α.Ε., Φο. ι.σ.α. Περιφέρειας Α.Μ.Θ. Επ. Καθηγητής, Πανεπιστήµιο του Connecticut ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Εδάφη από έξι πεδία βολής µελετήθηκαν στην παρούσα εργασία. Η κοκκοµετρική διαβάθµιση και η συγκέντρωση του µόλυβδου (Pb) µελετήθηκαν στα εδάφη από τους προστατευτικούς αναβαθµούς. Το µέγεθος των σωµατιδίων του Pb επηρεάζεται από τον τύπο του εδάφους του αναβαθµού και τoν τύπο των πυροµαχικών. Η χηµεία του εδάφους, η απόσταση βολής και οι τεχνικές συντήρησης επηρεάζουν εξίσου την κοκκοµετρική διαβάθµιση του Pb. Χονδρόκοκκα σωµατίδια Pb παρέχουν ευκολότερη συντήρηση και απορρύπανση του εδάφους µε φυσικές µεθόδους. Λεπτόκοκκα σωµατίδια Pb απελευθερώνουν ευκολότερα το Pb και απαιτούν µεθόδους σταθεροποίησης / στερεοποίησης για την επεξεργασία του εδάφους. ABSTRACT : Six firing range soils were analyzed, representing different environments, firing conditions, and maintenance practices. The particle size distribution and lead (Pb) concentration in each soil fraction were determined for samples obtained from the backstop berms. Factors that influence Pb fragment size were the type of soil used to construct the berms and the type of weapon fired. Soil chemistry, firing distance and maintenance practices also affect the Pb particle size distribution. Coarse Pb particles provide easier and more cost-effective maintenance, soil clean-up, and remediation via physical separation. Fine Pb particles release Pb more easily, pose an airborne Pb hazard, and require the application of stabilization/solidification treatment methods. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το έδαφος από πεδία βολής είναι ο δεύτερος πιο σηµαντικός παράγοντας επιβάρυνσης µολύβδου στο περιβάλλον καθώς ο µόλυβδος χρησιµοποιείται στα πυροµαχικά λόγω των φυσικών του ιδιοτήτων (USGS, 2002). Η τοξικότητα του µολύβδου είναι διαπιστωµένη σε τέτοιο βαθµό, ώστε το έδαφος από πεδία βολής επιβαρυµένα από µόλυβδο να θεωρείται επικίνδυνο για τη δηµόσια υγεία και το περιβάλλον. Υπάρχουν πολλές εναλλακτικές για την επεξεργασία επιβαρηµένων µε µόλυβδο εδαφών, όπως ο µηχανικός (φυσικός) διαχωρισµός, η χηµική έκπλυση και η σταθεροποίηση / στερεοποίηση (S/S) µε το µηχανικό διαχωρισµό να είναι ο πιο οικονοµικός. Συνολικά, η συγκέντρωση του µόλυβδου και κυρίως η εκπλυσιµότητα και η απελευθέρωσή του, θεωρούνται ως οι παράγοντες κλειδί στην απόφαση της επιλογής της µεθόδου επεξεργασίας σε επιβαρυµένα από µόλυβδο πεδία βολής. Παρ όλ αυτά, υπάρχει ένα µεγάλο εύρος τόσο τιµών σε συγκεντρώσεις µόλυβδου όσο και σε ρυθµούς απελευθέρωσής του που αναφέρονται στη βιβλιογραφία (Scheinhost, 2004) και οι συµβατικές παράµετροι του εδάφους δεν µπορούν να δικαιολογήσουν πλήρως τις µεγάλες διακυµάνσεις (λ.χ. τέσσερις τάξεις µεγέθους) στις αναφερόµενες τιµές φθοράς µόλυβδου σε εδαφικό περιβάλλον. Ενώ οι Dermatas et al. (2004a, 2004b, 2006a, 2006b) δίνουν µία συνολική προοπτική των µηχανισµών που είναι υπεύθυνοι για τις µεγάλες διακυµάνσεις των τιµών απελευθέρωσης µόλυβδου, θα ήταν δύσκολο να συνδεθεί το περιβαλλοντικό ενδιαφέρον που σχετίζεται µε την αποδέσµευση µόλυβδου χωρίς να ληφθεί υπ 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 1

όψη το µέγεθος των σωµατιδίων του µόλυβδου. Η εργασία αυτή εστιάζει στο ρόλο του µεγέθους των σωµατιδίων του µόλυβδου και της σχέσης τους µε συγκεκριµένα κοκκοµετρικά κλάσµατα, ως παράγοντες που µπορούν να επηρεάσουν την επιθυµητή µέθοδο επεξεργασίας. Τα αδρά σωµατίδια του µόλυβδου µπορούν να αφαιρεθούν από εδάφη πεδίων βολής, µε τη χρήση κοινών µεθόδων κοσκίνησης ή µε τεχνικές έκπλυσης εδάφους που βασίζονται στη βαρύτητα. Σε γενικές γραµµές, τα αδρόκοκκα εδάφη είναι κατάλληλα για επεξεργασία µε εξαγωγή, όπως η πλύση εδάφους, ενώ τα λεπτόκοκκα εδάφη µπορούν µόνο να επεξεργαστούν µε τεχνικές σταθεροποίησης / στερεοποίησης (USEPA, 2001). Το πλεονέκτηµα των µεθόδων εξαγωγής σε σύγκριση µε τις µεθόδους σταθεροποίησης / στερεοποίησης είναι ότι ο µόλυβδος µπορεί να ανακτηθεί στη µεταλλική του µορφή και µετά να ανακυκλωθεί και ότι το καθαρό πλέον έδαφος µπορεί να ξαναχρησιµοποιηθεί. Το µέγεθος των σωµατιδίων του µόλυβδου είναι o παράγοντας που προσδιορίζει ποιος τύπος επεξεργασίας µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε πεδία βολής. Με τη σειρά του, το µέγεθος των σωµατιδίων του µόλυβδου στα πεδία βολής εξαρτάται από µια πληθώρα παραγόντων, όπως οι τεχνικές συντήρησης του πεδίου, ο τύπος των πυροµαχικών που χρησιµοποιούνται και ο τύπος του εδάφους που χρησιµοποιείται για την κατασκευή των προστατευτικών αναβαθµών. Η επιρροή αυτών των παραγόντων στο µέγεθος των σωµατιδίων του µόλυβδου µελετήθηκε σε εδάφη από έξι πεδία βολής που βρίσκονται στην California και το New Jersey των ΗΠΑ, που αντιπροσωπεύουν µια ποικιλία των προαναφερθεισών συνθηκών. 2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ Τα δείγµατα εδάφους λήφθηκαν εντός της ζώνης διείσδυσης των βολίδων από την επιφάνεια και το εσωτερικό των αναβαθµών σε έξι διαφορετικά πεδία βολής. Το πεδίο 5 (Π5) και το Goldstone (FIGS) βρίσκονται στην έρηµο Mojave της California. Το Π5 είναι ένα ενεργό πεδίο και έχει ένα συνεχόµενο αναβαθµό µήκους περίπου 128 µ τοποθετηµένο περί τα 3 µ πίσω από τη θέση των στόχων. Ο αναβαθµός κατασκευάστηκε από καθαρή άµµο της περιοχής. Το πεδίο Π5 χρησιµοποιείται για όπλα µικρού βεληνεκούς έως 25 µ και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του έχει δεχτεί µεγάλη ποικιλία πυροµαχικών, συµπεριλαµβανοµένων αυτών του Μ 16, των 9 mm και των 0,45 ι- ντσών. Το πεδίο FIGS είναι εγκαταλελειµµένο από το 1972 και αποτελείται από γηγενές έδαφος. Το πεδίο FIGS έχει µια διάταξη τριγωνικών αναβαθµών που κατασκευάστηκαν µε τη χρήση εδάφους από τις παρυφές των αναβαθ- µών. Το FIGS χρησιµοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του 2 ου παγκοσµίου πολέµου αλλά και πιο πρόσφατα. Τα υπόλοιπα τέσσερα πεδία βολής είναι ενεργά πεδία που βρίσκονται στο New Jersey των ΗΠΑ. Η τεχνολογική εγκατάσταση Armaments (ATF) και το πεδίο Marine Range (PAMR) είναι εγκαταστάσεις εσωτερικού χώρου που βρίσκονται στο Dover του New Jersey. Το πεδίο ATF διαθέτει µια εγκατάσταση 100µ και µια των 300 µ, οι οποίες βρίσκονται η µία δίπλα στην άλλη. Το έδαφος από το πεδίο ATF υποβλήθηκε σε σηµαντικό θρυµµατισµό καθώς δε διαθέτει τη σκληρότητα και την αντοχή που είναι απαραίτητη στην εκτενή χρήση του πεδίου και στη χρήση πυροµαχικών υψηλής ταχύτητας και µεγάλης διατρητικής ι- κανότητας. Η κάτω του αναµενόµενου απόδοση του εδάφους οφείλεται στη φυσική ορυκτολογία του που είναι πηγή υλικών όπως τα θαλάσσια όστρακα, ο µαρµαρυγίας και άλλα προϊόντα διάβρωσης του γρανίτη, τα οποία όλα είναι ευαίσθητα στο θρυµµατισµό από την ε- παναλαµβανόµενη χρήση πυροµαχικών. Προκειµένου να µη ληφθεί υπόψη η σκόνη που δηµιουργείται από το θρυµµατισµό του εδάφους, το πεδίο ψεκαζόταν µε νερό. Το PAMR είναι εγκατάσταση εσωτερικού χώρου και η διαµόρφωση του πεδίου βολής είναι διαφορετική από τα άλλα πεδία. Αντί των αναβαθµών πίσω από τους στόχους, υπάρχει ένας εκτροπέας που σταµατά τα βλήµατα. Ο εκτροπέας είναι τοποθετηµένος µε κλίση 45 ο προς το έ- δαφος όπου υπάρχει µια κλίνη άµµου βάθους 8 ιντσών που αποτελείται από χονδρόκοκκα υλικά κυρίως από ορυκτά δολοµίτη και ανθρακικού ασβεστίου. Τα βλήµατα χτυπούν στον εκτροπέα και συγκεντρώνονται στην κλίνη άµ- µου που βρίσκεται από κάτω. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα την παρουσία µεγάλων συγκεντρώσεων µετάλλου κάτω από τον εκτροπέα. Τα δύο τελευταία πεδία, R15 και R26, βρίσκονται στο Fort Dix, NJ και είναι πεδία εξωτερικού χώρου. Το R15 είναι το παλαιότερο και έχει συνεχόµενο προστατευτικό αναβαθµό µήκους 600µ. Τυφέκια χαµηλής ταχύτητας είναι αυτά που χρησιµοποιούνται κυρίως στο R15. Το R26 έχει προστατευτικό αναβαθµό µήκους 140 µ. Όλα τα δείγµατα λήφθηκαν από εκείνες τις τοποθεσίες που φαινόταν πιο επιβαρηµένες στο κάθε πεδίο βολής. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 2

Πίνακας 1. Κοκκοµετρική κατανοµή ως ποσοστό του υγρού βάρους δειγµάτων εδάφους Table 1. Grain size distribution as percentage of the wet weight of soil samples Τα παρακάτω δείγµατα εδάφους αναλύθηκαν από το κάθε πεδίο βολής: 1. R5: Τρία δείγµατα λήφθηκαν από την µπροστινή πλευρά του αναβαθµού σε τρεις παράλληλες θέσεις (R5S1-R5S3). ύο δείγµατα λήφθηκαν σε βάθος 1µ από τον αναβαθµό (R5S4 και R5S5). 2. FIGS: Ένα δείγµα λήφθηκε από την µπροστινή πλευρά των αναβαθµών Β3 και Β7 και ένα από βάθος 1-1,5 µ από δύο διαφορετικούς αναβαθµούς (B3S1, B3S2, B7S1, B7S2). 3. ATF: Ένα δείγµα λήφθηκε από το µέτωπο του αναβαθµού στο πεδίο των 100µ (ATF-100) και ένα από το µέτωπο του αναβαθµού των 300µ (ATF-300) 4. PAMR: Τέσσερα δείγµατα λήφθηκαν από τρεις διαφορετικές θέσεις µεσαίου ύψους από τον αναβαθµό: το MRFP1 από βάθος 4εκ από την επιφάνεια, το MRFP1A λήφθηκε 10 εκ κάτω από το MRFP1, ενώ τα MRFP2 και MRFP3 λήφθηκαν από βάθος 12 εκ από την επιφάνεια. 5. R15: ύο δείγµατα (R15S1, R15S2) λήφθηκαν από µέσο ύψος, σε βάθος 4 εκ από την επιφάνεια του αναβαθµού, ενώ το δείγµα (R15S3) λήφθηκε σε βάθος 25 εκ κάτω από το δείγµα R15S2. 6. R26: ύο δείγµατα (R26S2 και R26S4) λήφθηκαν από βάθος 0-6 εκ από την επιφάνεια του αναβαθµού από δύο διαφορετικές θέσεις. Η κοκκοµετρική διαβάθµιση κάθε δείγµατος προσδιορίστηκε µε τη µέθοδο C136-96 της ASTM (ASTM, 2000). Για κάθε δείγµα λήφθηκε αντιπροσωπευτική ποσότητα ~2 kg και χωρίστηκε στα ακόλουθα κλάσµατα: 2-4,75 mm (χονδρόκοκκη άµµος), 0,425 2 mm (µεσαία άµµος), 0,075-0,425 mm (λεπτή άµµος) και <0,075 mm (λεπτόκοκκη ιλύς). Στην περίπτωση που υπήρχαν θραύσµατα πυροµαχικών >4,75 mm, αυτά αποµονώθηκαν και µελετήθηκαν για µόλυβδο. Ο συνολικός µόλυβδος προσδιορίστηκε σε κάθε κλάσµα µε όξινη χώνευση (USEPA µέθοδος 3010Β, 1995) και µε την τεχνική οπτικής φασµατοσκοπίας εκπο- µπής επαγωγικού πλάσµατος (USEPA µέθοδος 6010Β, 1996). Τυφλά δείγµατα, επαναλήψεις και πιστοποιηµένο υλικό (NIST 2170) χρησιµοποιήθηκαν σε κάθε ανάλυση για τη διασφάλιση του ελέγχου ποιότητας. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1 Κοκκοµετρική ιαβάθµιση Τα αποτελέσµατα των αναλύσεων της κοκκο- µετρικής διαβάθµισης των δειγµάτων από τα 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 3

έξι πεδία βολής παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται για τα κλάσµατα που αναφέρθηκαν, όπου ο συνολικός µόλυβδος είναι διαθέσιµος. Πίνακας 2. Ολικός Pb σε mg/kg ξηρού εδάφους σε κάθε κλάσµα των δειγµάτων Table 2. Total Pb in mg/kg dry soil in each soil fraction Όλα τα δείγµατα από το πεδίο R5 παρουσίασαν παρόµοια κοκκοµετρική διαβάθµιση. Το έδαφος χαρακτηρίζεται ως ιλυοαµµώδες, λόγω της παρουσίας λεπτόκοκκων σε ποσοστό ~ 10% w/w. Τα δείγµατα του πεδίου FIGS ήταν παρόµοια εντός του ίδιου αναβαθµού, ενώ οι δύο αναβαθµοί παρουσίασαν διαφορές στην κοκκοµετρική διαβάθµιση. Ο αναβαθµός 3 αποτελούνταν κυρίως από λεπτή χαλαζιακή άµµο (~40%) µε σηµαντικές ποσότητες ιλύος και αργίλου (~40%), ενώ ο αναβαθµός 7 αποτελούνταν από ιλύ και άργιλο σε ποσοστό έως 90% w/w. Ορυκτολογικές αναλύσεις πραγµατοποιήθηκαν στο έδαφος από τον αναβαθµό Β7, στα πλαίσια µιας άλλης µελέτης, και έδειξαν ότι αποτελείται κυρίως από καλιούχο ά- στριο και µαρµαρυγία µαζί µε κάποιους καολίνες και µοντµοριλονίτες (Dermatas et al., 2006b). Τα δείγµατα του πεδίου ATF, των 100µ και των 300µ, αποτελούνταν από λεπτόκοκκη άµµο. Κερουσίτης (PbCO 3 ) προσδιορίστηκε επίσης στο κλάσµα της λεπτόκοκκης ι- λύος στα εδάφη του πεδίου ATF (Dermatas et al., 2006b). Το έδαφος PAMR αποτελείται κυρίως από σωµατίδια µεσαίας άµµου, µε µια µικρή ποσότητα λεπτής άµµου και µια σηµαντική ποσότητα χονδρόκοκκης άµµου. Η ορυκτολογική ανάλυση του εδάφους του PAMR έδειξε ότι αποτελείται κυρίως από ανθρακικό ασβέστιο και δολοµίτη, ενώ µεταλλικός Pb προσδιορίστηκε στο κλάσµα που είναι <4,75 mm µε την ορυκτολογική ανάλυση µε περίθλαση ακτίνων Χ (X-Ray Powder Diffraction) (Dermatas et al., 2006b). Τα εδάφη από τα πεδία R15 και R26 αποτελούνται κυρίως από µεσαία και λεπτή άµµο, αντίστοιχα. 3.2 Συγκεντρώσεις Ολικού Pb Τα αποτελέσµατα του ολικού Pb (mg/kg ξηρού εδάφους) σε κάθε κλάσµα εδάφους από τα 20 δείγµατα παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Η συγκέντρωση στο µεγαλύτερο µέρος του εδάφους προσδιορίστηκε από το µέσο όρο των συγκεντρώσεων κάθε κλάσµατος εδάφους. Οι ακόλουθες παρατηρήσεις προκύπτουν από τον πίνακα 2 για κάθε έδαφος: 1. Πεδίο Βολής R5: είγµατα από την επιφάνεια του αναβαθµού παρουσίασαν συγκεντρώσεις σε όλα τα κλάσµατα που υπερέβαιναν το όριο της California για Pb (1,000 mg/kg) µε αποτέλεσµα και η συγκέντρωση στο µεγαλύτερο µέρος του εδάφους να υπερβαίνει το όριο καθιστώντας τον καθαρισµό και την απορρύπανση απαραίτητη. Τα δείγµατα που λήφθηκαν από το εσωτερικό του αναβαθµού είχαν χαµηλές συγκεντρώσεις δείχνοντας ότι το βάθος διείσδυσης των πυροµαχικών ήταν περιορισµένο (<1µ). Ο µικρός βαθµός διείσδυσης των πυροµαχικών, και κατ επέκταση του Pb, παρατηρείται λόγω της χρήσης γωνιώδους άµµου για την κατασκευή του αναβαθµού. Ως αποτέλεσµα, το έδαφος επηρεάστηκε σε µικρό βαθµό στο εσωτερικό του αναβαθµού. Παρ όλ αυτά, η γύρω περιοχή του αναβαθµού ήταν σηµαντικά επιβαρηµένη οδηγώντας σε µεγάλη διασπορά της ρύπανσης από Pb. 2. Πεδίο Βολής FIGS: Η παρουσία µεγάλων µεταλλικών θραυσµάτων στην επιφάνεια του αναβαθµού και στη γύρω περιοχή ήταν έντονη. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 4

Η παρουσία µεγάλων ποσοτήτων αργίλου στο έδαφος του αναβαθµού έδρασε ως µαξιλάρι που περιόρισε τόσο τη διείσδυση των πυρο- µαχικών όσο και τη θραύση. Η µικρή συχνότητα χρήσης πυροµαχικών υψηλής ταχύτητας συνέβαλε επίσης στην περιορισµένη θραύση των πυροµαχικών που παρατηρήθηκε. Η χα- µηλή ποσόστωση µεσαίας διαβάθµισης άµµου και σωµατιδίων Pb (0,425-4,75 mm, Πίνακα 1) είναι χαρακτηριστική. Οι συγκεντρώσεις Pb στο έδαφος του αναβαθµού ήταν για το λόγο αυτό χαµηλές, παρά την παρατεταµένη χρήση του πεδίου FIGS, σε σύγκριση µε το πεδίο R5. Οι συγκεντρώσεις Pb, παρ όλ αυτά, ήταν αυξη- µένες στο λεπτό κλάσµα των εξωτερικών δειγ- µάτων, καθιστώντας την αποµάκρυνση και την απορρύπανση του εξωτερικού στρώµατος του αναβαθµού απαραίτητη. Επιπλέον, η σχετικά αυξηµένη ποσότητα λεπτόκοκκης άµµου στα εδάφη του πεδίου FIGS θα µπορούσε να υποδείξει τη µέθοδο αδρανοποίησης - απορρύπανσης. Το δείγµα εδάφους που λήφθηκε από το εσωτερικό του αναβαθµού 3 περιείχε υψηλές συγκεντρώσεις Pb, Το δείγµα από το εσωτερικό του αναβαθµού 7 έδωσε χαµηλές συγκεντρώσεις Pb, δείχνοντας ότι η άργιλος είναι προτιµητέα στην κατασκευή αναβαθµών σε πεδία βολής. 3. Πεδίο βολής ATF: Τα εδάφη από το πεδίο παρουσίασαν τις υψηλότερες συγκεντρώσεις Pb στο εύρος των 2-9,5 mm, που υποδεικνύει ότι µεγάλα θραύσµατα των πυροµαχικών είναι παρόντα στο έδαφος. Παρ όλ αυτά, αυξηµένες συγκεντρώσεις Pb παρατηρήθηκαν και στο κλάσµα της αργίλου, ως αποτέλεσµα τόσο του θρυµµατισµού του εδάφους, όσο και της χρήσης νερού για την κατακάθιση της σκόνης. Η πιο πρόσφατη µέθοδος συντήρησης, που χρησιµοποιείται στα πεδία βολής εσωτερικού χώρου, ευνοεί τη δηµιουργία κερουσίτη (PbCO 3 ), µέσω αντιδράσεων ανθρακοποίησης. Οι συγκεντρώσεις που προσδιορίστηκαν στα δείγµατα από το πεδίο ATF ήταν σηµαντικά υψηλότερες από εκείνες στην περιοχή της California. Παρ όλ αυτά, ο καθαρισµός του εδάφους και η απορρύπανσή του κρίνεται επιτακτική. Το όριο καθαρισµού του NJ για το Pb είναι 400 mg/kg, που είναι ακόµα µικρότερο από το όριο της California, κάνοντας την α- πορρύπανση του εδάφους ακόµα πιο δύσκολη. 4. Πεδίο βολής PAMR: Ο µηχανισµός δηµιουργίας του κερουσίτη ήταν µάλλον ο λόγος για τις υψηλές συγκεντρώσεις Pb στο κλάσµα της αργίλου στα εδάφη από το πεδίο βολής PAMR, οι οποίες ενισχύθηκαν από τη σηµαντική παρουσία ανθρακικών ως καλσίτης και δολοµίτης. Μεγάλα θραύσµατα µεταλλικού Pb παρατηρήθηκαν επίσης στο έδαφος του πεδίου βολής PAMR. Η παρουσία του εκτροπέα µπορεί επίσης να συνδεθεί µε τη συγκέντρωση του Pb µόνο στον αναβαθµό και όχι σε θραύσµατα που είναι διασκορπισµένα στη γύρω περιοχή. 5. Πεδίο Βολής R15: Μεγάλα µεταλλικά θραύσµατα επίσης παρατηρήθηκαν στο έδαφος του πεδίου βολής R15 µαζί µε αυξηµένες συγκεντρώσεις στο κλάσµα της αργίλου. Οι συγκεντρώσεις στο µεσαίο κλάσµα της άµµου και στο λεπτό κλάσµα ήταν, από την άλλη πλευρά, σηµαντικά χαµηλότερες, υποδεικνύοντας έναν σχετικά χαµηλό θρυµµατισµό των πυροµαχικών και έναν σηµαντικό βαθµό διάβρωσης των θραυσµάτων του Pb. 6. Πεδίο Βολής R26: Oι τιµές των συγκεντρώσεων του Pb στα εδάφη του πεδίου R26 ήταν όµοιες µε αυτές του πεδίου R15, παρ όλ αυτά, µε µικρότερες διαφορές. Το κλάσµα της χονδρόκοκκης άµµου και το κλάσµα της αργίλου παρουσίασαν της υψηλότερες τιµές Pb και η µεσαία και η λεπτή άµµος τις χαµηλότερες. Συνολικά, οι αναλύσεις έδειξαν ότι η επιβάρυνση σε Pb ήταν έντονη σε όλα τα πεδία βολής καθιστώντας τη λήψη απαραίτητων µέτρων για τη συντήρηση των πεδίων βολής ση- µαντική. Η ανάλυση εσωτερικών δειγµάτων από δύο πεδία βολής (R5 και FIGS) έδειξε ότι η διείσδυση ήταν περιορισµένη, και για το λόγο αυτό ο καθαρισµός του εδάφους µπορεί να περιοριστεί στα επιφανειακά στρώµατα των αναβαθµών αυτών. Ο βαθµός της διείσδυσης του Pb στον αναβαθµό εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως ο τύπος του εδάφους που χρησιµοποιείται, η απόσταση και η ταχύτητα των πυροµαχικών και ο βαθµός διάβρωσης των πυροµαχικών. Τα Σχήµατα 1 έως 6 παρουσιάζουν την κατανοµή του Pb στα διάφορα κλάσµατα του εδάφους, ως ποσοστό του συνολικού Pb που υπάρχει στα δείγµατα των πεδίων βολής R5, FGIS, ATF, PAMR, R15 και R26, αντίστοιχα. 3.3 Πεδίο Βολής 5 Το 40 µε 45% της συνολικής ποσότητας του Pb περιεχόταν στο µεσαίο κλάσµα της άµµου (0,425-2mm) από τα τρία δείγµατα του πεδίου R5 (Σχήµα 1) από την έξω µεριά του αναβαθ- µού. Η λεπτή άµµος επίσης συνέβαλε κατά ~ 30%, ενώ το χαλίκι και το κλάσµα της αργίλου συνέβαλαν κατά 20%. Η επίπτωση της κατανοµής του Pb στα εξωτερικά δείγµατα του πε- 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 5

δίου R5 είναι ότι ο φυσικός διαχωρισµός των θραυσµάτων του Pb (>2mm) δεν µπορεί να οδηγήσει σε σηµαντική µείωση της ρύπανσης από Pb στον αναβαθµό. Η γωνιώδης άµµος που χρησιµοποιήθηκε για την κατασκευή του αναβαθµού, παράλληλα µε τη χρήση πυροµαχικών υψηλής ταχύτητας οδήγησε σε σηµαντικό θρυµµατισµό των βολίδων. Η απουσία κάποιου κυρίαρχου κλάσµατος στο έδαφος και η όµοια κατανοµή των συγκεντρώσεων του Pb σε όλα τα κλάσµατα, δηλώνει ότι ο διαχωρισµός ενός κλάσµατος δεν θα οδηγήσει σε ση- µαντική µείωση της ολικής ρύπανσης. Εκτός από ένα αρχικό κοσκίνισµα που θα µπορούσε να αφαιρέσει το διάσπαρτο και µεγάλο µεταλλικό κλάσµα του Pb, η τεχνική απορρύπανσης του εδάφους θα πρέπει να λάβει υπόψη της το µεγαλύτερο µέρος του εδάφους του πεδίου βολής R5. Όµως, όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα αυτό θα µπορούσε να εφαρµοστεί µόνο στο επιφανειακό έδαφος του αναβαθµού. Η εκτεταµένη ανάκλαση που παρατηρήθηκε, µπορεί επίσης να σηµαίνει ότι το έδαφος από τον περίγυρο του αναβαθµού απαιτεί αφαίρεση και απορρύπανση. Σχήµα 1. Κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου βολής R5 Figure 1. Lead distribution in R5 samples 3.4 Πεδίο Βολής FIGS Το έδαφος του πεδίου παρουσιάζει µια καθαρή συσσώρευση µεγάλων σωµατιδίων Pb στα κλάσµατα >4.75 mm (Σχήµα 2). Πάνω από το 50% του συνολικού Pb βρίσκεται στο χονδρόκοκκο κλάσµα στο δείγµα B7S1 και >70% στο δείγµα B3S2, τα οποία είναι δείγµατα από την επιφάνεια των αναβαθµών. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι το κοσκίνισµα θα αφαιρούσε το µεγαλύτερο µέρος της ρύπανσης από το έδαφος του πεδίου βολής FIGS. Τα επιφανειακά στρώµατα του εδάφους θα πρέπει να α- πορρυπανθούν λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων που καταγράφηκαν. Η παρουσία µεγάλων ποσοτήτων αργίλου οδηγεί σε σταθεροποίηση/στερεοποίηση, που επικεντρώνεται στην αδρανοποίηση του Pb και φαίνεται να είναι η πιο αποτελεσµατική και οικονοµική µέθοδος για την απορρύπανση του εδάφους. Σχήµα 2. Κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου βολής FIGS Figure 2. Lead distribution in FIGS samples 3.5 Πεδίο Βολής ATF Και τα δύο εδάφη από το πεδίο βολής παρουσιάζουν συγκέντρωση Pb στο χονδρόκοκκο και στο κλάσµα της αργίλου (Σχήµα 3). Σχήµα 3. Κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου βολής ATF Figure 3. Lead distribution in ATF samples 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 6

Το χαµηλής ποιότητας υλικό του αναβαθµού, η χρήση ψεκασµού µε νερό και τα πυροµαχικά µεγάλης ταχύτητας οδήγησαν σε µεγάλο θρυµµατισµό του υλικού και στη δηµιουργία κερουσίτη και υδροκερουσίτη, που συσσωρεύτηκαν στο λεπτόκοκκο κλάσµα. Η απόσταση βολής επίσης παίζει ρόλο σχετικά µε τη συσσώρευση συγκεντρώσεων του Pb στο κλάσµα της αργίλου του εδάφους των 100µ (ATF 100) σε σχέση µε το έδαφος των 300µ (ATF 300). Σχήµα 4. Κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου βολής PAMR Figure 4. Lead distribution in PAMR samples συνολικό Pb του εδάφους. Η συντήρηση του πεδίου για το λόγο αυτό µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε κοσκίνισµα. Η έγκαιρη αφαίρεση των µεγάλων θραυσµάτων θα περιόριζε τη διάβρωση των εναποµεινουσών βολίδων και θα απέτρεπε την ανάγκη για απορρύπανση. 3.7 Πεδίο Βολής R15 Η κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου είναι πολύ ευνοϊκή για φυσικό καθαρισµό του εδάφους, καθώς πρακτικά το 90% της συνολικής ποσότητας του Pb συσσωρεύεται στα χονδρόκοκκα κλάσµατα του εδάφους. Το φαινόµενο αυτό οφείλεται στη χρήση όπλων κυρίως χαµηλής ταχύτητας. Το κοσκίνισµα θα ήταν ικανή να καθαρίσει το µεγαλύτερο όγκο του εδάφους. Το φαινόµενο της διάλυσης θα µείωνε τη συνολική συγκέντρωση του Pb σε τέτοιο βαθµό ώστε να είναι κάτω από το όριο των 400 mg/kg (New Jersey), ενώ ο διαχωρισµός των σωµατιδίων της αργίλου ενδεχοµένως να είναι απαραίτητος προκειµένου να επιτευχθεί ο στόχος αυτός. 3.8 Πεδίο Βολής R26 Το πεδίο βολής R26 παρουσιάζει µια συσσώρευση Pb στο µεσαίο και το λεπτόκοκκο κλάσµα του εδάφους. Η χρήση διαφόρων τύπων όπλων, συµπεριλαµβανοµένων υψηλής ταχύτητας τυφεκίων, οδηγεί στο θρυµµατισµό και τη διάβρωση των βολίδων σε τέτοιο βαθµό ώστε να παρουσιάζεται συσσώρευση Pb στα λεπτόκοκκα κλάσµατα. Η απορρύπανση του εδάφους στο πεδίο δεν µπορεί να γίνει µόνο µε φυσικές µεθόδους διαχωρισµού αλλά κρίνεται απαραίτητη η σταθεροποίηση / στερεοποίηση. Σχήµα 5. Κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου βολής R15 Figure 5. Lead distribution in R15 samples 3.6 Πεδίο Βολής PAMR Τα εδάφη αυτού του πεδίου βολής παρουσιάζουν µεγάλη συνεισφορά του χονδρόκοκκου κλάσµατος στο συνολικό Pb (Σχήµα 4). Η παρουσία µεγάλων µεταλλικών θραυσµάτων ο- φείλεται στην παρουσία ανακλαστήρα. Το κλάσµα της αργίλου παρουσίασε υψηλές τιµές σε Pb αλλά η µικρή ποσότητα των λεπτόκοκκων σωµατιδίων οδηγεί σε µικρή συνεισφορά στο Σχήµα 6. Κατανοµή του Pb στα δείγµατα του πεδίου βολής R26 Figure 6. Lead distribution in R26 samples 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 7

4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν σε 6 πεδία βολής έδειξαν πως οι ακόλουθοι παράγοντες επηρεάζουν το µέγεθος των σωµατιδίων του Pb: Η κοκκοµετρική διαβάθµιση στο έδαφος του αναβαθµού: Η άργιλος ευνοεί το θρυµµατισµό των βολίδων και διατηρεί τα θραύσµατα του Pb στα χονδρόκοκκα κλάσµατα. Η χρήση γωνιώδους άµµου στην κατασκευή του αναβαθµού οδηγεί σε: α) σηµαντική αύξηση των ανακλάσεων των βληµάτων και β) εκτεταµένο θρυµ- µατισµό των βληµάτων σε µεγάλη κλίµακα. Ο τύπος των όπλων: Η χρήση µικρής ταχύτητας πιστολιών οδηγεί σε µικρό θρυµµατισµό των βληµάτων και συσσώρευση του Pb κυρίως στο χονδρόκοκκο κλάσµα. Αντίθετα η χρήση όπλων µεγάλης ταχύτητας οδηγεί σε θρυµµατισµό των βληµάτων µεγαλώνοντας την επιφάνεια που ρυπαίνεται και συσσωρεύει το Pb στα λεπτόκοκκα κλάσµατα. Η απόσταση βολής: Μεγαλύτερες απόστάσεις βολής οδηγούν σε χαµηλές ταχύτητες κατά τη σύγκρουση και συνεπώς σε µικρότερο θρυµµατισµό των βληµάτων. Η συντήρηση του πεδίου: Η συχνότητα συντήρησης του πεδίου βολής είναι σηµαντική για τη διάβρωση των βληµάτων πριν την αποµάκρυνσή τους. Η διάβρωση προκαλεί συσσώρευση Pb στα λεπτόκοκκα κλάσµατα του εδάφους. Η χρήση σπρέι νερού για τη µείωση της σκόνης προωθεί τη διάβρωση των βληµάτων. Η χρήση ανακλαστήρων πριν τη σύγκρουση µε το έδαφος του αναβαθµού µειώνει το βαθµό θρυµµατισµού των βληµάτων. Η χηµεία του εδάφους του αναβαθµού: Η παρουσία µεγάλων ποσοτήτων ανθρακούχων ορυκτών (ανθρακικού ασβεστίου και δολοµίτη) ευνοεί το σχηµατισµό ανθρακικού Pb που συσσωρεύεται στο λεπτόκοκκο κλάσµα. Αλκαλικά εδάφη ευνοούν το σχηµατισµό οξειδίων του Pb. Συνολικά η κατανοµή των σωµατιδίων του Pb στο έδαφος του αναβαθµού παίζει σηµαντικό ρόλο στην επιλογή της βέλτιστης µεθόδου απορρύπανσης. Χονδρόκοκκα θραύσµατα πυροµαχικών µπορούν εύκολα να αφαιρεθούν µε κοσκίνισµα. Το χονδρόκοκκο και το µεσαίο κλάσµα µπορούν να επεξεργαστούν µε µεθόδους φυσικού διαχωρισµού. Αντίθετα, για τα ρυπασµένα µε Pb λεπτόκοκκα κλάσµατα του εδάφους η σταθεροποίηση/στερεοποίηση είναι η µόνη βιώσιµη µέθοδος για την αδρανοποίηση του Pb. Η συσσώρευση του Pb σε ένα κλάσµα του εδάφους βοηθά την απορρύπανση, καθώς το κοσκίνισµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την αποµόνωση του ρυπασµένου κλάσµατος και να µειώσει τον όγκο του εδάφους που πρέπει να επεξεργαστεί. Αντίθετα, ο κατακερµατισµός του Pb σε πολλά κλάσµατα αυξάνει το κόστος της απορρύπανσης. Για να εξασφαλιστεί η βιώσιµη λειτουργία ενός πεδίου βολής, τα θραύσµατα του Pb που συγκεντρώνονται στο έδαφος του αναβαθµού πρέπει να είναι όσο το δυνατόν µεγαλύτερα. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ASTM (2000), Annual book of ASTM Standards, soil and rock (Vol. 4.08). American Society for Testing and Materials. Dermatas, D., Menounou, N., Dutko, P., Dadachov, M., Arienti, P., Tsaneva, V. (2004a), Lead and copper contamination in small arms firing ranges. Global Nest: (Environmental Science and Technology): The International Journal, 6(2), 143 150. Dermatas, D., Dadachov, M., Dutko, P., Menounou, N., Arienti, P., Shen, G. (2004b), Weathering of lead in Fort Irwin firing range soils. Global Nest: The International Journal, 6(2), 171 179. Dermatas, D., Menounou, N., Dadachov, M., Dutko, P., Shen, G., Xu, X., Tsaneva, V. (2006a), Lead leachability in firing range soils. Journal of Environmental Engineering Science, 23(1), 86 99. Dermatas, D., Shen, G., Chrysochoou, M., Grubb, D. G., Dutko, P. (2006b), Pb speciation versus TCLP release in army firing range soils. Journal of Hazardous Materials, 136(1), 34 46. USEPA (2001), Guide for conducting treatability studies under CERCLA. US Environmental Protection Agency, EPA/540/2 91/020B. USEPA (1995), SW-846, Method 3050B, acid digestion of sediments, sludges, and soils. Washington, DC: USEPA. USEPA (1996), SW-846, Method 6010B, inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Washington, DC: USEPA USGS (2002), Lead in December 2001, Mineral industry survey, US Geological Survey, Minerals Information Publications Services, 984 National Center, Reston, Virginia. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 8