Nitrat, Sulfat, Uran – ist das Grundwasser in Gefahr?...Veranlassung Nitrat im...

Nitrat, Sulfat, Uran –

ist das Grundwasser

Arbeitsgruppe Uran LUNG Vortrag: Dr. Beate Schwerdtfeger

Regionalberatung, Februar 2015

ist das Grundwasser

in Gefahr?

VeranlassungNitrat im Oberflächengewässer

Nitrat ist eine chemische Verbindung, die sowohl mit festen als auch mit gelösten Komponenten im

NO3-

Regionalberatung, Februar 2015 2

Nge

st/a

Wie sind Grundwasserleiter aufgebaut?

Komponenten im Grundwasserleiter reagiert.

Güstrow

Pommersche Hauptrandlage

Lübz100

50

100

50

N S

Aufbau des Untergrundes

Grundlagen

Unser Untergrund besteht hauptsächlich aus einer Wechsellagerung aus Sand und Lehm.

© LUNG 2000

Rostock

Jungmoränen

Altmoränen

Altmoränen

50

0

-50

-100

-150

-200

50

0

-50

-100

-150

-200

Ältere Gesteine

3Regionalberatung, Februar 2015

Geschiebemergel ist das Sediment, das direkt vom Gletscher an seiner Basis abgelagert wird.

Geschiebemergel

Grundlagen

Er enthält alle Korngrößenklassen von Ton über Schluff, Sand, Kies und Steinen (Geschiebe) bis hin zu Findlingen.

Seine Zusammensetzung zeigt das gesamte Spektrum der skandinavischen und heimischen älteren, zumeist kristallinen Gesteine.

4

Er wirkt meistens als Trennschicht zwischen Grundwasserstockwerken.


Granite enthalten in erster Linie Feldspat, Quarz und Glimmer …

GrundlagenFeststoffquellen

… aber auch Pyrit…

FeS2

…und eben auch Uran.

5

Sowohl die Böden als auch die Grundwasserleiter enthalten gelösten organischen Kohlenstoff

Corg

…und eben auch Uran.


Autotrophe Denitrifikation

= Nitrat-Umwandlung unter Mitwirkung von natürlichen feinverteilten Gesteinsbestandteilen wie Pyrit.

Reaktionsgleichung

Nitrat-Abbau

Pyrit (FeS2) ist ein Eisensulfid, das auch als Schwefelkies oder Katzengold bekannt ist.

14 NO3- + 5 FeS2 + 4 H+ �� 7 N2 + 10 SO4

2- + 5 Fe2+ + 2 H2O (KÖLLE 1983)

Reaktion im Grundwasser:Abbildung aus Wikipedia 2012


Schichtung des GrundwassersEntstehung der Redoxfront

Wald Acker GrünlandNitrateintrag

Oxidierend / O2(aq) / Nitrat-haltig/ niedrige Eisen konzentrationen(aq)

Redoxpotentiale / E H-Werte : > ca. + 250 mV (bis ca. 600 mV)

kein C -org, kein Pyrit

Die Lage der Redoxgrenzezeigt an, bis in welche Tiefenlage das Denitrifikations-

7

kein C -org, kein Pyrit

Reduzierend

anaerob / Nitrat-frei

höhere Eisenkonzentrationen(aq), C-org-haltig,

Pyrit, E H-Werte : < ca. + 100 mV (bis ca. – 100 mV)

reduzierte ZoneKein Nitrat im GW, Nitrat-abbauvermögen noch vorhanden

oxidierte Zonenitratbelastetes GWKein Nitratabbauvermögen

Denitrifikations-vermögen bereits aufgebraucht ist.

Redoxgrenze


Nitrat

Das neu gebildete Sulfat wird mit dem Grundwasser-abstrom weiter

Anstieg und Transport des Sulfats

8

Sulfat

© LUNG 2012

N2

abstrom weiter verfrachtet und gelangt so in die Förderbrunnen.


Sulfat-Anstieg in Förderbrunnen

200

250

300

WF Ortkrug - Rohwasseranalysen Chlorid SulfatNitrat

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

9

0

50

100

150

mg/

l

1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

-55

-60


Sulfat - Medianwerte

Die Auswertung

sämtlicher im Archiv

des LUNG MV

verfügbaren

Sulfatwerte aus

Entwicklung der Sulfatgehalte in M -V

100

150

10

Sulfatwerte aus

Grundwasser

zeigt einen

ständigen,

langsamen Anstieg

des Medianwertes.0

50

bis 1960 1961-70 1971-80 1981-90 1991-00 2001-10


Welche Rolle spielt das Uran?Untersuchungen im Grundwasser

0

10

20

0 20 40 60

mitt

lere

Filt

ertie

fe u

nter

Gel

ände

maximale Uran-Gehalte in den Landesmessstellen M-V 2007-2011 [µg/l]

Tiefenabhängigkeit

50

60

70

max

imal

e U

rang

ehal

te [

µg/l]

maximale Uran-Gehalte in den Landesmessstellen M-V 2007-2011 [µg/l]

Redoxabhängigkeit

Hausbrunnen

11

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mitt

lere

Filt

ertie

fe u

nter

Gel

ände

0

10

20

30

40

-100 0 100 200 300 400 500 600 700

max

imal

e U

rang

ehal

te [

µg/l]

Redoxpotential [mV]

Wasserwerksbrunnen


Modellrechnung

Kooperation mit der TU Clausthal:

Hydrogeochemisches 3D-Stofftransportmodell:

Erste, vorläufige, rein gene-rische Modellierung der

Modell-Annahmen:

�Stoffdepot mit Uranphasen (ca. 1 mg U/kg Feststoff)

�Stoffdepot ist geogen

12

rische Modellierung der

• Mobilisation/

•Demobilisation/

•Remobilisation

von Uran (roll front )

�Stoffdepot ist geogen (Uraninit; UO 2(c); U(IV) + ??)

�Sicher nicht zu 100% im Grundwasser mobilisierbar (Ansatz: ≤ 10 %)


Wald Acker GrünlandNitrateintrag

2 NO -(aq) + 5 UO (s; Uraninit ) + 12 H+(aq) = 5 UO +2(aq) + 1 N (aq/g) + 6 H O

Roll front:Mobilisation/Demobilisation/Remobilisationvon Uran bei der Redoxkonversion

13

2 NO3-(aq) + 5 UO2(s; Uraninit ) + 12 H+(aq) = 5 UO2

+2(aq) + 1 N2(aq/g) + 6 H2O

5 UO2(s; amorph ) + 2 NO3-(aq) + 12 H+(aq) = 5 UO2

+2(aq) + 1 N2(aq/g) + 6 H2O

5 UO2+2(aq) + 2,5 CH2O(s) + 5 H2O = 5 UO2(s; amorph ) + 2,5 HCO3

- + 12,5 H+(aq)

Lokal und zeitlich begrenzt können Werte bis zu mehrer en 100 µg/l auftreten!


Grundwassersondierung

Tiefenabhängige Probenahme Screen Point SamplerScreen Point Sampler


GrundwassersondierungSchwerin Süd

0,501,002,00

5,00

6,00

9,00

11,00

4,84

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

-50 0 50 100 150

Redoxpotential Nitrat [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 50 100 150 200 250

Uran [µg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 10 20 30

Sulfat [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

100 150 200 250 300 350

15

23,00

26,00

30,00

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30


8,30

1

2

3

4

5

6

7

8

-200 -150 -100 -50 0 50

Redoxpotential [mV]

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30

Nitrat [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

50 100 150 200 250

Sulfat [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

-1 0 1 2 3 4 5

Uran [µg/l]

GWMS Tewswoos

GrundwassersondierungTewswoos

16

8,30

14,00

15,00

21,50

23,00

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

11,80


qh0,35

qw23,00

qw27,50

qw214,00qp15,00

qp17,00

0,90

6,10

8,50

12,50

15,00

17,00

0

5

10

15

Hy BgnRn 24/1967GWMS Altenkirchen

Hy Aei 1/2012GWMS Altenkirchen

14,20 m NN 13,89 m NN

Ersatzneubau GWMS Altenkirchen (Dez. 2012)Änderung der Filterlage führt zu erhöhten Konzentrati onen

0

50

100

150

200

250

300

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

17

qp17,00qp18,00qp19,00

qp23,00

qp26,00

qp28,00

qp30,00

qp34,00qp35,00

qp37,20

qw143,00

17,00

19,0020

25

30

35

40

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

Ura

n µg

/l

2007

2009

2011

2013

<0,005 0,058 0,057 0,057 0,053 0,062 0,0550,080

Uran [µg/l]

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012


Schwerin Süd: andere Grenzwertüberschreitungen in der oxidierten Z one

0,501,002,00

5,00

6,00

9,00

11,00

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Uran [µg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 50 100 150 200 250 300

Nitrat [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0,5 1,0 1,5

Ammonium [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Nitrit [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

10 20 30 40 50

Kalium [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 10 20 30 40

Nickel [µg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

-5 0 5 10 15 20

Cobalt [µg/l]

Sondermessnetz Schwerin Süd 123 alt

2,94

4,84

18

23,00

26,00

30,00

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Veränderungen nur an der Grundwasser-Oberfläche?


0,501,201,502,402,703,303,604,004,604,905,005,356,307,608,108,709,90

10,3010,6012,00

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0 5 10 15 20

Uran [µg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0 10 20 30 40 50

Nitrat [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Ammonium [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Nitrit [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

10 20 30

Kalium [mg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0 10 20 30 40

Nickel [µg/l]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

-5 0 5 10

Cobalt [µg/l]

Kernbohrung Friedland Bauersheim

Friedland:andere Grenzwertüberschreitungen in der oxidierten Z one

19

17,40

18,20

21,00

24,60

26,70

27,50

30,00

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30


Urananreicherung

Urananreicherungbei ca. 4 m

Friedland: Feststoffuntersuchungen belegenseitlichen Zustrom des Grundwassers

20

bei 12 m

Urananreicherungbei 30 m


Wie schnell zeigen sich Anstiege?

15

20

Nic

kel,

Ura

n [µ

g/l]

Friedland OP

40

60

Nic

kel,

Ura

n [µ

g/l]

57,259,3

49,2

44,5

50,0

45,9

Georgenthal

Uran Nickel

21

0

5

10

Nic

kel,

Ura

n [µ

g/l]

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

LUNG 450, gedruckt am 23.02.2015

0

20

40

Nic

kel,

Ura

n [µ

g/l]

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2,6

7,9

13,8

32,9


Gegenwärtige Befundsituation im Grundwasser in MV

Haben wir nur lokale Probleme?

22

Messen wir an den richtigen Stellen?


Grundwasseroberfläche

Ausfällung

Erdoberfläche

Messstellen Messstellen

Rücklösung

Uran im Grundwasser-Messnetz

Uran:

im Wasser gelöst

als Feststoff

23

Oxidierter Bereich

Reduzierter Bereich

Redoxfront

U < 10 µg/l

U < Nachweis-grenze

U < Nachweis-grenze Anreicherung

Rücklösung

U < 10 µg/l

U < Nachweis-grenze

U > 10 µg/l


Tage-Monate

Jahre

Beeinträchtigung der Oberflächengewässerdurch Grundwasser mit kurzen Fließwegen (Interflow)

24

Jahrzehnte-Jahrhunderte

Jahrhunderte-Jahrtausende


1,2 � 5,3

1,9 �6,3

1,7 �6,7

2,5 � 7,0

1,6 �5,0

FließgewässerUrangehalte im Golmer Mühlbach

� Jahresgang

� Redoxreaktion im Boden

� Pflanzenverfügbarkeit nicht gegeben

25

2,5 � 7,0

2,7 � 8,1

3,9 � 9,2

1,9 � 9,7

7,2 � 9,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Jan.2007 Jan.2008 Jan.2009 Jan.2010 Jan.2011 Jan.2012

Tollense Demmin

Ura

n [

µg

/l]


Akkumulation des Uran in Seesedimentensteigender Trend der Uran-Gehalte

Datenquelle: Radioaktivitäts-überwachung des Landes (LUNG)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Schweriner See

Ura

n in

mg

/kg

26

(LUNG)

Entnahmestelle der Sedimentproben: Ufernähe

Seit vielen Jahren werden 12 Seen, die alle im Laufe der Jahre langsam steigende Urankonzentrationen zeigen, regelmäßig beprobt.

Zeit 1994 - 2013

n 882

MAX 1,99

MEDIAN 0,74

0,0

19

94

19

95

19

96

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Ura

n in

mg/

kg

Goldberger See


Durch den Eintrag von Nitrat in unsere in der Eiszeit entstandenen Grundwasserleiter wird

� Sulfat gebildet,

� Uran gelöst und

� Nitrat abgebaut.

Zusammenfassung

27

� Nitrat abgebaut.

Diese Vorgänge sind nicht umkehrbar.

Durch die erhöhten Uran-Gehalte besonders betroffen sind die Hausbrunnen im ländlichen Raum aber auch die kleineren Fließgewässer.

Die steigenden Sulfat-Gehalte gefährden die Trinkwasserversorgung.


Weitere Untersuchungen:

� Vertiefung der Feststoffanalytik (Kooperation mit der TU Clausthal und Uni Greifswald)

28

� Grundwassersondierungen

� Isotopenuntersuchungen

Vielen Dank!


Nitrat, Sulfat, Uran – ist das Grundwasser in Gefahr?...Veranlassung Nitrat im...

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