Nitrat i grundvand og umættet zone

Transkript

1 Nitrat i grundvand og umættet zone Forekomst og nitratreduktion. Seniorrådgiver, geokemiker Lærke Thorling Side marts 2009 Århus Amt

2 Program: Kl : Nitrat i grundvand, hvor og hvor meget. Nitratfronten Kl 15:30: Kaffepause Kl 15:50: Nitrat i grundvand. Nitrat reduktion, Kl ca. 16:30 regneøvelse Kl 17:30 Afrunding og afslutning Side marts 2009 Århus Amt

3 Hvorfor al den snak om nitrat Drikkevandskvalitetskrav overskredet i næsten 50 % af ungt grundvand. Eutrophiering af kystnære farvande. Side marts 2009 Århus Amt

4 Status planarbejdet okt Grundvandsforekomster i risiko. De lokale forekomster De regionale forekomster De dybe forekomster Side marts 2009 Århus Amt

5 Nitrat i grundvand, hvor og hvor meget Tidsserier og vidensgrundlag Side marts 2009 Århus Amt

6 Den konceptuelle model for nitrat i grundvand Side marts 2009 Århus Amt

7 Nitratkoncentrationer i grundvand- bemærk enhed er mg-n/l Side marts 2009 Århus Amt

8 Nitratfrontens beliggenhed på typelokaliteter Side marts 2009 Århus Amt

9 Geologiske typeområder mht nitratsårbarhed- NPO 1990 Tykke tætte lerlag 1. Tynde oxiderede lerlag 2. Forstyrrede utætte lerlag 3. Hedeslette 4. Bakkeøer, ofte pyrit og brunkul 5. Postglaciale marine aflejringer 6. Velbeskyttede små magasiner 7. Sand over kalk 8. Bornholm, klipper mv Side marts 2009 Århus Amt

10 Nitratkoncentrationer i grundvand, fordelingskurver- GRUMO Side marts 2009 Århus Amt

11 Nitratkoncentrationer i grundvand, fordelingskurver- Grundfør Side marts 2009 Århus Amt

12 Kvælstoftilførsel til Dansk Landbrug normeret til år 2001 Tommy Dalgård, kompendium ÅU Side marts 2009 Århus Amt

13 Viden om nitrat i Drikkevand > <3 Antal vandværker med nitratanalyser i 5 års intervaller, Århus Amt Side marts 2009 Århus Amt

14 Viden om nitrat i Grundvand Nitrat i grundvand, tidsserier for 5 års intervaller Data fra Århus Amt Side marts 2009 Århus Amt

15 Nitrat i vandløb og grundvand. Overvågningsdata. Ca. halvdelen af nitrat fjernes mellem vandløb og grundvand. 50 mg/l ca Danske vandløb, nitrat- N Kronvang 2008 Nitrat i iltet grundvand, GRUMO-statusrapport Thorling mfl 2007 Side marts 2009 Århus Amt

16 Landsdækkende overblik, nitratudvikling Udvikling ifht grundvandets alder. Side marts 2009 Århus Amt

17 Nitratfrontens beliggenhed Side marts 2009 Århus Amt

18 Rabis bæk: nitrat i homogen geologi- NPO Det Danske klassiske eksempel på nitrat i grundvand. Geologi og Hydrologi. Udbredelse af nitratfront. Side marts 2009 Århus Amt

19 Grundfør: nitrat i heterogen geologi- SMP Side marts 2009 Århus Amt

20 Side marts 2009 Århus Amt

21 Side marts 2009 Århus Amt

22 Side marts 2009 Århus Amt

23 Side marts 2009 Århus Amt

24 Side marts 2009 Århus Amt

25 Farver på oxiderede og reducerede sedimenter MUNSELL Soil Color Charts 10YR 5Y 2.5Y Oxiderede sedimenter Reducerede sedimenter Side marts 2009 Århus Amt Vibeke Ernstsen

26 Side marts 2009 Århus Amt

27 Boulstrup DGU Heterogen geologi, vandindvinding og nitratreduktion Side marts 2009 Århus Amt

28 Redoxforhold ved Boulstrup i en begravet dal, nitratsårbarhed Side marts 2009 Århus Amt

29 Heterogen geologi og nitrat ved Århus Side marts 2009 Århus Amt

30 Nitrat i den umættede zone Side marts 2009 Århus Amt

31 UMÆTTET ZONE Rodzone eller jordvandszone Intermediærezone Kapillære zone MÆTTET ZONE (GRUNDVANDSZONE) Side marts 2009 Århus Amt

32 Reducerende stoffer: biotilgængeligt organisk stof reduceret svovl (pyrit & svovlbrinte) tilgængeligt ferrojern (opløst og strukturelt bundet) mangan methan? NOGEN FORBRUGES - NOGEN GENDANNES Side marts 2009 Århus Amt Vibeke Ernstsen

33 Nitratreduktion- kemiske processer Reduktion med organisk stof 5CH 2 O + 4NO 3-2N 2 + 5HCO H + + 2H 2 O Reduktion med pyrit (i anoxisk miljø) 5FeS NO H + 7N SO Fe H 2 O I iltet miljø oxideres jern under syredannelse: 4Fe 2+ + O 2 + 6H 2 O 4FeOOH + 8H + Reduktion med Ferrojern 10Fe NO H 2 O N FeOOH + 18H + Reduktion med methan 5CH 4 + 8NO H + 4N 2 + 5HCO H 2 O Side marts 2009 Århus Amt

34 Nitratreduktion under umættede forhold Forekomst af nitratreduktion under umættede forhold afhænger af: Mulighederne for at etablere iltfri forhold TILFØRSEL af let omsættelige reducerende stoffer Fx udvaskning af org. stof fra gylle Opstigende metan Evt ferrojern fra jordmatrix- i opsprækket ler. Reaktionshastigheden afhænger blandt andet af Tilgængeligheden af reduktionsmidlerne Vandmætning og jordtemperatur Nitratindhold og iltindhold Side marts 2009 Århus Amt

35 Viden om nitratreduktion i umættet zone Nitratreduktion i umættet zone er kun konstateret i op til 3 m.u.t ( fx i vandlidende jorde) I feltundersøgelser er nitratreduktion altid påvist i mættet zone. Eks LOOP, hvor der udtages prøver fra boringer i mættet zone Eks NPO og SMP undersøgelser af GEUS/Foulum Markante nitratreduktion i grundvandsspejlet set flere steder, dvs ved overgang til mættet zone og iltfri forhold. Side marts 2009 Århus Amt

36 Nitratreduktion - umættet zone biologisk eller abiotisk proces under iltfrie forhold potentialet for nitratreduktion afhænger af tilførsel af reducerende stoffer - den oprindelige pulje er opbrugt Plantedække medfører løbende tilførsel af organisk stof på overfladen, hvor det kan vaskes ned i rodzonen - rødder mm jordfauna og - flora inkl. bakterier Organisk stof tilbageholdes: sorption kompleksbinding forbruges udfælder mm Max dybde 3 meter Side marts 2009 Århus Amt Vibeke Ernstsen

37 Dybde Dybde Dybde Dybde Dybde Reduktion af nitrat - geologiske typeområder I II III IV V Tilførsel af reducerende stoffer Oxiderede sedimenter Reducerede sedimenter Grundvandsspejl I Nitrat II Nitrat III Nitrat IV Nitrat V Nitrat 3 mut. Vibeke Ernstsen 2006 Side marts 2009 Århus Amt

38 Nitratreduktionskapacitet Side marts 2009 Århus Amt

39 Hvad er reduktionskapacitet. Potentielle reduktionskapacitet- samlede mængde stoffer pr volumenenhed, der teoretisk set kan reducere nitrat. Aktuelle reduktionskapacitet- delmængde stoffer pr volumenenhed, der i praksis set kan reducere nitrat. Man kan kun måle den potentielle reduktionskapacietet ved alm simple laboratorie målinger. Bestemmelse af aktuelle nitratreduktionskapacitet kræver helhedsforståelse af hele strømningssystemet. Side marts 2009 Århus Amt

40 Nitratfrontens dynamik- teori Side marts 2009 Århus Amt

41 Hvordan måles nitratreduktionskapaciteten Laboratorie målinger af total indhold af reducerende stoffer Pyrit Organisk stof Jern (II) forbindelser. Prøven skal være repræsentativ for hele laget, men forekomst af disse stoffer er i høj grad afhængig af kornstørrelsesfordelingen. Resultatet viser ikke den aktuelle nitratreduktionskapacitet Side marts 2009 Århus Amt

42 Reducerende stoffer i Århus Nord Side marts 2009 Århus Amt

43 Nitratreduktion i sand og ler ved Århus Nord Skalaen er logaritmisk Blå: pyrit Grøn: org. Stof Gul: Fe(II) Enhed er antal år for ox. af 1m vand, ved udvaskning af 100 mg/l nitrat og flux af vand som modelberegnet. Side marts 2009 Århus Amt

44 Beregning af redoxkapacitet - eksempler Lerholdige prøver med % ler Organisk stof: 0,10 % C Pyrit: 0,005 % S Ferrojern: 1,2 % Fe Kapacitet: mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: år Lerholdige prøver med 15 % ler Organisk stof: 0,05 % C Pyrit: 0,003 % S Ferrojern: 0,9 % Fe Sand med 1-2 % ler Organisk stof: 0,15 % C Pyrit: 0,012 % S Ferrojern: 0 % Fe Kapacitet: 160 mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: 465 år Sand med 1-2 % ler Organisk stof: 0,03 % C Pyrit: 0,005 % S Ferrojern: 0 % Fe Kapacitet: mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: år Reaktiviteten af de reducerende stoffer? Kapacitet: 30 mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: 95 år Side marts 2009 Århus Amt

45 Side marts 2009 Århus Amt

46 Data tilgængelige ved vurdering af redoxkapacitet Topografiske kort Geomorfologiske kort) Jordklassificering GEUS Jordartskort Geologiske oplysninger fra boringer, grusgrave mm. Målebordsblade Geofysiske opmålinger med oplysninger om Sedimenternes indhold af reducerende stoffer Grundvandets kemiske sammensætning Tykkelse af umættet zone Numeriske umættet og mættet zone model Side marts 2009 Århus Amt

47 LITTERATUR Miljøstyrelsen Arbejdsrapport nr. 24 Miljøstyrelsen Miljøprojekt nr. 1023, 1024 og 1025 Ernstsen, V., H.J. Henriksen og F. von Platen Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen. Arbejdsrapport nr. 24. Ernstsen, V Nitratreduktion i den umættede zone. Miljøprojekt Ernstsen, V., Jørgensen, N., og Lynge, C.R Metode til analyse af reducerende stoffer i sedimenter. Miljøprojekt Ernstsen, V Undersøgelse af reaktiviteten af reducerende stoffer i nogle danske sedimenter - et pilotstudie. Miljøprojekt 1025 Side marts 2009 Århus Amt