Nitrat i grundvand og umættet zone Forekomst og nitratreduktion. Seniorrådgiver, geokemiker Lærke Thorling Side 1 13. marts 2009 Århus Amt
Program: Kl 13.30 : 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 2 13. marts 2009 Århus Amt
Hvorfor al den snak om nitrat Drikkevandskvalitetskrav overskredet i næsten 50 % af ungt grundvand. Eutrophiering af kystnære farvande. Side 3 13. marts 2009 Århus Amt
Status planarbejdet okt 2008. Grundvandsforekomster i risiko. De lokale forekomster De regionale forekomster De dybe forekomster Side 4 13. marts 2009 Århus Amt
Nitrat i grundvand, hvor og hvor meget Tidsserier og vidensgrundlag Side 5 13. marts 2009 Århus Amt
Den konceptuelle model for nitrat i grundvand Side 6 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratkoncentrationer i grundvand- bemærk enhed er mg-n/l Side 7 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratfrontens beliggenhed på typelokaliteter Side 8 13. marts 2009 Århus Amt
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 9 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratkoncentrationer i grundvand, fordelingskurver- GRUMO Side 10 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratkoncentrationer i grundvand, fordelingskurver- Grundfør Side 11 13. marts 2009 Århus Amt
Kvælstoftilførsel til Dansk Landbrug normeret til år 2001 Tommy Dalgård, kompendium ÅU Side 12 13. marts 2009 Århus Amt
Viden om nitrat i Drikkevand >50 25-50 3-25 <3 Antal vandværker med nitratanalyser i 5 års intervaller, Århus Amt Side 13 13. marts 2009 Århus Amt
Viden om nitrat i Grundvand Nitrat i grundvand, tidsserier for 5 års intervaller Data fra Århus Amt Side 14 13. marts 2009 Århus Amt
Nitrat i vandløb og grundvand. Overvågningsdata. Ca. halvdelen af nitrat fjernes mellem vandløb og grundvand. 50 mg/l ca. 20 86 Danske vandløb, nitrat- N Kronvang 2008 Nitrat i iltet grundvand, GRUMO-statusrapport Thorling mfl 2007 Side 15 13. marts 2009 Århus Amt
Landsdækkende overblik, nitratudvikling Udvikling ifht grundvandets alder. Side 16 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratfrontens beliggenhed Side 17 13. marts 2009 Århus Amt
Rabis bæk: nitrat i homogen geologi- NPO 1986-1990 Det Danske klassiske eksempel på nitrat i grundvand. Geologi og Hydrologi. Udbredelse af nitratfront. Side 18 13. marts 2009 Århus Amt
Grundfør: nitrat i heterogen geologi- SMP 1992-1997 Side 19 13. marts 2009 Århus Amt
Side 20 13. marts 2009 Århus Amt
Side 21 13. marts 2009 Århus Amt
Side 22 13. marts 2009 Århus Amt
Side 23 13. marts 2009 Århus Amt
Side 24 13. marts 2009 Århus Amt
Farver på oxiderede og reducerede sedimenter MUNSELL Soil Color Charts 10YR 5Y 2.5Y Oxiderede sedimenter Reducerede sedimenter Side 25 13. marts 2009 Århus Amt Vibeke Ernstsen
Side 26 13. marts 2009 Århus Amt
Boulstrup DGU 108.240- Heterogen geologi, vandindvinding og nitratreduktion Side 27 13. marts 2009 Århus Amt
Redoxforhold ved Boulstrup i en begravet dal, nitratsårbarhed Side 28 13. marts 2009 Århus Amt
Heterogen geologi og nitrat ved Århus Side 29 13. marts 2009 Århus Amt
Nitrat i den umættede zone Side 30 13. marts 2009 Århus Amt
UMÆTTET ZONE Rodzone eller jordvandszone Intermediærezone Kapillære zone MÆTTET ZONE (GRUNDVANDSZONE) Side 31 13. marts 2009 Århus Amt
Reducerende stoffer: biotilgængeligt organisk stof reduceret svovl (pyrit & svovlbrinte) tilgængeligt ferrojern (opløst og strukturelt bundet) mangan methan? NOGEN FORBRUGES - NOGEN GENDANNES Side 32 13. marts 2009 Århus Amt Vibeke Ernstsen
Nitratreduktion- kemiske processer Reduktion med organisk stof 5CH 2 O + 4NO 3-2N 2 + 5HCO 3 - + H + + 2H 2 O Reduktion med pyrit (i anoxisk miljø) 5FeS 2 + 14NO 3 - +4H + 7N 2 + 10SO 4 2- + 5Fe 2+ + 2H 2 O I iltet miljø oxideres jern under syredannelse: 4Fe 2+ + O 2 + 6H 2 O 4FeOOH + 8H + Reduktion med Ferrojern 10Fe 2+ + 2NO 3 - + 14H 2 O N 2 + 10FeOOH + 18H + Reduktion med methan 5CH 4 + 8NO 3 - + 3H + 4N 2 + 5HCO 3 - + 9H 2 O Side 33 13. marts 2009 Århus Amt
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 34 13. marts 2009 Århus Amt
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 35 13. marts 2009 Århus Amt
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 36 13. marts 2009 Århus Amt Vibeke Ernstsen
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 37 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratreduktionskapacitet Side 38 13. marts 2009 Århus Amt
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 39 13. marts 2009 Århus Amt
Nitratfrontens dynamik- teori Side 40 13. marts 2009 Århus Amt
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 41 13. marts 2009 Århus Amt
Reducerende stoffer i Århus Nord Side 42 13. marts 2009 Århus Amt
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 43 13. marts 2009 Århus Amt
Beregning af redoxkapacitet - eksempler Lerholdige prøver med 30-40 % ler Organisk stof: 0,10 % C Pyrit: 0,005 % S Ferrojern: 1,2 % Fe Kapacitet: 150-180 mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: 420-500 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: 90-110 mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: 250-300 år Reaktiviteten af de reducerende stoffer? Kapacitet: 30 mol nitrat pr. m 3 Pr. meter: 95 år Side 44 13. marts 2009 Århus Amt
Side 45 13. marts 2009 Århus Amt
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 46 13. marts 2009 Århus Amt
LITTERATUR Miljøstyrelsen. 2001. Arbejdsrapport nr. 24 Miljøstyrelsen. 2005. Miljøprojekt nr. 1023, 1024 og 1025 Ernstsen, V., H.J. Henriksen og F. von Platen. 2001. Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen. Arbejdsrapport nr. 24. Ernstsen, V. 2005. Nitratreduktion i den umættede zone. Miljøprojekt 1023. Ernstsen, V., Jørgensen, N., og Lynge, C.R. 2005. Metode til analyse af reducerende stoffer i sedimenter. Miljøprojekt 1024. Ernstsen, V. 2005. Undersøgelse af reaktiviteten af reducerende stoffer i nogle danske sedimenter - et pilotstudie. Miljøprojekt 1025 Side 47 13. marts 2009 Århus Amt