Nitrat, Sulfat, Uran ist das Grundwasser in Gefahr? Arbeitsgruppe Uran LUNG Vortrag: Dr. Beate Schwerdtfeger

Transkript

1 Nitrat, Sulfat, Uran ist das Grundwasser in Gefahr? Arbeitsgruppe Uran LUNG Vortrag: Dr. Beate Schwerdtfeger Regionalberatung, Februar

2 Veranlassung Nitrat im Oberflächengewässer NO - N ges t/a Nitrat ist eine chemische Verbindung, die sowohl mit festen als auch mit gelösten Komponenten im Grundwasserleiter reagiert. Wie sind Grundwasserleiter aufgebaut? Regionalberatung, Februar

3 Grundlagen Aufbau des Untergrundes Unser Untergrund besteht hauptsächlich aus einer Wechsellagerung aus Sand und Lehm. 0 N Güstrow Pommersche Hauptrandlage Lübz S 0 0 Rostock 0 0 Jungmoränen Altmoränen 0-0 Altmoränen Ältere Gesteine -0-0 LUNG 00-0 Regionalberatung, Februar

4 Grundlagen Geschiebemergel Geschiebemergel ist das Sediment, das direkt vom Gletscher an seiner Basis abgelagert wird. 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. Er wirkt meistens als Trennschicht zwischen Grundwasserstockwerken. Regionalberatung, Februar

5 Grundlagen Feststoffquellen Granite enthalten in erster Linie Feldspat, Quarz und Glimmer aber auch Pyrit FeS und eben auch Uran. Sowohl die Böden als auch die Grundwasserleiter enthalten gelösten organischen Kohlenstoff C org Regionalberatung, Februar

6 Nitrat-Abbau Reaktionsgleichung Autotrophe Denitrifikation = Nitrat-Umwandlung unter Mitwirkung von natürlichen feinverteilten Gesteinsbestandteilen wie Pyrit. Pyrit (FeS ) ist ein Eisensulfid, das auch als Schwefelkies oder Katzengold bekannt ist. Reaktion im Grundwasser: Abbildung aus Wikipedia NO - + FeS + H + N + SO - + Fe + + H O (KÖLLE ) Regionalberatung, Februar

7 Schichtung des Grundwassers Entstehung der Redoxfront Nitrateintrag Wald Acker Grünland Oxidierend / O(aq) / Nitrat-haltig/ niedrige Eisenkonzentrationen(aq) Redoxpotentiale / E H -Werte : > ca. + 0 mv (bis ca. 00 mv) Reduzierend anaerob / Nitrat-frei kein C-org, kein Pyrit höhere Eisenkonzentrationen(aq), C-org-haltig, Pyrit, E H -Werte : < ca. + 0 mv (bis ca. 0 mv) Die Lage der Redoxgrenze zeigt an, bis in welche Tiefenlage das Denitrifikationsvermögen bereits aufgebraucht ist. oxidierte Zone nitratbelastetes GW Kein Nitratabbauvermögen reduzierte Zone Kein Nitrat im GW, Nitratabbauvermögen noch vorhanden Redoxgrenze Regionalberatung, Februar

8 Anstieg und Transport des Sulfats Das neu gebildete Sulfat wird mit dem Grundwasser- abstrom weiter verfrachtet und gelangt so in die Förderbrunnen. Nitrat Sulfat N LUNG Regionalberatung, Februar

9 Sulfat-Anstieg in Förderbrunnen WF Ortkrug - Rohwasseranalysen Chlorid Nitrat Sulfat mg/l Regionalberatung, Februar

10 Entwicklung der Sulfatgehalte in M-V Die Auswertung sämtlicher im Archiv des LUNG MV verfügbaren Sulfatwerte aus Grundwasser zeigt einen ständigen, langsamen Anstieg des Medianwertes Sulfat - Medianwerte bis Regionalberatung, Februar

11 Welche Rolle spielt das Uran? Untersuchungen im Grundwasser Redoxabhängigkeit Tiefenabhängigkeit 0 maximale Uran-Gehalte in den Landesmessstellen M-V 0- [µg/l] 0 maximale Uran-Gehalte in den Landesmessstellen M-V 0- [µg/l] maximale Urangehalte [µg/l] Redoxpotential [mv] mittlere Filtertiefe unter Gelän nde Hausbrunnen Wasserwerksbrunnen 0 0 Regionalberatung, Februar

12 Modellrechnung Kooperation mit der TU Clausthal: Hydrogeochemisches D- Stofftransportmodell: Erste, vorläufige, rein generische Modellierung der Mobilisation/ Demobilisation/ Remobilisation von Uran (roll front) Modell-Annahmen: Stoffdepot mit Uranphasen (ca. mg U/kg Feststoff) Stoffdepot ist geogen (Uraninit; UO (c) ; U(IV) +??) Sicher nicht zu 0% im Grundwasser mobilisierbar (Ansatz: %) Regionalberatung, Februar

13 Roll front: Mobilisation/Demobilisation/Remobilisation von Uran bei der Redoxkonversion Nitrateintrag Wald Acker Grünland NO - (aq) + UO (s; Uraninit) + H + (aq) = UO + (aq) + N (aq/g) + H O UO + (aq) +, CH O(s) + H O = UO (s; amorph) +, HCO - +, H + (aq) UO (s; amorph) + NO - (aq) + H + (aq) = UO + (aq) + N (aq/g) + H O Lokal und zeitlich begrenzt können Werte bis zu mehreren 0 µg/l auftreten! Regionalberatung, Februar

14 Grundwassersondierung Tiefenabhängige Probenahme Screen Point Sampler Regionalberatung, Februar

15 Grundwassersondierung Schwerin Süd Redoxpotential Nitrat [mg/l] Sulfat [mg/l] Uran [µg/l] ,0,00,00,00,00,00,00,00,00 0,00, Regionalberatung, Februar

16 Grundwassersondierung Tewswoos GWMS Tewswoos Redoxpotential [mv] Nitrat [mg/l] Sulfat [mg/l] Uran [µg/l] ,0,0,00,00,0,00 Regionalberatung, Februar

17 Ersatzneubau GWMS Altenkirchen (Dez. ) Änderung der Filterlage führt zu erhöhten Konzentrationen 0 Hy BgnRn / GWMS Altenkirchen 0,,00 qh qw Hy Aei / GWMS Altenkirchen, m NN, m NN 0, ,0 qw,,0 0 0,0 0,00,00 qw qp,00 0,00,00,00,00,00 qp qp qp qp qp,00,00 0 Uran [µg/l] ,00,00 0,00 0,00,00,00 qp qp qp qp,00,00 Uran µg/l, qp,00 0,00 qw <0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0, Regionalberatung, Februar

18 Schwerin Süd: andere Grenzwertüberschreitungen in der oxidierten Zone Sondermessnetz Schwerin Süd alt Uran [µg/l] Nitrat [mg/l] Ammonium [mg/l] Nitrit [mg/l] Kalium [mg/l] Nickel [µg/l] Cobalt [µg/l] ,,0, 0,0 0,,0,, ,0,00,00,,00,,00,00,00,00,00 0, Veränderungen nur an der Grundwasser-Oberfläche? Regionalberatung, Februar

19 Friedland: andere Grenzwertüberschreitungen in der oxidierten Zone Kernbohrung Friedland Bauersheim Uran [µg/l] Nitrat [mg/l] Ammonium [mg/l] Nitrit [mg/l] Kalium [mg/l] Nickel [µg/l] Cobalt [µg/l] ,0,0,0,0,0-0, 0,0 0, 0, 0, 0, 0, ,0,,0,0,0,0,0,00,0,0,00,,0,0,,0,0,0,0,00,0,,00,0,0,0 0, Regionalberatung, Februar

20 Friedland: Feststoffuntersuchungen belegen seitlichen Zustrom des Grundwassers Urananreicherung bei ca. m Urananreicherung bei m Urananreicherung bei 0 m Regionalberatung, Februar

21 Wie schnell zeigen sich Anstiege? /l] Uran Nickel Georgenthal,, 0 Friedland OP, 0,0,, Nickel, Uran [µg/l] Nickel, Uran [µg/ ,,,, 0 LUNG 0, gedruckt am.0. Regionalberatung, Februar

22 Gegenwärtige Befundsituation im Grundwasser in MV Haben wir nur lokale Probleme? Messen wir an den richtigen Stellen? Regionalberatung, Februar

23 Uran im Grundwasser-Messnetz Ausfällung Messstellen Erdoberfläche Grundwasseroberfläche Rücklösung Messstellen Uran: im Wasser gelöst als Feststoff U < µg/l Oxidierter Bereich U < µg/l U < Nachweisgrenze U < Nachweisgrenze Redoxfront Anreicherung Rücklösung Reduzierter Bereich U > µg/l U < Nachweisgrenze Regionalberatung, Februar

24 Beeinträchtigung der Oberflächengewässer durch Grundwasser mit kurzen Fließwegen (Interflow) Tage-Monate Jahre Jahrzehnte- Jahrhunderte Jahrhunderte-Jahrtausende Regionalberatung, Februar

25 Fließgewässer Urangehalte im Golmer Mühlbach,,,,0 Jahresgang,,,, Redoxreaktion im Boden Pflanzenverfügbarkeit nicht gegeben,,0 Tollense Demmin,,,,,,,,0 Uran [µg/l],0,,0,,0,,0 0, 0,0 Jan.0 Jan.0 Jan.0 Jan. Jan. Jan. Regionalberatung, Februar

26 Akkumulation des Uran in Seesedimenten steigender Trend der Uran-Gehalte,0 Schweriner See, Datenquelle: Radioaktivitätsüberwachung des Landes (LUNG) Entnahmestelle der Sedimentproben: Ufernähe Seit vielen Jahren werden Seen, die alle im Laufe der Jahre langsam steigende Urankonzentrationen zeigen, regelmäßig beprobt. Zeit - n MAX, MEDIAN 0, Uran in mg/kg Uran in mg/kg,0 0, 0,0,0,,0 0, 0, Goldberger See Regionalberatung, Februar

27 Zusammenfassung Durch den Eintrag von Nitrat in unsere in der Eiszeit entstandenen Grundwasserleiter wird Sulfat gebildet, Uran gelöst und 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. Regionalberatung, Februar

28 Weitere Untersuchungen: Vertiefung der Feststoffanalytik (Kooperation mit der TU Clausthal und Uni Greifswald) Grundwassersondierungen Isotopenuntersuchungen Vielen Dank! Regionalberatung, Februar