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Nitrat, Sulfat, Uran –
ist das Grundwasser
Arbeitsgruppe Uran LUNG
Güstrow, 30.10.2014
ist das Grundwasser
in Gefahr?
Nitrat ist eine
chemische Verbindung,
die sowohl mit festen
als auch mit gelösten
Komponenten im
VeranlassungNitrat im Oberflächengewässer
Güstrow, 30.10.2014 2
Komponenten im
Grundwasserleiter
reagiert.Nge
st/
a
Wie sind
Grundwasserleiter
aufgebaut?
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
3Güstrow, 30.10.2014
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.
Güstrow, 30.10.2014
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
Güstrow, 30.10.2014
…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
6Güstrow, 30.10.2014
Schichtung des GrundwassersEntstehung der Redoxfront
Wald Acker Grünland
Nitrateintrag
Oxidierend / O2(aq) / Nitrat-haltig/ niedrige Eisenkonzentrationen(aq)
Redoxpotentiale / EH-Werte : > ca. + 250 mV (bis ca. 600 mV)
kein C-org, kein Pyrit
Die Lage der
Redoxgrenze
zeigt an, bis in
welche
Tiefenlage das
Denitrifikations-
7
kein C-org, kein Pyrit
Reduzierend
anaerob / Nitrat-frei
höhere Eisenkonzentrationen(aq), C-org-haltig,
Pyrit, EH-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
Güstrow, 30.10.2014
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.
Güstrow, 30.10.2014
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
Güstrow, 30.10.2014
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
Güstrow, 30.10.2014
Uran-Untersuchungen im Grundwasser
0
10
20
0 20 40 60
mit
tler
e F
ilter
tief
e u
nte
r G
elän
de
maximale Uran-Gehalte in den Landesmessstellen M-V 2007-2011 [µg/l]
Tiefenabhängigkeit
50
60
70
max
imal
e U
ran
geh
alte
[µ
g/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
mit
tler
e F
ilter
tief
e u
nte
r G
elän
de
0
10
20
30
40
-100 0 100 200 300 400 500 600 700
max
imal
e U
ran
geh
alte
[µ
g/l]
Redoxpotential [mV]
Güstrow, 30.10.2014
Wasserwerksbrunnen
50
60
70
max
imal
e U
ran
geh
alte
[µ
g/l]
maximale Uran-Gehalte in den Landesmessstellen M-V 2007-2011 [µg/l]
Redoxabhängigkeit
Kooperation mit der TU-Clausthal
Die Maximalwerte der
Urankonzentration im
„Front“-Bereich können
nicht durch die Mischung
von Wässern aus dem
oxidierten und
reduzierten Bereich F
ront
oxid
iere
nd
geogen
reduzie
rend
0
10
20
30
40
-100 0 100 200 300 400 500 600 700
max
imal
e U
ran
geh
alte
[µ
g/l]
Redoxpotential [mV]
12
reduzierten Bereich
zustande gekommen
sein.
Uran muss im Bereich
der „Front“ aus dem
Feststoffgerüst des
Grundwasserleiters
mobilisiert werden.
Güstrow, 30.10.2014
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
13
rische Modellierung der
• Mobilisation/
•Demobilisation/
•Remobilisation
von Uran (roll front)
Güstrow, 30.10.2014
�Stoffdepot ist geogen (Uraninit; UO2(c); U(IV) + ??)
�Sicher nicht zu 100% im Grundwasser mobilisierbar (Ansatz: ≤ 10 %)
Güstrow, März 2006 14
Wald Acker Grünland
Nitrateintrag
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
15
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 mehreren 100 µg/l auftreten!
Güstrow, 30.10.2014
Grundwassersondierung
Tiefenabhängige Probenahme Screen Point SamplerScreen Point Sampler
16Güstrow, 30.10.2014
GrundwassersondierungSchwerin Süd
0,501,00
2,00
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
17
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
Güstrow, 30.10.2014
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
18
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
Güstrow, 30.10.2014
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 Konzentrationen
0
50
100
150
200
250
300
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
19
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 µ
g/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
Güstrow, 30.10.2014
Schwerin Süd: andere GWÜ in der oxidierten Zone
0,501,00
2,00
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
20
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
Güstrow, 30.10.2014
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 GWÜ in der oxidierten Zone
21
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
Güstrow, 30.10.2014
Urananreicherung
Urananreicherung
bei ca. 4 m
Friedland:Seitlicher Zustrom des Grundwassers
22
bei 12 m
Urananreicherung
bei 30 m
Güstrow, 30.10.2014
40
50
6057,259,3
49,2
44,5
24480016Georgenthal
0
5
10
15
20
Hy GeSg 1/1969
0,04
0,05
15
20
Nic
kel,
Ura
n [
µg/l]
Friedland OPNitrit Uran Nickel
Veränderungen in jüngster Zeit?
Nitrit Uran Nickel
0
10
20
30
Ura
n µ
g/l
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2,6
7,9
13,8
32,9
LUNG 450, gedruckt am 28.10.2014
25
30
35
40
45
50
55
60
0,00
0,01
0,02
0,03
Nit
rit
mg
/l0
5
10
Nic
kel,
Ura
n [
µg/l]
2007
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
LUNG 450, gedruckt am 28.10.2014
23Güstrow, 30.10.2014
Gegenwärtige Befundsituation im Grundwasser in MV
Haben wir nur
lokale Probleme?
24
Messen wir an den
richtigen Stellen?
Güstrow, 30.10.2014
Grundwasseroberfläche
Ausfällung
Erdoberfläche
Messstellen Messstellen
Rücklösung
Uran im Grundwasser-Messnetz
Uran:
im Wasser gelöst
als Feststoff
25
Oxidierter Bereich
Reduzierter Bereich
Redoxfront
U < 10 µg/l
U < Nachweis-
grenze
U < Nachweis-
grenzeAnreicherung
Rücklösung
Güstrow, 30.10.2014
U < 10 µg/l
U < Nachweis-
grenze
U > 10 µg/l
Tage-Monate
Jahre
Beeinträchtigung der Oberflächengewässerdurch Interflow
26
Jahrzehnte-Jahrhunderte
Jahrhunderte-Jahrtausende
Güstrow, 30.10.2014
1,2 � 5,3
1,9 �6,3
1,7 �6,7
2,5 � 7,0
1,6 �5,0
Fließgewässer
� Jahresgang
� Auswaschung des Bodens
� Pflanzenverfügbarkeit nicht gegeben
27
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]
Güstrow, 30.10.2014
Seesedimente: Zeitreihen
Datenquelle: Radioaktivitäts-überwachung des Landes (LUNG)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Schweriner See
Ura
n in
mg
/kg
28
(LUNG)
Entnahmestelle der Sedimentproben: Ufernähe
Seit vielen Jahren werden 12 Seen, die alle im Laufe der Jahre langsam steigende Urankonzentrationen zeigen, regelmäßig beprobt.
(s. Kap. 2.4.2)
Zeit 1994 - 2013
n 882
MAX 1,99
MEDIAN 0,74
0,0
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
Ura
n in
mg
/kg
Goldberger See
Güstrow, 30.10.2014
Weitere Untersuchungen:
� Vertiefung der Feststoffanalytik (Kooperation mit der TU Clausthal und Uni Greifswald)
29
� Grundwassersondierungen
� Isotopenuntersuchungen
Vielen Dank!
Güstrow, 30.10.2014
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