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Uran und Co – die Folgen des Stickstoffeintrags
Erkenntnisse zur Ursachenhypothese
Arbeitsgruppe Uran LUNGVortrag: Dr. Beate Schwerdtfeger
Hannover, 11. Juni 2015
Bisherige Aktivitäten
Aktuelle Befundsituation
Hannover, 11.Juni 2015 2
Aktuelle Befundsituation
Nitratabbau und Arbeitshypothese Uran
Nachweis der Arbeitshypothese
Offene Fragen
� seit 2004 landesweite Untersuchungen im Reinwasser durch das Landesgesundheitsamt LAGUS
� seit 2007 Uran-Messung in allen Umweltmedien (LUNG-Labor)
� 2008 Ergebnisse Foodwatch-Kampagne
Bisherige Aktivitäten:Historie
� 2009 Gründung Uran-Arbeitsgruppe
� 2012 Besuch Asse – Kontakt mit TU Clausthal
� 2013 Arbeitshypothese und Modellrechnung TU Clausthal
� 2013 Erste Grundwassersondierungen und Nachweis der Arbeitshypothese
3Hannover, 11.Juni 2015
Befundsituation:Uran im Reinwasser
aktuellbis 2010
4Hannover, 11.Juni 2015
Befundsituation:Uran im Grundwasser
Befunde im GrundwasserLandesmessnetz und Förderbrunnen
+ Kleinanlagen
5
Einzelfälle
oder
flächenhaftes Phänomen?
Hannover, 11.Juni 2015
Redoxabhängigkeit
600
7000 20 40 60 80 100
Uran-Gehalte in µg/l in den Landesmessstellen M-V 2007-2014
Hausbrunnen
Befundsituation:Auswertung der Uran-Daten
Tiefenabhängigkeit
0
10
0 20 40 60 80 100
mittlere Filtertiefe unter Gelände
Uran-Gehalte in µg/l in den Landesmessstellen M-V 2007-2014
-100
0
100
200
300
400
500
Redoxpotential [mV]
6
Wasserwerksbrunnen
20
30
40
50
60
70
80
90
100
mittlere Filtertiefe unter Gelände
Hannover, 11.Juni 2015
Güstrow
Pommersche Hauptrandlage
Lübz
N S100
50
100
50
Der Untergrund in Mecklenburg-Vorpommern besteht hauptsächlich aus eiszeitlichen Sanden und Mergeln.
Befundsituation:Geologie und Hydrogeologie
© LUNG 2000
Rostock
Jungmoränen
Altmoränen
Altmoränen
50
0
-50
-100
-150
-200
50
0
-50
-100
-150
-200
Ältere tertiäre Sedimente
7Hannover, 11.Juni 2015
Granite enthalten in erster Linie Feldspat, Quarz und Glimmer @
@ aber auch Pyrit@
FeS2@und eben auch Uran,
Befundsituation:Stoffquellen
Sowohl die Böden als auch die Grundwasserleiter enthalten organischen Kohlenstoff
Corg
@und eben auch Uran, meist als Uraninit.
UO2
8Hannover, 11.Juni 2015
Befundsituation:Stoffquellen
NO3
Berechnung FZ Jülich 2014:
Potenzielle mittlere aktuelle Nitratkonzentration
9Hannover, 11.Juni 2015
im Sickerwasser
Landesweiter Durchschnitt:
72 mg NO3/l
Landwirtschaftlich genutzte Flächen:
106 mg NO3/l
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
Arbeitshypothese:Grundlagen des Nitrat-Abbaus
Reduzierend
anaerob / Nitrat-frei
höhere Eisenkonzentrationen(aq),
EH-Werte : < ca. + 100 mV (bis ca. – 100 mV)
C-org-haltig, Pyrit
reduzierte ZoneKein Nitrat im GW, Nitrat-abbauvermögen noch vorhanden
oxidierte Zonenitratbelastetes GWKein Nitratabbauvermögen
Denitrifikations-
vermögen
bereits
aufgebraucht ist.
Redoxgrenze
10Hannover, 11.Juni 201514 NO3- + 5 FeS2 + 4 H
+ ���� 7 N2 + 10 SO42- + 5 Fe2+ + 2 H2O
Die Maximalwerte der Urankonzentration im „Front“-Bereich können nicht durch die Mischung von Wässern aus dem oxidierten und reduzierten Bereich zustande gekommen sein.
Redoxabhängigkeit
600
7000 20 40 60 80 100
Uran-Gehalte in µg/l in den Landesmessstellen M-V 2007-2014
Arbeitshypothese:Kooperation mit der TU-Clausthal - Grundgedanke
oxidierend
geogenreduzierend
-100
0
100
200
300
400
500
Redoxpotential [mV]
Front
11
Uran muss im Bereich der „Front“ aus dem Feststoffgerüst des Grundwasserleiters mobilisiert werden.
Hannover, 11.Juni 2015
Kooperation mit der TU
Clausthal:
Hydrogeochemisches 3D-
Stofftransportmodell:
Erste, vorläufige, rein gene-
Modell-Annahmen:
�Stoffdepot mit Uranphasen (ca. 1 mg U/kg Feststoff)
Arbeitshypothese:Kooperation mit der TU-Clausthal - Modellrechnung
rische Modellierung der
• Mobilisation/
•Demobilisation/
•Remobilisation
von Uran (roll front)
12
�Stoffdepot ist geogen (Uraninit; UO2(c); U(IV) + ??)
�Sicher nicht zu 100% im Grundwasser mobilisierbar (Ansatz: ≤ 10 %)
Hannover, 11.Juni 2015
Wald Acker Grünland
Nitrateintrag
2 NO3-(aq) + 5 UO2(s; Uraninit) + 12 H+(aq) = 5 UO2
+2(aq) + 1 N2(aq/g) + 6 H2O
Arbeitshypothese:Kooperation mit der TU-Clausthal – Roll Front
2 NO3 (aq) + 5 UO2(s; Uraninit) + 12 H (aq) = 5 UO2 (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!
13Hannover, 11.Juni 2015
Tiefenabhängige Probenahme Screen Point SamplerScreen Point Sampler
Nachweis der Arbeitshypothese:Grundwassersondierungen
14Hannover, 11.Juni 2015
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
Nachweis der Arbeitshypothese:Grundwassersondierung Schwerin Süd
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
15Hannover, 11.Juni 2015
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
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Uran [µg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0 50 100 150 200 250 300
Nitrat [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0,5 1,0 1,5
Ammonium [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Nitrit [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
10 20 30 40 50
Kalium [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0 10 20 30 40
Nickel [µg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-5 0 5 10 15 20
Cobalt [µg/l]
Sondermessnetz Schwerin Süd 123 alt
2,94
4,84
16
11,00
23,00
26,00
30,00
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Hannover, 11.Juni 2015
8,30
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-200 -150 -100 -50 0 50
Redoxpotential [mV]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 10 20 30
Nitrat [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
50 100 150 200 250
Sulfat [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-1 0 1 2 3 4 5
Uran [µg/l]
Nachweis der ArbeitshypotheseGrundwassersondierung Tewswoos
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
17Hannover, 11.Juni 2015
0,90
6,10
8,50
12,50
15,00
17,00
Hy Aei 1/2012GWMS Altenkirchen
13,89 m NN
qh0,35
qw23,00
qw27,50
qw214,00qp15,00
qp17,00
0
5
10
15
Hy BgnRn 24/1967GWMS Altenkirchen
14,20 m NN
0
50
100
150
200
250
300
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
Ersatzneubau
GWMS
Altenkirchen
Änderung der
Filterlage führt zu
Nachweis der ArbeitshypotheseAktion „Filter hoch!“
17,00
19,00
qp17,00qp18,00qp19,00
qp23,00
qp26,00
qp28,00
qp30,00
qp34,00qp35,00
qp37,20
qw143,00
20
25
30
35
40
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
Filterlage führt zu
erhöhten
Konzentrationen
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
2007
2009
2011
2013
<0,005 0,058 0,057 0,057 0,053 0,062 0,0550,080
Uran [µg/l]
Alter Filter
Neuer Filter
18Hannover, 11.Juni 2015
Durchgängig gekernte Bohrung von 0 - 42 m unter Gelände wenige Meter von der auffälligen Grundwassermess-stelle Friedland entfernt
Nachweis der ArbeitshypotheseUntersuchungen des Bohrkerns Friedland
Untersuchungen an Proben im Labor des LUNG im Dezernat 620 „Feststoffe,
spezielle anorganische Analytik“
Es wurden sowohl Proben aus den eher sandigen Partien des Kernes als auch
aus dem Geschiebemergel genommen, idealerweise nicht nah am Kontakt.
Insgesamt wurden 72 Proben genommen.
19Hannover, 11.Juni 2015
Uran-Sediment
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Uran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Bei den erhöhten Urangehalten im Grundwasser bei 4 - 5 m liegen auch im Feststoff bei ~3,5 - 4m erhöhte Urangehalte vor.
Nachweis der ArbeitshypotheseUntersuchungen des Bohrkerns Friedland
Uran-Sediment
Uran-Grundwasser
Uran mg/kg*10 bzw. Uran µg/l
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
20
Oberhalb der erhöhten Urangehalte im Grundwasser bei 18 - 20 m liegen auch im Feststoff bei 17 - 18 m erhöhte Urangehalte vor.
Auch bei den erhöhten Urangehalten im Grundwasser bei 28 - 29 m liegen im Feststoff bei 28,2 - 29,7 m erhöhte Urangehalte vor.
Hannover, 11.Juni 2015
Auch durch sequentielle Spurenelement-extraktion konnte die erhöhte Freisetzung von Uran aus dem Feststoff nachgewiesen werden.
Nachweis der ArbeitshypotheseUntersuchungen des Bohrkerns Friedland
Sequentielle Spurenelement-extraktion an quartären Sedimenten aus M-V zur Klärung von Urankonzentrationen im Grundwasser
Masterarbeit am Institut für Endlagerforschung der TU ClausthalBetreuer: Prof. Dr. Kurt Mengel
vorgelegt von: M.Sc. Ina VoßClausthal, Dezember 2013
21Hannover, 11.Juni 2015
2,94
4,84
OP alt Neue Pegel
Sondierung ca. 2 m neben der alten Messstelle
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30 35 40
SondierungUran [µg/l]
Probleme:Was messen wir eigentlich?
80
100
OP alt7.10.2014
84
71
2.10.2013
19
34
36
6.11.2014 Neue Messstellen ca. 15 m von der alten entfernt
Sondierung ca. 2 m neben der alten Messstelle
7.11.2013
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
358
2
1626
10
22
0
20
40
60
2011
2012
2013
2014
2015
neu
Uran [µg/l]
Hannover, 11.Juni 2015
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 5 10 15 20
Uran [µg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 2 4 6 8 10
Nitrat [mg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
100 200 300 400
Sulfat [µg/l]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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
10 20 30
Kalium [mg/l]
Probleme:Grundwassersondierung Friedland
Kein Nitrat?Kein Nitrat?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
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
23
Kein Nitrat?
Hannover, 11.Juni 2015
250
300
350
400
450
Ammonium EisenKalium
15
20
25
30
15
20
25
30450
Chlorid SulfatNitrat
15
20
25
30
Probleme:Kein Nitrat in Friedland?
0
50
100
150
200
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
0
5
10
15
0
5
10
15
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
0
5
10
15
2016
24Hannover, 11.Juni 2015
Redoxabhängigkeit
600
7000 20 40 60 80 100
Uran-Gehalte in µg/l in den Landesmessstellen M-V 2007-2014
Arbeitshypothese:Zusammenfassung
Uran wird im oxidierenden Milieu gelöst und fällt im reduzierenden Milieu bei Werten unter ca. 85 mV aus.
In Abhängigkeit von der Nitrat-Konzentration sind auch in der oxidierten Zone
oxidierend
geogenreduzierend
-100
0
100
200
300
400
500
Redoxpotential [mV]
Roll Front
25
auch in der oxidierten Zone Grenzwertüberschreitungen möglich.
Hannover, 11.Juni 2015
Die Aufkonzentration in der Roll Front entsteht beim Vordringen der Redoxfrontdurch wiederholte Mobilisation des ausgefällten Uran.
Tage-Monate
Jahre
Probleme:Beeinträchtigung der Oberflächengewässer
Jahrzehnte-Jahrhunderte
Jahrhunderte-Jahrtausende
26Hannover, 11.Juni 2015
1,2 � 5,3
1,9 �6,3
1,7 �6,7
2,5 � 7,0
1,6 �5,0 � Jahresgang
� Auswaschung des Bodens
� Pflanzenverfügbarkeit nicht gegeben
Probleme:Beeinträchtigung der Oberflächengewässer
2,5 � 7,0
2,7 � 8,1
3,9 � 9,2
1,9 � 9,7
7,2 � 9,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
Jan.2007 Jan.2008 Jan.2009 Jan.2010 Jan.2011 Jan.2012
Tollense Demmin
Ura
n [
µg
/l]
27Hannover, 11.Juni 2015
Seit vielen Jahren werden 12 Seen, die
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
Schweriner See
Ura
n in
mg
/kg
Probleme:Seesedimente als Zeugen zunehmender Uran-Mobilität
werden 12 Seen, die alle im Laufe der Jahre langsam steigende Urankonzentrationen zeigen, regelmäßig beprobt.
Datenquelle: Radioaktivitäts-überwachung des Landes (LUNG)
Entnahmestelle der Sedimentproben: Ufernähe
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
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Uran in mg/kg
Goldberger See
28Hannover, 11.Juni 2015
Weitere Untersuchungen:
� Vertiefung der Feststoffanalytik (Kooperation mit der TU Clausthal und Uni Greifswald) Vielen Dank!und Uni Greifswald)
� Grundwassersondierungen
� Isotopenuntersuchungen
29Hannover, 11.Juni 2015
Fossile Uran-Roll Front im Sandstein
Vielen Dank!
