8.3 Identifikation af vigtige processer

Overblik over mulige processer
En central del af tolkningsarbejdet går ud på at identificere de processer, der præger grundvandskvaliteten. Ved at forstå disse processer kan man på en mere kvalificeret måde identificere potentielle kritiske stoffer, vurdere den fremtidige koncentrationsudvikling, samt vurdere sårbarheden og de mest egnede afhjælpende og forebyggende indsatser. En kemisk grundvandskortlægning bør derfor i høj grad også koncentrere sig om processer frem for alene at fokusere på enkeltstoffernes koncentration og rumlige fordeling.

Der findes mange geokemiske processer, der kan vurderes i forbindelse med en kemisk grundvandskortlægning. Hvilke processer, der er mest relevante vil afhænge af det aktuelle område. Tabel 8.3 indeholder en oversigt over udvalgte processer.

Tabel 8.3 Oversigt over udvalgte geokemiske processer.
  tabel8_3

Indledningsvis bør listen af processerne løbes igennem for at identificere, hvilke processer er mest væsentlige for grundvandets kvalitet i det aktuelle område. Herefter vurderes udvalgte processer i større detalje, blandt andet ved hjælp af diverse præsentationer.

Det anbefales, at der som minimum vurderes på processerne pyritoxidation, ionbytning og sulfatreduktion med mindre det kan godtgøres, at én eller flere af disse processer ikke er relevante for det aktuelle område. Nedenfor angives flere oplysninger om disse tre processer, og hvordan de kan vurderes. Hvis andre processer i tabel 8.3 skal vurderes, kan der anvendes en lignende fremgangsmåde. Fremgangsmåden (med udvalgte præsentationer, der kan hjælpe med vurderingen) omfatter:

  • processens omfang (fraktildiagram, scatterplot)
  • geografisk fordeling (temakort, dybdeplot)
  • udvikling (tidsserie)
  • årsag (scatterplot, principskitse)

Pyritoxidation:
Definition: Pyritoxidation er en proces, hvor pyrit i sedimentet oxideres af ilt eller nitrat i grundvandet. Ved grundvandssænkning kan processen også foregå i den umættede zone. Nitrat reduceres til nitrit, hvis processen er ufuldstændig, og til gasarten kvælstof (N2), hvis processen er løbet fuldstændig til ende.

Pyritoxidation kan i mange tilfælde sætte et kraftigt præg på grundvandets sammensætning. I første omgang fjernes ilt og nitrat fra vandet, og der dannes sulfat og syre. Tilstedeværelse af nitrit er en indikation på pyritoxidation og omsætning af nitrat. Syren vil enten sænke pH eller, hvis der er kalk tilstede, forårsage en stigning i hårdhed og forvitringsgrad. Jernindholdet i grundvandet kan stige, men kan også udfælde som jernoxider eller karbonater. Såfremt der er et væsentligt nikkelindhold i pyriten, kan indholdet af nikkel opløst i grundvandet stige til problematiske niveauer. Pyrit indeholder desuden arsen, som kan være en kilde til arsen i grundvandet, da arsen ligesom nikkel findes som en urenhed i pyrit. Pyritoxidation i den umættede zone kan medføre meget høje sulfatkoncentrationer og eventuel udfældning af calciumsulfat (gips).

Pyritoxidation er en proces, der foregår ved redoxfronten. Grundvand, der er præget af pyritoxidation, er oftest forholdsvis ungt. Derfor er dette vand ofte også sårbart overfor nedsivende miljøfremmede stoffer.

I områder med et særligt behov for afklaring af potentialet for nitratreduktion, kan der udføres nye boringer med udtagning af sedimentprøver til kemiske analyser. Der analyseres f.eks. for indhold af pyrit, organisk stof og reduceret jern samt total nitratreduktionskapacitet, se afsnit 6.5.

Omfang:
Sulfat er nok den mest sikre indikator på pyritoxidation. Forvitringsgraden stiger også ved pyritoxidation, hvorfor et scatterplot af sulfat vs forvitringsgrad (som angivet i Tabel 8.3) ofte viser en god sammenhæng og er en god måde, hvorpå man kan fastlægge omfanget af processen. Ved pyritoxidation danner nitrat 1,0 mg sulfat pr. mg nitrat, mens ilt danner 1,6 mg sulfat pr. mg ilt. Til belysning af omfanget af nitratreduktion kan man udarbejde et scatterplot af sulfat mod nitrat.

Herudover kan tilstedeværelse af nitrit i en vandprøve være en indikator for, at boringens indtag ligger tæt på nitratfronten, og et nitrit fraktildiagram kan være med til at belyse dette.

Fordeling:
Den geografiske fordeling kan belyses ved at udarbejde et temakort for sulfat og nitrat for hvert magasin. For at fortolke temakortet for sulfat skal baggrundsniveauet for sulfat vurderes. Baggrundsniveauet for sulfat varierer fra sted til sted (oftest fra < 10 til 30 mg/l) da det afhænger af atmosfærisk nedfald af svovl (dette er faldet drastisk de senere årtier), svovltilførsel via gødning, nettonedbør og fjernelse af svovl via høst.

Såfremt der er nitratproblemer i området, kan man vælge at fastlægge dybden til farveskift som angivet i kapitel 4. På basis af disse data udarbejdes et temakort, hvor dybden til farveskift er tematiseret. Desuden kan der udarbejdes profilsnit, hvor nitratfronten tegnes ind.

Udvikling:
Tidsserier af sulfat (se afsnit 5.4 og 7.5) kan indikere, om situationen er statisk eller om der er tale om stigende pyritoxidation med risiko for gennemslag af nitrat.

Årsag
Den kemiske grundvandskortlægning bør forsøge at fastlægge årsagen til udpræget pyrit-oxidation. Dette kræver, at de enkelte potentielle årsager nedenfor gennemgås én for én:

  1. Barometereffekt: Skyldes indtrængning af ilt i den umættede zone via filtre, der sidder delvis over driftsvandspejlet. Da transporten af ilt til den umættede zone kan være stor, kan det medføre store sulfatstigninger, lokalt langt over 1.000 mg/l. Det bør kontrolleres, om der er et lerlag i den umættede zone, der kan give barometereffekten, samt om toppen af filteret er højere end driftsvandspejl.
  2. Vandspejlssænkning og -fluktuationer: Kan skyldes dræning, indvinding af grundvand, eller årstidsbetingede forskelle i nedbør. Disse årsager medfører et midlertidig eller permanent fald i vandspejlet. Hermed kan ilt trænge ind i den nye umættede zone, der kan indeholde pyrit. Transporten af ilt til den umættede zone kan i denne situation være stor og kan medføre stor sulfatdannelse, lokalt med koncentrationer langt over 1.000 mg/l. Historiske pejledata og ændringer i arealanvendelsen bør undersøges.
  3. Nedsivende opløst ilt: Opløseligheden af ilt i grundvand er ved 10 ºC ca. 11 mg/l, hvilket kan medføre en sulfatstigning på i alt ca. 18 mg/l ved pyritoxidation.
  4. Nedsivning af nitrat: Udvaskning af nitrat under rodzonen på opdyrkede marker er i dag typisk ca. 71 og 58 mg/l nitrat for henholdsvis sand- og lerjord (Grant m.fl., 2007). Dette vil medføre en sulfatstigning på henholdsvis ca. 71 og 58 mg/l ved pyritoxidation. Det bemærkes, at nitratudvaskningen var ca. 1½ gange større for ca. 15 år siden og at der er stor spredning på de aktuelle målinger I Landovervågningsoplandene (Grant m.fl., 2007). Hvis vandet er blandet med vand dannet under by eller naturarealer, vil nitratindholdet være mindre.

Ionbytning
Definition: Ionbytning er en proces, hvor der sker udveksling af ioner (Na, Ca og Mg) mellem grundvandet og sedimentet, idet ionerne adsorberes eller desorberes fra overfladekomplekser på lermineraler. Ionbytning foregår for at skabe ligevægt mellem de kationer, der er opløst i jordvæsken og de kationer, som er adsorberet til lermineralerne.

boks_s80

Omvendt ionbyttet grundvand vil opstå når saltvand infiltrer i et mere fersk grundvandssediment. Omvendt ionbyttet grundvand opnås ved saltvandsindtrænging eller diffusion fra det underliggende salte grundvand forceret af en kraftig indvinding. Omvendt ionbyttet grundvand kan også opstå ved infiltration af salt vand fra jordoverfladen, som f.eks. kan skyldes vejsaltning eller andre saltkilder.

Ionbyttet grundvand vil opstå når fersk vand infiltrer et mere salt grundvandssediment af ofte marin oprindelse, eller som tidligere har været i kontakt med mere saltholdigt grundvand.

Det antages, at et forhold mellem Na og Cl på 0,75 - 1,25 repræsenterer ikke ionbyttet grundvand med ligevægt i saltindholdet mellem grundvand og sedimentet, idet der medtages et usikkerhedsinterval på ±0,25 omkring 1.

Det bemærkes, at ikke-ionbyttet vand normalt er udtryk for et magasin med en god gennemstrømning og dermed ungt vand. Men det kan også være udtryk for et magasin, hvor sedimentet har en ringe ionbytningskapacitet (Krog m.fl., 2000), eller hvor sedimentet blev aflejret i f. eks. et ferskvandsmiljø med et natrium/calcium-forhold, der ligner det nuværende grundvand. Derfor kan man ikke konkludere, at grundvand er ungt (og dermed sårbart) alene på basis af manglende ionbytning.

Omfang:
Som det fremgår af Tabel 8.3 kan omfanget af ionbytning i det aktuelle område vurderes ved udarbejdelse af et scatterplot af Na vs Cl og et fraktildiagram med ionbytningsgrad.

Fordeling:
Den geografiske fordeling kan belyses ved et temakort over ionbytningsgraden.

Udvikling:
Tidsserier af ionbytningsgrad (se afsnit 5.4 og 7.5) kan indikere, om situationen er statisk eller under forandring.

Årsag:
Den kemiske grundvandskortlægning bør forsøge at fastlægge årsagen til ionbytning eller omvendt ionbytning.

Blandt de potentielle årsager til ionbytning kan nævnes:

  1. Høj ionbytningskapacitet: Visse lermineraler (f. eks. glaukonit i Lellinge grønsand) har en meget stor ionbytningskapacitet og medfører ofte en høj ionbytningsgrad i grundvandet.
  2. Dårlig gennemstrømning: Ofte vil høj ionbytning være tegn på dårlig gennemstrømning, enten i dæklaget og/eller i selve magasinet.

Blandt de potentielle årsager til omvendt ionbytning kan nævnes:

  1. Saltvandsindtrængning eller diffusion: Enhver ændring i grundvandets saltindhold over tid rykker på balancen mellem sediment og grundvand. Det typiske eksempel er indtrængning af saltvand, hvor der tidligere var ferskvand. Dette kan medføre et fald i ionbytningsgrad, hvor natrium i vandet byttes med calcium på sedimentet (omvendt ionbyttet). Dette er et faresignal for vandindvindingen i området, og et tegn på at det kan være nødvendigt at sænke indvindingen.
  2. Vejsaltning og andre saltforureningskilder ved jordoverfladen: I denne situation vil saltvand nedsive til et mere fersk grundvandssediment.

Sulfatreduktion
Definition: Sulfatreduktion er en proces, hvor sulfat reduceres til svovlbrinte samtidig med, at organisk stof oxideres til hydrogencarbonat ved hjælp af mikroorganismer.

Sulfatreduktion danner svovlbrinte i første omgang, men svovlbrinte kan fælde ud med jern og kommer dermed til at mangle helt i grundvandsanalysen. Hvor der sker sulfatreduktion, stiger risikoen for, at redoxmiljøet er så reducerede, at der også dannes methan via omdannelse af reaktivt naturligt organisk stof i aflejringerne. Hvis datadækningen for disse parametre er ringe i et område med udpræget sulfatreduktion, bør udtagning af prøver til disse analyser anbefales i det analyseprogram, der udarbejdes i Trin 1b-rapporten.

For at identificere, om sulfatreduktion finder sted, skal man fastlægge baggrundsniveauet for sulfat og se om sulfatindholdet er lavere end dette. Det gøres opmærksom på at baggrundsniveauet for sulfat varierer fra sted til sted (oftest fra < 10 til 30 mg/l) da det afhænger af atmosfærisk nedfald af svovl (er faldet drastisk de senere årtier), svovltilførsel via gødning, nettonedbør og fjernelse af svovl via høst.

Omfang:
Omfanget af sulfatreduktion kan belyses med f. eks. et scatterplot af sulfat vs hydrogencarbonat som angivet i Tabel 8.3.

Fordeling:
Den geografiske fordeling kan ses på et temakort over sulfat. Et temakort over vandtyper giver også et godt overblik fordelt på magasiner.

Udvikling:
Udvikling kan ses ved udarbejdelse af sulfat tidsserier for udvalgte boringer, se afsnit 5.4 og 7.5.

Årsag:
Årsagen til sulfatreduktion eller mangel deraf kan belyses ved vurdering af organiske stof i de geologiske lag. Der er her specielt vigtigt, om der er meget eller lidt organisk stof og det organiske stofs reaktivitet. Såfremt der i forvejen er udarbejdet en geologisk beskrivelse af det aktuelle område kan oplysninger om organisk stof søges her. Ellers kan en hurtig gennemgang af udvalgte borejournaler også give en indikation.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *