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Grundwasser

, Volume 21, Issue 3, pp 227–241 | Cite as

Identifizierung der Nitratabbauprozesse und Prognose des Nitratabbaupotenzials in den Sedimenten des Hessischen Rieds

  • Christoph KludtEmail author
  • Frank-Andreas Weber
  • Axel Bergmann
  • Kay Knöller
  • Georg Berthold
  • Christoph Schüth
Fachbeitrag

Zusammenfassung

Mikrobiologische Abbauprozesse tragen maßgeblich zur Minderung der Nitratbelastung in sedimentären Grundwasserleitern bei, indem Nitrat unter Verbrauch von organischem Kohlenstoff (heterotroph) und Eisensulfiden bspw. Pyrit (autotroph) reduziert wird. Allerdings sind diese Phasen in Sedimenten oft nur in Spuren vorhanden und werden im Verlauf der Reaktionen aufgebraucht, sodass der Nitratabbau zum Erliegen kommen könnte. Um Maßnahmen im Zuge der EG-Wasserrahmenrichtlinie umsetzen zu können, wurden das Nitratabbaupotenzial und die Abbauprozesse in den z. T. stark nitratbelasteten Grundwasserleitern des Hessischen Rieds untersucht. Das Abbaupotenzial wurde an Bohrkernproben mittels Festphasenanalytik quantifiziert und charakterisiert. Mit tiefenorientierter Untersuchung der Hydrochemie (u. a. stabile Isotope und N2Exzess) konnten Nitrateinträge, Abbaufortschritt und Abbauprozesse sowie durchschnittliche Abbauraten im Anstrom ausgewählter Grundwassermessstellen bestimmt werden. Trotz geringer Sulfidgehalte (max. 123 mg-S/kg) konnte oft ein dominant autotropher Nitratabbau nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Studie dienen der Ausweisung von Risikogebieten, in deren Abstrom in naher Zukunft, bei gleichbleibend hohen Nitrateinträgen, mit nachlassendem Nitratabbau gerechnet werden muss.

Identification of denitrification processes and prognoses of denitrification potential in the sediments of the Hessian Ried

Abstract

Microbial denitrification contributes significantly to the mitigation of nitrate contamination in sedimentary aquifers by reducing nitrate coupled to the consumption of organic carbon (heterotrophic) and iron sulphides like pyrite (autotrophic). However, these phases are often only present in trace amounts and can become depleted, so that denitrification will eventually cease. In order to implement measures within the EC-Water Framework Directive, we investigated the denitrification potential and the denitrification processes in the sediments of the Hessian Ried. The reduction potential was quantified and characterized by solid-phase analyses of drill core samples. Depth-oriented investigations of hydrochemistry (i.e. stable isotopes, N2Excess) allowed determining nitrate input, reduction progress and average reduction kinetics upstream of selected wells. Despite low sulphide contents (max. 123 mg-S/kg), autotrophic denitrification was typically the dominant process. The results can be used to delineate risk areas, downstream of which denitrification can be expected to cease in the near future.

Keywords

Nitrate Denitrification Pyrite oxidation Stable isotopes 

Notes

Danksagung

Wir danken dem Hessischen Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie für die Initiierung des Vorhabens sowie die Unterstützung durch Zugang zu Daten und Messstellen, der Hessenwasser GmbH & Co. KG für die Bereitstellung der Bohrkerne, dem Projektpartner BGS Umwelt für die Grundwasserströmungsmodellierung und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU für die Förderung durch ein Promotionsstipendium.

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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2016

Authors and Affiliations

  • Christoph Kludt
    • 1
    • 4
    Email author
  • Frank-Andreas Weber
    • 2
  • Axel Bergmann
    • 2
  • Kay Knöller
    • 3
  • Georg Berthold
    • 4
  • Christoph Schüth
    • 1
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