Skip to main content

Advertisement

SpringerLink
Log in

Charakterisierung zweier Karstsysteme mithilfe organischer Spurenstoffe

Application of organic micro-pollutants for the characterisation of two karst systems

  • Fachbeitrag
  • Published:
Grundwasser Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wird das Auftreten organischer Spurenstoffe in zwei hinsichtlich der geologischen Verhältnisse und der Flächennutzung unterschiedlichen Karstgebieten diskutiert.

In einem urban geprägten, moderat verkarsteten Quelleinzugsgebiet mit einer hohen Anzahl lokaler Eintragsquellen (beispielsweise Altlasten, Kanalleckagen) ist gegenüber einem landwirtschaftlich dominierten Gebiet das Spektrum der gefundenen Stoffe breiter. Die Konzentrationen der meisten dieser Stoffe nehmen auf der Fließstrecke zu den Quellaustritten bis unter die Bestimmungsgrenzen ab und können daher nur über ein flächendeckendes Messstellennetz erfasst werden. In den Quellen finden sich vorwiegend Stoffe, die entweder durch eine weite rezente Anwendungsverbreitung oder hohe Persistenz charakterisiert sind.

In der Quelle eines stärker verkarsteten und somit höher durchlässigen Grundwasserfließsystems werden zeitlich variierend auch biologisch leicht abbaubare Substanzen detektiert. Aufgrund hoher Fließgeschwindigkeiten erfordern Untersuchungen dieses Fließsystems ein zeitlich hochaufgelöstes Monitoring organischer Spurenstoffe.

Somit haben neben den jeweiligen Stoffeigenschaften auch die hydrogeologischen Systemcharakteristika erheblichen Einfluss auf das Spektrum der nachweisbaren Stoffe.

Abstract

In the presented work the occurrence of organic micro-pollutants is discussed for two karst areas with different geological characteristics and land-use patterns.

Within an urban moderately karstified catchment with a large number of local input sources (e.g. contaminated sites, sewer leakages), a greater variety of micro-pollutants is found compared to a rural area. Mostly the concentrations of these compounds decrease below quantification limits before emerging at the spring and can therefore only be detected by a comprehensive network of sampling points. Springs show the presence of micro-pollutants, either recently applied in large amounts or characterized by high persistence.

At the outlet of a highly karstified and consequently highly permeable aquifer readily biodegradable compounds are detected. Due to high groundwater flow velocities investigations of micro-pollutants require a highly resolved monitoring.

Therefore, beside substance properties, also hydrogeological characteristics affect the spectrum of detectable micro-pollutants.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3

Literatur

  • Allen, R., Walker, A.: The influence of soil properties on the rates of degradation of metamitron, metazachlor and metribuzin. Pestic. Sci. 18, 95–111 (1987)

    Google Scholar 

  • Atkinson, T.C.: Diffuse flow and conduit flow in limestone terrain in the Mendip Hills, Somerset (Great Britain). J. Hydrol. 35(1–2), 93–110 (1977)

    Article  Google Scholar 

  • Baran, N., Lepiller, M., Mouvet, C.: Agricultural diffuse pollution in a chalk aquifer (Trois Fontaines, France): Influence of pesticide properties and hydrodynamic constraints. J. Hydrol. 358(1–2), 56–69 (2008)

    Article  Google Scholar 

  • Barbieri, M., Licha, T., Nödler, K., Carrera, J., Ayora, C., Sanchez-Vila, X.: Fate of β-blockers in aquifer material under nitrate reducing conditions: batch experiments. Chemosphere 89(11), 1272–1277 (2012)

    Article  Google Scholar 

  • Beulke, S., Malkomes, H.-P.: Effects of the herbicides metazachlor and dinoterb on the soil microflora and the degradation and sorption of metazachlor under different environmental conditions. Biol. Fertil. Soils. 33, 467–471 (2001)

    Article  Google Scholar 

  • BVL.: Absatz an Pflanzenschutzmitteln in der Bundesrepublik Deutschland. Ergebnisse der Meldungen gemäß § 19 Pflanzenschutzgesetz für das Jahr 2010. http://www.bvl.bund.de/SharedDocs/Downloads/04_Pflanzenschutzmittel/meld_par_19_2010.pdf (2011). Zugegriffen: 1. Juli 2013

  • Caracciolo, A.B., Fajardo, C., Grenni, P., Sacca, M.L., Amalfitano, S., Ciccoli, R., Martin, M., Gibello, A.: The role of a groundwater bacterial community in the degradation of the herbicide terbuthylazine. FEMS Microbiol. Ecol. 71, 127–136 (2010)

    Article  Google Scholar 

  • Clara, M., Strenn, B., Kreuzinger, N.: Carbamazepine as a possible anthropogenic marker in the aquatic environment: investigations on the behaviour of carbamazepine in wastewater treatment and during groundwater infiltration. Water Res. 38(4), 947–954 (2004)

    Article  Google Scholar 

  • DWD.: http://www.dwd.de/bvbw/generator/DWDWWW/Content/Oeffentlichkeit/KU/KU2/KU21/klimadaten/german/nieder__6190__akt__html,templateId=raw,property=publicationFile.html/nieder_6190_akt_html.html (2013). Zugegriffen: 1. Juni 2013

  • Einsiedl, F.: Flow system dynamics and water storage of a fissured-porous karst aquifer characterized by artificial and environmental tracers. J. Hydrol. 312, 312–321 (2005)

    Article  Google Scholar 

  • Estévez, E., del Carmen Cabrera, M., Molina-Díaz, A., Robles-Molina, J., del Pino Palacios-Díaz, M.: Screening of emerging contaminants and priority substances (2008/105/EC) in reclaimed water for irrigation and groundwater in a volcanic aquifer (Gran Canaria, Canary Islands, Spain). Sci. Total Environ. 433, 538–546 (2012)

    Article  Google Scholar 

  • Ford, D.C., Williams, P.: Karst hydrogeology and Geomorphology, 562 S. Wiley, West Sussex (2007)

  • Geyer, T., Birk, S., Licha, T., Liedl, R., Sauter, M.: Multitracer test approach to characterize reactive transport in karst aquifers. Ground Water. 45(1), 36–45 (2007)

    Article  Google Scholar 

  • Geyer, T., Selg, M., Gudera, T., Sauter, M.: Langzeitabflussverhalten der Gallusquelle und des Blautopfs – relative Bedeutung der Matrix und des Karströhrensystems. Laichinger Höhlenfreund. 46, 63–74 (2011)

  • Geyer, T., Birk, S., Reimann, T., Dörfliger, N., Sauter, M.: Differentiated characterization of karst aquifers: some contributions. Carbonates Evaporites. 28(1–2), 41–46 (2013)

    Article  Google Scholar 

  • Giacomazzi, S., Cochet, N.: Review – environmental impact of diuron transformation: a review. Chemosphere. 56, 1021–1032 (2004)

    Article  Google Scholar 

  • Giger, W., Schaffner, C., Kohler, H.-P.E.: Benzotriazole and tolyltriazole as aquatic contaminants. 1. Input and occurrence in rivers and lakes. Environ. Sci. Technol. 40, 7186–7192 (2006)

    Article  Google Scholar 

  • Heberer, T., Mechlinski, A., Fanck, B., Knappe, A., Massmann, G., Pekdeger, A., Fritz, B.: Field studies on the fate and transport of pharmaceutical residues in bank filtration. Ground Water Monit. R. 24, 70–77 (2004)

    Google Scholar 

  • Hebig, K.H., Nödler, K., Licha, T., Scheytt, T.J.: Impact of materials used in lab and field experiments on the recovery of organic micropollutants. Sci. Total Environ. 473–474, 125–131 (2014)

    Article  Google Scholar 

  • Heinz, B., Birk, S., Liedl, R., Geyer, T., Straub, K.L., Andresen, J., Bester, K., Kappler, A.: Water quality deterioration at a karst spring (Gallusquelle, Germany) due to combined sewer overflow: evidence of bacterial and micro-pollutant contamination. Environ. Geol. 57, 797–808 (2009)

    Article  Google Scholar 

  • Hillebrand, O., Nödler, K., Licha, T., Sauter, M., Geyer, T.: Caffeine as an indicator for the quantification of untreated wastewater in karst systems. Water Res. 46, 395–402 (2012a)

    Article  Google Scholar 

  • Hillebrand, O., Nödler, K., Licha, T., Sauter, M., Geyer, T.: Identification of the attenuation potential of a karst aquifer by an artificial dualtracer experiment with caffeine. Water Res. 46, 5381–5388 (2012b)

    Article  Google Scholar 

  • Hillebrand, O., Nödler, K., Geyer, T., Licha, T.: Investigating the dynamics of two herbicides at a karst spring in Germany – consequences for sustainable raw water management. Sci. Total Environ. (2014). Doi:10.1016/j.scitotenv.2014.02.117

  • HLUG.: Geologische Übersichtskarte von Hessen. Wiesbaden (2008)

  • Jablonowski, N.D., Schäffer, A., Burauel, P.: Still present after all these years: persistence plus potential toxicity raise questions about the use of atrazine. Environ. Sci. Pollut. R. 18, 328–331 (2011)

    Article  Google Scholar 

  • Käding, K.-C.: Der Zechstein in der Stratigraphischen Tabelle von Deutschland 2002. Newsl. Stratigr. 41(1/3), 123–127 (2005)

    Article  Google Scholar 

  • Kern, S., Baumgartner, R., Helbling, D.E., Hollender, J., Singer, H., Loos, M.J., Schwarzenbach, R.P., Fenner, K.: A tiered procedure for assessing the formation of biotransformation products of pharmaceuticals and biocides during activated sludge treatment. J. Environ. Monitor. 12, 2100–2111 (2010)

    Article  Google Scholar 

  • Kolpin, D.W., Furlong, E.T., Meyer, M.T., Thurman, E.M., Zaugg, S.D., Barber, L.B., Buxton, H.T.: Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in US streams, 1999–2000: a national reconnaissance. Environ. Sci. Technol. 36, 1202–1211 (2002)

    Article  Google Scholar 

  • Kulick, J.: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Hessen 1:25.000, Blatt 4719 Korbach, 272 S. Wiesbaden (1997)

  • Massmann, G., Dunnbier, U., Heberer, T., Taute, T.: Behaviour and redox sensitivity of pharmaceutical residues during bank filtration – Investigation of residues of phenazone-type analgesics. Chemosphere 71, 1476–1485 (2008)

    Article  Google Scholar 

  • Metcalfe, C.D., Beddows, P.A., Bouchot, G.G., Metcalfe, T.L., Li, H., Van Lavieren, H.: Contaminants in the coastal karst aquifer system along the Caribbean coast of the Yucatan Peninsula, Mexico. Environ. Pollut. 159(4), 991–997 (2011)

    Article  Google Scholar 

  • Morasch, B.: Occurrence and dynamics of micropollutants in a karst aquifer. Environ. Pollut. 173, 133–137 (2013)

    Article  Google Scholar 

  • Nödler, K., Licha, T., Bester, K., Sauter, M.: Development of a multi-residue analytical method, based on liquid chromatography-tandem mass spectrometry, for the simultaneous determination of 46 micro-contaminants in aqueous samples. J. Chromatogr. A 1217(42), 6511–6521 (2010)

    Article  Google Scholar 

  • PflSchAnwV.: Verordnung über Anwendungsverbote für Pflanzenschutzmittel (Pflanzenschutz-Anwendungsverordnung) vom 10. November 1992. BGBl. I S. 1887 (1992)

  • Reh, R., Licha, T., Geyer, T., Nödler, K., Sauter, M.: Occurrence and spatial distribution of organic micro-pollutants in a complex hydrogeological karst system during low flow and high flow periods, results of a two-year study. Sci. Total Environ. 443, 438–445 (2013)

    Article  Google Scholar 

  • Rowden, R.D., Liu, H., Libra, R.D.: Results from the Big Spring basin water quality monitoring and demonstration projects, Iowa, USA. Hydrogeol. J. 9, 487–497 (2001)

    Article  Google Scholar 

  • Sacher, F., Ehmann, M., Gabriel, S., Graf, C., Brauch, H.J.: Pharmaceutical residues in the river Rhine – results of a one-decade monitoring programme. J. Environ. Monit. 10, 664–670 (2008)

    Article  Google Scholar 

  • Sauter, M.: Quantification and forecasting of regional groundwater flow and transport in a karst aquifer (Gallusquelle, Malm, SW. Germany), 150 S. Tübinger Geowissenschaftliche Arbeiten C13, Tübingen (1992)

  • Schmidt, G., Schoyerer, R.: Zum Nachweis von Coffein und seinen Metaboliten im Harn. Int. J. Legal Med. 57(3), 402–409 (1966)

    Article  Google Scholar 

  • Schraft, A., Fritsche, J.G., Hemfler, M., Mittelbach, G., Rambow, D., Tangermann, T.: Die hydrogeologischen Einheiten Nordhessens, ihre Grundwasserneubildung und ihr nutzbares Grundwasserdargebot (Ldkrs. Waldeck-Frankenberg, Kassel, Schwalm-Eder, Werra-Meißner, Hersfeld-Rotenburg, Fulda und Stadt Kassel). Geol. Jb. Hessen 129, 27–53 (2002)

    Google Scholar 

  • Schwabe, U., Paffrath, D. (Hrsg.): Arzneiverordnungs-Report 2012: Aktuelle Daten, Kosten, Trends und Kommentare, 1.142 S. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg (2012)

  • Schwarzenbach, R.P., Escher, B.I., Fenner, K., Hofstetter, T.B., Johnson, C.A., von Gunten, U., Wehrli, B.: The challenge of micropollutants in aquatic systems. Science 313(5790), 1072–1077 (2006)

    Article  Google Scholar 

  • Ternes, T.: The occurrence of micopollutants (sic!) in the aquatic environment: a new challenge for water management. Water Sci. Technol. 55(12), 327–332 (2007)

    Article  Google Scholar 

  • UBA.: Bewertung der Anwesenheit teil- oder nicht bewertbarer Stoffe im Trinkwasser aus gesundheitlicher Sicht. Empfehlung des Umweltbundesamtes nach Anhörung der Trinkwasserkommission, Bundesgesundheitsbl–Gesundheitsforsch–Gesundheitsschutz 46, 249–251 (2003)

  • White, W.B.: Conceptual models for carbonate aquifers. Ground Water 7(3), 15–21 (1969)

    Article  Google Scholar 

  • WHO.: Guidelines for drinking-water quality, 4th edn. http://whqlibdoc.who.int/publications/2011/9789241548151_eng.pdf (2011). Zugegriffen: 21. Nov. 2013

  • Wittmer, I.K., Bader, H.-P., Scheidegger, R., Singer, H., Lück, A., Hanke, I., Carlsson, C., Stamm, C.: Significance of urban and agricultural land use for biocide and pesticide dynamics in surface waters. Water Res. 44, 2850–2862 (2010)

    Article  Google Scholar 

Download references

Danksagung

Die Untersuchungen zur Waldecker Scholle wurden gefördert vom Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG), Wiesbaden, sowie von der Energie Waldeck-Frankenberg EWF GmbH. Wir danken hierfür insbesondere Frau Schlösser-Kluger und Frau Jaeger-Wunderer (HLUG) sowie Herrn Schaller und Herrn Wilke (EWF). Wir danken den Mitarbeitern des Wasswerkes Hermentingen, besonders Herrn Peter Knaus, für die Hilfe bei den Untersuchungen an der Gallusquelle. Weiterhin danken wir dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Unterstützung im Rahmen der Fördermaßnahme „Nachhaltiges Wassermanagement“ (NaWaM-RiSKWa; Förderkennzeichen 02WRS1277A, AGRO, „Risikomanagement von Spurenstoffen und Krankheitserregern in ländlichen Karsteinzugsgebieten“).

Author information

Authors and Affiliations

  1. Geowissenschaftliches Zentrum, Angewandte Geologie, Universität Göttingen, Goldschmidtstraße 3, 37077, Göttingen, Deutschland

    Roland Reh, Olav Hillebrand,  Karsten Nödler,  Tobias Licha &  Martin Sauter

  2. Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) im Regierungspräsidium Freiburg, Albertstraße 5, 79104, Freiburg im Breisgau, Deutschland

    Tobias Geyer

Authors
  1. Roland Reh
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Olav Hillebrand
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Tobias Geyer
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Karsten Nödler
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Tobias Licha
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. Martin Sauter
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Roland Reh.

Anhang

Anhang

Tab. 4 Untersuchte Stoffe, Anwendungsbereiche und Bestimmungsgrenzen nach Nödler et al. (2010) und Reh et al. (2013)
Full size table

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Reh, R., Hillebrand, O., Geyer, T. et al. Charakterisierung zweier Karstsysteme mithilfe organischer Spurenstoffe. Grundwasser 19, 251–262 (2014). https://doi.org/10.1007/s00767-014-0264-6

Download citation

  • Received:

  • Revised:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00767-014-0264-6

Keywords

Search

Navigation