AMINAL afdeling Water Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie Nitraatverspreiding en reductieprocessen in het grondwater van een 5-tal geselecteerde testsites in Vlaanderen

Overzicht 1. Doelstelling van het onderzoek AMINAL afdeling Water Overzicht 1. Doelstelling van het onderzoek 2. Selectiecriteria voor testsites 3. Concept van een testsite + nitraatverspreiding op de testsites Adegem, Kampenhout, Mol, Torhout en Peer 4. Totale reductiecapaciteit en chemische reacties 5. Resultaten van sediment- en poriënwateronderzoek op enkele testsites 6. Conclusies Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

1. Doelstelling van het onderzoek: AMINAL afdeling Water 1. Doelstelling van het onderzoek: Uitbreiden van de kennis over de verspreidingsmechanismen van nitraat in het grondwater in landbouwgebieden (91/676/EEG) Studie van de natuurlijke mechanismen ter verwijdering van nitraat uit het grondwater, met name de nitraatreductieprocessen Invloed van de totale reductiecapaciteit (TRC) van sediment (en water) op de nitraatgevoeligheid van watervoerende systemen Lange termijneffecten op ondiepe watervoerende systemen met een natuurlijk stromingsregime Ontwikkelen van een conceptueel model dat door hydrogeochemische modellering kan worden bevestigd Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

2. Selectiecriteria voor testsites AMINAL afdeling Water 2. Selectiecriteria voor testsites Topografie en geomorfologie  indicatoren voor de stroming in het freatisch gedeelte van een watervoerend systeem (van hoog naar laag) Geologie en geochemie  beschikbare kennis over samenstelling, mineralogie, textuur, heterogeniteit en dikte van sedimentaire afzettingen Potentiële diffuse bronnen voor nitraatcontaminatie  landbouwgebieden in infiltratiegebied, geen bijkomende verticale bemestingsimpact in het profiel (stroomafwaarts gelegen putten in natuurgebied) Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

2. Selectiecriteria voor testsites AMINAL afdeling Water 2. Selectiecriteria voor testsites Hydrogeologie  kennis over porositeit en hydraulische gradiënt Afwezigheid van grootschalige waterwinning  natuurlijk stromingspatroon Profiellengte  in verhouding tot stromingssnelheden Toegankelijkheid  boormachines en laboratoria Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Ligging van de testsites AMINAL afdeling Water Ligging van de testsites Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

3. Concept van een testsite + nitraatverspreiding op de 5 sites AMINAL afdeling Water 3. Concept van een testsite + nitraatverspreiding op de 5 sites Installatie van 4 multilevel-installaties met gemiddeld 10 filters per locatie Combinatie van buisfilters en minifilters (minifilters 10 cm alleen voor staalname, buisfilters 30cm ook voor peilmetingen) Duidelijke scheiding tussen potentieel contaminatiegebied en transmissiezone met beperkte verticale impact van nitraattoevoer Observatie van de evolutie van nitraatgehaltes in het grondwater onder natuurgebieden Opsporen van aquiferzones met grootschalige nitraatreductie Kwalitatieve en kwantitatieve bepaling van nitraatreductieprocessen Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Toegepaste Geologie en Hydrogeologie AMINAL afdeling Water Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Toegepaste Geologie en Hydrogeologie AMINAL afdeling Water Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Toegepaste Geologie en Hydrogeologie AMINAL afdeling Water Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Toegepaste Geologie en Hydrogeologie AMINAL afdeling Water Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Toegepaste Geologie en Hydrogeologie AMINAL afdeling Water Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

4. Totale reductiecapaciteit en reacties omtrent nitraatreductie AMINAL afdeling Water 4. Totale reductiecapaciteit en reacties omtrent nitraatreductie Totale reductiecapaciteit (TRC): gezamenlijke parameter van alle gereduceerde stoffen in sediment (en water), die potentieel in staat zijn nitraat en andere geoxideerde stoffen met behulp van micro-organismen te reduceren. Gereduceerde stoffen: in hoofdzaak organisch materiaal, sulfiden (vooral pyriet) en Fe(II)-houdende mineralen. Niet alle aanwezige stoffen zijn biobeschikbaar  onderscheid tussen totale en effectieve reductiecapaciteit (ERC): TRC - NBS (chemisch + fysisch) = ERC waarbij: chemisch  inert of moeilijk afbreekbaar fysisch  niet toegankelijk Geen nitraatreductie bij te hoge zuurstofconc. (redox-condities), te lage temperaturen of aanwezigheid van een toxisch milieu

AMINAL afdeling Water Nitraatreductie De twee belangrijkste microbiologisch-gekatalyseerde nitraatreductieprocessen in de Vlaamse sedimenten: Nitraatreductie met organisch materiaal 5Corg + 4NO3- + 2H2O  2N2 + 4HCO3- + CO2 Nitraatreductie met pyrietoxidatie 2FeS2 + 6NO3- + 2HCO3-  3N2 + 2FeOOH + 4SO42- + 2CO2 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

-Adegem - - Kampenhout - - Peer - AMINAL afdeling Water 5. Resultaten van poriënwateronderzoek en sedimentanalyse op basis van een gestoken sedimentmonster op de testsites Drie voorbeelden: -Adegem - - Kampenhout - - Peer - Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Voorbeeld van een sedimentkern Monstername: sediment + poriënwater

Vergelijking van de aanwezigheid van reducerende stoffen AMINAL afdeling Water Vergelijking van de aanwezigheid van reducerende stoffen en anionenconcentraties op de testsite Adegem Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Vergelijking van de aanwezigheid van reducerende stoffen AMINAL afdeling Water Vergelijking van de aanwezigheid van reducerende stoffen en anionenconcentraties op de testsite Kampenhout Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

Vergelijking van de aanwezigheid van reducerende stoffen AMINAL afdeling Water Vergelijking van de aanwezigheid van reducerende stoffen en anionenconcentraties op de testsite Peer Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

6 .Conclusies 1 .Oxidatiezone van watervoerende lagen AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 1 .Oxidatiezone van watervoerende lagen De laterale en verticale uitbreiding van de oxidatiezone van de watervoerende laag bepaalt de nitraatgevoeligheid, zonder externe aanvoer van gereduceerde stoffen. De expansie van de oxidatiezone hangt van volgende parameters af: a) genese, ouderdom, samenstelling en hydraulische doorlatendheid van de sedimenten b) stromingssnelheid en stromingsrichting van het grondwater c) de dikte van de onverzadigde zone d) historische en recente aanvoer van oxiderende stoffen zoals opgelost zuurstof, nitraat en sulfaat Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

6 .Conclusies 2 .Reductiezone van watervoerende lagen AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 2 .Reductiezone van watervoerende lagen De reductiezone is praktisch nitraatvrij  rechtstreekse consumptie van geoxideerde stoffen zoals nitraat door anaërobe micro-organismen. Wanneer in een reductiezone de gereduceerde stoffen fysisch niet beschikbaar zijn, kunnen ook hier hogere nitraatconcentraties worden gemeten. Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

6 .Conclusies 3 .Nutriënten AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 3 .Nutriënten Gereduceerde stoffen in het sediment, die een voedingsbron voor anaërobe micro-organismen vormen en nitraatreductieprocessen mogelijk maken: Organisch materiaal: belangrijkste parameter in quartaire en tertiaire terrestrische afzettingen (sites Adegem, Mol en Peer) Pyriet: belangrijkste parameter in mariene tertiaire of oudere afzettingen (sites Torhout en Kampenhout) Postsedimentaire vorming van pyriet op een later tijdstip is mogelijk Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

6 .Conclusies 4 .Ouderdom van de nitraatcontaminaties op de testsites AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 4 .Ouderdom van de nitraatcontaminaties op de testsites Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

6 .Conclusies 5 .Totale en effectieve reductiecapaciteit AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 5 .Totale en effectieve reductiecapaciteit Niet alle aanwezige gereduceerde stoffen (TRC) zijn biobeschikbaar Een deel van de gereduceerde stoffen is: a) inert b) moeilijk afbreekbaar of c) gemaskeerd (fysisch niet beschikbaar) Resterende gereduceerde stoffen in de oxidatiezone zijn bijna uitsluitend organische componenten. Pyriet wordt praktisch volledig verwijderd. Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 6. Externe aanvoer van opgeloste gereduceerde stoffen (Corg in water) Verwaarloosbaar in vergelijking met de reductiecapaciteit van de sedimenten op de onderzochte testsites Mogelijk van betekenis in gebieden met zeer ondiepe watertafel (in contact met organische bodemlaag) Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

6 .Conclusies 7. Uitbreiding AMINAL afdeling Water 6 .Conclusies 7. Uitbreiding De uitbreiding van de oxidatiezone en daardoor de nitraatgevoelige aquiferzone kan worden versneld door: buitengewone aanvoer van oxiderende stoffen zoals nitraat door bemesting versnelde aanvoer van oxiderende stoffen door onttrekken van grondwater, bijvoorbeeld in de omgeving van waterwinningen (stromingssnelheid neemt toe) De reductiecapaciteit van sedimentlagen remt de uitbreiding van nitraatcontaminaties af, maar dit effect is beperkt in de tijd. Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie