| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen
Nitratholdigt vand forekommer almindeligvis under oxiderede eller svagt reducerende
forhold hvor mikrobiologiske eller abiologiske nitratreduktionsprocesser normalt ikke kan
finde sted og hvor en eventuel nitratreduktion må være begrænset til mikromiljøer med
reducerende forhold. Lokale reducerede mikromiljøer kan for eksempel opstå i og omkring
partikler af organisk materiale, der findes fra dengang hvor sedimentet blev aflejret
eller som efterfølgende er tilført fra overfladen gennem bl.a. makroporer og derfor er
af nyere dato. Transporten af organisk stof fra overfladen vil normalt være begrænset
til den umættede zone, eller dele heraf, samt til de øverste del af
grundvandsmagasinerne i områder hvor den umættede zone har ringe udbredelse.
Reduktion af nitrat kræver iltfrie (anaerobe) forhold, hvor det er termodynamisk
ustabilt (Korom, 1992). Under disse forhold, hvor ilt ikke længere er til stede, vil de
denitrificerende bakterier begynde at anvende andre elektronacceptorer, bl.a. nitrat,
mangan- og jern oxider samt sulfat, i den her nævnte rækkefølge. Nyere undersøgelser
har ligeledes vist at jernholdige lermineraler bør tilføjes til listen af
elektronacceptorer, men indplaceringen i rækken af acceptorer mangler stadig at blive
fastlagt (Stucki et al., 1987; Ernstsen et al., 1999; Koska et al., 1999).
Den mikrobielle omdannelse af nitrat (NO3-) sker under dannelse
af frit kvælstof (N2) med en lang række mellemprodukter som nitrit (NO2-),
kvælstofoxid (NO) og lattergas (N2O) (se for eksempel Ehrlich, 1990). Ved
omdannelsen optræder nitrat som elektronacceptor i en mikrobiel åndingsproces hvor
organisk stof eller reduceret svovl (H2S eller S0), reduceret mangan
eller reduceret jern indgår som elektrondonorer (Ehrlich, 1990; Korom, 1992).
En mikrobiel initieret nitratreduktionsproces under iltning af pyrit (FeS2)
samt dannelse af frit kvælstof er beskrevet af Kölle et al. (1983) og mikroorganismernes
anvendelse af ferrojern i mineraler som elektronkilde (i stedet for organisk stof) ved
reduktion af nitrat er beskrevet af Weber (1999).
Under iltrige forhold med tilstrækkelig mængder organisk stof kan den mikrobielle
aktivitet være så stor at forbruget af ilt overstiger tilgangen af ilt hvorved der
fremkommer iltfrie miljøer hvor nitrat går ind og erstatter ilt som elektronacceptor. En
del af puljen af biotilgængeligt organisk stof vil blive forbrugt når de iltfrie forhold
etableres og derfor vil kun den resterende del af puljen kunne anvendes for
denitrifikationsprocessen.
Denitrifikationsraten afhænger dels af koncentrationen dels fordeling af de primære
rate-begrænsende elementer så som nitrat og ilt samt indholdet af elektrondonor hvilket
som ofte er organisk stof samt reducerede former af mangan, jern og svovl.
Nitrat kan ligeledes omdannes ved abiotisk reduktionsprocesser (også beskrevet som
kemisk - eller uorganisk nitratreduktion). På nuværende tidspunkt er den eller de
processer der knytter sig til abiotisk nitratreduktion langt fra så undersøgte og
veldokumenterede som tilfældet er for den mikrobielle denitrifikationsproces. Hidtidige
resultater viser at det slutprodukt der fremkommer i forbindelse med abiotisk
nitratreduktion varierer i henhold til de forsøgsbetingelser (bl.a. typen af
jernforbindelse, pH, redox forhold samt eventuelle katalysatorer) der ligger til grund for
undersøgelserne (bl.a. Buresh and Moraghan, 1976; Petersen, 1979; Postma, 1990; Sørensen
& Thorling; 1991).
Når den kemiske nitratreduktionen er knyttet til ferrojern i lermineraler vidner de
foreliggende resulter om at processen katalyseres af frie jernoxider på
mineraloverfladen, hvorved elektronoverførslen sikres fra lermineralet til nitrationen,
der begge er negativ ladede og derfor som udgangspunkt vil frastøde hinanden (Ernstsen,
1996). Ligeledes viser forsøg med det jernholdige mineral arfvedsonite at en kemisk
nitratreduktion kræver at belægninger af frie jernoxider er til stede på
mineraloverfladen (Postma og Boesen, 1990).
De foreløbige resultater fra undersøgelser af nitratreduktion knyttet til jernholdige
lermineraler tyder på at der i forbindelse med processen dannes ammonium (NH4+).
Samme slutprodukt er beskrevet i forbindelse med reduktion af nitrat under
tilstedeværelse af jernforbindelsen "grøn rust" (Hansen et al., 1996).
Ammonium har en betydelig evne til at binde sig til sedimenternes indhold af
lermineraler og organisk stof. For nogle mineraler (bl.a. lermineralet illit) er bindingen
så kraftig at ammonium bliver fikseret i krystalstrukturen, hvorfra den meget vanskelig
frigives. Ammonium, der findes på ombyttelig form på lermineraler og organisk stof, vil
ligesom andre adsorberede ioner tilstræbe ligevægt med indholdet af samme ion i
jordvæsken. En omdannelse af nitrat til ammonium betyder at kvælstofpuljen kun bindes
midlertidigt og senere vil kunne mobiliseres, hvis de rette geokemiske forhold udvikler
sig i sedimenterne.
Summeret kan den mikrobielle og abiotisk nitratreduktion på nuværende tidspunkt
beskrives ved bl.a. følgende processer:
Reduktion med organisk stof:
5 C + 4 NO3- + 2 H2O ® 2 N2 + 4 HCO3- + CO2
Reduktion med pyrit:
5 FeS2 + 14 NO3- + 4 H+ ®
7 N2 + 10 SO42- + 5 Fe2+ + 2 H2O
Reduktion med ferrojern og dannelse af frit kvælstof:
5 Fe2+ + NO3- + 12 H2O ®
5 Fe(OH)3 + 0.5 N2 + 9 H+
Reduktion med ferrojern og dannelse af ammonium:
8 Fe2+ + NO3- + 21 H2O ®
8 Fe(OH)3 + NH4+ + 14 H+
Reduktion med methan:
5 CH4 + 8 NO3- + 3 H+ ®
4 N2 + 5 HCO3- + 9 H2O
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top
|