| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

NVOC krav til drikkevand

2 Litteraturgennemgang

• 2.1 Kilde til organisk stof (NVOC) i grundvand
• 2.2 NVOC i relation til geologisk type
• 2.3 NVOC i relation til andre kemiske parametre

En særlig form for organisk stof i grundvandet er de såkaldte humusforbindelser som kan optræde både som sure og basiske forbindelser. Disse forbindelser giver vandet en brunlig farve og dårlig smag og vanskeliggør desuden vandets rensning, særlig for jern- og manganindhold (Ødum og Christensen, 1936). Høje indhold af organisk stof gør det uegnet til drikkevand (Ødum og Christensen, 1936; Villumsen, 1985; Bruun-Petersen, 1990). Desuden medfører permanganattal omkring 40 at vandbehandlingen er både vanskelig og dyr (Bruun-Petersen, 1990). Vand med indhold af organisk stof har en brunlig farve, der i intensitet spænder fra en farve svarende til ”tynd the” til en farve som ”sort kaffe” (Bruun-Petersen, 1990). Deraf benævnelsen ”det brune vand”. Høje indhold af NVOC medføre ligeledes mulighed for bakterievækst i vandforsyningsanlægget samt dannelse af trihalomethan, når vandet behandles med chlor inden det sendes ud i forsyningssystemet (Grøn et al., 1996).

2.1 Kilde til organisk stof (NVOC) i grundvand

Indholdet af organisk stof i grundvand kan stamme enten fra overfladen eller fra fossilt organisk stof der blev aflejret samtidig med de geologiske materialer, der danner grundvandsmagasinet (Thurman, 1985a).

Indholdet af organisk stof i grundvand er ofte meget lavt. I følge Thurman (1985a) kan dette skyldes 1) grundvandets lange opholdstid (hundrede til tusinde år) hvor tilstedeværende organisk materiale tjener som føde for heterotrofe mikroorganismer. Herved omdannes organisk bundet kulstof og bidrager til alkaliniteten i vandet, 2) at organisk stof sorberer til overfladen af sedimenterne i grundvandsmagasinet hvorfra det omdannes ved kemiske og biokemiske processer og desuden 3) at sedimenterne i grundvandsmagasinerne har lave indhold af vandopløseligt organisk stof.

Brunt grundvand er geologisk betinget, og skyldes opløsning af organisk stof. Det brune vand forekommer typisk, hvor langsomt strømmende grundvand på stor dybde er i kontakt med humusholdige sedimenter, f.eks. miocæne aflejringer med glimmersand eller glimmersilt samt kvartære marine aflejringer. De højeste koncentrationer findes således i inter-, sen- og postglaciale aflejringer samt i nogle sandede tertiære aflejringer (Jacobsen, 1995).

Pedersen (1988) tilskriver dannelsen af brun vand bl.a. ionbytnings- og reduktionsprocesser samt en meget lang opholdstid i de stærkt reducerede grundvandsmagasiner. Derfor træffes det brune vand typisk i aflejringer, der er helt eller delvist hydraulisk afsnøret og uden mulighed for udvaskning af det brune vand. Dette kan være forklaringen på at der i forbindelse med indvindingen fra de dybe magasiner ofte ses en stigning i permanganattallet efter nogen tid, hvilket kunne tyde på at bruntvandsførende og delvist afsnørrede dele af aflejringen er blevet aktiveret.

Petersson et al. (1994) bemærker at humus stoffer, i overvejende grad i form af lav-molekylære fulvosyre (en type organisk stof), findes i betydelige koncentrationer i dybe grundvandsmagasiner karakteriseret ved lang opholdstid. Tilstedeværelsen af organisk stof vidner om en meget langsom nedbrydningsrate.

I en undersøgelse af den molekylære sammensætning af NVOC i grundvand med perkolationstider på 37-49 år fra Fjand (NVOC: 33 mg/l C, reduceret og methan holdigt), Kalundborg (NVOC: 6 mg/l C, reduceret med sulfatreduktion) og Bramming (NVOC: 32 mg/l C, reduceret og methanholdigt) ses en betydelig forskel i fordelingen af høj-, mellem-, og lavmolekylære forbindelser (Grøn, 1989). Den højmolekylære fraktion er forbindelser karakteriseret ved molekylvægt større end 10.000 gram per mol, den mellemmolekylære fraktion ved en molekylvægt mellem 500 og 10.000 gram per mol og den lavmolekylære fraktion ved molekylvægt mindre end 500 gram per mol. Således udgør de højmolekylære forbindelser næsten 50% i det NVOC-rige vand fra Fjands og Bramming mens den stort set ikke er tilstede i vandet fra Kalundborg hvor den lavmolekylære fraktionen udgør næsten 75 %. Den lavmolekylære fraktion findes kun i en meget ringe mængde ved Fjands hvor mellemmolekylære fraktion dominerer, mens stort set det modsatte gør sig gældende ved Bramminge.

2.2 NVOC i relation til geologisk type

Grundvand med høje indhold af organisk stof optræder flere steder i Danmark, ofte i grundvandsmagasiner i nærhed af marine tertiære og kvartære sedimenter (Villumsen, 1985). I kvartære sedimenter eventuelt i forbindelse med opskudte flager af miocænt glimmerler (Dinesen, 1989). Pedersen (1988) beskriver at brunt vand typisk forekommer i artesiske grundvandsmagasiner.

Høje koncentrationer af NVOC findes i Ribe Amt, Sønderjyllands Amt, Vejle Amt og Ringkøbing Amt i bl.a. miocænt sand og smeltevandssand. I Nordjyllands Amt er brunt grundvand fundet i post- og senglacialt sand. I Frederiksborg Amt findes brunt grundvand i forbindelse med sandede og grusede smeltevandssedimenter samt i forbindelse med marine kvartære aflejringer fra mellemistiden Eem. Et højt indhold af organisk stof på Als skyldes formentlig ligeledes aflejringer fra Eem Nygaard, 1991; Jacobsen , 1995).

Pedersen (1988) beskriver at brunt vand især findes i dybe boringer i Vestjylland, hvor det er knyttet til geologiske aflejringer fra den mellemste og nederste del af den marine lagserie. Desuden træffes brunt vand i forbindelse med marine interglaciale (Holstein) og postglaciale lag. Pedersen (1988) bemærker desuden at det brune vand ofte er knyttet til marine sedimenter.

I en undersøgelse af vandprøver fra grundvandsmangasiner i Sydvestjylland beskriver Jørgensen et al. (1999) at brunt vand med høje indhold af NVOC med megen stor sandsynlighed stammer fra Miocæne aflejringer. Denne konklusion drages på baggrund af bl.a. målinger af to strontium-isotoper (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) samt koncentrationen af strontium, hvor strontium isotoperne antages at stamme fra kalkholdigt skeletdele af Miocæn alder i enten glacialt transporteret sedimenter og/eller ved den hydrauliske kontakt mellem grundvandsmagasinet af Miocæn og kvartær alder. Undersøgelsen omfattede med få undtagelser analyser af dybtliggende grundvand udtaget i 50 til 172 meters dybde. I de mest overfladenære vandsprøver der blev udtaget fra grundvandsmagasiner i kvartære postglaciale, fluvioglaciale og interglaciale aflejringer blev koncentrationen af NVOC målt til mellem 0,3 og 1,5 mg/l NVOC. I flere boringerne steg indholdet af NVOC markant dybere nede i magasiner og blev i en enkelt boring målt til 350 mg/l NVOC. Høje koncentrationer af NVOC blev målt i såvel kvartære som miocæne sandede magasiner og uden signifikante forskelle mellem de undersøgte magasintyper.

2.3 NVOC i relation til andre kemiske parametre

I en underøgelse af baggrundsværdier for grundvandsmagasiner i USA bemærker Leenheer et al. (1974) at det typiske koncentrationsområde for opløst organisk kulstof ligger mellem <0.1 mg/l C og 15 mg/l C. Desuden bemærkes det at koncentrationen af opløst kulstof korrelerede direkte med den målte specifikke ledningsevne og alkalinitet, men ikke med de målte pH-værdier

Thurman (1985) fandt høje koncentrationer af opløst organisk kulstof (> 10 mg/l) i grundvand rigt på natrium-bicarbonat, der samtidig var svagt alkalisk.

De organiske stoffer i vand fra dybe grundvandsmagasiner med miocæne sedimenter (glimmerler) stammer fra marine aflejringer. Ionbytningsprocesser fremmer utvivlsomt opløseligheden af de organiske stoffer, sandsynligvis både som følge af en hævning af pH-værdierne og en fjernelse af calcium fra opløsningen (Kristiansen, 1989). Ionbyningsprocesser og reduktionsreaktioner der bevirker en stigning i vandets pH fra 7,5-7,8 til 8,0-8,5 beskriver Pedersen (1988) som betydende for at humussyren kan gå i opløsning.

Jacobsen (1995) beskriver på baggrund af data fra overvågningsområderne en signifikant liniær sammenhæng mellem NVOC og permanganattallet (bestemt med KMnO₄) beskrevet som: NVOC (mg/l) = 0,31* permanganattal (mg/l). Permanganattallet (KMnO₄-tallet) udtrykker hvor meget kaliumpermanganat der anvendes til iltning af organisk stof i vandet. KMnO₄ kan også ilte andre stoffer på reduceret form, f.eks. ferrojern og manganoforbindelser, svovlbrinte samt methan, og er derfor ikke altid et entydigt mål for organisk stof. På baggrund af analyser af 139 vandprøver med koncentrationer af NVOC < 10 mg/l C beskriver Grøn (1989) ligeledes en sammenhæng mellem permanganattallet og NVOC, men bemærkede samtidig at der forekom betydelige afvigelser, der ikke umiddelbart kunne forklares ved prøvernes indhold af klorid, jern, sulfid eller methan.

Opdelingen af grundvand efter egenskaber, viste at indholdet af NVOC er forholdsvis lavt i blødt og middelhårdt, ungt grundvand (hovedklasse A og B) mens der findes nogenlunde samme koncentrationer i ungt, hårdt og meget hårdt grundvand (hovedklasse C og D) samt i gammelt, hårdt grundvand (hovedklasse E). De maksimale koncentrationer er beskrevet for gammelt, middelhårdt og overvejende reduceret grundvand (hovedklasse F) (Jacobsen, 1995).

Sammenhængen mellem permanganattal og farve er beskrevet af Pedersen (1988). Her beskrives det at et permanganattal på omkring 20 mg/l kan erkendes ved en svag brunfarvning, stiger permanganattallet til 40 mg/l ændes farven til tydelig thefarve, mens værdier på 200 mg/l farver vandet sort som kaffe.

Grøn et al. (1996) bemærker, at høje koncentrationer af humus forbindelser må forventes at være begrænset til hydrokemiske miljøer med lave indhold af calcium (<2 milliækvivalenter/l). Høje indhold af opløst calcium virker stabiliserende på humusstofferne i sedimenterne grundet calcium-humaternes ringe opløselighed.

Analyser af vand fra Vestjylland viser at det brune vand sammenlignet med normalt vand fra tilsvarende dybder afviger i en lang række parametre; iltforbrug, pH, chlorid, natriumbicarbonat, fosfat, fluorid, kalium og i forholdet mellem indholdet af calcium og magnesium, tabel 2.1 (Pedersen, 1988). Villumsen (1985) beskriver ligeledes at brunt eller sort vand normalt indeholder natriumbicarbonat (NaHCO₃). Som det fremgår af tabellen forekommer de største afvigelser ved et forøget iltforbrug, bemærkelsesværdige høje indholdet af natriumbicarbonat samt forhøjede pH-værdier.

Tabel 2.1. Typiske værdier for brunt vand og normalt vand fra tilsvarende dybder i Vestjylland (efter Pedersen, 1988).

Dinesen (1989) relaterer ligeledes indholdet af natriumbicarbonat til forekomsten af brunt humusholdigt vand. Dannelsen af natriumbicarbonat kan skyldes ionbytning i marint ler, hvorved grundvandet har afgivet calcium og magnesium og til gengæld modtaget natrium. En sådanne fordeling af ioner kan optræde i områder med marine aflejringer og resulterer i et unormalt lavt indhold af calcium plus magnesium mens indholdet af natrium er højt. Det antages, at denne vandtype primært er ionbyttet og derefter har ekstraheret humus fra aflejringer som bl.a. indeholder glimmerler og brunkul.

I en undersøgelse af brunt grundvand i Ribe Amt beskriver Bruun-Petersen (1990) en sammenhæng mellem permanganattallet og vandets pH-værdi. I undersøgelsen, der omfatter 3 forskellige typer grundvandsmagasiner (postglaciale marine lag, interglaciale marine lag eller lagene lige herunder og tertiære lag) beskrives grundvand med gullige og brunlige kulører ved en i øvrigt ret ensfarvet kemisk sammensætning, til trods for grundvandets megen forskellige alder. De målte pH-værdier er altid over 7 og i regel omkring 8 (alkalisk), med et højt indhold af bicarbonat og et behersket indhold af andre stoffer, herunder jern. Forfatteren bemærker i øvrigt at det er vanskeligt at identificere de forskellige typer grundvandsmagasiner på baggrund af en sammenstilling af grundvandets permanganattal og pH-værdier, som vist i figur 2.1. Figuren viser imidlertid, at vandprøver fra tertiære grundvandsmagasiner med pH-værdier på omkring 7 har permanganattal under 10. Prøver med tilsvarende oprindelse men med pH-værdier på omkring 8 eller højere fremviser meget høje permanganattal. pH-værdien i de glaciale aflejringer er typisk målt til mellem 7 og 8 og viser en tendens til stigende permanganattal med stigende pH-værdi. Bruun-Petersen (1990) tolker de høje permanganattal som ”glacialt vand” opblandet med brunt vand. Resultaterne fra de interglaciale aflejringer findes tilsyneladende opdelt. En gruppe karakteriseret ved pH-værdier fra under 6 til omkring 7 udviser en tydelig sammenhæng med permanganattallet der når op på omkring 100 ved den højeste pH-værdi. Den anden gruppe er karakteriseret ved pH-værdier mellem 7 og 8 og viser her en sammenhæng med permanganattallet, men for disse prøver forbliver permanganattallet under ca. 10.

For nogle af de vandprøver som Jørgensen et al. (1999) beskrev ved høje indhold af organisk stof har det været muligt at fremskaffe supplerende oplysninger om pH, natriumhydrogencarbonat, ledningsevne, calcium og jern, tabel 2.1.

Figur 2.1. Permanganattallet afbildet som funktion af pH (efter Bruun-Petersen, 1990).

Dette datamateriale viser at der samtidig med høje indhold af organisk stoffer (NVOC) er målt pH-værdien over 7.5. Desuden er koncentrationen af calcium under 50 mg/l Ca (svarende til maksimalt 2,5 mækv./l) mens koncentrationen af natriumhydrogencarbonat typisk varierer mellem 126 og 555 mg/l NaHCO₃ for vandprøver med mere end 3,1 mg/l NVOC. Koncentrationen af jern var typisk under 5 mg/l Fe og kun i boring 121.1019 var koncentrationen markant højere (16-65 mg/l Fe). Nyere analyse-resultater fra samme boring viser dog koncentrationer af jern under 10 mg/l Fe. Ledningsevnen for grundvand med høje indhold af organisk stof (>3,1 mg/l C) spænder fra 77 og 610 mS m^-1.

Tabel 2.2. Kvartære eller miocæne grundvandsmagasiner med oplysninger om udvalgte kemiske parametre.

*) (p): permanganattal med enheden mg/l og (n): NVOC med enheden mg/l C

**) Q: kvartære grundvandsmagasiner, M: miocæne grundvandsmagasiner efter Jørgensen et al. (1999).

En tilsvarende grafisk sammenstilling baseret på data fra boringskontrollen for grundvandsprøver med NVOC indhold >4 mg/l er forsøgt men datagrundlaget viste sig ikke umiddelbart egnet for at etablere de ønskede sammenhænge (data ikke vist). Dette skyldes bl.a. at de undersøgte prøver repræsenterer blandingsvand fra forskellige hydrokemiske miljøer samt magasintyper.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Oktober 2005, © Miljøstyrelsen.