|
Nikkelfrigivelse ved pyritoxidation forårsaget af barometerånding - pumpning 1 Indledning
1.1 ProblemstillingI Køge Bugt området er der påvist forhøjede koncentrationer af nikkel og sulfat i grundvandet, og det er samtidig konstateret, at disse forekomster er sammenfaldende med store sænkninger i grundvandsstanden (Knudsen, 1999; GEUS, 2000). I nogle områder er der således påvist koncentrationer af nikkel på op mod 100-200 µg/l, og koncentrationer af sulfat på op mod 200-500 mg/l (Brøndby Kommune, 1998). Det forhold, at der samtidigt forekommer forhøjede koncentrationer af sulfat og nikkel, indikerer, at den primære kilde til nikkel i grundvandet er sulfider, herunder pyrit, som oxideres i magasinerne. Det er i ovennævnte undersøgelser desuden vist, at der kan være en geologisk kontrol på forekomsten af særligt nikkelholdige sulfider i kalkmagasinerne. Dette indebærer, at den mængde nikkel som frigives fra sulfidmineralerne pr. tilført mængde ilt, vil kunne variere afhængigt af hvilke horisonter i kalkmagasinerne, der er eksponeret for ilt (Knudsen, 1999). Dette kunne være en af de faktorer, der betinger de forskelle, der forekommer i nikkelbelastningen i Køge Bugt området, trods de ellers tilsyneladende identiske vilkår for nikkelfrigivelse, som der er i dette område.
Figur 1. Det er dokumenteret ved undersøgelse af oxidation af pyrit i Beder magasinet syd for Århus, at den væsentligste årsag til forhøjede koncentrationer af nikkel og sulfat i dette grundvandsmagasin, er en advektiv transport af atmosfærisk ilt (O2) via højpermeable, sandede huller i et dæklag, som ellers består af vandmættet moræneler (Larsen, 1996; Larsen & Postma, 1996; Elberling et al. 1998a; 1998b; Larsen & Postma, 1998). Kun denne mekanisme er i stand til at tilføre ilt i en mængde, som kan resultere i de målte koncentrationer af sulfat og nikkel i grundvandet (jvf. senere i afsnit 2.2.1). Undersøgelserne af Beder magasinet viste også, at oxidationen af pyrit her foregår i den umættede zone, som er blevet dannet som følge af store sænkninger af grundvandsstanden (Larsen & Postma, 1998). Denne observation tyder på, at den afgørende mekanisme for den primære frigivelse af nikkel ikke er mængden af nikkel, der findes i pyrit, men hvordan oxiderende midler, og her primært ilt, transporteres ned i magasinet. I kalkmagasinerne foregår grundvandets strømning overvejende i sprækker. Matrix i Skrivekridt og de fleste Danien kalksedimenter er meget finkornede med små porehalse. Eksempelvis er Skrivekridt vandmættet i matrix på grund af de større retentionskræfter heri - næsten - uanset afstanden til det frie vandspejl. Det er således kun sprækker som drænes og bliver luftfyldte ved grundvandssænkninger. Den kapillære stighøjde og opsprækketheden af kalksedimenterne vil have afgørende betydning for en eventuel advektiv transport af gas i en "umættet" zone i de aktuelle østsjællandske kalkbjergarter. Sædvanligvis vil vandtransporten forekomme i matrix, mens en transport af gas vil forekomme i de åbne sprækker. Forekomsten af nikkel i grundvandsmagasinerne er imidlertid også afgørende påvirket af sekundær binding (sorption) til sedimenterne i grundvandsmagasinerne. På baggrund af undersøgelserne ved Beder, suppleret med undersøgelser ved Københavns Vands kildeplads ved Ejby vest for Køge, har det kunnet konstateres, at i et grundvandsmagasin, hvor der i længere tid har forekommet oxidation af pyrit i den umættede zone, kan et stigende vandspejl medføre en frigivelse af nikkel, der tidligere har været bundet i denne umættede zone. Dette skyldes, at de oxiderede forbindelser (fortrinsvist manganoxider), som nikkel binder til, kan reduceres i den nyligt dannede del af den mættede zone. I Beder magasinet blev der således påvist forhøjede koncentrationer af sulfat og nikkel i de øverste meter af den mættede zone efter grundvandsspejlet var blevet hævet på grund af en reduktion i vandindvindingen fra magasinet (Larsen & Postma, 1997; Larsen & Postma, 1998). Undersøgelserne ved Beder blev foretaget i et område, hvor indvindingen af grundvand foregår i kvartære, sandede aflejringer. Der var her tale om reduceret grundvand med opløst jern og mangan, og den opstillede model for frigivelse af nikkel i dette grundvandsmagasin foregår kun under disse betingelser. Det vides ikke, i hvor høj grad disse erfaringer umiddelbart kan overføres til kalkmagasinerne på Sjælland, idet de hydrogeologiske og grundvandskemiske forhold på en række punkter er anderledes. Med ovennævnte forbehold for Beder-modellens generelle karakter i erindring er det imidlertid et faktum, at der i Køge Bugt området er set en række eksempler på, at bestræbelser på at reducere iltningsprocesserne i umættet zone ved at hæve vandspejlet har resulteret i markant stigende indhold af nikkel. Et forhold som netop kendetegner den sekundære frigivelse af nikkel. Et eksempel herpå er vist i figur 2. For at imødegå stigninger i nikkelindholdet ved stigende vandspejl har en række af vandforsyninger i området iværksat niveaustyring af oppumpningen fra vandforsyningsboringerne (eksempelvis Tårnby, Hvidovre, Rødovre og Brøndby vandforsyninger). Metoden indebærer en meget præcis styring af indvindingen efter et fastholdt vandspejl. Strategien har været en succes, idet nikkelbelastningen af grundvandet er faldet og bragt under kontrol. Grunden, til at strategien med at fastholde grundvandsstanden virker i området, er dog ikke med den nuværende viden kendt.
Figur 2. Ovenstående hydrogeologiske og geokemiske forhold giver anledning til følgende dilemma:
Den mest effektive måde at nedsætte oxidation af pyrit i en umættet zone er at hindre atmosfærisk ilts adgang til sedimenterne. En sådan transport af ilt kan foregå igennem højpermeable dæklag, eller via boringer hvor atmosfæren er i direkte kontakt med jordgassen i den umættede zone. 1.2 ProjektmålsætningerFormålet med projektet er at beskrive, undersøge og vurdere følgende:
Mere specifikt er det formålet at undersøge:
På baggrund af undersøgelsens resultater ønskes yderligere en vurdering af:
Endelig ønskes der på baggrund af undersøgelserne udarbejdet:
|
