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Nitratreduktion in einem quartären Grundwasserleiter in Ostwestfalen, NRW

Nitrate reduction in a quaternary aquifer in east-Westphalia, NRW, Germany

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Zusammenfassung

Das Untersuchungsgebiet liegt in Ostwestfalen. Die vorliegende Untersuchung beschreibt die Grundwasser- und Sedimentchemie im Bereich einer Grundwassergewinnung in der Niederterrassenebene der Ems. Trotz hoher Nitrateinträge in das flache Grundwasser mit Konzentrationen von im Mittel ca. 80 mg/l werden im Grundwasser der Brunnen keine oder nur sehr geringe Konzentrationen an Nitrat gemessen. Die Art der Nitratreduktion und deren Tiefenlage zu bestimmen waren Ziele dieser Untersuchung. Neben einer Beprobung des Grundwassers wurden zwei Trockenbohrungen abgeteuft. Alle untersuchten Gesteinsproben ließen immer Sulfidschwefelgehalte unterhalb der Nachweisgrenze, aber hohe Corg-Gehalte erkennen. Während im flachen Grundwasser Nitratkonzentrationen bis 185 mg/l gemessen werden, ist das Grundwasser unterhalb von ca. 9 bis 14 m fast immer nitratfrei. Erhöhte CO2-Gesamtkonzentrationen lassen eine dominante organotrophe Nitratreduktion vermuten. Im Grundwasser einer Multi-Level-Messstelle kann auf eine ca. 25 % lithotrophe und ca. 75 % organotrophe Nitratreduktion geschlossen werden. Die Isotopenuntersuchungen am Nitrat (δ15N-NO3-Werte und δ18O-NO3-Werte) und Sulfat (δ34S-SO4-Messwerte und δ18O-SO4-Messwerte) bestätigen das Bild.

Abstract

Groundwater chemistry and sediment chemistry are characterized in a catchment of a water works in the lower terrace of the river Ems, in east-Westphalia (Germany). In spite of strong nitrate input in the shallow groundwater, the nitrate concentration in the wells is very low, suggesting strong nitrate reduction. The aims of this study were to determine the type of nitrate reduction and to determine the depth of these reactions. As part of the groundwater investigation, soil samples were also used. All soil samples have low sulfide-sulfur contents but high organic-carbon contents. The shallow groundwater has nitrate concentrations up to 185 mg/l. Enhanced carbon-dioxide concentrations in the deeper part of the aquifer indicate a dominant organotrophic nitrate reduction. Data from a multi-level observation well show a 25% lithotrophic and 75% organotrophic nitrate reduction. Investigations of nitrate isotopes (δ15N-NO3-values and δ18O-NO3-values) and sulfate isotopes (δ34S-SO4-values and δ18O-SO4-values) support the findings.

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Danksagung

Die Autoren danken dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Halle für die durchgeführten Isotopenmessungen und den Masterstudenten Hufnagel, Wilke, Lukassen und Pepperhoff für ihre engagierte Mitarbeit in diesem Projekt sowie der VGW in Rheda-Wiedenbrück für die gewährte Unterstützung. Den beiden Reviewern danken wir für ihre konstruktive Mitarbeit.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl Angewandte Geologie/Hydrogeologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44801, Bochum, Deutschland

    Frank Wisotzky & Stefan Wohnlich

  2. Gelsenwasser AG, Willy-Brandt-Allee 26, 45891, Gelsenkirchen, Deutschland

    Martin Böddeker

Authors
  1. Frank Wisotzky
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  2. Stefan Wohnlich
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  3. Martin Böddeker
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Corresponding author

Correspondence to Frank Wisotzky.

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Abb. 6
figure 6

Darstellung der gemessenen Nitratkonzentration gegen die CO2-Konzentration der Messstellen, Brunnen und der Multi-Level-Messstelle

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Wisotzky, F., Wohnlich, S. & Böddeker, M. Nitratreduktion in einem quartären Grundwasserleiter in Ostwestfalen, NRW. Grundwasser 23, 167–176 (2018). https://doi.org/10.1007/s00767-017-0379-7

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