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Prozessorientierte Untersuchung zum Nitratabbauvermögen der Grundwasserkörper im Hessischen Ried

Kludt, Christoph (2021):
Prozessorientierte Untersuchung zum Nitratabbauvermögen der Grundwasserkörper im Hessischen Ried. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017584,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Prozessorientierte Untersuchung zum Nitratabbauvermögen der Grundwasserkörper im Hessischen Ried
Language: German
Abstract:

Mikrobiologische Abbauprozesse tragen maßgeblich zur Minderung der Nitratbelastung in sedimentären Grundwasserleitern bei, indem Nitrat unter Verbrauch von organischem Kohlenstoff (heterotroph) und Eisensulfiden bspw. Pyrit (autotroph) reduziert wird. Allerdings sind diese Phasen in Sedimenten oft nur in Spuren vorhanden und werden im Verlauf der Reaktionen aufgebraucht, sodass der Nitratabbau zum Erliegen kommen könnte. Um Maßnahmen im Zuge der EG-Wasserrahmenrichtlinie umsetzen zu können, wurden das Nitratabbaupotential und die Abbauprozesse in den z. T. stark nitratbelasteten Grundwasserleitern des Hessischen Rieds untersucht. Das Abbaupotential wurde an Bohrkernproben mittels Festphasenanalytik quantifiziert und charakterisiert. Mit Nitratabbauversuchen im Labor (Batch- und Säulenversuchen) wurden Erkenntnisse über die Verfügbarkeit des in den Sedimenten vorhandenen Abbaupotentials gewonnen, wobei die in dem Säulenversuch beobachteten Prozesses in einem reaktiven Transportmodell abgebildet wurden. Mit tiefenorientierter Untersuchung der Hydrochemie (u. a. stabile Isotope und N2Exzess) konnten Nitrateinträge, Abbaufortschritt und Abbauprozesse sowie durchschnittliche Abbauraten im Anstrom ausgewählter Grundwassermessstellen bestimmt werden. Trotz vergleichsweise geringer Sulfidgehalte, konnte sowohl in den Nitratabbauversuchen als auch direkt im Grundwasser oft ein dominant autotropher Nitratabbau nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Studie sollen einen Beitrag zur Identifizierung von Risikogebieten liefern, in deren Abstrom in naher Zukunft, bei gleichbleibend hohen Nitrateinträgen, mit nachlassendem Nitratabbau gerechnet werden muss.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Microbial denitrification contributes significantly to the mitigation of nitrate contamination in sedimentary aquifers by reducing nitrate, coupled to the consumption of organic carbon (heterotrophic) and iron sulphides like pyrite (autotrophic). However, these phases are often only present in trace amounts and can become depleted, so that denitrification will eventually cease. In order to implement measures within the EC-Water Framework Directive, we investigated the denitrification potential and the denitrification processes in the sediments of the Hessian Ried. The reduction potential was quantified and characterized by solid-phase analyses of drill core samples. Laboratory batch and column experiments where conducted to investigate the availability of electron donors (often organic carbon and pyrite). A reactive transport model was used for investigating the processes in the column experiment. Depth-oriented investigations of hydrochemistry (i.e. stable isotopes, N2Excess) allowed determining nitrate input, reduction progress and average reduction kinetics upstream of selected wells. Despite comparatively low sulphide contents, autotrophic denitrification was often the dominant process under laboratory conditions as well as in the groundwater. The results can be used to delineate risk areas, downstream of which denitrification can be expected to cease in the near future.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: ix, 177 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science > Hydrogeology
Date Deposited: 12 Mar 2021 14:26
Last Modified: 12 Mar 2021 14:26
DOI: 10.26083/tuprints-00017584
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-175849
Referees: Schüth, Prof. Dr. Christoph and Weber, Dr. Frank-Andreas
Refereed: 11 December 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17584
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