Tracing sources of ammonium in Vietnam

1. Tracing sources of ammonium in
reducing groundwater in Vietnam by
means of stable nitrogen isotope (δ15N)
values
Jenny Norrman, Chalmers tekniska högskola, BoM, Geoavdelningen
Charlotte Sparrenbom, Lunds universitet, Geologiska institutionen

2. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 2
AmonAs – Sources, and spatial and temporal
distribution of ammonium and arsenic in the Red
River delta aquifers, Hanoi
• Sida/SAREC finansierat projekt 2004-2008, VR Swedish Research
Links 2009 – 2011,
• Projektledare: Håkan Rosqvist/Jenny Norrman/Charlotte Sparrenbom
• Övriga deltagare: Gunnar Jacks, Pham Quy Nhan, Dang Duc Nhan
• Studenter (då!): Peter Harms-Ringdahl, Johanna Moreskog, David
Baric, Emma Sigvardsson, Johan Lindenbaum
• Samarbetspartner: Michael Berg, EAWAG

3. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 3
Bakgrund
• Hanoi ca 7 milj invånare
• Röda flodendeltat – stor
grundvattentillgång
• Efter självständighet 1954,
ökat uttag ur undre
akviferen
• Idag, pumpar ca
750 000 m3/dygn i Hanoi
• Flera brunnsfält inom
Hanoi
• 1998 första artikeln om As
• Södra delarna höga halter
NH4
+, torv, stora sättningar
• Nam Du, 2004,
ca 60 000 m3/dygn

4. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 4
Ammonium i grundvattnet och
fraktionering
• Ammonium vanligtvis indikation på ytpåverkan (avlopp, gödsling etc)
• Stora mängder organiskt material i akviferer med reducerande
förhållanden kan också ge upphov till ammonium i grundvatten (tex
Pearl River i Kina, Jiao, Wang, Cherry et al., 2010)
• De olika processerna som bildar ammonium (tex mineralisering av
organiskt kväve eller reduktion av nitrat – nitrit till ammonium) ger
upphov till fraktionering, dvs att mikroorganismerna som medierar
processen har en förkärlek för en viss isotop – produkten får en
annan isotopsignal än källan
• Hypotes: att kunna spåra källan genom att mäta kväveisotopsignaler i
olika media

5. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 5
Hydrogeologi
• Deltaformation (Bac Bo plain)
• 2 huvudsakliga vattenförande formationer: övre Holocen (25 –
40 m), undre Pleistocen (ned till 90 m djup)
• Åtskilda av ett tätare lager av lera – silt, varierande mäktighet
• Övre formationen innehåller organiskt material i varierande grad
• Båda formationerna uppvisar typiskt starkt reducerande
förhållanden
• Nam Du: kvartära sediment totalt ca 85 m,
varav övre Holocen ca 40 m
• Nam Du: hydraulisk kontakt med Röda floden

6. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 6

7. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 7
Metod - provtagning
• Fältprovtagning: 2006, 2007 (och 2011)
• SEDIMENT från båda akvifererna: Utbytbart NH4
+, N-
mineraliseringspotential, δ15N i utbytbart NH4
+, δ15N för total-N, δ13C för
total-C, LOI
• VATTEN från båda akvifererna + ytvatten: Metaller; NH4
+; PO4
3-;
As(III); As(V); trace el., Major anions, Alkalinitet, DOC, δ15N i NH4
+,
δ15N och δ18O i NO3
- , Bakterologiskt innehåll

8. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 8
Resultat: NH4
+ och isotopsignaler i vatten
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 10 100
Depthbelowsurface[m]
NH4 (mg/l)
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25
d15N(NH4)‰
Riverwater
Ponds
Sewage water
Shallow groundwater
Holocene
Pleistocene

9. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 9
Resultat: isotopsignaler översikt

10. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 10
Anrikning av δ15N i akviferen

11. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 11
Övriga resultat
• Som stödjer ytpåverkan:
stor avsänkning med nedåtriktad gradient, bakteriologiskt
innehåll ned till 60 m, positiv korrelation mellan NH4
+ och Cl, Br,
Ni.
• Som stödjer mineralisering av organiskt N:
höga koncentrationer av NH4
+ i grundvattnet (1,8–40,3 mg/l)
jämfört med ytvattnet (0,1–9 mg/l), positiv korrelation mellan
NH4
+ och DOC, närvaro av stora mängder organiskt material i
sedimenten, samt mängden utbytbart NH4
+ i sedimenten.

12. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 12
Resultat: NH4
+, isotopsignaler, mixlinje
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50
d15N(NH4)‰
NH4 (mg/l)
Riverwater
Ponds
Sewage water
Shallow groundwater
Holocene
Pleistocene
Dan Phoung
Mixing line I
Mixing line II

13. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 13
Slutsatser och vidare studier
• Det sker en anrikning av δ15N i akviferen pga av
ammoniakavgång
• Källan till de höga ammoniumhalterna är troligtvis en
kombination av ytpåverkan och mineralisering av kväve
• Vid tiden för provtagningarna (2006, 2007) befann sig området i
ett transient skede, dvs de nya hydrauliska förhållandena vid
fullt utnyttjande av Nam Du hade ännu ej stabiliserats
• Vidare studier för att bekräfta anrikning av δ15N i akviferen
genom gasprovtagning samt att titta vidare på effekten av
ytpåverkan genom provtagning av tex svårnedbrytbara
pesticider och läkemedel

14. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 14
Tack till
• Finansiärer!
• Vietnamesiska forskare Dang Duc Nhan & Pham Quy Nhan
• Michael Berg, EAWAG + Caroline Stengel
• Peter Harms-Ringdahl, Gunnar Jacks, Håkan Rosqvist
• Johan Lindenbaum, Emma Sigvardsson, David Baric och alla de
vietnamesiska studenter som gjorde fältarbetet möjligt
• Dan Berggren-Kleja, SGI/SLU för klok input
Referenser
• Norrman, J., Sparrenbom, C. J., Berg, M., Dang, D. N., Jacks, G., Harms-Ringdahl, P., Pham, Q. N.,
Rosqvist, H. 2015. Tracing sources of ammonium in reducing groundwater in a well field in Hanoi (Vietnam)
by means of stable nitrogen isotope (δ15N) values. Applied Geochemistry. 61, pp 248-258.
• Norrman, J., C. J. Sparrenbom, M. Berg, D. D. Nhan, H. Rosqvist, G. Jacks, P.Q. Nhan, E. Sigvardsson, D.
Baric. J. Moreskog, P. Harms-Ringdahl, N. V. Hoan, 2008. Arsenic mobilisation in a new well-field for
drinking water production along the Red River, Nam Du, Hanoi, Applied Geochemistry 23 (11), pp. 3127–
3142.
• Jiao, J.J., Wang, Y., Cherry, J.A., Wang, X., Zhi, B., Du, H., Wen, D., 2010. Abnormally high ammonium of
natural origin in a coastal aquifer–aquitard system in the Pearl River Delta, China. Environ. Sci. Technol. 44
(19), 7470–7475

15. Grundvattendagarna 2015, Norrman & Sparrenbom 15