Der seit vielen Jahren etablierte Summenparameter DOC (dissolved organic carbon - gelöster organischer Kohlenstoff) wird u. a. standardmäßig für die Überwachung der Wasserqualität und zur Bewertung der Effizienz von Verfahren der Wasserbehandlung eingesetzt. Für eine möglichst kurze Reaktionszeit, z. B. im Fall von Havarien oder anderen Ereignissen, sind zeitlich hoch aufgelöste und verlässliche DOC-Daten von großer Bedeutung. Die konventionellen DOC-Bestimmungsmethoden basieren in der Regel nach einer Probenahme auf Konservierung, Transport und anschließender Analyse der Probe in einem stationären Labor. Bei einer schlechten Laborinfrastruktur birgt dieser Ansatz das Risiko, durch längere Lagerung bzw. Transport der Proben falsche und verspätete Ergebnisse zu liefern. Das Ziel der vorliegenden Arbeit be-stand darin, einen tragbaren und dennoch zuverlässigen Analysator für die DOC-Analyse vor Ort zu entwickeln. Basis dieses Messgerätes bildet eine ungeteilte, gal-vanostatisch betriebene Elektrolysezelle mit bordotierter Diamantelektrode. Die anodische Generierung von •OH- und SO4•--Radikalen als Oxidationsmittel, die In- situ-Bildung des Trägergases und die Kinetik des DOC-Abbaus wurden systematisch untersucht. Zudem wurde der Einfluss wichtiger verfahrenstechnischer und hydro-chemischer Parameter betrachtet und für eine Anwendung in der Umweltanalytik optimiert. Abgeschlossen wurde die Entwicklung mit der technischen Optimierung eines tragbaren Prototyps. Dieser wurde validiert und mit etablierten Verfahren ver-glichen sowie erfolgreich im Rahmen eines aktuellen Monitoringprogramms in Nordindien eingesetzt. Die wichtigsten Merkmale des tragbaren DOC-Analysators sind die kompakte Bauweise sowie der Verzicht auf hochreine Gase, Katalysatoren oder eine Verbrennungstechnologie. Zudem weist die Bestimmungsmethode eine hohe Robustheit in Bezug auf Art und Konzentration der Analyten sowie der Matrix auf und ermöglicht eine kurze Analysezeit sowie eine zuverlässige Bestimmung des DOC vor Ort. / Dissolved organic carbon (DOC) is an indispensable analytical parameter for water quality control. This applies to both monitoring of aquatic ecosystems and evaluation of the efficiency of drinking and waste water treatment processes. The conventional DOC determination methods consist of on-site sampling and subsequent analysis in a stationary laboratory. Storage and transport of samples may lead to significant un-certainties in measurement results and delayed findings. For this reason, the availability of suitable on-site analysis techniques is particularly important in coun-tries with an insufficient laboratory infrastructure. Therefore, the objective of the present study was to develop a portable and reliable analyzer for on-site DOC analy-sis. The core element of this analyzer is an undivided electrolysis cell equipped with a boron doped diamond electrode for an in-situ generation of •OH and SO4•- radicals as oxidizing agents. The influence of process and hydrochemical parameters on the generation of in-situ oxidizing agents, in-situ carrier gas and the DOC decomposition kinetic were systematically investigated and optimized for environmental analyses. Finally, a technical optimization of the portable prototype was conducted. The result-ing prototype was validated and successfully compared with established methods. Subsequently, the developed prototype was used in an ongoing monitoring program in northern India. The key features of the portable DOC analyzer are the independ-ence from high-purity gases, catalysts or combustion technology. In addition, this determination method shows a high robustness in terms of type and concentration of analytes and matrices. The short analysis time as well as a reliable determination of the DOC on site prove the practicality of the new technical approach.

Arsen im Trinkwasser und in der Nahrung stellen regional bedeutsame Probleme dar. Die Abschätzung der Dimension und eine wissenschaftliche Klärung der Ursachen sind Voraussetzung für den Schutz von Mensch und Natur. Mit dem Speicher Altenberg wurde ein Trinkwasserspeichersystem untersucht, in dem erhöhte Arsenkonzentrationen zu beobachten sind. Ziel der Untersuchungen waren Erkenntnisse über eine mögliche Fortsetzung des bisher beobachteten Trends zu steigenden Arsenkonzentrationen. Hierzu wurde das System in Kompartimente unterteilt und diese auf ablaufende Prozesse und Dynamiken untersucht. Das System besitzt eine geringe Produktivität auf Grund von Nährstoffarmut, insbesondere einer Phosphat-Oligotrophie. Es ist, wie viele Gewässer in der nördlichen Hemisphäre, im Kontext sinkender Immissionsbelastungen wie auch des Klimawandels von hohen und zunehmenden Huminstoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet geprägt. Hinzu kommt das Wirken von internen und externen Arsenquellen. Am Grund der Gewässer wurden arsenreiche und humose Substrate nachgewiesen. Sie sind einerseits die Folge einer lang anhaltenden Akkumulation von Sedimenten, die auf Einträge aus dem von arsenreichen Grundgesteinen und anmoorigen Böden geprägten Einzugsgebiet zurückgehen. Andererseits kommt eine Überstauung anmooriger Böden und Moore mit gespeichertem lithogenen bzw. chalkogenen Arsen am Baugrund der Speichergewässer in Frage. Die Bedeutung deponierter Flugaschen wird für das System als untergeordnet eingeschätzt. Für den im System als Vorsperre genutzten Galgenteich zeigt sich seit Beginn der Arsenmessungen im Jahre 1997 ein bis zum Jahre 2000 andauernder stetiger Anstieg der Arsenkonzentration, der statistisch signifikant mit einem Rückgang der Nitratkonzentration einhergeht. Diese ist ihrerseits Teil eines allgemeinen Trends einer ökologischen Regeneration mitteleuropäischer bewaldeter Wassereinzugsgebiete seit Ende der Achtzigerjahre in der Folge abnehmender Depositionslasten. Die wahrscheinlichste kausale Verknüpfung zwischen beiden Parametern ist eine Änderung des redoxchemischen Milieus der Gewässersedimente. Zu Zeiten der hohen Depositionen unterdrückten hohe Konzentrationen von Nitrat als sekundärem Elektronenakzeptor eine Freisetzung von Arsen aus Eisenoxid-Sorbaten. Im Zuge andauernder reduktiver Prozesse und mit dem Rückgang der Nitratkonzentration gewinnen Rücklösungsprozesse an Bedeutung. Seit der Jahrtausendwende zeigen sich reguläre zyklische Jahresverläufe der Arsenkonzentration mit Maxima im Spätsommer und Minima im Frühjahr. Eine Bilanzierung der Massenströme legt eine Quellfunktion der Gewässersedimente im Sommerhalbjahr offen, während der Rückgang der Arsenkonzentration im Winterhalbjahr hauptsächlich auf eine Auswaschung und, zu geringerem Anteil, auf eine interne Senkenfunktion zurückgeführt werden kann. Der Speicher Altenberg ist im Sommer thermisch geschichtet. Aber eine Schichtung von Arsen ist weit schwächer ausgeprägt. Ein Anstieg der Arsenkonzentration wurde sowohl im Hypo- als auch im Epilimnion nachgewiesen. Dies legt eine Arsenfreisetzung auch aus epilimnischen Sedimenten nahe, trotz oxischer Bedingungen im überstehenden Wasserkörper. Der dystrophen Natur des Gewässers entsprechend, wird die Triebkraft der zur Arsenfreisetzung führenden respirativen Prozesse dem Abbau humosen Kohlenstoffes zugeordnet. Für Sicker- und Interstitialwässer im System wurde die Mobilisation des Arsens in Zusammenhang mit der Respiration huminstoff-bürtigen Kohlenstoffes nachgewiesen. Neben der internen Arsenmobilisation ist auch die Arsennachlieferung aus dem Einzugsgebiet von Bedeutung. Die Arsenfracht befindet sich in diesen Wasserströmen vorzugsweise in Abhängigkeit von gelöstem organischen Kohlenstoff und der Abflussintensität. Daraus ergibt sich für den Arsenhaushalt des Speichersystems eine besondere Bedeutung von Starkregenereignissen mit verstärktem hypodermischen Abfluss und der Verfrachtung von Arsen in Assoziation mit wasserlöslichen Huminstoffen. Es wird eine Fallunterscheidung vorgestellt, wonach a) in trockenen Jahren mit geringen Durchflüssen sich Arsen aus der internen Rücklösung aus Sedimenten im Wasserkörper des Speichers anreichert; b) bei durchschnittlichen Durchflüssen im Speicher Verdünnungseffekte über die Anreicherung dominieren und tendenziell niedrige Arsenkonzentrationen resultieren; sowie c) in Jahren mit hohen dynamischen Durchflüssen bzw. ausgeprägten Starkregenereignissen ein verstärkter Eintrag aus dem Einzugsgebiet die Arsenkonzentrationen im Speicher ebenfalls ansteigen lässt. Eine exemplarische Analyse der chemischen Spezies des Elements hat ergeben, dass anorganisches fünfwertiges Arsen die dominante Form im Wasser des Speichers Altenberg ist. Der Anteil von höher toxischem dreiwertigen Arsen ist niedrig, ebenso auch der von methylierten Spezies. Daher wird auch eine Bildung volatiler Methylspezies, d.h. eine Öffnung des Arsenhaushaltes zur Atmosphäre, als unbedeutend eingeschätzt. Im Speichersystem offenbart sich eine spezifische Verknüpfung eines an Eisen-Huminstoff-Kolloide gebundenen Antransportes von Arsen aus dem Einzugsgebiet mit einer auf Huminstoffabbau basierenden, redoxchemisch gesteuerten saisonalen Arsenfreisetzung aus den Sedimenten. Dies hat Modellcharakter für Gewässersysteme, in denen hohe Huminstoffmobilität mit geogen oder auch anthropogen bedingten Arsenvorräten zusammentrifft.:Zusammenfassung I Summary III Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V 1 Einleitung 1 1.1 Arsen 1 1.2 Das Untersuchungsobjekt - Spezifik der Problemstellung 3 1.3 Fragestellungen 8 2 Hauptergebnisse 10 3 Schlussfolgerungen und Ausblick 17 4 Literatur 19 5 Publikationen 24 5.1 Changes in catchment conditions lead to enhanced remobilization of arsenic in a water reservoir (Publikation 1) 24 5.2 High mobilization of arsenic, metals and rare earth elements in seepage waters driven by respiration of old allochthonous organic carbon (Publikation 2) 25 5.3 Enhanced arsenic mobility in a dystrophic water reservoir system after acidification recovery (Publikation 3) 26 Erklärung zur Eigenständigkeit i Lebenslauf ii Publikationsliste iii / Arsenic in drinking water and food represent regionally significant problems. The estimation of the dimension and a scientific explanation of the causes is a prerequisite for the protection of humans and nature. The Altenberg reservoir system was investigated as a drinking water facility, where elevated arsenic concentrations are observed. The aim of the investigations was to get findings about a possible continuation of recently observed trends of increasing arsenic concentrations in the water reservoir. For this purpose, the system was divided into compartments and these were investigated for running processes and dynamics. The system has a low productivity due to a low nutrient state, in particular a phosphate oligotrophy. Like a lot of surface waters in the northern hemisphere, it is shaped by high and increasing inputs of humic matter from the catchment area in context of declining immissions as well as of climate change. Additionally, there are internal and external sources of arsenic. At the bottom of the reservoirs, sediments rich in arsenic and humic matter were found. On the one hand side, they are the result of a long-lasting accumulation of sediments which originate in inputs from the catchment area, which is shaped by arsenic-rich basic rocks and histic soils. Likewise, an inundation of gleyic and histic soils with stored lithogenic respectively chalcogenic arsenic inside the construction ground of the reservoirs is an option. The importance of deposited fly ash for the system is assessed to be subordinate. For the Galgenteich, which is operated as a predam, since the beginning of arsenic measurements in 1997 an until the 2000 lasting steady increase in the concentration of arsenic concentration was found, which is significantly associated with a decrease in nitrate concentration. The nitrate concentration decrease in turn is part of an ecological regeneration of Central European forested catchments since the late eighties as a result of decreasing deposition loads. The most likely causal linkage between both parameters is a change in the redox-chemical environment of reservoir sediments. At past times of high depositions, high concentrations of nitrat as a secondary electron acceptor suppressed a release of arsenic from iron oxide sorbates. In the course of reductive processes, and with the decrease in nitrate concentration, release processes gain importance. Since the turn of the millennium regular cyclic annual courses of the arsenic concentration emerge with maxima in the late summer and minima in spring. An accounting of the mass flows reveals a source function of reservoir sediments in the summer season, whilst the decrease of the arsenic concentration during the winter months can be mainly attributed to washout and to a lesser proportion to an internal sink function. The Altenberg reservoir is thermally stratified in summer. But a stratification of arsenic is far less pronounced. An increase in the arsenic concentration was detected in hypolimnion and in epilimnion too. This suggests an arsenic release also from epilimnetic sediments despite oxic conditions in the overlaying water body. According to the dystrophic nature of the water body, the driving force leading to arsenic release during the respiratory processes is assigned to the use of humic carbon. For seepage and interstitial waters in the system, the mobilization of arsenic has been demonstrated in connection with the respiration of humic carbon. In addition to the internal arsenic mobilization, also a recent arsenic delivery from the catchment area is of importance. The arsenic load in these water flows preferably depends on contents of dissolved organic carbon and on runoff intensity. That implies a special meaning of heavy rainfall events with intensified hypodermic runoff and the transportation of arsenic in association with water-soluble humic matter for the arsenic budget of the reservoir system. A case distinction is presented, according to which a) in dry years with low flow rates sediment released arsenic accumulates in the reservoir water to higher concentrations; b) at average flow rates in dilution effects dominate over the enrichment with the result of low arsenic concentrations; and c) in years with high dynamic flows and strong heavy rains an increased input from the catchment area can also increase the arsenic concentration in the reservoir. An exemplary analysis of chemical species has shown that inorganic pentavalent arsenic is dominant in the water of the Altenberg reservoir. Higher toxic trivalent arsenic was found to a lesser extent as well as methylated species. Therefore, a formation volatile methyl species, i.e. an opening of the arsenic budget to atmosphere, is assessed to be insignificant. The dynamics in the reservoir system reveal a specific linkage between a catchment arsenic feed based on arsenic in iron-humic colloids and a redox-chemically controlled arsenic release from the sediments of the reservoir. This serves as a model for water systems, where high humic matter mobility coincides with geogenic or anthropogenic arsenic inventories.:Zusammenfassung I Summary III Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V 1 Einleitung 1 1.1 Arsen 1 1.2 Das Untersuchungsobjekt - Spezifik der Problemstellung 3 1.3 Fragestellungen 8 2 Hauptergebnisse 10 3 Schlussfolgerungen und Ausblick 17 4 Literatur 19 5 Publikationen 24 5.1 Changes in catchment conditions lead to enhanced remobilization of arsenic in a water reservoir (Publikation 1) 24 5.2 High mobilization of arsenic, metals and rare earth elements in seepage waters driven by respiration of old allochthonous organic carbon (Publikation 2) 25 5.3 Enhanced arsenic mobility in a dystrophic water reservoir system after acidification recovery (Publikation 3) 26 Erklärung zur Eigenständigkeit i Lebenslauf ii Publikationsliste iii

Tillgång till rent dricksvatten är en mänsklig rättighet och en viktig del av ett hållbart samhälle. Därför är det viktigt att säkerställa tillgången till samt kvaliteten av dricksvattnet som produceras i Sveriges vattenverk och i vattenverk världen över. Därför har Livsmedelsverket, och andra internationella organisationer och myndigheter så som Europeiska unionen och Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet, infört lagstiftning och rekommendationer för att säkerställa produktionen av ett hälsosamt dricksvatten. I samband med Norrvattens utbyggnationer av deras vattenverk Görvälnverket önskas bättre rening av högfluorerade ämnen, även kallade PFAS-ämnen, för att säkerställa uppfyllandet av ny lagstiftning som träder i kraft år 2026. Denna rapport undersöker därför hur olika adsorptionsmaterial reducerar mängden PFAS-ämnen i vattnet genom försök på kolfilter i pilotskala. Utöver rening av PFAS-ämnen undersöks även rening av löst organiskt kol, ultraviolett absorption vid 254 nm samt lukt. Denna studie fann att uppehållstiden i kolfiltret inte hade någon större effekt på reduktionen av PFAS-ämnen och löst organiskt kol för biologiskt aktivt kol. Således, en stor ökning i uppehållstid gav endast en liten ökning av reduktion av dessa ämnen. Däremot visade uppehållstiden ha en större effekt på ultraviolett absorption vid 254 nm. När det gäller reduktion av PFAS-ämnen gav granulerat aktivt kol en större reduktion jämfört med biologiskt aktivt kol. Detsamma gällde reduktion av löst organiskt kol och ultraviolett absorption vid 254 nm. Högre halter av löst organiskt kol i inkommande vatten minskade reduktionen av PFAS. Samma trend kunde ses för ultraviolett absorption vid 254 nm, där högre värden i inkommande vatten gav en minskad reduktion av PFAS. Vad gäller lukt påvisades lukt i endast ett prov från kolfilter-piloten. I framtiden bör beslut tas angående vilket adsorptionsmaterial som ska användas i Norrvattens nya vattenverk. Man bör också dimensionera kolfilter för det nya vattenverket samt bestämma deras uppehållstid, hur ofta backspolning skall genomföras samt hur ofta adsorptionsmaterialet bör bytas ut. / Access to clean drinking water is a human right and essential to a sustainable society. Therefore, it is vital to ensure the access to and quality of the drinking water produced in the Swedish drinking water treatment plants and other drinking water treatment plants around the world. Thus, the Swedish National Food Agency, and other international organizations and authorities such as the European Union and the European Food Safety Authority, have introduced legislation and recommendations to ensure the production of healthy drinking water. As Norrvatten plan on expanding their drinking water treatment plant Görvälnverket, they wish to have better treatment of per- and polyfluoroalkyl substances, also called PFAS substances, to ensure the fulfillment of new legislation that will be implemented by 2026. Therefore, this report investigates how different adsorption materials reduce the concentration of PFAS substances in the water through experimenting with pilot scaled carbon filters. Beyond PFAS substances, this report also examined the treatment of dissolved organic carbon, ultraviolet absorption at 254 nm, and odor. This study found that the carbon filter's empty bed contact time did not significantly affect the reduction of PFAS-substances and dissolved organic carbon when it comes to biological activated carbon. Thus, a significant increase in the empty bed contact time only slightly increased the removal of these substances. However, this study showed that the empty bed contact time significantly affects the ultraviolet adsorption at 254 nm. Regarding the reduction of PFAS substances, granular activated carbon gave a more significant decrease compared to biological activated carbon. This trend was also seen in the reduction of dissolved organic carbon and ultraviolet absorption at 254 nm. Higher concentrations of dissolved organic carbon in the incoming water gave a lower decrease in PFAS reduction. Higher values of ultraviolet absorption at 254 nm in the incoming water also decreased the PFAS reduction. When it comes to odor, there was only one sample from the carbon filter pilot plant where an odor was detected. In the future, there needs to be a decision on what type of adsorption material to use in Norrvatten's future drinking water treatment plant. Dimensioning of the carbon filters for the new drinking water treatment plant should also be made, as well as for deciding the empty bed contact time, how often backwashing should be performed and how often they should change the adsorption material.

De senaste årtiondena har en ökning av naturligt organiskt material (NOM) observerats i ytvatten i norra Europa och Nordamerika. NOM i vattnet innebär utmaningar för vattenverk som använder ytvatten i dricksvattenproduktionen då det kan ge upphov till lukt, smak och färg och svårigheter i driften. För att åtgärda och förebygga problemen behövs mer kunskap om NOM samt hur kvantiteten och sammansättningen förändras i olika reningsprocesser. Vid Hofors vattenverk används råvatten från sjön Hyen i dricksvattenproduktionen. Driftstörningar upplevs i perioder då råvattnets färgtal (mått på halten NOM) är högt. Därför undersöktes det hur väl den nuvarande reningsprocessen vid Hofors vattenverk fungerar med avseende på avskiljning av NOM samt vilken typ av NOM som avskiljs. Resultaten jämfördes med pilotförsök med direktfällning på ultrafiltermembran för att se om detta kan ge bättre avskiljning. Olika analysmetoder, absorbans, fluorescens och mätning av löst organiskt kol (DOC), användes för att avgöra kvantitet och karaktär på NOM i vattenproverna. Även eventuell förekomst av trend i råvattnets färgtal undersöktes. Likt i många andra ytvatten har färgtalet i Hyen har ökat de senaste åren (1997-2015). Råvattnet är svårfällt och innehåller en blandning av olika NOM-fraktioner. Huvudsakligen avskiljs humuslikt, alloktont NOM i Hofors vattenverk. Avskiljningen var störst i första reningssteget, direktfällning på sandfilter. Förändringen i efterföljande reningssteg, kolfilter samt desinfektions- och pH-höjande steg, var dock svår att bestämma till följd av mycket små förändringar och motsägande analysresultat. Tre ultrafiltermembranförsök gav liknande avskiljningsresultat som sandfilter, men i två av fallen är det troligt att igensättning av membranen spelade in. Det krävs ytterligare försök för att säkert uttala sig om huruvida ultrafiltermembran är en teknik som är lämplig att använda vid Hofors vattenverk i framtiden för avskiljning av NOM. / In recent decades, an increase in natural organic matter (NOM) has been observed in surface waters in Northern Europe and North America. NOM in the water poses challenges for water treatment plants (WTP) using surface water in the drinking water production. It can cause odor, taste and color of the water and cause difficulties in the treatment process. To prevent all these problems, more information about NOM and how the quantity and composition changes in various treatment processes is needed. At Hofors WTP, raw water from the lake Hyen is used in the production of drinking water. Disruptions in running the process have been experienced in periods when the raw water color (measure of the NOM content) has been high. In this thesis, it was investigated how well the current treatment process at Hofors WTP works with respect to the separation of NOM and what type of NOM that is separated. The results were compared with pilot tests with direct filtration using an ultrafilter membrane to see if this can provide better separation. Various analytical methods as absorbance, fluorescence and measurement of dissolved organic carbon (DOC) were used to quantify and determine the composition of NOM in the water samples. It was also examined whether there is a trend in the raw water color. As in many other surface waters the color of the water has increased in Hyen in recent years (1997-2015). The raw water contains a mixture of different NOM fractions and the character indicates difficulties in removing DOC by coagulation and flocculation. It is primarily the humic like, allochtonous NOM that is separated in the treatment process with the greatest separation in the first treatment step, direct filtration with sand filter. What happens in the subsequent treatment steps, carbon filter, disinfection and pH-raising step, was however unclear due to small changes and inconsistent analysis results. Three experiments with ultrafilter membrane yielded similar results as sand filters, but in two of the cases it is likely that clogging of the membranes contributed. Further membrane pilot tests are needed to be sure whether ultrafilter membrane is a is suitable technique to use at Hofors WTP in the future for separation of NOM.

Austräge von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) aus Mooren sind aus Gründen des Klima- und Trinkwasserschutzes unerwünscht. Einflüsse von Landnutzung auf die Höhe der DOC-Konzentrationen werden teilweise inkonsistent beschrieben und überdies sind wenige Angaben zu den stark anthropogen überprägten Niedermooren Nordostdeutschlands verfügbar. Daher sind in der vorliegenden Arbeit Zusammenhänge von Management und Standorteigenschaften zu DOC-Konzentrationen auf Lysimeter- und Freilandebene untersucht worden. Es zeigte sich, dass die DOC-Gehalte des wiedervernässten Niedermoores deutlich und die DOC-Austräge tendenziell geringer waren als am landwirtschaftlich genutzten Standort, und dass die DOC-Konzentrationen im Grabenwasser seit der Wiedervernässung gesunken sind. Die unmittelbar durch Landnutzung beeinflussten Parameter Wasserstand und Vegetation waren in Lysimeterversuchen von untergeordneter Bedeutung. Niedermoore scheinen bedingt durch ihre individuelle Genese ein spezifisches DOC-Potential bzw. einen „Fingerabdruck“ zu haben, weshalb bei Wiedervernässung zwar sinkende, aber nicht unbedingt geringe, naturnahen DOC-Konzentrationen erreicht werden können. / Losses of dissolved organic carbon are of environmental concern, as DOC is a potential source of gaseous carbon emissions and harms drinking water quality. Lack of knowledge particularly exists for lowland fens. Therefore, the influence of land management and site characteristics on DOC was studied at a catchment and a lysimeter scale. A rewetted fen was investigated showing considerabely lower ditch DOC concentrations and slightly lower DOC losses as compared to an agriculturally used fen. The influence of water levels and vegetation was relatively small in lysimeter trials, while each fen soil seems to have a specific potential for DOC release due to its susbtrate quality and genesis.

The seasonal variation and landscape regulation of dissolved organic carbon (DOC) concentrations in streams have been studied in two watersheds in the boreal zone. The seasonal variation was found to be highly correlated to variations in runoff. An increase in runoff was always accompanied with an increase in DOC concentration. However, there were indications that the TOC concentration was restricted by the soil TOC pool during snowmelt. The main factors affecting DOC exports varied between seasons. During winter baseflow the spatial variation in DOC exports was strongly influenced by wetland coverage, during snowmelt the exports were correlated to factors describing the size and location of the catchment, and during the snow-free season they were heavily affected by the proportions of wetlands and forests in the catchments. Small headwaters had the highest terrestrial DOC export, per unit area. The properties of the DOC changed during spring flood, towards lower molecular weight and more aliphatic compounds. These changes affected the bioavailability of the DOC, which increased during spring flood. There were also differences in the DOC properties between wetlands and forest soils; the forested soils yielded DOC with lower molecular weight (measured as 254 nm/365 nm light absorbance ratios), largely from superficial layers that were activated during high flow events, while wetland soils generally provided a more constant carbon source with higher molecular weight. The majority of the DOC was exported by wetlands, but most of the short-term bioavailable DOC (BP7) was derived from the forests, during the spring flood period, indicating that bacterial production in streams and lakes is likely to be almost entirely based on DOC exported from forested areas during, and some time after, the spring flood event.

Vattenverket Görväln i Järfälla planerar ett nytt vattenverk i framtiden, lokaliserat intill nuvarande vattenverk. Idag är den kemiska barriären, granulerat aktivt kol, ur funktion och utvärderas i det här projektet för att effektivisera processen. Den här studien fokuserar på att optimera den kemiska barriären genom att jämföra två sorter av granulerat aktivt kol (GAC). Jämförelsen sker genom analysering av löst organiskt kol (DOC), totalt organiskt kol (TOC), samt absorbans och fluorescens. Vattnet som använts i studien kommer direkt från det sandfiltrerade vattnet i Görvälnverkets reningsprocess. För att testa de olika GAC-sorterna konstruerades en kolonnuppsättning med överflödessystem. Syftet var att jämföra två olika GAC med kortare samt längre uppehållstid och deras absorberingsförmåga med avseende på DOC och TOC. Kolonner med längre kontakttid visade effektivare borttagning av DOC, TOC och fluorescerande ämnen oberoende av GAC-sort. Kolonner med FiltraSorb® 400 uppnår genombrott ungefär 30 % långsammare än Norit® 830 W för samma bäddvolymer. Skillnaden mellan längre kontakttid och kortare kontakttid var inte lika markant som skillnaden mellan GAC-sorterna. FiltraSorb® 400 presterade ungefär 30 % bättre vid borttagning av DOC och TOC jämfört mot Norit® 830 W. Adsorptionskapaciteten för Norit® 830 W försämrades betydligt snabbare än för FiltraSorb® 400. Det innebär att FiltraSorb® 400 behöver bakspolas mindre ofta och regenereras mer sällan än Norit® 830 W. FiltraSorb® 400 är därför den GAC-sort som rekommenderas för Görvälnverkets vatten med avseende på borttagning av DOC. Den här studien kommer att användas som underlag för pilotanläggningen som är stationerad intill kolonnuppställningen. Uppsättningen kommer också att användas för framtida kinetik och spårämnesförsök i vattenverket och på andra vattenverk. / There are multiple steps to be done in the drinking water treatment process. The product must obtain high quality and to do so, it must reach certain requirements. One of the treatment steps in Görväln water treatment plant, Stockholm, is to use granular active carbon (GAC). The GAC function is to filter away taste and odor in addition to acting as a chemical barrier, although the latter does not work properly in the water treatment plant today.The project´s aim is comparing the performance of two types of GAC, Norit® 830 W and FiltraSorb® 400, together with the effect of longer (21 minutes) and shorter (7 minutes) contact time (EBCT). The contact time (EBCT) is the time, in minutes, that a body of water is in contact with the GAC-filter. A longer EBCT, means lower flow, which leads to longer time for the GAC to adsorb contaminants from the water.To evaluate the difference between the GAC-types a column-test was constructed. The test allows a direct comparison to full scale operations. The water used during this study was taken directly after the sand filtration process in Görväln. The water is clear and particles visible to the naked eye are eliminated during the sand filtration. However, the small dissolved organic components (carbon) are hard to remove, which makes the GAC-filter important.The performance of the GAC was evaluated by the removal efficiency of TOC, DOC and evaluation of fluorescence and absorbance capacity. The result indicated a better performance for both GAC using a longer contact time. Best effect of the long contact time was seen during the fluorescence measurement, where calculated indexes and removal of specific compounds were distinguished.The difference between longer, 21 minutes, and shorter, 7 minutes, contact time was not as significant as the difference between the two types of GAC. FiltraSorb® 400 had a significant higher adsorbance capacity for DOC and TOC, 30 % better than Norit® 830 W, at the same bed volume. Norit® 830 W reached breakthrough much faster (~80 %) than FiltraSorb® 400 (~50%) at around 4700 bed volumes.

Climate change is one the greatest environmental challenges of our time, both due to direct eectssuch as global warming but also due to the potential of the climate acting as a driver for otherenvironmental problems. This thesis aims to evaluate the impact of climate change on thermal properties and the content and distribution of dissolved oxygen in boreal lakes. By calibrating the one-dimensional, process based model MyLake with data from three, long-time monitored lakes in Sweden, vertical proles of temperature and oxygen could be studied over time. Changes in air temperature, precipitation and discharge showed to have a great impact on the thermal properties of the lakes. Simulations 30 and 80 years in the future with high impact climate scenarios indicated an overall increase in lake water temperature and reduced duration of icecover. The increase in lake water temperature decreased with depth, indicating enhanced thermal stratication. Climate change also had a profound impact on the content and distribution of dissolved oxygen, DO, in the lakes. Climate-induced increases in dissolved organic carbon, DOC, had an overall negative impact on the DO content in the water column. The impact of changes in air temperature, precipitation and discharge however had an overall positive impact on lake water DO, most likely due to increased oxygen supply during the winter months due to the shorter duration of ice cover. The risk of summer anoxia increased due to the combined effect of increased air temperatures and elevated DOC concentrations. In conclusion, the impact of climate change will, directly or indirectly, have a profound impacton both the thermal conditions and the content and distribution of oxygen in lakes. This may drastically change future lake water quality as well as the living conditions for the aquatic life. / De pågaende klimatförändringarna är ett av vår tids mest utmanade miljöhot, dels påa grund av direkta effekter såsom global uppvärmning men också på grund av klimatets potential att agera som en drivande faktor i många miljösammanhang. Målet med denna studie var att undersöka hur klimatförändringarna påverkar temperatur- och syrgasgasförhallanden i sjöar. Genom att kalibreraden den dimensionella, processbaserade modellen MyLake, med data från tre svenska sjöar, kunde vertikala temperatur- och syrgasprofiler undersökas över tid. Förändringar i lufttemperatur, nederbörd och flöde, baserade pa vedertagna klimatscenarier med hög klimatpåverkan, visade sig ha en tydlig påverkan på sjörnas temperaturförhållanden. Simuleringar 30 och 80 år fram i tiden resulterade i forhöjda vattentemperaturer i hela vattenkolumnen samt förändringar i tidpunkt for isbildning och smältning. Vattentemperaturen ökade for samtliga undersökta djup, men ökningshastigheten minskade med ökat djup. Detta tyder på starkare skiktning av vattenkolumnen i framtiden. Förandringar i klimatet visade sig också ha en stor inverkan pa sjöarnas syrgasförhållanden. Ökande halter av löst organiskt kol, orsakade av klimatförändringar, hade negativ inverkan på sjöarnas syrgasförhållanden. Förändringar i lufttemperatur, nederbörd och flöde hade däremot en överlag positiv inverkan pa sjöarnas syrgasförhållanden. Detta beror troligtvis på att tillflödet av syrgas ökar i och med att tiden då sjön är täckt av is förkortas. Risken for syrefattiga förhållanden under sommarmånaderna ökade dock, på grund av den kombinerade effekten av förhöjd lufttemperatur och ökande DOC halter. Sammanfattningsvis förväntas klimatförändringar ha en tydlig effekt på både temperatur- och syrgasforhallanden i sjöar. Detta riskerar att avsevärt försämra både sjöarnas vattenkvalitet och levnadsförhållanden för vattenlevande organismer.

The main aim of this work was to investigate the extent of uranium and radium -fixation and mobilization at the interface of mining influenced surface water and sub-hydric soils, sediment and plant detritus. A freshwater ecosystem (stream channels in an alder swamp forest – Alno-Lemnetum with low residence time shallow ponds) developed directly below a mining site (Neuensalz) and influenced by uranium containing water served as investigation site for the identification of possible fixation and mobilization mechanisms. In addition, investigations were carried out on sediments in a water reservoir downstream of the examined abandoned mining site. It could be shown, that radium concentrations of the examined surface water (2001 – 2004) are only slightly higher compared to the range of geogenic levels for German surface waters, and that its activity concentrations decreased along the investigated flow path. In contrast, uranium concentrations are well above geogenic levels and the concentration level stays high along the whole water pathway through the study area. The U-238:Ra-226 ratio of the examined surface water from the spring to a pond outflow significantly increased. The uranium chain activity concentrations in the sediments determined in this study partly exceeded considerably the regional geogenic level. For the sediment water the 238U: 226Ra ratio in the first part of the flow path is significantly shifted in favor of radium while in the second part the ratio is shifted in favor of uranium. There were indications that the dissolved uranium is transported in the form of soluble carbonate complexes. Radium however is rather fixed under dominantly oxidizing conditions along the mainly turbulent mixed shallow water pathway. The fixation of uranium and radium in the upper section of the pathway (direct below the spring) was found to be inorganically, whereas in the second part organic bonds are more indicated. The influence of allochthonous organic carbon as main metabolic energy source for low order lotic ecosystems on the fixation of uranium was investigated by analyzing, the effects of leaves (coarse particulate organic matter: CPOM) and their degradation products (mainly fine particulate organic matter: FPOM and biofilms etc.). It was found that the highly mobile fraction of uranium in the water pathway, preferably present under the given conditions in the form different uranyl-carbonato-complexes, is efficiently fixed on fresh organic plant material (plant litter, leaves) in the first steps of organic matter decomposition within a few days. But it also can be immobilized relatively stable. It was also found that CPOM is a temporary sink for uranium, which may be sedimented depending on the turbulence flow and discharge. This may contribute to the directional removal of uranium from the water into the sediment. Finally this work analyzed the conditions in the pelagic and benthic zone of the Neuensalz pre dam of the Pöhl reservoir, which is located downstream of the mining site. It presents a periodically stagnant water body with seasonally continuous sedimentation, a possible stable sink of uranium and products of radioactive decay in early diagenesis. Water samples of the pelagic zone and undisturbed sediment cores were taken and analyzed during winter stagnation. The results are discussed in front of seasonal changes in water chemistry and load data. U-238 and Ra-226 showed a culmination of activity concentrations in the sediment horizons from 25 to 35 cm depth, in particular at a centrally located sampling point (K3). At this point highest activity concentrations of 238U were found with a median value of 770 Bq*kg-1 at a depth of 30 cm. At the same location 226Ra shows activity concentrations of 250 Bq*kg-1(median). Based on the Cs-137 dating method a sedimentation rate of 1.5 cm*yr-1 was calculated for the pre-dam Neuensalz sediment. On average sedimentation rates for 238U of 3,7 ± 1,1 kBq*m-2*yr-1 and for 226Ra of 3,5 ± 0,5 kBq*m-2*yr-1 were calculated. Furthermore, a total uranium stock of 68 ± 6 kg per hectare in the sediment was estimated. In connection with a sedimentation period of 23 years, the uranium inventory in the sediments would correspond to a portion of approx. 18 % of the uranium feed by the water influx estimated for the same period. This estimation did not take into account a geogenic portion and other sources like fertilizer. For radium, the situation is reversed. An extrapolation of the cumulative load for the same period results in a lower value by almost a factor of 100 compared to uranium. This compares with a radium inventory in the sediment, which is about 15 times higher than the projected load. This leads to the conclusion that in addition to the supply from the mining legacy also the geogenic background and/or discontinuous particulate import (via storm water stream runoff etc.) has to be considered. The analysis of the bonding stability and related potential mobilization of the sedimentary uranium using sequential chemical extraction shows that most of the uranium is found in the organic fraction over the entire sediment layer, which may be identified as organically bound or as uraninite. In conclusion not only radium is immobilized near to the source but also a relevant share of uranium is permanently fixed even in/on durably deposited organic matter despite eu-trophic conditions with high nitrate load, traceable in deeper sediment layers due to e.g intensive land use.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Zielstellung............................................................1 2 Stand des Wissens.......................................................................7 2.1 Natürliche Radionuklide in der Umwelt............................................7 2.1.1 Uran Vorkommen und Verhalten in der Umwelt..............................9 2.1.2 Radium Vorkommen und Verhalten in der Umwelt........................19 3 Material und Methoden...............................................................22 3.1 Untersuchungsgebiet..................................................................22 3.2 Probenahme und Probenvorbereitung...........................................25 3.2.1 Untersuchungen zur Radionuklidverteilung im Abstrom des ehemaligen Uranbergbaugebiets Neuensalz............................................................25 3.2.2 Untersuchungen zur Uranfixierung an abgebautem organischen Substrat...........................................................................................26 3.2.3 Sedimentbeprobung in der Vorsperre Neuensalz............................29 3.3 Analytische Verfahren.................................................................35 3.3.1 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Blattproben..............35 3.3.2 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Sedimente................38 3.3.3 Mikrowellenaufschluss ................................................................44 3.3.4 Instrumentalanalytische Verfahren...............................................44 3.4 Mathematische Verfahren...........................................................47 3.4.1 Berechnung der Sedimentationsrate.............................................47 3.4.2 Grafische Darstellung der Daten..................................................47 3.4.3 Statistische Berechnungen..........................................................48 4 Ergebnisse und Diskussion..........................................................49 4.1 Auswirkung zunehmender Einträge von Bestandesabfall auf die Festlegung von Radionukliden.............................................................49 4.1.1 Quellen- und Oberflächenwasser..................................................49 4.1.2 Radioaktivitätskonzentration (238U, 226Ra, 210Pb) im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke..........................................54 4.1.3 Urantransportverhalten im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke......................................................................................56 4.1.4 Räumliche Verteilung von Radionukliden (238U, 226Ra und 210Pb) im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................60 4.1.5 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Radium im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................64 4.1.6 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Uran im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................65 4.2 Einfluss von allochthonem organischen Kohlenstoff und seinen Abbauprodukten auf die Festlegung von Radionukliden...........................69 4.2.1 Anreicherung der Radionuklide 238U, 226Ra, 210Pb sowie 137Cs an der organischen Substanz (CPOM) während des Abbauprozesses.............69 4.2.2 Organisches Material als Senke für Uran während des Abbauprozesses................................................................................71 4.2.3 Spezifischer Einfluss von partikulärem Material und polymeren Kohlenstoffverbindungen im Verlaufe des Laubabbaus auf die Uranfixierung....................................................................................73 4.2.4 Bedeutung des abiotischen Einflusses auf die Uranfestlegung während des Abbauversuches von Laub im Fließgewässer....................................80 4.2.5 Transportverhalten von Uran während des Abbauversuches im Fließgewässer...................................................................................82 4.3 Sediment der Standgewässer als Senke von Uran und seinen Tochternukliden................................................................................87 4.3.1 Radionuklidkonzentration in rezenten Sedimenten der Vorsperre Neuensalz.........................................................................................87 4.3.2 Einflussfaktoren auf die Verteilung von Uran zwischen dem Porenwasser und der Festphase der Sedimente.....................................98 4.3.3 Bindungsformen von Uran und begleitenden Elementen im Sediment........................................................................................117 5 Zusammenfassende Diskussion, Schlussfolgerungen und Ausblick..124 6 Zusammenfassung...................................................................131 7 Literaturverzeichnis..................................................................137 8 Anhang...................................................................................175 / Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Umfangs der Festlegung bzw. Mobilisierung von Uran und Radium an der Grenzfläche von Bergbau beeinflußtem Oberflächenwasser und subhydrischen Böden, Sedimenten sowie Bestandsabfall (Detritus). Als Untersuchungsgebiet zur Identifizierung entsprechender Fixierungs- und Mobilisierungsmechanismen diente ein Süßwasser - Ökosystem (Bach in einem Erlenbruchwald – Alno-Lemnetum – und integrierte flache Teiche mit geringer Verweilzeit) unterhalb eines ehemaligen Uranerzbergbau-Gebietes (Neuensalz), das von uranhaltigem Wasser durchströmt ist. Darüber hinaus Sedimentanalysen eines periodisch stagnierenden Wasserkörpers (Vorsperre der Talsperre Pöhl) im Abstrombereich der untersuchten Bergbaualtlast vorgenommen. Es konnte gezeigt werden, dass die Radiumkonzentration des Oberflächenwassers (2001-2004) geringfügig über der des geogenen Niveaus für deutsche Oberflächenwässer liegt und dass die entsprechende Aktivitätskonzentration von Radium entlang der untersuchten Fließstrecke beginnend mit einer Quelle an einem Tailingdamm deutlich abnimmt. Dagegen liegen die Urankonzentrationen des Oberflächenwassers deutlich über dem geogenen Hintergrund. Seine Aktivitätskonzentrationen bleiben entlang der Fließstrecke weitgehend stabil. Das 238U:226Ra-Verhältnis des Oberflächenwassers wird sich entlang der Fließstrecke von der Quelle unterhalb des Tailingdammes bis zum Abfluss aus der ersten, schwächer durchflossenen kleinen Senke (Forellenteich) erhöht. Die in dieser Arbeit ermittelten Aktivitätskonzentrationen der untersuchten Nuklide der Sedimente lagen zum Teil erheblich über dem geogenen Niveau der Region. Das 238U:226Ra-Verhältnis des Bachsediments ist im ersten Teil der Fließstrecke deutlich zugunsten des Radiums verschoben, während es im zweiten Teil zugunsten von Uran verschoben ist. Dies weist darauf hin, dass das gelöste Uran in Form carbonatischer Komplexe transportiert wird. Radium wird dagegen unter den vorherrschenden oxidierenden Bedingungen entlangder Fließstrecke eher fixiert. Für die Festlegung von Uran und Radium wurde im oberen Teil der Fließstrecke (direkt unterhalb der Quelle) eher auf anorganische Bindungen geschlossen, während die Fixierung im zweiten Teil der Fließstrecke eher organischer Natur ist. Da im Oberlauf von Fließgewässern allochthoner organischer Kohlenstoff die wesentliche die Energiequelle für alle Ökosystemfunktionen bildet und eine besondere Funktion mit Blick auf Untersuchungsziel vermutet werden kann, wurde die Wirkung von Laub (grob- organisches Material: CPOM) und seinen Abbauprodukten (fein-partikuläres organisches Material: FPOM, Biofilm usw.) auf die Fixierung von Uran analysiert. Es wurde festgestellt, dass das im Wasserpfad sehr mobile Uran, welches unter den gegebenen Bedingungen vorzugsweise in verschiedenen Uranyl-Carbonato-Komplexen vorliegt, nicht nur an frischer organischer Substanz pflanzlichen Ursprungs (Bestandesabfall, Laub) im Verlauf biologischen Abbaus effizient gebunden und festgelegt wird, sondern auch sehr stabil immobilisiert werden kann. Es wurde auch ermittelt, dass CPOM ein temporärer Speicher für Uran ist, welcher je nach Fließgeschwindigkeit sedimentieren und damit zum gerichteten Transfer von Uran aus dem Wasser in das Sediment beitragen kann. Der anteilige Austrag über das verstärkt gebildete DOC über den Laubeintrag ist relativ gering. Schließlich wurden die Verhältnisse mit Bezug zur Fragestellung in der pelagischen und benthischen Zone der Vorsperre Neuensalz der Talsperre Pöhl analysiert, die stromabwärts des Bergbaugebietes anschießt. Die Vorsperre stellt einen periodisch stagnierenden Wasserkörper mit saisonaler kontinuierlicher Sedimentation dar und damit eine mögliche stabile Senke für Uran und seine radioaktiven Zerfallsprodukte in der Frühdiagenese. Wasserproben der pelagischen Zone und ungestörte Sedimentkerne wurden in der Phase der Winterstagnation entnommen, analysiert und unter Berücksichtigung saisonaler Unterschiede bezüglich Wasserchemie und Frachtdaten disskutiert. Für U-238 und Ra-226 zeigt sich eine Kulmination der Aktivitätskonzentration in den mittleren Sediment- Horizonten von 25-35 cm Tiefe, insbesondere an der Probenahmestelle K3. Dort fanden sich auch die höchsten Aktivitätskonzentrationen der Vorsperre für 238U mit einem Medianwert von 770 Bq*kg-1 in einer Tiefe von 30 cm. Für Ra-226 fand sich am selben Ort eine Aktivität von 250 Bq*kg-1 (Median). Anhand der Datierung mithilfe der Cs-137 Methode wurde für das Sediment der Vorsperre Neuensalz eine Sedimentationsrate von 1,5 cm*a-1 errechnet. Für Uran ergab sich eine Sedimentationsrate von 3,7 ± 1,1 kBq*m-2*a-1 und für Ra-226 eine solche von 3,50 ± 0,5 kBq*m-2*a-1. Darüber hinaus wurde die im Schnitt ca. 40 cm mächtigen Sedimente ein Uranvorrat von 68 ± 6 kg pro Hektar bilanziert. In Verbindung mit der Dauer des Bilanzzeitraumes der Sedimentation (23 Jahre) entspräche das in der Vorsperre vorgefundene Uraninventar einem Anteil von ca. 18 % der für diesen Zeitraum abgeschätzten Uranfracht im Wasserzufluss, wobei der geogene Anteil des Urans und die Ausbringung von Phosphatdüngemitteln in den Sedimenten noch nicht berücksichtigt ist. Für Radium sind die Verhältnisse umgekehrt. Wenn aus den gegenwärtigen Aktivitätskonzentrationen im Zufluss auf eine kumulative Fracht für den 23-jährigen Bilanzierungs- bzw. Betrachtungszeitraum hochgerechnet wird, ergibt sich ein fast um den Faktor 100 geringerer Wert, verglichen mit Uran. Dem steht ein Radiuminventar im Sediment gegenüber, welches etwa 15-mal größer als diese hochgerechnete Fracht ist. Daraus ist abzuleiten, dass neben der relativ geringen wassergelösten Zufuhr aus der Bergbaualtlast dem gegogenen Hintergrund im sedimentierenden Substrat sowie diskontinuierlich Partikel (über Regenwasserabfluss) Bedeutung beizumessen ist. Bei der Analyse der Bindungsverhältnisse des sedimentären Urans (sequentielle Extraktion) wurde der größte Anteil des Urans im Sediment als Uraninit bzw. als organisch gebunden identifiziert. Insgesamt ist zu schließen, dass nicht nur Radium in der Nähe von Quellen immobilisiert wird, sondern auch Uran eine dauerhafte Fixierung in ständig abgelagertem organischem Material erfährt. Diese Fixierung ist trotz eutropher Bedingungen mit hoher Niratbelastung stabil und in tieferen Sedimentschichten nachweisbar.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Zielstellung............................................................1 2 Stand des Wissens.......................................................................7 2.1 Natürliche Radionuklide in der Umwelt............................................7 2.1.1 Uran Vorkommen und Verhalten in der Umwelt..............................9 2.1.2 Radium Vorkommen und Verhalten in der Umwelt........................19 3 Material und Methoden...............................................................22 3.1 Untersuchungsgebiet..................................................................22 3.2 Probenahme und Probenvorbereitung...........................................25 3.2.1 Untersuchungen zur Radionuklidverteilung im Abstrom des ehemaligen Uranbergbaugebiets Neuensalz............................................................25 3.2.2 Untersuchungen zur Uranfixierung an abgebautem organischen Substrat...........................................................................................26 3.2.3 Sedimentbeprobung in der Vorsperre Neuensalz............................29 3.3 Analytische Verfahren.................................................................35 3.3.1 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Blattproben..............35 3.3.2 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Sedimente................38 3.3.3 Mikrowellenaufschluss ................................................................44 3.3.4 Instrumentalanalytische Verfahren...............................................44 3.4 Mathematische Verfahren...........................................................47 3.4.1 Berechnung der Sedimentationsrate.............................................47 3.4.2 Grafische Darstellung der Daten..................................................47 3.4.3 Statistische Berechnungen..........................................................48 4 Ergebnisse und Diskussion..........................................................49 4.1 Auswirkung zunehmender Einträge von Bestandesabfall auf die Festlegung von Radionukliden.............................................................49 4.1.1 Quellen- und Oberflächenwasser..................................................49 4.1.2 Radioaktivitätskonzentration (238U, 226Ra, 210Pb) im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke..........................................54 4.1.3 Urantransportverhalten im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke......................................................................................56 4.1.4 Räumliche Verteilung von Radionukliden (238U, 226Ra und 210Pb) im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................60 4.1.5 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Radium im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................64 4.1.6 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Uran im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................65 4.2 Einfluss von allochthonem organischen Kohlenstoff und seinen Abbauprodukten auf die Festlegung von Radionukliden...........................69 4.2.1 Anreicherung der Radionuklide 238U, 226Ra, 210Pb sowie 137Cs an der organischen Substanz (CPOM) während des Abbauprozesses.............69 4.2.2 Organisches Material als Senke für Uran während des Abbauprozesses................................................................................71 4.2.3 Spezifischer Einfluss von partikulärem Material und polymeren Kohlenstoffverbindungen im Verlaufe des Laubabbaus auf die Uranfixierung....................................................................................73 4.2.4 Bedeutung des abiotischen Einflusses auf die Uranfestlegung während des Abbauversuches von Laub im Fließgewässer....................................80 4.2.5 Transportverhalten von Uran während des Abbauversuches im Fließgewässer...................................................................................82 4.3 Sediment der Standgewässer als Senke von Uran und seinen Tochternukliden................................................................................87 4.3.1 Radionuklidkonzentration in rezenten Sedimenten der Vorsperre Neuensalz.........................................................................................87 4.3.2 Einflussfaktoren auf die Verteilung von Uran zwischen dem Porenwasser und der Festphase der Sedimente.....................................98 4.3.3 Bindungsformen von Uran und begleitenden Elementen im Sediment........................................................................................117 5 Zusammenfassende Diskussion, Schlussfolgerungen und Ausblick..124 6 Zusammenfassung...................................................................131 7 Literaturverzeichnis..................................................................137 8 Anhang...................................................................................175

Browning of boreal freshwaters due to an increased export of terrestrial dissolved organic carbon (DOC) has been observed for some decennia. Drivers include recovery from acid deposition and changing climate and land cover. Lake Mälaren provides the Swedish capital Stockholm with drinking water and an increased future browning of the lake could demand more treatment to produce acceptable drinking water. Knowledge of what can be expected in a changing climate is therefore needed. The aim of this study was to evaluate; (1) The performance of the GWLF model simulations of hydrology and DOC export for 13 catchments draining into the Galten and Ekoln basins in lake Mälaren; (2) How simulated DOC export from the 13 catchments would change in response to climate scenarios RCP2.6, 6.0 and 8.5; and (3) If climate change impact on DOC export to lake Mälaren potentially will demand more treatment of the lake water in the future to produce acceptable drinking water to the Stockholm area. All data used were open access and include temperature, precipitation, discharge, total organic carbon (TOC) and water colour, land cover and soil types. In comparison to other studies, good model performance was found when simulating daily streamflow, baseflow, surface runoff, daily DOC loads and monthly DOC loads. Model simulations of DOC concentrations were less certain, but for some catchments similar results were obtained as in other studies. Increased air temperature resulted in higher simulated soil temperatures and a longer growing season. An increase in both annual precipitation and evapotranspiration resulted in only slight increase in simulated annual streamflow. There were, however, large seasonal impacts on streamflow with higher winter flows and lower spring flood. Annual DOC loads increased, mainly due to increased DOC concentrations over the whole year, as the annual streamflow did not change greatly. Increased winter streamflow and DOC concentrations resulted in large increases in DOC loads. The impact was larger for the higher emission scenarios. DOC loading to Galten and Ekoln increased in all future scenarios during winter, with a likely impact on DOC concentrations in the eastern basins as well. Increased loads to Ekoln are likely to impact the drinking water production of Stockholm more direct than the increases in Galten, as the Ekoln water has a shorter transit time to the drinking water withdrawals. The GWLF model shows much promise in predicting DOC concentrations and loads to lake Mälaren in a changing climate. To estimate the effects of DOC export to lake Mälaren on future drinking water production, further work also needs to be done on in-lake transport and processes. / Sjöar och vattendrag på nordliga breddgrader har under flera decennier blivit allt brunare. Orsaken är att löst organiskt kol, Dissolved Organic Carbon (DOC), som bland annat utgörs av humusämnen, transporteras till ytvatten från omkringliggande mark. De vanligaste förklaringarna till detta är en återhämtning från tidigare försurning orsakad av sulfatdeposition, klimatförändringar och en ändrad markanvändning. Mälaren är den primära dricksvattenkällan för Stockholm och om vattnet fortsätter bli brunare kan det innebära att reningsprocessen behöver ändras för att undvika produktion av hälsofarliga biprodukter i dricksvattnet. Det är därför viktigt att ta reda på hur ett ändrat klimat kan påverka export av DOC till Mälaren. Målet med den här studien var att undersöka tre frågor kopplade till framtida DOC i Mälaren. Den första var hur väl GWLF-modellen kunde användas på 13 avrinningsområden i Mälaren. Modellen simulerar vattnets väg från nederbörd till vattendrag samt hur DOC bryts ned och transporteras ut från marken. Den andra frågan var hur simulerad nedbrytning och export av DOC skulle påverkas av tre olika klimatscenarion, Representative Concentration Pathways (RCP), som baseras på tre olika nivåer av utsläpp av växthusgaser. Dessa var RCP2.6, 6.0 och 8.5, där högre nivåer av utsläpp av växthusgaser är kopplade till en högre siffra. Den tredje och sista frågan var att utvärdera om klimatförändringar kommer påverka hur mycket DOC som når Mälaren och ifall detta kan väntas påverka framtida dricksvattenproduktion i området. All data som har använts för att genomföra studien har varit så kallad “Öppna data”, som är fritt för alla att ladda ned, från både svenska, europeiska och andra internationella databaser. Data som använts är temperatur, nederbörd, vattenflöde, vattenkemi, vegetationstäcke och jordarter.  Modellen visade ett tillfredsställande resultat i att simulera dagligt vattenflöde och både daglig och månatlig DOC-export. Den var mer osäker på att simulera koncentrationerna av DOC, men i flera områden lyckades den prestera liknande som i många andra studier. Alla framtida klimatscenarier visade en ökning av nederbörd, luft- och marktemperatur, avdunstning och antal växtdagar. Det syntes en större påverkan vid högre utsläppscenarion och effekterna ökade för RCP6.0 och 8.5 mot slutet av detta sekel. För RCP2.6 kunde en återhämtning ses mot slutet av seklet på grund av en minskning av utsläpp av växthusgaser. Den högre årsnederbörden resulterade inte i motsvarande ökning i årsvattenflöde på grund av att även avdunstningen ökade. Simuleringen visade en säsongsbunden effekt på DOC-export med en ökning under vintermånaderna men ingen skillnad under sommaren. Koncentrationer av DOC ökade däremot under hela året, dock mer under vintern. Årsexport av DOC från de undersökta avrinningsområdena till de två bassänger i Mälaren som mottar vattnet, Galten och Ekoln, ökade för alla framtida klimatscenarion. Ökningen var ett resultat av ökad vinterexport då det under sommarmånaderna antingen inte fanns någon skillnad eller en liten minskning av DOC-export. Detta påverkar sannolikt även de östra bassängerna där Stockholm tar sitt dricksvatten. Ökad DOC-export till Ekoln skulle troligen påverka Stockholms dricksvattenproduktion mer eftersom bassängerna har ett direkt vattenutbyte. GWLF-modellen som användes här visade potential i att simulera DOC-export till Mälaren i ett ändrat klimat. För att uppskatta framtida påverkan av DOC-export på dricksvattenproduktionen kring Mälaren behöver även processer som sker i sjön undersökas.