• No results found

Springs in the Central Parts of Vallentuna Municipality - traditions and threats

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Springs in the Central Parts of Vallentuna Municipality - traditions and threats"

Copied!
51
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

  DEGREE  PROJECT  IN  CHEMICAL  ENGINEERING  AND  TECHNOLOGY,     FIRST  LEVEL  

STOCKHOLM,  SWEDEN  2017  

   

 

Springs  in  the  central  parts  of  Vallentuna   municipality  

Traditions  and  threats  

 

 

 

Hannan  Hadodo    

 

A  stream  emerging  from  a  spring  horizon  in  Arkels  tingstad,  Vallentuna

 

 

KTH  ROYAL  INSTITUTE  OF  TECHNOLOGY  

KTH  CHEMICAL  SCIENCE  AND  ENGINEERING    

(2)

 

Degree  Project  

Bachelor  of  Science  in  

Chemical  Engineering  and  Technology    

   

Title:    Springs  in  the  central  parts  of  Vallentuna  municipality   traditions  and  threats  

 

Swedish  title:     Källor  i  centrala  Vallentuna   traditioner  och  hot  

 

Keywords:     Spring,  water  quality,  restoration    

Workplace:     KTH  and  Vallentuna    

References  in  

Vallentuna:       Anton  Mankesjö,  Vallentuna  kommun  

    Staffan  Rosander,  Vallentuna  Hembygdsförening  

    Anders  Eriksson,  Källakademin  

    Nicole  Sundin,  Vallentuna  kommun  

 

Supervisor:     Olle  Wahlberg  

 

Student:     Hannan  Hadodo  

 

Date:     2017-­‐11-­‐07  

 

Examiner:     Lars  Kloo    

(3)

Abstract  

Twenty  springs  in  the  central  parts  of  Vallentuna  municipality  have  been  studied  to  determine   their  present  water  qualities  and  suggest  actions  that  could  be  taken  to  improve  the  water   quality  and  availability  of  the  springs.  The  measured  parameters  are  the  water  volume,  the   water  flow,  the  water  temperature,  the  pH-­‐value,  the  electrical  conductivity,  the  chloride   concentration,  the  alkalinity  and  the  CODMn.  The  sensory  properties  of  the  springs  were  also   examined,  which  include  odour,  colour,  clarity  and  precipitation.  

Measurements  of  the  water  flows,  the  water  temperatures,  the  pH-­‐values  and  the  electrical   conductivities  were  performed  during  a  field  trip  in  Vallentuna.  During  this  field  trip,  two  water   samples  were  taken  from  each  spring.  Thereafter,  the  alkalinity,  the  chloride  concentration,  the   CODMn  and  the  sensory  properties  were  determined  in  the  laboratory.  

Four  of  the  springs,  which  were  wells,  have  water  of  high  quality  and  can  easily  be  restored.  

Some  of  the  twenty  springs  have  not  been  cared  for  or  have  even  disappeared.  

The  water  from  the  spring  horizon  near  Arkels  tingstad  is  unfortunately  mixed  with  stormwater,   which  runs  off  the  nearby  roads.  This  contamination  is  examined  by  measuring  the  chloride   flows  of  the  different  streams.    The  roads  also  contribute  with  metal  pollution,  with  metals  such   as  cadmium.  Therefore,  metal  speciations  of  cadmium  were  examined.  A  simple  solution  is   suggested  to  remove  the  metal  pollution.  The  measured  water  flows  of  all  of  the  spring  waters  in   Vallentuna  were  quite  small.  

The  results  of  the  measurements  of  the  spring  waters  were  compared  with  the  values   recommended  by  Livsmedelsverket  and  Socialstyrelsen.  Most  of  the  values  were  between  the   recommended  limits  for  drinking  water.  

Suggestions  are  given  to  improve  the  springs  concerning  water  quality  and  availability.  

     

   

(4)

 

Sammanfattning  (Abstract  in  Swedish)  

Tjugo  källor  i  centrala  Vallentuna  studerades  för  att  bestämma  deras  vattenkvalitet  och  för  att   föreslå  åtgärder  i  avsikt  att  förbättra  vattenkvaliteten  och  tillgängligheten  av  källorna.  De  mätta   parametrarna  är  vattenvolym,  flödeshastighet,  vattentemperatur,  pH-­‐värde,  elektrisk  

konduktivitet,  kloridkoncentration,  alkalinitet  och  CODMn.  Dessutom  undersöktes  källvattnens   sensoriska  egenskaper,  vilka  innefattar  lukt,  färg,  klarhet  och  utfällning.  

Mätningar  av  flödeshastigheterna,  vattentemperaturerna,  pH-­‐värdena  och  elektriska  

konduktiviteterna  gjordes  under  en  exkursion  i  Vallentuna.  Två  vattenprover  togs  från  varje   källa.  Därefter  undersöktes  kloridkoncentrationen,  alkaliniteten,  CODMn  och  de  sensoriska   egenskaperna  på  laboratoriet.  

Fyra  av  källorna,  vilka  var  brunnar,  har  vatten  av  hög  kvalitet  och  kan  relativt  enkelt  restaureras.  

En  del  av  de  tjugo  källorna  har  inte  vårdats  under  lång  tid  och  har  till  och  med  försvunnit.  

Vattnet  från  källhorisonten  vid  Arkels  tingstad  har  olyckligtvis  blandats  med  dagvatten,  vilket   rinner  från  de  närliggande  vägarna.  Denna  förorening  analyseras  genom  att  mäta  kloridflödet  i   olika  strömmar.  Vägarna  bidrar  också  med  metallföroreningar,  t.ex.  kadmium.  Därför  har  också   metallförekomstformer  för  kadmium  modellerats.  En  enkel  metod  föreslås  för  att  avlägsna   metallföroreningarna.  Vattenflödena  från  källorna  i  centrala  Vallentuna  är  relativt  små.      

Resultatet  av  mätningarna  av  källvattnen  jämfördes  med  de  rekommenderade  värdena  för   dricksvatten  enligt  Livsmedelsverket  och  Socialstyrelsen.  De  flesta  värdena  låg  inom  gränserna   för  de  rekommenderade  värdena  för  dricksvatten.  

Förslag  ges  till  förbättring  av  källorna  med  avseende  på  vattenkvalitet  och  tillgänglighet.    

(5)

 

Preface  

During  my  degree  project,  I  have  learnt  to  appreciate  the  value  that  springs  have  to  us  humans.  

Exploring  different  locations  in  nature  that  are  not  commonly  visited  and  finding  clean  spring   water  was  a  new  experience  for  me.  It  shows  how  we  tend  to  forget  that  clean  water  can  be   accessed  not  only  from  water  taps,  but  also  from  other  sources  such  as  wells.  Maintenance  of   spring  water  gives  the  opportunity  for  future  generations  to  enjoy  clean  water  from  such   sources.  

I  would  like  to  express  my  sincere  thanks  to  my  supervisor  at  KTH  Olle  Wahlberg,  who  came  up   with  my  degree  project  about  the  springs  in  Vallentuna.  Olle  Wahlberg  guided  and  helped  me   during  the  course  of  my  degree  project.  I  also  wish  to  thank  residents  in  Vallentuna  who  gave   information  about  some  of  the  springs,  and  Källakademin  that  has  expressed  interest  in  my   work.  

 

   

(6)

 

Table  of  Contents  

Abstract   3  

Sammanfattning  (Abstract  in  Swedish)   4  

Preface   5  

1   Introduction   8  

1.1   Problem   8  

1.2   Goal   8  

  Methods   8  

1.2.1

1.3   Aim   8  

1.4   Limitations   8  

2   Background   10  

2.1   Traditions  and  importance  of  springs  in  Vallentuna   10  

2.2   Threats  to  springs  in  Vallentuna   11  

2.3   Water  properties   11  

  Electrical  conductivity   11  

2.3.1

  Chloride   12  

2.3.2

  pH   12  

2.3.3

  Alkalinity   12  

2.3.4

  COD   12  

2.3.5

2.4   Solutions  for  problems  with  the  water  quality  of  springs  and  wells   12  

3   A  survey  of  the  studied  springs   14  

3.1   Springs  in  area  A   15  

  A1  Kyrkans  källa   15  

3.1.1

  A2  Prästgårdens  källa   15  

3.1.2

  A3  Kullens  källa   15  

3.1.3

  A4  Spring  in  Åby  gård   16  

3.1.4

  A5  Well  in  Åbyholm   16  

3.1.5

3.2   Springs  in  area  B   16  

  B1  Well  close  to  the  spring  horizon   16  

3.2.1

  B2  Stormwater  stream  from  Skadronvägen   17  

3.2.2

  B3  Stormwater  stream   17  

3.2.3

  B4  Stream  in  Arkels  tingstad   17  

3.2.4

  B5  Stream  in  Hasseludden   18  

3.2.5

  B6  Spring  near  Uthamravägen   18  

3.2.6

3.3   Springs  in  area  C   18  

  C1  Well  near  the  brewery  house/  washhouse   18  

3.3.1

  C2  Well  near  a  cow  stable  of  Uthamragård   19  

3.3.2

  C3  Spring  near  the  main  building   19  

3.3.3

  C4  Old  basin  used  for  washing  clothes   19  

3.3.4

  C5  A  crofter’s  well   19  

3.3.5

3.4   Springs  in  area  D   19  

  D1  Well  in  a  forest   20  

3.4.1

  D2  Well  in  a  garden   20  

3.4.2

  D3  Old  construction  for  washing  clothes   20  

3.4.3

  D4  Spring  found  in  the  SGU  database   20  

3.4.4

  D5  Deeply  drilled  well   21  

3.4.5

4   Laboratory  Methods   22  

4.1   Determination  of  the  chloride  concentration   22  

4.2   Determination  of  the  alkalinity   22  

4.3   Determination  of  the  CODMn   23  

(7)

5   Experiments   25  

5.1   Field  trip   25  

5.2   Sensory  properties   25  

5.3   Laboratory  methods   25  

  Chloride  concentration   25  

5.3.1

  Alkalinity   26  

5.3.2

  CODMn   26  

5.3.3

6   The  chloride  flow  in  Arkels  tingstad   27  

7   Different  forms  of  metal  ions   28  

8   Results   29  

8.1   Physical-­‐chemical  properties  of  the  spring  waters   29  

  Volume  of  the  spring  water  in  the  wells   29  

8.1.1

  Water  flow  of  the  streams   29  

8.1.2

  Water  temperature   30  

8.1.3

  pH-­‐value   30  

8.1.4

  Electrical  conductivity   31  

8.1.5

  Chloride  concentration   31  

8.1.6

  Alkalinity   32  

8.1.7

  CODMn   32  

8.1.8

8.2   Sensory  properties   33  

8.3   Chloride  flow  of  Arkels  tingstad   33  

8.4   Speciation  of  metal  ions   33  

9   Discussion   34  

9.1   Properties  of  the  springs   34  

9.2   Water  quality  of  the  springs   34  

9.3   Human  influence   35  

9.4   Improvement  of  the  water  quality   35  

10   Conclusions   36  

11   Bibliography   37  

Appendix  1:  Images  of  the  spring  water  samples   39  

Appendix  2:  Co-­‐ordinates  of  the  springs   41  

Appendix  3:  Calculations  of  the  water  volume  and  water  flow   42  

Appendix  4:  Laboratory  results   43  

Appendix  5:  Calculations  for  the  analysis  methods   44  

Appendix  6:  Calculations  for  the  chloride  flow  in  Arkels  tingstad   45   Appendix  7:  Physical-­‐chemical  properties  measured  in  the  field  trip   49   Appendix  8:  Physical-­‐chemical  properties  measured  with  laboratory  methods   50   Appendix  9:  Sensory  properties  of  the  water  samples   51    

   

(8)

 

1 Introduction  

Vallentuna  municipality  is  located  25  km  north  of  Stockholm  centre.  Today  it  is  a  suburb  of   Stockholm.  There  are  many  springs  in  Vallentuna  that  were  earlier  used  as  water  supplies.  Most   of  these  springs  are  now  forgotten  or  have  been  contaminated.  Some  of  them  have  even  

disappeared.  Most  people  in  Vallentuna  now  use  tap  water  from  Mälaren.  Some  springs  can  still   be  restored  and  enjoyed  by  people  who  visit.  The  springs  also  have  a  cultural  value,  and  every   courtyard  in  Vallentuna  once  used  to  have  its  own  spring  or  well.  

Twenty  springs  in  central  Vallentuna  are  studied  in  this  project.  A  few  of  the  springs  are  well   cared  for,  but  most  of  them  are  forgotten  and  not  maintained.  However,  the  springs  are  an   example  of  local  traditions  and  the  threat  to  this  cultural  heritage  that  the  expansion  of  the   modern  society  leads  to.  

In  Vallentuna,  the  spring  water  mostly  comes  from  small  moraine  hills,  which  is  the  reason  why   the  water  flow  is  usually  small.  The  ground  water  influences  the  water  quality  of  the  springs  and   therefore,  the  springs  have  been  used  to  survey  the  ground  water  quality  by  SGU  (The  Swedish   Geological  survey).  

1.1 Problem  

Many  of  the  springs  in  the  central  parts  of  Vallentuna  municipality  are  no  longer  in  use.  These   springs  have  a  potential  to  be  used  for  drinking  water  if  they  meet  the  requirements  for  drinking   water.  The  springs  of  interest  will  first  be  located  to  then  determine  their  water  quality.  Their   water  quality  can  be  measured  with  different  measuring  devices  used  directly  on  the  springs   and  also  analytical  methods  executed  at  the  Department  of  Applied  Physical  Chemistry  in  KTH.  

Their  surrounding  environment  will  also  be  examined  in  order  to  propose  methods  that  can   increase  their  water  quality.  

1.2 Goal  

The  goal  with  this  degree  project  is  to  locate  and  determine  the  water  quality  of  the  studied   springs  in  the  central  parts  of  Vallentuna  municipality.  The  local  history  and  threats  to  these   springs  will  be  reviewed.  Solutions  to  increase  the  water  quality  of  some  of  the  springs  will  also   be  suggested.  

Methods   1.2.1

Most  of  the  springs  will  be  located  by  interviewing  local  residents.  Physical-­‐chemical  methods   and  sensory  methods  will  be  used  to  examine  the  water  quality  of  the  springs.  Measurements  of   water  flows,  water  temperatures,  pH-­‐values  and  electrical  conductivities  are  to  be  performed  in   the  field.  The  parameters  that  will  be  analysed  in  the  laboratory  are  the  alkalinity,  the  chloride   concentration,  the  CODMn,  the  odour,  the  colour,  the  clarity  and  the  precipitation  of  the  studied   springs.  The  surrounding  environment  of  the  springs  and  the  history  of  some  of  the  springs  will   also  be  examined.  

1.3 Aim  

The  aim  of  this  degree  project  is  to  give  information  about  the  springs  in  the  central  parts  of   Vallentuna  municipality  in  order  to  make  them  available  to  the  public.  

1.4 Limitations  

This  degree  project  is  limited  to  the  springs  that  are  located  in  the  central  parts  of  Vallentuna.  

The  measurements  and  analyses  are  limited  to  temperature,  pH,  electrical  conductivity,  water   flow,  chloride  concentration,  alkalinity,  CODMn  and  sensory  properties  of  the  springs.    

(9)

The  chemical  analyses  will  be  performed  in  the  laboratories  of  the  Department  of  Applied   Physical  Chemistry  in  KTH.  It  is  advised  that  the  spring  waters  are  analysed  by  an  accredited   laboratory  before  the  public  are  proposed  to  drink  the  spring  water.    

(10)

 

2 Background  

Groundwater  and  spring  water  are  parts  of  the  water  cycle,  which  is  run  by  sun  energy  and   gravity.  Precipitation  in  different  forms  gives  the  amount  of  water  that  is  included  in  the  water   cycle.  A  spring  is  defined  as  a  continuous  flow  of  ground  water  from  a  low  point  in  a  terrain  (see   Figure  1).  A  stream  may  lead  the  water  from  the  spring. [1]  

 

Figure  1  The  biogeochemical  cycle  of  water  (this  image  is  used  with  permission  from  The  Swedish  Academy  of   springs)  1)  evaporation  from  snow  and  ice,  2)  rainfall,  3)  humid  airmasses,  4)  condensation,  5)  infiltration,  6)   runoff,  7)  percolation,  8)  evaporation  from  vegetation,  9)  groundwater  surface,  10)  evaporation,  11)  lake,  12)   spring,  13)  river,  14)  spring,  15)  sea,  16)  groundwater  stream,  17)  marginal  zone:  freshwater  and  saltwater   [1]  

In  2015,  Niina  Veuro  studied  the  cold  springs  in  Täby  and  Vallentuna  in  her  degree  project.  

Fifteen  springs  were  found  in  the  databases  SGU  (The  Swedish  Geological  Survey),  

Skogsstyrelsen  (the  board  of  the  Swedish  Forest  Survey)  and  Riksantikvarieämbetet  (the  board   for  the  preservation  of  the  Swedish  cultural  heritage).  Niina  Veuro  provided  the  geological   background  of  the  springs  in  the  area  and  also  suggested  how  to  preserve  the  springs.  She   described  a  spring  in  Säberg  and  also  mentioned  a  spring  horizon  located  in  Arkels  tingstad.  

2.1 Traditions  and  importance  of  springs  in  Vallentuna  

Vallentuna  was  a  farmer’s  land  in  the  19th  century.  The  local  train  was  established  in  1885,   which  was  very  important  for  the  transportation  of  the  farmer’s  products  to  Stockholm  city.  Two   brickyards  and  a  mechanical  industry  were  localised  close  to  the  railway  station  in  Åby  farmland   during  the  20th  century,  but  these  industries  are  presently  closed.  Vallentuna  is  today  a  suburb   of  greater  Stockholm  and  has  a  population  that  is  growing  rapidly,  with  more  than  30  000   inhabitants  in  2017.  

Åby  farm  was  located  right  in  the  centre  of  Vallentuna.  A  spring  is  shown  in  an  old  map  of  Åby   village  from  the  year  1775.  The  spring  has  disappeared  and  the  area  is  presently  used  for   parking  cars  close  to  the  commuter  train.  

All  of  the  farms  had  traditionally  at  least  one  spring  or  well.  The  water  was  used  for  different   purposes  such  as  food  preparation,  washing  clothes,  brewing  of  beer  and  as  drinking  water  for   inhabitants  or  cows  and  horses  at  the  stables.  Nowadays,  most  people  use  tap  water  originating   from  Mälaren.  The  countryside  spring  water  is  still  used,  but  deep  ground  water  resources  via   drilled  wells  are  more  often  used.  [2] [3] [4] [5]  

(11)

2.2 Threats  to  springs  in  Vallentuna  

Many  of  the  old  springs  have  been  forgotten.  For  example,  very  few  people  recognize  a  spring   that  is  close  to  the  church,  which  is  heavily  surrounded  with  overgrown  bushes.  The  spring  in   Åby  farm  has  been  gone  for  a  long  time,  but  a  well  in  Åbyholm  (the  outland  of  Åby  farm)  still   remains.  However,  the  well  is  covered  with  litter  from  a  nearby  construction  site.  

There  is  a  spring  horizon  in  Arkels  tingstad,  where  spring  water  flows  from  a  moraine  hill  down   to  Vallentunasjön  (a  lake  in  Vallentuna)  in  several  small  streams.  Several  springs  in  this  area   disappeared  between  2015  and  2017  because  new  houses  were  built  in  the  valley  of  Arkels   tingstad.  The  spring  water  in  Arkels  tingstad  is  currently  mixed  with  stormwater  from  the  roads.  

There  is  a  small  spring  with  a  stream  running  down  to  Vallentunasjön  that  the  Vallentuna   municipality  has  restored  recently.  

There  are  still  several  springs  in  the  farm  Uthamra  gård,  which  have  been  developed  into  

convenient  wells.  One  of  the  wells  is  still  in  use  for  a  stable.  Cows  and  horses  were  formerly  kept   in  the  stable,  but  it  is  presently  empty.  The  main  farmhouse  burnt  down  in  1961.  One  of  the   current  owners  is  restoring  a  traditional  well  that  belongs  to  the  main  farmhouse.  There  is  a  well   nearby  that  was  formerly  used  for  a  brewery  house  and  washing  clothes.  A  different  well,  which   was  also  used  for  washing  clothes,  has  been  filled  out  by  the  present  owner.  Approximately  500   m  north  of  the  stable,  there  is  a  typical  spring  belonging  to  a  crofter’s  house,  which  contained   water  in  June  2015  but  was  dry  September  2017.  

The  outlaying  land  of  Uthamra  gård  on  the  eastern  side  of  Vallentunasjön,  with  the  name  Nyborg   also  belongs  to  Uthamra  farm.  The  hydrology  of  Nyborg  is  interesting.  There  is  artesian  water  in   Nyborg,  which  means  that  the  pressure  of  the  ground  water  is  very  high,  thus  the  water  casually   runs  over  the  borders.  It  is  a  problem  because  the  area  is  planned  for  new  settlements.  

Nowadays,  people  usually  drill  deep  holes  in  the  ground  for  the  supply  of  safe  water. [2] [3] [4]

[5]  

2.3 Water  properties  

The  water  properties  studied  in  this  degree  project  are  the  electrical  conductivity,  the  chloride   concentration,  pH,  the  alkalinity  and  CODMn.  There  are  regulations  for  these  parameters  so  that   the  water  quality  is  suitable  for  drinking.  There  are  different  regulations  depending  on  the  size   of  the  water  consumption  from  the  source.  Livsmedelsverket  (National  Futures  Association)  and   Socialstyrelsen  (National  Board  of  Health)  both  have  regulations  for  drinking  water  (see  Table   1).  The  regulations  of  Livsmedelsverket  apply  to  water  consumption  for  more  than  50  people  or   for  water  consumption  over  10  m3  per  day. [6]  The  regulations  of  Socialstyrelsen  apply  to   drinking  water  from  small  waterworks  and  individual  wells. [7]  

Parameter   Livsmedelsverket   Socialstyrelsen  

Electrical  conductivity  [mS/m]   <250     Chloride  concentration  [mg/l]   <100   <100   pH-­‐value   7.5<  pH  <9.0   >6.5  

CODMn  [mg  O2/l]   <4.0    

Table  1  Drinking  water  regulations  from  Livsmedelsverket  and  Socialstyrelsen  

Electrical  conductivity   2.3.1

The  electrical  conductivity  is  a  measure  of  the  water  capacity  to  carry  electric  current.  It  is  the   sum  of  several  conductivities  of  ions  in  the  water,  resulting  from  the  present  electrolytes.  That  is  

(12)

 

why  electrical  conductivity  is  directly  proportional  to  the  dissolved  mineral  matter  of  water.  The   electrical  conductivity  is  dependant  of  the  temperature.  [8]  

Chloride   2.3.2

Chloride  is  a  common  anion  present  in  water.  Chloride  appears  naturally  in  groundwater,  and   can  be  found  in  larger  amounts  when  seawater  or  road  salt  makes  its  way  into  water.  It  usually   forms  different  salts  with  cations  of  various  elements  such  as  calcium,  magnesium  or  sodium.  

High  levels  of  chloride  in  water  can  damage  plants  if  it  is  used  for  irrigation,  and  it  can  give  an   unpleasant  taste  of  drinking  water.  [9]  

pH   2.3.3

A  small  number  of  water  molecules  dissociate,  which  results  in  some  ions  forming  hydroxide   ions  and  others  forming  hydronium  ions.  Acidic  water  contains  more  hydronium  ions  than   hydroxide  ions,  and  basic  water  contains  the  opposite.  The  pH-­‐value  is  a  measure  of  how  acidic   or  basic  an  aqueous  solution  is,  ranging  from  0  to  14.  The  pH  of  water  affects  the  hardness  of  the   water,  which  is  a  measure  of  metals  such  as  calcium  ions  and  magnesium  ions. [10]  

Pure  water  has  a  pH-­‐value  very  close  to  7,  which  is  classified  as  neutral.  Ground  water  usually   has  a  pH-­‐value  between  6  and  8.5.  Water  that  has  a  pH-­‐value  less  than  6.5  is  considered  to  be   acidic.  Acidic  water  is  typically  corrosive  and  soft.  It  can  contain  metal  ions,  such  as  copper,  iron,   lead,  manganese  and  zinc.  The  metal  ions  can  be  toxic,  result  in  a  metallic  taste  of  the  water  and   cause  corrosion  of  metal  pipes.  Water  that  has  a  pH-­‐value  greater  than  8.5  is  considered  to  be   basic.  This  water  is  usually  hard,  has  an  alkaline  taste  and  can  form  scale  deposits  in  pipes. [11]  

Alkalinity   2.3.4

Alkalinity  is  a  measure  of  the  capacity  of  water  to  react  with  hydrogen  ions  without  a  significant   change  in  the  pH  of  the  water.  This  means  that  it  gives  information  about  the  acidification   sensitivity  of  the  water.  The  pH-­‐value  of  a  solution  that  has  an  alkalinity  greater  than  zero  does   not  change  proportionally  with  the  addition  of  hydrogen  to  the  solution  until  the  alkalinity   decreases  to  zero.  [12]  [13]  

The  alkalinity  of  water  often  depends  on  the  content  of  bicarbonate,  carbonate  and  hydroxide   compounds  of  calcium,  magnesium,  sodium  and  potassium  in  the  water.  The  alkalinity  of  water   can  also  depend  on  the  content  of  borates,  phosphates  and  silicates  in  the  water.  Most  ground   water  only  contains  carbonates  and  bicarbonates  in  significant  amounts.  The  origin  of  

bicarbonate  is  mainly  the  weathering  of  rocks.  [12]  

COD   2.3.5

The  Chemical  Oxygen  Demand  (COD)  is  a  water  quality  parameter.  It  is  a  measure  of  the  amount   of  oxygen  required  to  oxidize  organic  matter  in  water.  It  is  an  important  measure  because  it   shows  the  effect  that  wastewater  can  have  on  the  surrounding  environment.  A  high  level  of  COD   indicates  that  the  water  contains  a  high  level  of  organic  material.  The  organic  material  in  natural   waters  oxidizes  by  dissolved  oxygen,  which  is  then  consumed. [14]  [15]  Tap  water  in  Stockholm   County  contains  approximately  2.6  mg  O2/l. [16]  The  oxidation  of  organic  compounds  in  natural   water  is  a  microbiological  process.  

2.4 Solutions  for  problems  with  the  water  quality  of  springs  and  wells  

The  construction  and  the  surrounding  area  of  a  spring  or  a  well  should  be  inspected  if  the  water   has  poor  quality.  Water  quality  problems  are  often  due  to  surface  water  that  leaks  into  the  well   or  surface  activity  that  affects  groundwater.  

Field  operations  in  the  area  near  the  spring  or  the  well  can  pollute  the  water  system.  Relatively   common  sources  of  pollution  are  for  example  sewers,  manure,  oil  tanks  and  road  water.  In  some   instances,  spring  water  and  well  water  can  be  contaminated  even  if  there  is  no  new  source  of  

(13)

pollution  near  them.  Various  kinds  of  field  works,  such  as  excavation  and  drilling,  can  cause   pollutants  that  were  previously  stable  in  soil  layers  to  come  into  contact  with  groundwater.  

Therefore,  it  is  essential  that  the  area  near  the  spring  and  the  well  is  protected  against  different   sorts  of  land  degradation.  It  is  important  to  identify  the  pollution  source  in  order  to  restore  the   water  quality  of  the  spring  water.  The  source  may  have  to  be  repaired  or  removed.  It  can  take  a   long  time  to  see  improvements  of  the  water  quality  because  of  the  long-­‐term  processes  of   groundwater.  

Impact  of  surface  activity  on  the  spring  water  or  the  well  water  indicates  that  other  

contaminants  from  the  surface  can  come  in  contact  with  the  water.  It  is  important  to  check  the   places  that  have  a  high  risk  for  leakage  in  wells.  In  many  cases,  it  is  possible  to  get  rid  of  the   problem  through  different  types  of  sealing  techniques.  These  techniques  include  replacing  the   well  lid,  sealing  the  joints  in  buried  wells  or  mounting  an  extra  plastic  liner  or  a  sealing  cuff  in   mountain  wells.  

The  only  solution  left  if  the  waterbed  is  contaminated,  and  if  the  source  of  pollution  has  not  been   removed  or  sealing  of  the  well  has  not  helped,  is  to  construct  a  new  water  supply  upstream  of   the  source.  It  is  important  that  the  previous  spring  or  well  is  refilled  with  sealing  material  or   secured  so  that  the  contamination  pathway  through  the  well  to  the  groundwater  waterbed  is   eliminated.  The  new  water  supply  that  is  built  will  often  have  to  be  located  outside  of  the   affected  area.    

Springs  or  wells  that  have  been  contaminated  with  temporary  pollutants  of  surface  water  or   organic  matter  that  have  flowed  directly  into  the  well  and  lead  to  microbiological  growth  will   often  have  to  be  sanitized.  A  common  method  is  to  disinfect  these  wells  with  chlorination.  It  is   also  advisable  to  rinse  the  well  to  remove  any  material  that  could  cause  bacterial  infections  in   the  future.  [17]  

   

(14)

 

3 A  survey  of  the  studied  springs  

Twenty  springs  in  the  central  parts  of  Vallentuna  municipality  were  studied.  These  springs  were   located  in  the  parish,  which  belongs  to  the  old  church  in  Vallentuna.  The  examined  springs  were   located  in  four  different  areas  (see  Figure  2).  These  areas  were  named  A,  B,  C  and  D.  The  springs   from  each  area  were  numbered.  All  of  the  samples  are  shown  in  Figure  3,  larger  images  of  the   samples  are  available  in  Appendix  1.  The  co-­‐ordinates  for  most  of  the  springs  are  included  in   Appendix  2.  

 

Figure  2  Map  showing  the  location  of  the  springs  that  were  studied  

(15)

 

Figure  3  Image  of  the  water  samples  taken  from  the  springs  

3.1 Springs  in  area  A  

Springs  near  the  church  and  in  the  centre  of  Vallentuna.  

A1  Kyrkans  källa   3.1.1

 

Kyrkans  källa  is  a  spring  near  the  old  church  in  Vallentuna.  It  is   located  in  a  small  grove  at  the  edge  of  a  ridge  not  far  from  the   church.  It  is  overgrown  by  bushes  and  plants,  there  are  also  some   scattered  stones  and  mud  around  it.  The  well  is  currently  in  poor   condition.  The  water  level  inside  the  well  is  3  cm  higher  than  the   water  level  outside  of  the  well.  The  spring  water  of  this  well   slowly  flows  south  towards  a  paddock  nearby.  

  A2  Prästgårdens  källa   3.1.2

 

Prästgårdens  källa  is  a  spring  situated  at  the  edge  of  a  ridge   behind  a  cow  house  in  Prästgården.  The  well  is  filled  with  rocks,   supposedly  for  safety  reasons.  There  is  currently  no  water   present  inside  the  well  because  it  has  been  drained  by  a  ditch,   which  was  built  to  drain  the  cemetery  nearby.  This  spring  was   used  as  a  source  of  water  supply  for  the  cows  in  the  house   nearby  in  the  twentieth  century.  

        A3  Kullens  källa  

3.1.3

Kullens  källa  in  Väsby  gård  is  between  an  immense  field  and   the  bottom  of  an  inclined  forest  behind  a  house.  The  depth  of   the  water  is  0.5  m.  The  forest  ground  and  the  muddy  field   can  possibly  affect  the  water  inside  the  well.  The  water   contained  humus  from  the  ground  and  clay  from  the  field   nearby.  

   

(16)

 

A4  Spring  in  Åby  gård   3.1.4

The  spring  is  only  found  on  an  old  map  of  Åby  gård  from  the   year  1775.  The  spring  is  no  longer  visible  because  it  has  since   disappeared.  In  the  20th  century,  two  brickyards  and  a  

mechanical  industry  were  built  in  this  location.  The  land  is   presently  used  as  a  parking  place  for  cars  near  the  commuter   train.  

   

A5  Well  in  Åbyholm   3.1.5

 

The  well  in  Åbyholm  and  was  recently  reported  in  a  report   by  WSP,  which  is  an  analysis  and  technology  consulting   company.  The  well  is  now  covered  by  leftover  material  from   a  nearby  construction  site,  as  seen  in  the  upper  image.  

                 

3.2 Springs  in  area  B  

Springs  along  the  eastern  shore  of  Vallentunasjön,  near  a  spring  horizon  in  Arkels  tingstad.  

B1  Well  close  to  the  spring  horizon   3.2.1

       

The  well  obtains  its  water  directly  from  the  spring  horizon  in   Arkels  tingstad  and  is  located  in  a  garden  near  a  road.  There   are  many  new  houses  being  constructed  near  the  well  and   part  of  the  spring  horizon  has  already  disappeared.  The   diameter  of  the  well  is  1.0  m  and  the  depth  of  the  water  in  the   well  is  1.1  m.  The  well  has  a  cover  that  protects  the  water   from  surface  contamination.  

 

(17)

 

B2  Stormwater  stream  from  Skadronvägen   3.2.2

 

The  image  shows  a  stormwater  stream  from  a  road   surface,  close  to  Arkels  tingstad.  The  water  flows  slowly   from  a  pipe  with  metal  bars.  The  stormwater  pipe  is   located  50  m  away  from  a  pond.  Spring  water  also  runs   down  to  the  pond.  

             

 

B3  Stormwater  stream   3.2.3

 

A  stormwater  ditch  that  is  located  close  to  B2.  The  water   from  B2  flows  to  B3  and  then  flows  to  the  pond.  

             

B4  Stream  in  Arkels  tingstad   3.2.4

 

The  stream  in  Arkels  tingstad  leads  the  water  from  the   pond,  containing  both  stormwater  and  spring  water   down  to  the  lake  Vallentunasjön.  

           

(18)

 

B5  Stream  in  Hasseludden   3.2.5

 

The  water  of  this  stream  flows  down  to  the  lake  in   Hasseludden,  which  is  about  200  m  from  Arkels  tingstad.  

The  stream  starts  approximately  800  m  south  of   Hasseludden  near  the  road  Uthamravägen  and  runs   along  the  spring  horizon.  Several  small  streams  from  the   spring  horizon  flow  to  this  stream.  It  contains  spring   water  and  stormwater  from  roads.  

         

B6  Spring  near  Uthamravägen   3.2.6

 

The  image  shows  a  small  stream  of  spring  water  near   Uthamravägen  continues  to  Vallentunasjön.  Vallentuna   municipality  cares  for  the  place  where  it  is  located  and   the  stream  has  been  nicely  restored.    

            3.3 Springs  in  area  C  

Springs  located  in  the  old  farm  village  Uthamra  gård.  

C1  Well  near  the  brewery  house/  washhouse   3.3.1

 

The  well  near  the  brewery  house/  washhouse  is  located   not  far  from  a  moraine  hill  full  of  old  graves,  i.e.  ancient   relics.  The  well  becomes  dry  by  the  end  of  summer.  

         

 

(19)

C2  Well  near  a  cow  stable  of  Uthamragård   3.3.2

   

The  well  is  located  close  to  a  stable  in  a  field  of  growing   wheat.  The  diameter  of  the  well  is  1.0  m  and  the  well  is   sealed  with  a  lock.  The  depth  of  the  water  inside  the   well  is  3.6  m.  The  water  has  been  used  for  the  cows  and   horses  in  the  nearby  stable,  which  is  presently  empty.  

                C3  Spring  near  the  main  building   3.3.3

 

The  main  well  has  been  filled  with  sand  and  bricks  to   protect  children  from  accidents.  It  has  now  been   restored  by  one  of  the  present  owners,  Peter  

Kristiansson.  The  well  is  constructed  with  big  natural   stones.  It  was  formerly  covered  with  a  millstone  from  a   nearby  windmill.    

     

C4  Old  basin  used  for  washing  clothes   3.3.4

A  very  old  constructed  basin  used  for  washing  clothes  in  the  20th  century  and  earlier.  No  picture   could  be  taken  of  the  basin  because  the  present  owner  Bernt  Bodin  has  filled  it  with  soil.  

C5  A  crofter’s  well   3.3.5

 

The  well  is  very  close  to  the  remnants  of  a  small  house,   which  disappeared  about  80  years  ago.  The  spring  was   full  of  water  in  the  beginning  of  the  spring,  but  it  became   dry  during  the  summer.  There  is  a  stone  construction  at   the  end  of  the  pit  where  water  was  formerly  collected.    

       

3.4 Springs  in  area  D  

Springs  located  in  Nyborg,  the  outland  of  Uthamra  gård.  

(20)

 

D1  Well  in  a  forest   3.4.1

 

This  well  is  located  in  a  forest.  The  diameter  of  the  well  is   0,7  m,  and  the  depth  of  the  water  in  the  well  is  1,9  m.  

                  D2  Well  in  a  garden  

3.4.2

The  well  is  located  in  a  garden  belonging  to  a  house  in   Nyborg.  The  depth  of  the  water  in  the  well  is  1,4  m.  

           

D3  Old  construction  for  washing  clothes   3.4.3

 

A  basin,  which  probably  has  been  used  for  washing   clothes,  was  found  in  Nyborg.  It  was  filled  with  water  in   the  beginning  of  the  spring,  but  was  dry  during  the   summer.  The  water  emerged  from  a  small  spring  located   10  m  away.  The  water  was  not  suitable  for  drinking,  but   well  enough  for  washing  clothes.  There  is  a  two-­‐story   concrete  house  nearby.  

    D4  Spring  found  in  the  SGU  database   3.4.4

No  picture  could  be  taken  of  this  spring  because  it  was  located  inside  a  locked  house.  The  water   was  furnished  from  a  nearby  well  50  m  away,  which  was  also  not  accessible.  

     

(21)

D5  Deeply  drilled  well   3.4.5

The  most  common  water  supply  to  the  population  of   Vallentuna  is  currently  tap  water  from  the  lake  Mälaren.  

The  second  option  most  people  use  is  water  from  a   deeply  drilled  hole  in  a  rock  that  is  typically  100  m  deep.  

The  picture  shows  a  deeply  drilled  well  in  Nyborg.  

Though  most  drilled  wells  are  hidden,  this  one  can  easily   be  seen.  The  pump  is  drained  at  the  bottom  of  the  well.  

 

   

(22)

 

4 Laboratory  Methods  

The  determination  of  the  chloride  concentration,  alkalinity  and  CODMn  can  be  done  with   analytical  chemistry  methods.  

4.1 Determination  of  the  chloride  concentration  

The  chloride  concentration  of  the  water  can  be  measured  with  a  titration  using  silver  nitrate   (𝐴𝑔𝑁0!).  The  silver  nitrate  is  used  as  the  titrant  in  this  method  because  silver  ions  form   insoluble  salts  with  halide  elements  such  as  chloride.  The  salt  that  is  formed  from  silver  and   chloride  ions  is  silver  chloride  (𝐴𝑔𝐶𝑙).  

An  indicator  that  can  be  used  for  titrations  with  silver  nitrate  is  potassium  chromate  (𝐾!𝐶𝑟𝑂!).  

The  solution  containing  chloride  ions  appears  yellow  once  drops  of  potassium  chromate  are   added  to  the  liquid.  Thereafter  drops  of  the  titrant  are  carefully  added  to  the  mixture,  which   results  to  the  following  reaction:  

𝐴𝑔!+ 𝐶𝑙!⟶ 𝐴𝑔𝐶𝑙  (𝑠)  

A  white  precipitate  of  silver  chloride  forms  in  the  solution  as  long  as  the  colour  indication  of  the   solution  is  yellow.  The  titrant  is  to  be  added  to  the  mixture  until  there  are  no  free  chloride  ions   in  the  solution.  A  reddish  colour  change  is  visible  once  all  of  the  chloride  ions  are  consumed.  

That  is  when  the  following  reaction  occurs:  

2𝐴𝑔!+ 𝐶𝑟𝑂!!!⟶ 𝐴𝑔!𝐶𝑟𝑂!  (𝑠)  

A  red  precipitate  of  silver  chromate  forms  in  the  solution.  Silver  chromate  only  appears  after  all   of  the  chloride  ions  are  consumed  because  the  momentum  for  silver  and  chloride  ions  to  react  is   higher  than  that  for  silver  and  chromate  ions.  The  titration  is  complete  once  there  is  a  sign  of  red   precipitation  in  the  solution.  [18]  

The  results  from  the  titration  can  be  calculated  to  determine  the  chloride  concentration  of  the   solution  containing  the  sample.  The  formula  that  can  be  used  to  calculate  the  chloride  

concentration  is  determined  with  the  reaction  formula  for  silver  and  chloride  ions.  The  molar   ratio  of  the  reaction  of  silver  and  chloride  ions  is  1:1,  which  results  to  the  following  formula:  

𝑉!"!#$%!×𝐶!"! = 𝑉!"!#$%&×𝐶!"!   The  definition  for  each  parameter:  

𝑉!"!#$%!   The  titrant  volume   𝑉!"!#$%&   The  titrand  volume  

𝐶!"!   The  concentration  of  silver  ions  in  the  titrant   𝐶!"!   The  concentration  of  chloride  in  the  titrand   4.2 Determination  of  the  alkalinity  

The  alkalinity  of  water  is  due  to  the  presence  of  hydroxide  ions  (𝑂𝐻!),  bicarbonate  ions   (𝐻𝐶𝑂!!)  and  carbonate  ions  (𝐶𝑂!!!).  However,  bicarbonate  ions  and  hydroxide  ions  are  in   equilibrium  state  according  to  the  reaction:  

𝑂𝐻!+ 𝐻𝐶𝑂!!⟶ 𝐶𝑂!!!+ 𝐻!𝑂  

The  alkalinity  of  water  can  be  determined  by  titrating  the  water  with  a  standard  acid  solution,   for  example  hydrochloric  acid.  An  indicator  that  is  suitable  for  this  titration  is  a  mixed  indicator   containing  methyl  red  and  bromcresol  green.  A  sample  that  has  an  alkalinity  value  greater  than   zero  will  appear  pink  once  drops  of  mixed  indicator  are  added  to  it.  The  following  reactions   occur  during  the  titration  with  the  standard  acid  solution:  

(23)

𝑂𝐻!+ 𝐻!⟶ 𝐻!𝑂   𝐶𝑂!!!+ 𝐻!⟶ 𝐻𝐶𝑂!!  

The  alkalinity  of  the  solution  is  zero  once  all  of  the  hydroxide  ions  and  carbonate  ions  are   consumed.  The  solution  has  a  faint  greyish  colour  at  this  stage  of  the  titration.  The  presence  of   the  indicator  results  to  a  greyish  appearance  of  the  solution.  It  is  pink  in  alkaline  solutions.  Two   drops  of  the  indicator  are  enough  to  distinguish  the  colour  of  the  solution. [19]  

The  titration  is  complete  once  the  pink  colour  in  the  titrand  has  disappeared.  The  alkalinity  of   the  titrand  can  be  calculated  once  the  required  amount  of  titrant  to  decrease  the  alkalinity  to   zero  is  known.  The  formula  that  can  be  used  to  calculate  the  alkalinity  is  determined  with  the   reaction  formulas  for  the  titration.  The  molar  ratio  between  the  reactants  in  both  of  the  reaction   formulas  is  1:1,  which  results  to  the  following  formula:  

𝑉!"!#$%!×𝐶!"# = 𝑉!"#$%&×𝐶!"#  

Where  each  parameter  has  the  definition:  

𝑉!"!#$%!   Consumed  titrant  volume   𝑉!"#$%&   Sample  water  volume  

𝐶!"#   Hydrochloric  acid  concentration  in  the  titrant   𝐶!"#   Alkalinity  of  the  water  sample  

4.3 Determination  of  the  CODMn  

The  COD  of  a  solution  can  be  determined  with  a  titration  of  an  oxidant  to  the  solution.  A  suitable   oxidant  for  this  method  is  potassium  permanganate  (𝐾𝑀𝑛𝑂!).  Manganese  has  the  oxidation   state  +7,  and  has  a  high  redox  value  in  low  pH-­‐values.  The  redox  potential  of  potassium   permanganate  is  strongly  affected  by  the  pH  of  the  solution,  where  the  oxidation  state  of   manganese  varies  from  +2  to  +6  depending  on  the  pH  and  reactant  of  the  system.  The  reaction   formula  for  the  titration  differs  depending  on  the  pH  condition  of  the  titrand. [20]  

Strongly  acidic  solution:  

𝑀𝑛𝑂!!+ 8𝐻!+ 5𝑒!⟶ 𝑀𝑛!!+ 4𝐻!0   Alkaline  solution:  

𝑀𝑛𝑂!!+ 2𝐻!𝑂 + 3𝑒!⟶ 𝑀𝑛𝑂!  (!)+ 4𝑂𝐻!   Neutral  solution:  

𝑀𝑛𝑂!!+ 4𝐻!+ 3𝑒!⟶ 𝑀𝑛𝑂!  (!)+ 2𝐻!0  

The  solution  can  be  acidified  with  sulphuric  acid  (𝐻!𝑆𝑂!)  in  order  to  achieve  the  first  reaction   for  the  titration  with  potassium  permanganate.  

The  solution  becomes  pink  when  potassium  permanganate  is  added  to  it  because  potassium   permanganate  has  a  pink/  purple  colour.  The  solution  should  be  heated  in  boiling  water  after  a   small  amount  of  the  titrant  is  added  to  it  in  order  for  the  reaction  to  occur.  The  solution  will  turn   clear  once  all  of  the  permanganate  is  consumed  in  the  reaction.  If  the  solution  stays  pink  after   heating,  then  the  permanganate  will  no  longer  react  because  all  of  the  organic  compounds  in  the   solution  have  been  oxidized.  

A  standard  reference  is  needed  in  order  to  determine  the  CODMn  of  the  solution  in  interest.  A   solution  with  a  known  amount  of  CODMn  can  be  used  as  the  standard  reference,  where  the   process  for  the  titration  with  potassium  permanganate  is  executed  on  the  solution.  If  the  CODMn   of  tap  water  is  known  then  tap  water  can  be  used  as  a  reference.  

(24)

 

The  number  of  drops  used  for  the  titration  of  tap  water  can  be  compared  to  the  amount  

consumed  by  the  solution  with  the  unknown  amount  of  organic  material  to  calculate  the  CODMn   of  the  solution.  The  following  formula  can  be  used  to  calculate  the  CODMn:  

𝐶!"#!" =!!"#$%&×!!"#

!!"#  

Where  each  parameter  has  the  definition:  

𝐶!"#!!   CODMn  of  the  sample  

𝑁!"#$%&   Number  of  potassium  permanganate  drops  consumed  by  the  sample   𝐶!"#   CODMn  of  the  tap  water  (standard  reference)  

𝑁!"#   Number  of  potassium  permanganate  drops  consumed  by  the  tap  water    

References

Related documents

This is the concluding international report of IPREG (The Innovative Policy Research for Economic Growth) The IPREG, project deals with two main issues: first the estimation of

I regleringsbrevet för 2014 uppdrog Regeringen åt Tillväxtanalys att ”föreslå mätmetoder och indikatorer som kan användas vid utvärdering av de samhällsekonomiska effekterna av

a) Inom den regionala utvecklingen betonas allt oftare betydelsen av de kvalitativa faktorerna och kunnandet. En kvalitativ faktor är samarbetet mellan de olika

Närmare 90 procent av de statliga medlen (intäkter och utgifter) för näringslivets klimatomställning går till generella styrmedel, det vill säga styrmedel som påverkar

• Utbildningsnivåerna i Sveriges FA-regioner varierar kraftigt. I Stockholm har 46 procent av de sysselsatta eftergymnasial utbildning, medan samma andel i Dorotea endast

Denna förenkling innebär att den nuvarande statistiken över nystartade företag inom ramen för den internationella rapporteringen till Eurostat även kan bilda underlag för

Den förbättrade tillgängligheten berör framför allt boende i områden med en mycket hög eller hög tillgänglighet till tätorter, men även antalet personer med längre än

Det har inte varit möjligt att skapa en tydlig överblick över hur FoI-verksamheten på Energimyndigheten bidrar till målet, det vill säga hur målen påverkar resursprioriteringar