Occurrence and Mobility of Mercury in Groundwater

2.3. Effects of mercury from manufacturing and agriculture on soils, surface water and
groundwater
Mercury in consumer products and their manufacture constitutes a source of Hg to aquatic
systems. Mercury is used in dry-cell batteries, fluorescent light bulbs and thermostats, and, in
the mid-to late 20
th
century, as a fungicide in paints and in wood preservatives; Hg is also used
in dental amalgams (Barringer et al., 1997; Brooks, 2000, 2002; USEPA, 2006). Use of Hg in
dentistry has consumed large amounts of the metal (about 63,500 kg in Europe), resulting in
emissions as well as constituting a substantial portion of the Hg in municipal waste streams
(Hylander et al., 2006; Metro, 1991). Several studies, summarized by Morrison (1981), indicated
that subsurface disposal of municipal sewage sludge in the USA resulted in several metals,
including Hg, leaching to groundwater. Since the mid 20
th
century, industrial use of Hg has
declined in the USA and elsewhere, however. There are now ongoing attempts in some
countries, such as the USA and the United Kingdom, to reduce the amount of Hg used in
products; particularly those that are then discarded (Bradley & Journey, 2012).
Groundwater contamination with THg from both inactive and active industrial sources is
found in many countries where, in general, the contamination is relatively local. Chlor-alkali
plants that once produced chlorine gas and sodium hydroxide using Hg-cell technology have
been shown to contribute Hg to surface water, soils and groundwater—up to 22,900,000 ng/L
in groundwater at a facility in Sydney, Australia (Orica, 2012). There are numerous such
facilities; other examples are chlor-alkali plants in New York State, USA, and in Kazakhstan,
which have also produced Hg contamination of surrounding soils and waters (Gbondo-
Tugbawa & Driscoll, 1998; Ullrich et al., 2007). The use of Hg-cell technology is being volun‐
tarily phased out in most countries; however, wastes from chlor alkali plants still remain at
some locations (Hylander & Meili, 2003).
In some instances, Hg contamination of groundwater is more diffuse, perhaps coming from
multiple (potentially small) point sources. Suspected industrial and wastewater discharges
have introduced Hg contamination to the surficial alluvial aquifer in urban Madras, India
(Somasundaram et al., 1993), where, along with other metals, Hg concentrations are reported
to range from 1,000 to 18,000 ng/L in water from wells near the River Cooum in the Madras
urban area, mainly exceeding the Indian drinking-water standard of 1,000 ng/L.
In some instances, Hg released from industrial operations results in contamination of soils at
the site, but the soil characteristics are such that the Hg is sequestered or attenuated, and does
not leach to groundwater, as found, for example, at a site in Trondheim, Norway (Saether et
al., 1997). In other instances, Hg contamination of groundwater is noted locally near industrial
sites. At a site in southern Germany where “kyanizing” (mercuric chloride (HgCl
2
) used to
preserve wood from decay) was performed, groundwater in a 1.3-km-long plume was found
to be contaminated with Hg at concentrations that reached 230,000 ng/L (Bollen et al., 2008).
HgCl
2
is extremely soluble in water, (7.4 x 10
10
ng/L; O’Neil, 2006), and thus easily mobilized
from inputs at the land surface to the water table.
Occurrence and Mobility of Mercury in Groundwater
http://dx.doi.org/10.5772/55487
123

---

Mercury has been used in munitions and for other purposes on military bases. This use has,
in some cases, led to contamination of soils at the bases (Bricka et al., 1994); with the potential
for further contamination of surface and groundwaters. Mercury contamination of soils,
surface water and groundwater is found at a former military base in southern New Jersey,
USA. The Hg content of soils ranged up to 555 mg/kg, and concentrations in some streamwater
and groundwater samples exceeded 2,000 ng/L; determining whether the Hg derives solely
from military activities is a part of ongoing investigations there (Barringer et al., 2012).
From the early-to-late 20
th
century, Hg was used in agricultural pesticides, but use of Hg
compounds decreased substantially after 1970 in the USA (Murphy & Aucott, 1999). Mercurial
compounds also were once used on golf courses in the USA, being most heavily applied in
northern States to control snow mold. On a golf course in New Hampshire, USA, Estes et al.
(1973) estimated that annual fungicide applications contributed 2.1 kg of Hg per hectare. In
Australia, sugar-cane setts were treated with a fungicide containing methoxymethylmercury
chloride before planting; concentrations of Hg from 30 to 670 ng/L were found in groundwater
underlying cane cropland, but were interpreted as being within the range of naturally
occurring Hg concentrations in area groundwater (Brodie et al., 1984). It is apparent that not
all applications of Hg to soils result in groundwater contamination, but there are instances
where Hg can be mobilized from soils to groundwater.
In the early to mid-20
th
century, phenylmercuric acetate was used in orchards; calomel and
HgCl
2
were used on row crops; these are known to be used on sandy agricultural soils of the
Coastal Plain of southern New Jersey, USA (Murphy & Aucott, 1999). Inputs of Hg would have
been high if the federally recommended application rates of 3.4 kg/hectare for highly soluble
HgCl
2
were followed (Barringer et al., 1997 and references therein). Mobilization of Hg from
applications of mercurial compounds, enhanced by subsequent disturbance from residential
development of the land, may be the cause of elevated Hg concentrations on groundwater
downgradient from such sources. Water from wells completed in the quartz sand aquifer
beneath the former agricultural land contains Hg at concentrations exceeding 2,000 ng/L
(Barringer et al., 2005; Barringer & Szabo, 2006).
In addition to pesticides, Hg also could be introduced to soils via fertilizers. A commercial
20-20-20 fertilizer solution prepared according to manufacturer’s directions contained 280,000
ng/L of Hg (Barringer & MacLeod, 2001). Mercury was measured in several common fertilizers,
with the highest concentration (5.1 mg/kg) found in calcium superphosphate, and a lower
concentration (1.2 mg/kg) in 15-5-5 Nitrogen-Phosphorus-Potassium (NPK) fertilizer (Zhao &
Wang, 2010). Some States in the USA are acting to regulate the amount of metals permissible
in fertilizers and other agricultural chemicals (e.g. ODA, 2002).