Bedingungen für Nitratabbau untersucht

Nitratkonzentrationen im Grundwasser senken

Mit Hilfe eines selbst gebauten Grundwassersystems im Labormaßstab hat ein Wissenschaftlerteam den Einfluss verschiedener Parameter auf den Nitratabbau untersucht.

Deutschlands Grundwasser enthält zu viel Nitrat, das auf lange Sicht auch das Trinkwasser gefährdet. Natürlich vorkommende Bakterien können dessen Abbau beschleunigen, solange sie dafür ausreichend organischen Kohlenstoff zur Verfügung haben. Der kann ebenfalls natürlich im Untergrund vorkommen, ist allerdings begrenzt und teilweise schon knapp. Durch verschiedene Substanzen könnte dieses Abbauvermögen aufrechterhalten werden. Ihre Wirkung bei unterschiedlichen Temperaturen hat Felix Ortmeyer, Geowissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB), untersucht. Sein Ergebnis: Bei der typischen Grundwassertemperatur von etwa zehn Grad Celsius wirkt Ethanol als Kohlenstofflieferant am besten.

Felix Ortmeyer hat Grundwassersysteme im Labor nachgebaut. © RUB, Marquard

Grundwassersystem im Labormaßstab

Auslöser der zu hohen Nitrat-Werte im Grundwasser sind häufig stickstoffhaltige Düngemittel aus der Landwirtschaft. Eine Möglichkeit, den Nitratabbau zu verbessern, ist, dem Grundwasser kohlenstoffhaltige Substanzen hinzuzufügen. Felix Ortmeyer, der am Lehrstuhl Angewandte Geologie/Hydrogeologie der RUB arbeitet, hat in seiner Studie die Wirkung verschiedener Zusätze untersucht. Dafür baute er das Grundwassersystem im Labormaßstab nach. Sedimentgefüllte Säulen, die natürliche Mikroorganismen enthalten, wurden von nitrathaltigem Wasser durchströmt. Bei Raumtemperatur und bei der hierzulande typischen Grundwassertemperatur von zehn Grad Celsius fügte Ortmeyer vier Substanzen hinzu und beobachtete, was passiert: Ethanol, Acetat, Ascorbinsäure und Glukose dienten als Kohlenstofflieferanten. Neben dem Nitratabbau untersuchte er in Kooperation mit der Abteilung Evolution der Pflanzen und Pilze der Ruhr-Universität Bochum auch die Mikrobiologie. Er konnte beobachten, dass die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft von der Temperatur und der Zugabe des organischen Kohlenstoffes beeinflusst wurde.

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Einfluss der Temperatur

„Bisherige Studien hatten ergeben, dass der Nitratabbau umso besser funktioniert, je höher die Temperatur ist“, erläutert Felix Ortmeyer. „Bei Ethanol stimmt das aber nicht: Gerade bei kälteren Temperaturen, wie sie für unser Grundwasser typisch sind, erfolgte der Abbau mit Ethanol am besten.“ Bei Raumtemperatur kam Glukose am besten weg.

„Die Grundwassertemperatur ist also ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der Substanz, die den Kohlenstoff für den Nitratabbau liefern soll“, fasst Ortmeyer zusammen. „Diese Erkenntnis ist besonders bedeutend, weil durch den Klimawandel auch mit einem Anstieg der Grundwassertemperatur zu rechnen ist.“

Originalpublikation:
Felix Ortmeyer, Dominik Begerow, Marco Alexandre Guerreiro, Stefan Wohnlich, Andre Banning: Comparison of denitrification induced by various organic substances – Reaction rates, microbiology, and temperature effect, in: Water Resources Research, 2021, DOI: 10.1029/2021WR029793, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021WR029793

Quelle: Ruhr-Universität Bochum

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