Experimente:
Versuch: Reduktion von Nitrat zu Nitrit (Nachweis mit Saltzmans Reagenz)

Für die Wasserchemie wichtige anorganische Verbindungen des Stickstoffs sind Nitrat-, Nitrit- und Ammonium-Ionen. Sie werden vor allem beim Abbau von Biomasse durch Bakterien gebildet. Hier ist aber auch die Überdüngung von Feldern zu nennen. Gelangen die Stickstoffverbindungen in die Oberflächengewässer, so wachsen die Wasserpflanzen besonders gut (Eutrophierung). Nach dem Absterben entsteht viel Biomasse, bei deren Abbau und Verwesung übermäßig viel Sauerstoff verbraucht wird. Die Flüsse und Seen "kippen" dann in lebensfeindliches Milieu um.

Hinzu kommt, dass Ammonium und Nitrit giftig sind. Vor allem das Nitrit kann sogar Veränderungen im Erbgut (Mutationen) auslösen. Außerdem wird bei ihrer Oxidation durch Bakterien viel Sauerstoff verbraucht, so dass die Sauerstoffbilanz der Gewässer weiter negativ beeinflusst wird. Das Nitrat aus Trinkwasser oder überdüngtem Obst und Gemüse wird im Körper in Nitrit umgewandelt, wirkt also als indirektes Gift. Erhitzt man Speisen mit Nitrat oder Nitrit, bilden sich krebserregende Stoffe, die Nitrosamine.

Der gegenwärtige Grenzwert für Nitrat beträgt 50 mg/L Wasser.

Es gibt also genug Gründe, die Stickstoffverbindungen aus dem Wasser zu entfernen. Hierzu benötigt man in der Kläranlage zwei Stufen, eine aerobe und eine anaerobe. Die erste Stufe ist eine Nitrifikation, also Umwandlung zu Nitrat. Die zweite Stufe ist eine Denitrifikation des so gebildeten Nitrats zu elementarem Stickstoff.

Nitrifikation zur Bildung von Nitrat
Zunächst wird das Abwasser in einem besonderen Becken 8-10 Stunden belassen, wobei es gut mit Sauerstoff versorgt wird. In dieser Zeit bauen die Bakterien organisches Material ab, wobei sie Ammonium freisetzen. Gleichzeitig oxidieren die Bakterien Ammonium und Nitrit zu Nitrat. Auch dieser Schritt geht in zwei Stufen vor sich.

NH₄⁺ + 3/2 O₂ ———> NO₂^- + H₂O + 2 H⁺

2 NO₂^- + O₂ ———> 2 NO₃^-

Der erste Schritt ist besonders sauerstoffzehrend. Für die Bakterien muss dazu ausreichend organisches Material vorhanden sein. Meistens reicht die organische Schmutzfracht des Klärwassers aus. Sonst gibt man Essigsäure oder Methanol zu. Dies ist der Fall, wenn man das Verfahren auf Grundwasser mit dem Ziel der Trinkwasserbereitung anwenden will.

Denitrifikation (Abbau von Nitrat)
Nach erfolgter Nitrifikation ist das Wasser nitrathaltig. Erlaubt sind für Trinkwasserzwecke nur 50 mg/l. Diese Konzentration wird in der Regel überschritten. Das gilt auch für Trinkwasser, das aus Grundwasservorräten oder aus Uferfiltraten gewonnen wird, deren Vorkommen sich in landwirtschaftlich intensiv genutzten Gegenden befinden. Man muss deshalb einen Weg finden, den Nitratwert zu senken. Dazu gibt es drei Möglichkeiten:

1	Man leitet das Wasser in spezielle Becken. Hier wird das gebildete Nitrat durch Mikroorganismen zu Stickstoff reduziert. Man spricht von Denitrifikation. Dieser Schritt ist sehr kompliziert und erfordert spezielle Technologien. Die Denitrifikation ist nämlich anaerob. Der Zutritt von Sauerstoff muss deswegen unterbunden werden. Oft reicht ruhiges Stehen des nährstoffreichen Klärwassers aus. Andere Verfahren (vor allem zur Aufbereitung von nitratbelastetem Grundwasser) arbeiten mit großen Bottichen, den Fermentern, in denen auf Holzschnitzeln die denitrifizierenden Bakterien leben. Hier ist ein Nährstoffzusatz nötig. Man nutzt dazu die Salze der Essigsäure (Acetate) oder auch Methanol, die als Wasserstoffquelle (kurz [H]) zur enzymatischen Reduktion des Nitrats dienen. 2 NO3- + 2 H+ + 10 [H] ———> N2 + 6 H2O Fassen wir noch einmal zusammen: Das so gewonnene Wasser ist wirklich nitratfrei. Allerdings: Dieses Wasser ins Trinkwassernetz einzuspeisen oder in den Vorfluter zu geben, wird aufgrund des hohen Grenzwerts für Nitrat als pure Verschwendung angesehen. Mit diesem Wasser verfährt man deshalb wie folgt:
2	Man vermischt das gereinigte Wasser mit nitratbelastetem Wasser, bis der erlaubte Grenzwert von 50 mg/l erreicht ist.
3	Man pumpt das nitratfrei gemachte Wasser in das nitratbelastete Grundwasser zurück. Nach einer gewissen Ruhezeit zur vollständigen Vermischung ist das Grundwasser dadurch bezüglich des Nitrats verdünnt worden und kann zur Trinkwassernutzung hochgepumpt werden.

Weitere Texte zum Thema „Wasser“