Einfluss verschiedener Temperaturen auf gesteigerte Denitrifikation - Unterschiede in Reaktionsgeschwindigkeit und Mikrobiologie

Die Belastung der Ressource Wasser durch Nitrat (NO₃^-) ist ein globales Problem, das mit der Herausforderung einer abnehmenden und endlichen NO₃^--Abbaukapazität der Grundwasserleiter verbunden ist. Um die Verfügbarkeit von sauberem und gesundem Trinkwasser auch in Zukunft zu gewährleisten, müssen die NO₃^--Konzentrationen gesenkt werden. Eine der wirksamsten Behandlungsmethoden ist die biologische Denitrifikation, die durch Zugabe organischen Kohlenstoff verstärkt wird. Um diese Methode in der Praxis – idealerweise in situ – anzuwenden und ihre Wirksamkeit zu erhöhen, ist ein besseres Verständnis der beteiligten Prozesse erforderlich.

Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung und der Vergleich der Auswirkungen der Temperatur auf die Wirksamkeit der gesteigerten Denitrifikation unter Verwendung von vier organischen Substanzen als Elektronendonatoren: Acetat, Glukose, Ascorbinsäure und Ethanol werden in Kreislaufsäulenversuchen mit Sediment ohne eigene Abbaukapazität zugegeben. Jede Versuchsreihe wird bei Raumtemperatur (ca. 21 °C) und typischer Grundwassertemperatur in Deutschland (10 °C) durchgeführt, um die Temperaturabhängigkeit der Denitrifikationsraten zu ermitteln.

Die Ergebnisse zeigen große Unterschiede in den Reaktionsraten zwischen den beiden Temperaturansätzen, und damit einen erheblichen Einfluss der Temperatur auf die Denitrifikation. Im Gegensatz zu vielen früheren Studien nimmt die Reaktionskinetik hier nicht für alle Elektronendonatoren mit steigender Temperatur zu. Wird Ethanol zugesetzt, so findet bei 10 °C ein stärkerer und effektiverer NO₃^--Abbau statt als bei Raumtemperatur. Darüber hinaus ist Ethanol eindeutig der effektivste Elektronendonator für die Biodenitrifikation im Grundwasser dieser Studie, während Glukose in Regionen mit höheren Grundwassertemperaturen sehr effektiv zu sein scheint. Die Nitratreduktion ist mit Ascorbinsäure bei beiden Temperaturen sehr gering und es wird viel Biomasse produziert, was zu Clogging führt. Die Charakterisierung der Mikrobiologie zeigt eine stark veränderte denitrifizierende Mikrobiozönose, die sowohl durch die Zugabe verschiedener organischer Substanzen als auch durch die Grundwassertemperatur beeinflusst wird.