Nitrat im Grundwasser stellt sowohl in Deutschland als auch weltweit ein ernsthaftes Problem bei der Wasserversorgung dar. Zielsetzung des Forschungsvorhabens war die Entwicklung (1) von innovativen Methoden (mRNA, DNA) für das Monitoring der mikrobiellen Denitrifikation und (2) einer ökologisch und ökonomisch tragfähigen, bioverfahrenstechnischen Lösung zur Elimination von Nitrat aus oberflächennahen Grundwasserleitern.
Nitrat im Grundwasser stellt in vielen Teilen der Welt ein ernsthaftes Problem bei der Wasserversorgung dar. Durch die weit verbreitete und intensiv betriebene Landwirtschaft weisen viele Grundwässer hohe und oftmals weiter ansteigende Nitrat-Konzentrationen auf. In einigen deutschen Regionen können Trinkwassergewinnungsanlagen nicht mehr uneingeschränkt genutzt werden. Ohne den mikrobiell ablaufenden Nitratabbau (Denitrifikation) in zahlreichen Grundwasserleitern wären die Konzentrationen von Nitrat im Grund- und Rohwasser regional noch deutlich höher.
Zielsetzung des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer ökologisch und ökonomisch attraktiven, bioverfahrenstechnischen Lösung zur Reduktion von Nitrat aus oberflächennahen Grundwasserleitern. Kernentwicklung war dabei der Aufbau von In-situ Bioreduktionszonen zur Eliminierung von Nitrat aus dem Zustrom von Trinkwassergewinnungsbereichen. Das TZW fokussierte sich dabei auf die Bestimmung von mikrobiologischen Prozessparametern für die Auslegung von In-situ Bioreduktionszonen (Wirkstoff-Eignung) sowie die Entwicklung von innovativen molekularbiologischen Methoden zum Nachweis von denitrifizierenden Bakterien.
In Säulen- und Batchuntersuchungen im Labor wurde die Eignung sowohl anorganischer als auch organischer Elektronendonatoren untersucht. Die Substratkombination mit der höchsten Nitratreduktion wurde für die Durchführung im Pilotmaßstab ausgewählt. Parallel wurden PCR-Verfahren für den Nachweis von funktionellen Genen auf DNA- und messanger RNA (mRNA) Basis etabliert.
Die anschließenden Untersuchungen am Pilotstandort bewiesen, dass die ausgewählten chemischen und mikrobiologischen Untersuchungsparameter eine gute Überwachung der denitrifizierenden Prozesse zulassen, die Denitrifikation durch das Einbringen von Stärke, Pflanzenöl und Lecithin stimuliert werden kann und die Injektionstechnologie ein geeignetes Verfahren für die Einbringung der Substrate ist. Durch die Wirkstoffzugabe wird das Biomassewachstum stimuliert. Für die Akzeptanz des In-situ-Verfahren galt es zu belegen, dass sich keine „Krankheitserreger“ im Sinne der Trinkwasserverordnung etablieren. Daher wurden ausgewählte Proben aus dem Feldversuch auf hygienisch relevante Bakterien untersucht. Dabei wurden E. coli, Enterokokken und Pseudomonas aeruginosa in keiner Probe nachgewiesen werden. Allerdings wurden nach der Injektion teilweise erhöhte Coliformen-Zahlen erfasst. Nach der Identifizierung mittels MADLI-TOF-MS wurde deutlich, dass es sich bei den nachgewiesenen Bakterien um Umweltorganismen (z. B. Raoultella sp. und Lelliottia sp.) handelt.
Publikation
Schäfer, C.: Nachweis, Dynamik und Stimulation der Denitrifikation in Gewässern. Veröffentlichungen aus dem Technologiezentrum Wasser, ISSN 1434-5765, TZW-Band 98 (2021)
Die Bände der TZW-Schriftenreihe können hier bestellt werden.
