Nitrifikation und Denitrifikation
- Ammoniak
- Nitrite
- Nitrate
Nitrifikationsphase
Die Nitrifikation ist der erste Schritt der biologischen Stickstoffbehandlung. Sie wird von aeroben Bakterien durchgeführt, die Ammoniak (NH4+) zu Nitrit (NO2-) und dann zu Nitrat (NO3-) oxidieren. Diese Reaktion wird durch aerobe Bakterien wie Nitrosomonas europaea und Nitrobacter hamburgensis katalysiert.
In dieser Phase oxidieren die Bakterien Ammonium unter aeroben Bedingungen zu Nitrit.
Die Nitrifikation erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden Schritten:
- Oxidation von Ammoniak zu Nitrit: Bakterien der Gattung Nitrosomonas oxidieren Ammoniak unter aeroben Bedingungen zu Nitrit. Dieser Schritt ist wichtig, da er Ammoniak, einen für aquatische Umgebungen toxischen Schadstoff, entfernt.
- Oxidation von Nitrit zu Nitrat: Bakterien der Gattung Nitrobacter oxidieren anschließend Nitrit zu Nitrat. Diese Reaktion erfordert ebenfalls aerobe Bedingungen und eine ausreichende Menge an gelöstem Sauerstoff.
Denitrifikationsphase
Die Denitrifikation ist der zweite Schritt der biologischen Stickstoffbehandlung. Sie besteht darin, Nitrate in Distickstoff (N2), ein harmloses Gas, umzuwandeln. Diese Reaktion wird durch anaerobe Bakterien wie Paracoccus denitrificans katalysiert.
In Abwesenheit von Sauerstoff nutzen Mikroben das aus Ammonium stammende Nitrat, um Elektronen freizusetzen.
Tatsächlich ist Distickstoff harmlos, da er etwa 80 % der Luft ausmacht, die wir atmen. Die Nitrifikations-/Denitrifikationsprozesse entfernen auf natürliche Weise Ammonium und Nitrat. Diese Verbindungen tragen zur Verschmutzung natürlicher Gewässer bei, ohne die Gesundheit oder den Planeten zu schädigen.
Die Denitrifikation erfolgt in zwei Schritten:
- Reduktion von Nitraten zu Nitrit: Die Bakterien reduzieren Nitrate unter anaeroben Bedingungen zu Nitrit. Dieser Schritt ist wichtig, da er Nitrate entfernt, die für aquatische Organismen toxisch sein können.
- Reduktion von Nitrit zu Distickstoff: Die Bakterien reduzieren Nitrit zu Distickstoff. Diese Reaktion ist ebenfalls anaerob und erfordert eine vollständige Abwesenheit von Sauerstoff im Wasser.
Bedeutung der Denitrifikation
Die Denitrifikation ist unerlässlich, um den im Abwasser enthaltenen Stickstoff vollständig zu entfernen. Sie ermöglicht die Rückgewinnung der bei der Nitrifikation verlorenen Alkalität und die Reduzierung der Nitratkonzentrationen im behandelten Wasser. Die Denitrifikation ist auch wichtig, um die Qualität des Trinkwassers und der Umwelt zu erhalten.
Um eine gute Denitrifikation zu gewährleisten, ist es wichtig, bestimmte Bedingungen einzuhalten:
- Sauerstoffabwesenheit: Anaerobe Bakterien benötigen eine vollständige Abwesenheit von Sauerstoff, um zu funktionieren.
- Nitratvorkommen: Anaerobe Bakterien benötigen Nitrate als Nahrung.
- Vorkommen denitrifizierender Bakterien: Anaerobe Bakterien müssen im Medium vorhanden sein, um die Denitrifikation zu katalysieren.
- Konstante Temperatur: Die Temperatur muss konstant sein, damit sich die Bakterien entwickeln können.
FAQ
Welche Auswirkungen hat eine übermäßige Nitrifikation auf die Umwelt?
Eine übermäßige Nitrifikation kann zu einer Anreicherung von Nitraten in aquatischen Umgebungen führen, was die Eutrophierung fördert. Dieses Phänomen verursacht eine Algenblüte, die den gelösten Sauerstoff verbraucht, wodurch die aquatische Biodiversität bedroht wird und „Todeszonen“ entstehen können, in denen kein Leben existiert.
Wie verbessern MBR-Systeme die Nitrifikation und Denitrifikation?
Membranbioreaktoren (MBR) kombinieren biologische Prozesse mit fortschrittlicher Membranfiltration. Diese Integration ermöglicht eine präzise Kontrolle der Umweltbedingungen und optimiert so die Aktivität der nitrifizierenden und denitrifizierenden Bakterien. MBR bieten eine kompakte und effiziente Lösung zur Stickstoffentfernung und gewährleisten eine überlegene Ablaufqualität.
Welche Faktoren beeinflussen die Leistung von Nitrifikation und Denitrifikation?
Mehrere Betriebs faktoren beeinflussen diese Prozesse:
pH: Ein optimaler pH-Wert um 7,5 ist entscheidend. Zu niedrige Werte können die Nitrifikation hemmen.
Temperatur: Der optimale Bereich liegt zwischen 28 und 32 °C. Temperaturen außerhalb dieses Bereichs reduzieren die mikrobielle Aktivität.
Gelöster Sauerstoff: Eine ausreichende Konzentration ist für die Nitrifikation erforderlich, während die Denitrifikation anoxische Bedingungen benötigt.
Vorhandensein chemischer Verunreinigungen: Bestimmte Verbindungen können die für diese Prozesse verantwortlichen Mikroorganismen hemmen oder abtöten.
Welche Mikroorganismen sind an der Nitrifikation und Denitrifikation beteiligt?
Die Nitrifikation wird hauptsächlich von autotrophen Bakterien wie Nitrosomonas (oxidiert Ammoniak zu Nitrit) und Nitrobacter (oxidiert Nitrit zu Nitrat) durchgeführt. Die Denitrifikation wird von heterotrophen Bakterien wie Pseudomonas und Thiobacillus durchgeführt, die Nitrate in Abwesenheit von Sauerstoff zu gasförmigem Stickstoff reduzieren.
Welche Risiken birgt die Nitrifikation in Trinkwassernetzen, die Chloramine verwenden?
In Trinkwasserverteilungssystemen, die mit Chloraminen desinfiziert werden, kann Nitrifikation auftreten, wenn Bakterien Ammoniak in Nitrite und dann in Nitrate umwandeln. Dies kann zu einem Verlust des Desinfektionsmittelrückstands, zur Biofilmbildung und zu Geschmacks- und Geruchsproblemen führen. Präventionsstrategien umfassen die Optimierung des Chloraminierungsprozesses, die Reduzierung des Wasserzeitalters, vorbeugende Wartung und die Implementierung eines Nitrifikationsaktionsplans (NAP).
