Stickstoffabbau

Der biologische Stickstoffabbau

Neben dem Kohlenstoffabbau ist eine wichtige Abbauleistung biologischer Systeme in der Abwasserbehandlung der Abbau von Stickstoffverbindungen. Diese Verbindungen haben ihren Ursprung in den mit der Nahrung aufgenommen Eiweißen und werden hauptsächlich in Form von Harnstoff mit dem Urin ausgeschieden. Ein Einwohner liefert im Zulauf der Kleinkläranlage durchschnittlich 11 g N pro Tag.

Stickstoffabbau

Der Abbau von Stickstoff besteht im Wesentlichen aus drei mikrobiellen Prozessen. In der ersten Stufe, der Ammonifikation, wandelt sich unter anaeroben Bedingungen organisch gebundener Stickstoff wie Harnstoff durch Enzyme (z. B. Ureasen) in Ammoniak sowie Kohlenstoffdioxid um. Aus Ammoniak, das in Wasser gelöst ist, entstehen Ammonium-Ionen (NH4+) und gleichzeitig Hydroxid-Ionen. Demnach bewirkt die Ammonifikation eine Alkalisierung des Abwassers. Diese Reaktion findet bereits hauptsächlich auf dem Weg in die Kleinkläranlage statt.

Die eigentliche Nitrifikation wird während der aeroben Behandlung durch die Ammonium-Oxidierer (chemo-litho-autotrophe aerobe Bakterien) durchgeführt, zu denen z. B. Bakterien der Gattung Nitrosococcus oder Nitrosomonas gehören. Dadurch wird Ammonium zu Nitrat oxidiert.

Die Energieausbeute der Nitrifikation im biologischen Reinigungsprozess ist niedrig, sodass daraus geringe Wachstumsraten und lange Generationszeiten resultieren. Daher ist zur Etablierung von Nitrifikanten in biologischen Systemen immer eine gewisse Einfahrzeit erforderlich[1].

Während kein Sauerstoff der Behandlung zugeführt wird (Pausenintervall), findet die dritte Phase, die sogenannte Denitrifikation, unter sauerstoffarmen (anoxischen) Bedingungen statt. Bei der Denitrifikation wird der Nitratsauerstoff von chemo-organo-heterotrophen anoxischen Bakterien anstelle von freiem Sauerstoff veratmet. Der Stickstoff dient als Elektronen-Akzeptor und organische Kohlenstoffverbindungen dienen den Bakterien als H-Donator (hier als Beispiel Formaldehyd).