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Erste Testanlage in der Eifel Bakterien filtern Nitrat aus dem Abwasser

In der Eifel filtern Bakterien Nitrat aus dem Wasser, das bei der Düngung der Felder ins Abwasser gelangt. Sie wandeln den Stoff einfach um. Die Anlage ist die erste dieser Art in Deutschland. Biologen haben die Idee aus dem Ausland mitgebracht.

Landwirt verteilt Gülle auf einem Feld

Durch das Düngen in der Landwirtschaft landet Nitrat im Abwasser (Symbolbild)

In der Eifel sind Bakterien als Naturschützer im Einsatz: Eine unterirdische Anlage schirmt das Moorgebiet Mürmes vor der Nitratbelastung aus der Düngung der umliegenden Felder ab. Die Mikroorganismen in dem 180 Quadratmeter großen Becken könnten das gesamte Nitrat aus den Abwassergräben filtern, erklärt die Biologin Victoria Grießmeier, die mit kontinuierlichen Messungen die Wirksamkeit der besonderen Kläranlage erforscht. Selbst bei einer Konzentration bis 150 Milligramm pro Liter - das ist das Dreifache des EU-Grenzwerts für Grundwasser - werden alle Nitrate entfernt, indem sie in Luftstickstoff umgewandelt werden und als klimaneutrales Gas entweichen.

Die Mikrobiologin am Institut für Angewandte Biowissenschaften (IAB) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat die wissenschaftliche Begleitung des Projekts übernommen, an dem die Stiftung Natur und Umwelt Rheinland-Pfalz als Auftraggeber und das Ingenieurbüro SWT Schulz Wassertechnik in der mittelhessischen Stadt Lich mitwirken. Er habe die bisher einzige Anlage dieser Art in Deutschland aufgrund von Erfahrungen aus Nordamerika und Neuseeland entwickelt, erklärt Ingenieur Christian Schulz. Ziel sei ein naturnahes Verfahren gewesen, das möglichst autark arbeite und nicht auf zusätzliche Energie angewiesen sei. Wie lange die Anlage funktionsfähig sei, lasse sich erst mit den Erfahrungen in der Eifel sagen.

Naturschutzgebiet Mürmes in der Vukaneifel: Messstation der unterirdischen Anlage zum Abbau von Nitraten

Naturschutzgebiet Mürmes in der Vukaneifel: Messstation der unterirdischen Anlage zum Abbau von Nitraten

Auswertung seit 2017

Seit Juli 2016 wertet Grießmeier die Daten der Messstation aus, die sie neben dem 180 Quadratmeter großen und mit etwa einem halben Meter Erde bedeckten Denitrifikationsbecken errichtet hat. Die Nitratkonzentration im Zulauf und Ablauf des Wassers wird ständig gemessen. Dabei hat die Wissenschaftlerin festgestellt, dass die Filterwirkung bei mäßigem Durchfluss am höchsten ist: "Bei größeren Zuflussmengen haben die Bakterien möglicherweise nicht ausreichend Zeit, um das Nitrat umzuwandeln."

Genauer erforschen will Grießmeier auch noch, welche Bakterien besonders geeignet sind, um das Nitrat umzuwandeln: "Wir sind auf der Suche nach den Key-Playern." Viele natürlich vorkommende Bakterien sind in der Lage, in ihrem Stoffwechsel den fehlenden Sauerstoff durch Nitrat zu ersetzen - dieser Prozess wird als anaerobe Atmung bezeichnet. Als Nahrung dient den Bakterien eine Kohlenstoffquelle in Form von Holzhackschnitzeln.

Besondere Bakterien am Werk

In der Eifel spielen vermutlich besonders Bakterien aus der Ordnung der Rhizobiales und Burkholderiales eine Rolle bei der Denitrifikation. Daneben gibt es noch andere Prozesse, welche die Wissenschaftlerin untersucht, etwa die eher unerwünschte Methanogenese mit der Produktion von Treibhausgasen wie Methan oder eine unvollständige Denitrifikation mit der Produktion von Lachgas - "da ist einiges los". Wenn alle Abläufe untersucht sind, könnte auch versucht werden, die Nitratumwandlung gezielt zu steuern.

Zwar gebe es durchaus auch andere Methoden der Nitratentfernung wie Nanofiltration oder Elektrodialyse, diese seien aber nicht biologisch und für einen autarken Einsatz im Freiland aufwendiger und kostenintensiver, erklärt Grießmeier.

Die Anlage wurde 2015 am nordwestlichen Beginn des Moores errichtet, das sich in einem langgezogenen Talkessel in Richtung Südosten senkt. Im vergangenen Jahrhundert führten die Bauern die Entwässerungsgräben ihrer Felder dort ins Moor hinein. Das belastete Drainage-Wasser setzte der Natur schwer zu.

Seltener Falter ist zurück

Inzwischen macht sich die Nitratabwehr positiv bemerkbar. Indikatoren dafür sind seltene Pflanzen, die auf nährstoffarme Bedingungen angewiesen sind, etwa der Rundblättrige Sonnentau oder die Moosbeere. "Nährstoffe sind immer problematisch, da sie Massenwachstum anregen und Arten verdrängen, die auf nährstoffarme Standorte angewiesen sind", erklärt der zuständige Biotop-Betreuer Gerd Ostermann. "Stickstoffeinträge zerstören Biotope und Artenvielfalt." Mit Hilfe des Bakterienfilters ist es nun gelungen, auch den zuvor dort ausgestorbenen Moosbeeren-Scheckenfalter wieder anzusiedeln, der auf der Moosbeere seine Eier ablegt und auf eine blütenreiche Umgebung angewiesen ist.

"Die Ergebnisse sind sehr gut, ich bin ganz begeistert davon", sagt Ostermann. "Leider ist es nur Symptombekämpfung und keine Ursachenbekämpfung. Aber die Symptombekämpfung ist sehr erfolgreich."

"Zukunftsträchtiges Verfahren"

Bietet das Verfahren auch eine Perspektive für den Grundwasserschutz in besonders nitratbelasteten Gebieten, etwa in Niedersachsen mit seiner umfangreichen Gülleproduktion aufgrund der Massentierhaltung? Ja, die Bakterienreinigung sei ein zukunftsträchtiges Verfahren, antwortet Grießmeier. Allerdings müssten dabei vor Ort die jeweils besonderen Bedingungen berücksichtigt werden. Auch Schulz ist zuversichtlich, dass die Denitrifikation mit den Bakterien sehr schnell gute Ergebnisse liefern könnte. "Vorrangig sollten wir aber das Problem an der Wurzel packen und versuchen, die Nitratbelastung zu vermeiden."