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Stickstoff im Grundwasser
Stickstoff gelangt aus der Luft mit dem Regen ins Grundwasser. Stickstoff im Grundwasser kann aber auch geologisch bedingt sein.
Kalifeldspäte, Glimmer und Tonminerale enthalten Stickstoff. Dieser ist meist gebunden, kann aber zum Teil in das Bodenwasser gelöst werden. Auch der natürliche Abbau von organischem Material kann Stickstoff in das Grundwasser bringen. Stickstoff gelangt auch durch menschliche Tätigkeiten ins Grundwasser, etwa durch Ausbringung von Handelsdünger und Wirtschaftsdünger (Gülle, Jauche, Mist) in zu großen Mengen oder außerhalb der Vegetationsperiode. Wenn der Stickstoff nicht von Pflanzen aufgenommen werden kann, gelangt er hauptsächlich in Form von Nitrat mit dem Regenwasser in das Grundwasser. Die zumeist in Wirtschaftsdünger enthaltene Stickstoffverbindung Ammonium (NH4+) wird im Boden besser gebunden als Nitrat und daher nicht so rasch ausgewaschen.
Aus Siedlungsabwässern in undichten Senkgruben und Kanälen sowie Senkgruben mit illegalem Überlauf kann Stickstoff in den Boden und das Grundwasser kommen. Durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern (Kohle, Benzin, Öl) entstehen Stickoxide, die aus der Luft über den Regen in den Boden gelangen. Auch Sickerwässer von Deponien können größere Mengen an Stickstoffverbindungen enthalten.
Der bei der Gärfutterbereitung anfallende Silagesickersaft besitzt einen hohen Gehalt an Nährstoffen. So ist Kali (K2O) mit 3 – 6 Gramm, Phosphat (P2O5) mit 0,1 – 0,5 und Stickstoff mit 1 – 2 Gramm je Liter Sickersaft enthalten. Silage-Sickersäfte enthalten neben Nährstoffen auch sauerstoffzehrende Substanzen. Diese können die Beschaffenheit des Wassers erheblich beeinträchtigen. Sie dürfen deshalb weder in oberirdische Gewässer eingeleitet werden noch in das Grundwasser gelangen. Auch eine Ableitung in den Kanal und in die Kläranlage ist unzulässig. Silage-Sickersäfte müssen in die Gülle- oder Jauchegrube abgeleitet werden.
Zusätzliche Einträge ins Trinkwasser
Stickstoffverbindungen, die im Grundwasser und in unterirdischen Flussbegleitströmen vorhanden sind, kommen über das Einzugsgebiet von Wasserversorgungsanlagen in das Trinkwasser. Es gibt aber auch Einträge in der Wasserfassungszone und beim Betrieb der Wasserversorgung. So kann Ammonium aus neuen Quellsammelschächten oder Behältern aus Beton oder über Rohrverputze direkt ins Trinkwasser gelangen. Frischer Zement enthält viel Ammonium und erhöht somit vorübergehend den Ammoniumwert im Wasser.
Direkt im Fassungsbereich von Brunnen und Quellen kann Ammonium auch durch den Abbau von Holzteilen, toten Tieren und schlammigen Feinsedimentablagerungen in das Trinkwasser gelangen. Bei Brunnen wurde früher oft Holz in der Brunnensohle eingebaut. Holz als Material im Kontakt zu Trinkwasser entspricht nicht mehr dem Stand der Technik und ist strikt zu vermeiden. Das betrifft üblicherweise nur private Einzelwasserversorger und kann mit einer baulichen Sanierung sowie entsprechend regelmäßiger Wartung verhindert werden.
Es ist zu beachten, dass Stickstoffverbindungen im Trinkwasser ständig chemischen Umwandlungsvorgängen unterworfen sind. Zink ist beispielweise in der Lage, Nitrat zu Nitrit zu reduzieren. In neuen verzinkten Leitungen ist daher mit der Bildung von Nitrit aus Nitrat zu rechnen. Nitrit kann beispielsweise auch bei längeren Standzeiten im Verteilnetz durch Bakterien (Denitrifizierer) im an sich harmlosen Biofilm von Rohren gebildet werden. Ausgangstoff dabei ist das Nitrat im Trinkwasser. Umgerechnet ergibt sich aus 10 mg Nitrat bei vollständiger Umwandlung 6,52 mg Nitrit. Hält die Stagnation sehr lange an, so kann bei sinkendem Sauerstoffgehalt das Nitrat über Nitrit allmählich weiter zu Ammonium reduziert werden.
Nitrat, Nitrit oder Ammonium?
In welcher Form der Stickstoff im Wasser vorliegt, lässt sich nicht genau angeben, da es ständig zu Umwandlungen kommt, die abhängig sind von Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Sauerstoffgehalt, pH-Wert und dem Vorhandensein spezieller Bakterien.
Nitrat (NO3-)
In sauberen Oberflächengewässern ist Nitrat meist nur bis maximal 5 mg/l enthalten. Nach Gewittern finden sich im Regenwasser oft hohe Nitratwerte, da durch die elektrischen Entladungen Stickoxide entstehen, die zu Nitrat oxidiert werden. Beim Versickern nimmt Regenwasser Nitrat aus dem Boden auf, der Gehalt an Nitrat steigt dadurch natürlicherweise auf bis zu 20 mg/l an. Durch Überdüngung oder Verschmutzung mit Abwasser können die Nitratwerte im Grundwasser auf bis zu 500 mg/l ansteigen.
Nitrit (NO2-)
Nitrit im Wasser kommt nur als kurzlebiges Zwischenprodukt aus natürlichen Ab- und Umbauvorgängen vor. Sind die Reaktionen abgeschlossen, kommt so gut wie kein Nitrit im Wasser vor (unter 0,001 mg/l).
Ammonium (NH4+)
In nicht verunreinigtem Wasser tritt gewöhnlich wenig Ammonium auf (<0,2 mg/l). Geogen bedingt treten Werte bis maximal 3 mg/Liter auf (Ammoniumspeicherung in Glimmer, Tonmineralien und Kalifeldspat).
Es gibt jedoch Sonderfälle, wo in Tiefenwässern durch den Sauerstoffmangel das Nitrat vollständig zu Ammonium umgewandelt wird. Bohrbrunnen sind besonders davon betroffen, weil sie oft Tiefenwässer erschließen. Ähnliches wie im Tiefengrundwasser spielt sich auch in den flussbegleitenden Grundwasserkörpern ab, die im Rückstaubereich von Wasserkraftwerken liegen. In Moorwässern finden sich höhere Ammoniumwerte, da aus organischer Substanz unter sauerstoffarmen Bedingungen Ammonium gebildet wird. Liegen erhöhte Eisenwerte im Grundwasser vor, so kann das zu hohen Ammoniumwerten führen, weil durch das Eisen Nitrat zu Nitrit und Ammonium reduziert wird. Verschmutzungen wie Überdüngung, Abwasserversickerung aus undichten Senkgruben und Kanälen oder Sickerwässer aus Deponien bringen direkt Ammonium in das Grundwasser. Die Ammoniumwerte können stark schwanken und liegen bei verunreinigten Wässern in der Regel zwischen 0,2 bis 10 mg/l.