Ein mehrkanaliges Biosensormesssystem zur Überwachung der Nitrifikation in Abwasserreinigungsanlagen

Abstract

Bei der biologischen Abwasserreinigung treten häufig Störungen der Nitrifikationsstufe (biochemische Oxidation von Ammonium über Nitrit zu Nitrat) auf, die durch Hemmstoffe sowie durch Stossbelastungen hoher Stickstofffrachten (N-BSB) verursacht werden. Dadurch gelangen erhöhte Mengen an sauerstoffzehrenden reduzierten Stickstoffverbindungen in die Oberflächengewässer. Dies ist besonders kritisch bei Vorflutern mit einem bereits niedrigem Sauerstoffgehalt, da durch diese reduzierten Stickstoffverbindungen die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in Folge mikrobieller Oxidation stark absinken kann und somit die Biocönose im Gewässer nachhaltig gestört wird. Da es sich bei Nitrit und Ammoniak zudem um starke Fischgifte handelt, ist die Elimination dieser Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser nicht zuletzt auch gesetzlich vorgeschrieben. Zur Erfassung von Störungen der Nitrifikationsstufe wurde deswegen in den vergangenen Jahren am ISWA ein Nitrifikanten-Einzelbiosensor entwickelt. Dabei wird über den Sauerstoffverbrauch des Immobilisates die bakterielle Stoffwechselaktivität überwacht, wobei dies ein Maß für das Vorhandensein von Hemmstoffen bzw. Nitrifikationssubstraten in einer Probe ist. Der Vorteil dieses Systems ist vor allem darin zu sehen, dass die damit durchgeführten Messungen sowohl schnell als auch reproduzierbar durchführbar sind. So ist mit diesem Geräteprototyp über die Durchführung von ca. 10 – 15 Einzelmessungen verschiedener Probenverdünnungen die Quantifizierung der Hemmwirkung von einer Probe pro Messtag möglich. Schlussfolgerung und Ausblick Die Untersuchungen zur Bestimmung der nitrifikationshemmenden Wirkung von Standardhemmstoffen, Abwasserproben und des N-BSB ergaben, dass die neu entwickelten Nitrifikanten-Biosensoren schnell und mit hoher Signalstabilität auf sich ändernde Hemmstoff- und Substratkonzentrationen reagieren und somit für die Klärwerksüberwachung prinzipiell einsetzbar sind.