In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse von Untersuchungen zur Denitrifikation in Grundwasserleitern vorgestellt. Dabei werden drei pleistozäne norddeutsche Grundwasser-leiter betrachtet. Grundlage der Untersuchungen im Labor bilden Sedimentproben, die aus Bohrungen mit einer maximalen Teufe von 60 m u GOK, gewonnen wurden. Der Gehalt an organischem Kohlenstoff und Sulfidschwefel erlaubt den Ablauf einer chemo-organotrophen und chemo-lithotrophen Denitrifikation. Die Laborversuche zeigen eine maximale Nitratelimi-nation von 0,2 mg∙kg-1∙d-1 N, hauptsächlich infolge chemo-lithotropher Denitrification. Für einige Sedimentproben wurde eine Sorption von Nitrat mit maximal 0,85 mg∙kg-1N nachge-wiesen. Im Feld wurde der Ablauf einer Denitrifikation anhand von N2- und Ar-Messungen nachgewiesen. Die Größenordnung der Denitrifikation im Aquifer wurde außerdem mit Ein-bohrloch-Tracerversuchen (Push&Pull-Tests) bestimmt. Diese Tracerversuche wurden in Teufen durchgeführt, aus denen Sedimentproben für Laboruntersuchungen gewonnen wor-den waren. Die Labor- und Tracerversuche lieferten vergleichbare Ergebnisse. Weiterhin wird ein Weg gezeigt, wie Punktinformationen zum N-Umsatz mittels stochastischer Simula-tion in die Fläche übertragen werden und somit in numerische Transportmodelle eingebun-den werden können. / This thesis shows results from investigations about denitrification, a possibility is shown in aquifers. The investigation areas are three pleistocene aquifers in northern Germany. The studies in laboratory are based on samples of drillings until a depth of 60 m. The content of organic carbon and sulphides allows both chemo-organotrophic and chem-lithotrophic deni-trification. The maximum of nitrate, that was eliminated, mainly by chemo-lithotrophic denitri-fication, was 0.2 mg N per kg sediment and day. In some samples a sorption of nitrate was detected at a maximum of 0.85 mg N per kg sediment. Denitrification in situ was detected by measurements of the gases N2 and Ar at some measurement wells. Denitrification in situ was also quantified by push&pull-tests (single-well-tracer tests). Push&pull-tests as well as labo-ratory studies were carried out with sediment samples of respective measurement-wells. Similar results were found for push&pull tests and batchtests. Further, a possibility is shown how point-data concerning nitrate-metabolism can be transferred into two dimensions by sto-chastic simulation. Thus one can implement point-data into numerical transport-models.

Hohenheim, Univ., Diss., 2006.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Dresden.

Nitrogen removal in wetlands largely depends on denitrification by bacteria. The bacteria and thus denitrification is aided by environmental conditions, some of which are favoured by certain types of wetland vegetation. Previous short-term studies have suggested that nitrogen removal will increase over time. The aim of this study was to investigate whether this suggestion is true or not. In this study data from 2004 to 2014 was analysed using One-way Repeated Measures ANOVAs. The data originates from the experimental wetland facility EVA located outside Halmstad. EVA consists of 18 wetlands (area 22 m2) divided in to three vegetation types (emergent, submerged and free-developing vegetation) with six replicates each. Overall, wetlands showed a decrease in nitrogen removal over the eleven study years. In the first years, especially during summertime, wetlands with emergent vegetation were the most nitrogen removal-efficient. Differences between vegetation types disappeared a few years after their creation. In conclusion, planting emergent vegetation will most likely enhance the nitrogen removal potential of constructed wetlands in the first years after their creation. However, additional studies are needed to determine the cause of nitrogen removal potential loss with wetland ageing. / Att anläggning av våtmarker ger flera olika fördelar är sedan tidigare känt. Den främsta fördelen är deras avskiljning av bland annat kväve, vilken motverkar problemet med eutrofiering. Kväveavskiljning består av olika processer där den mest betydelsefulla är denitrifikationen. Denitrifikation är en bakteriell process som kräver vissa förutsättningar i våtmarkerna. Olika vegetationstyper uppfyller dessa förutsättningar i olika utsträckning. Bland annat därför kommer en våtmarks förmåga till kväveavskiljning delvis bero på vilken vegetationstyp som finns i våtmarken. Något mindre känt än våtmarkers fördelar är hur våtmarker bör konstrueras för optimerad kväveavskiljning, speciellt i ett längre perspektiv. För att ta reda på det undersöker denna studie hur kväveavskiljningen påverkas av våtmarkers ålder och hur våtmarkers vegetation bör utformas för maximal kväveavskiljning. Anläggnigen varifrån all data kommer är experimentvåtmarksanläggningen EVA utanför Halmstad. År 2003 färdigställdes konstruktionen av 18 stycken experimentvåtmarker (area 22 m2) med vegetationstyp som manipulerad faktor (övervattensvegetation, undervattensvegetation och kontroll). Varje vegetationstyp är replikerad sex gånger. Vegetationssuccessionen har sedan 2003 fått pågå obehindrat. Försöksupplägget för studien är en envägs-ANOVA med faktor vegetationstyp. Mätningar av kväveavskiljningen gjordes regelbundet under 11 år (2004-2014), därför användes en envägs-Repeated Measures ANOVA för dataanalys. Våtmarker med övervattensvegetation minskar i kväveavskiljningsförmåga över tid, medan våtmarker med undervattensvegetation och kontrollvåtmarker förbättrar sin kväveavskiljningsförmåga. Medelförändringen för våtmarkerna under 11 år blir en minskning på 4 %. Våtmarker med övervattensvegetation avskiljer mer än våtmarker med undervattensvegetation och kontrollvåtmarker under de första åren. Dock försvinner skillnaden mellan vegetationstyper efter bara några år. Den tid på året då mest kväve avskiljs är sommar. För unga våtmarker är skillnaderna mellan våtmarker med olika vegetationstyper mest påtagliga under vår- och sommarmånaderna. För att konstruktion av våtmarker ska kunna optimeras med avseende på kväveavskiljning krävs ytterligare studier som kan fastställa orsaken till den minskning i kväveavskiljning som skett med stigande ålder. Det mesta tyder dock på att plantera övervattensvegetation gynnar kväveavskiljningen i en anlagd våtmark.

Kväve har tidigare endast utvunnits ur atmosfären med hjälp av naturligt förekommande kvävefixerande bakterier men i och med uppkomsten av Haber-Bosch processen under tidigt 1900 – tal har det blivit möjligt att utvinna kväve ur atmosfären på kostgjord väg. Detta har lett till en obalans i kvävets naturliga kretslopp. Kväve har, sedan processen kom i bruk, utvunnits i stora kvantiteter för användning som bland annat gödningsmedel i jordbruksindustrin och som komponent i vanligt förekommande sprängmedel.   Kväveformen som används i dessa industrier är nitrat-, (NO3-)-, vilket fungerar som näringsämne åt växter. Då överskott av nitrat lakas ut, löser sig och sprids med vatten, kan det leda till övergödning i sjöar, hav och vattendrag. Ett hav som är hårt drabbat av detta är Östersjön.   Biologiska reningsmetoder har länge använts för att rena vatten från olika vattenlösliga kväveformer som nitrat, nitrit-, (NO2-), och ammonium-, (NH4+). De biologiska reningsmetoderna härstammar från kvävets kretslopp där de förekommer naturligt och innefattar processerna denitrifikation, nitrifikation och anammox. Genom att skapa förhållanden som gynnar de olika biologiska processerna har de effektivt använts för kväverening vid både kommunala reningsverk och för rening av dräneringsvatten från jordbruk. Processerna kan kombineras i olika utformningar eller användas enskilt beroende på vilken kväveform som förekommer i vattnet.   System för rening av nitratutsläpp härstammande från sprängmedel är relativt nytt. Denna rapport beskriver anläggningen och uppföljningen av en passiv denitrifierande bioreaktor med syfte att rena vatten från nitrat härstammande från sprängmedel. Bioreaktorn är den andra i sitt slag i Sverige och utöver dessa två förekommer inga andra bioreaktorer som renar vatten från sprängmedel i Sverige idag.   Rapporten innehåller en utvärdering av bioreaktorns nitratreduktion och jämför metoden med andra vanliga systemutformningar och metoder för nitratrening. Jämförelsen och utvärderingen har gjorts med hjälp av en litteraturstudie och genom kemiska analyser. Den kemiska analysen omfattar analys av nitratkväve, ammoniumkväve, pH, alkalinitet, temperatur och elektrisk konduktivitet.   Vattenprover har tagits under uppstart perioden av bioreaktorn vilket och har omfattat de 36 första dagarna från och med att bioreaktorns driftstart den 2017-06-29 till och med 2017-08-02. Under denna tid har bioreaktorn uppvisat en nitrat- och ammoniumproduktion i kombination med en alkalinitetförbrukning. Alkalinitetförbrukningen har med största sannolikhet uppkommit till följd av nedbrytningen av det organiska materialet och nitrat- och nitratproduktionen kommer av ett lågt C/N förhållande i de träslag som används som kolkälla. Ammoniumproduktionen härstammar förmodligen från en kombination av den förbrukade alkaliniteten och C/N förhållandet i trädslagen. Analysresultaten har på grund av dessa resultat inte kunnat bidra till en utvärdering av bioreaktorn. Litteraturstudien visar dock att den denitrifierande bioreaktorn är det reningssystem som är mest lämpat för nitratrening med hänsyn till de förhållanden som råder avseende den omgivande miljön och vattnets kemiska innehåll. Studien visar även att ett antal förändringar i utformningen av bioreaktorn skulle kunna öka bioreaktorns driftsäkerhet. / Nitrogen has previously only been extracted from the atmosphere by naturally occurring nitrogen-fixing bacteria, but with the development of the Haber-Bosch process in the early 1900s it has been made possible to extract nitrogen from the atmosphere artificially. This has led to an imbalance in nitrogen’s natural cycle. Nitrogen has, since the process has been put in use, been extracted in large quantities for the use as a fertilizer in the agricultural industry and as a component of commonly used explosives.   The nitrogen form used in these industries is nitrate, (NO3-), which acts as a nutrient to plants. As excess nitrate dissolves and spreads with water it can lead to eutrophication in lakes, seas and streams. A sea largely affected by this is the Baltic Sea.    Biological treatment methods have long been used to purify water from various water-soluble nitrogen forms such as nitrate, nitrite, (NO2-), and ammonium, (NH4+). The biological purification methods are derived from the nitrogen cycle where they occur naturally and they include the processes of denitrification, nitrification and anammox. By creating conditions that benefit the various biological processes, they have effectively been used for removing nitrogen in both municipal wastewater treating plants and for drainage water from agriculture. The processes can be combined in different designs or used individually depending on the nitrogen form present in the water.   Systems for purifying water from nitrate originating from explosives are a relatively new. This report describes the construction and follow-up of a passive denitrifying bioreactor used to purify water from nitrate derived from explosives. The bioreactor is the second of its kind in Sweden and in addition to these two there are no other bioreactors that treat water impacted by explosives in Sweden today.   The report contains an evaluation of the bioreactors nitrate reduction and compares the method with other commonly used system designs and methods for nitrate purification. The comparison and evaluation has been made using a literature study and through chemical analyses. The chemical analyses include analysis of nitrate, ammonia, pH, alkalinity, temperature and electrical conductivity.   Water samples have been collected during the start-up period of the bioreactor which includes the first 36 days from the day the bioreactor was put in operation, 2017-06-29 through 2017-08-02. During this time the bioreactor has demonstrated a nitrate- and ammonia production in combination with alkalinity consumption. The alkalinity consumption is most likely do to the degradation of the organic material and the nitrate production comes from a low C/N ratio in the woods used as source for carbon. Ammonia production is likely to derive from a combination of the alkalinity consumption and the C/N ratio in the woods. Because of these results, the results of the analysis have not been able to contribute to the evaluation of the bioreactor. However, the literature study shows that the denitrifying bioreactor is the most suitable purification system for nitrate purification, taking into consideration the environmental conditions and the waters chemical content. The study also shows that a number of changes in the design of the bioreactor could increase the bioreactors reliability.

Sydvästra stockholmsregionens va-verksaktiebolag – Syvab äger och driver Himmerfjärdsverket som just nu genomgår en storskalig om- och utbyggnad för att kunna hantera både ökad belastning och de strängare reningskrav som förväntas i framtiden. Reningsverket kommer att byggas om till en MBR-process, d.v.s. MembranBioReaktor. I samband med det här har en MBR-pilotanläggning tagits i drift. I pilotanläggningen fördelas avloppsvattnet i tre på varandra följande s.k. kaskader som vardera är utrustade för fullständig kväverening.  Syftet med detta projekt var att undersöka varför det observerats lägre denitrifikationshastigheter i pilotanläggningen jämfört med dimensionerande data vid tillsats av extern kolkälla (metanol). För att undersöka detta utfördes först en litteraturstudie för att få förståelse för processerna samt vilka parametrar som påverkar denitrifikationen.  Därefter gjordes tre olika typer av försök. Det ena var efterdenitrifikationsförsök som gjordes för att följa upp den maximala denitrifikationshastigheten i slammet. Det andra testet undersökte det linjära sambandet för denitrifikationshastighetens temperaturberoende. Slutligen gjordes kväveprofiler för att beräkna momentana denitrifikationshastigheter i processen genom att ställa upp massbalanser över de analyserade parametrarna. Data från resultaten utvärderades tillsammans med tidigare insamlade data från pilotanläggningen.  Resultaten från både efterdenitrifikationsförsöken och kväveprofilerna visade att denitrifikationshastigheten var lite högre än tidigare försök som gjorts (maximalt uppnåddes 2,0 mg NO3/gVSS, h) men fortfarande lägre än den dimensionerande hastigheten på 3,5 mg NO3/gVSS, h. Enligt temperaturförsöken som gjordes ökar denitrifikationshastigheten med 10,3% per °C.  De högre hastigheterna tros till viss del bero på högre temperatur men främst på lägre syrehalter i processen vilket kan ha förändrat bakteriesammansättningen i slammet till fördel för denitrifikationen. Utifrån försöken som gjorts verkar den dimensionerande denitrifikationshastigheten vara orimligt hög. / Sydvästra stockholmsregionens va-verksaktiebolag – Syvab owns and operates the Himmerfjärdsverket plant, which is currently undergoing a large-scale refurbishment and expansion to cope with both increased loadings and the stricter treatment requirements expected in the future. The plant will be converted to an MBR process, i.e. Membrane BioReactor. In conjunction with this, an MBR pilot plant has been commissioned. In the pilot plant, the wastewater is distributed in three successive cascades, each equipped for complete nitrogen removal.  The aim of this project was to investigate why lower denitrification rates were observed in the pilot plant compared to the design data when an external carbon source (methanol) was added. To investigate this, a literature study was first carried out to gain an understanding of the processes and the parameters affecting denitrification.  Thereafter three different types of experiments were performed. One was a post- denitrification experiment to monitor the maximum denitrification rate of the sludge. The second test examined the linear relationship for the temperature dependence of the denitrification rate. Finally, nitrogen profiles were made to calculate denitrification rates in the process by setting up mass balances over the analysed parameters. The data from the results were then evaluated together with previously collected data from the pilot plant.  The results from the post-denitrification experiments and the nitrogen profiles showed that the denitrification rate was faster than in the previously performed experiment (maximum of 2,0 mg NO3/gVSS, h was achieved) but still lower than the designed rate for the process of 3,5 mg NO3/gVSS, h. According to the temperature experiments performed, the denitrification rate increases by 10.3% per °C.  The faster denitrification rates can be explained partly due to higher temperatures in the process but mainly due to lower oxygen levels in the process which may have altered the bacterial composition of the sludge in favor of denitrification. Based on the experiments carried out, the designed denitrification rate appears to be higher than what can be achieved in the pilot plant.

Plants in constructed wetlands serve as carriers for attached microbial growth. They mainly transfer oxygen and release exudates into the root zone. As a result, an area exists around the roots (rhizosphere) in which bacteria are stimulated by root growth. Our goals were to ascertain whether stimulating the microbial community only has a local effect on the rhizoplane, and to establish the importance of this stimulation for wastewater purification in the root zone. Observations were carried out in a planted and an unplanted laboratory batch reactor incubated with an artificial wastewater with a high concentration of ammonia. Samples were taken at intervals of 10 mm away from the roots. The chemical and physical conditions and enzyme activities in soil sections at various distances from the roots affecting the efficiency of microbial nitrogen removal were characterized. An influence on the nitrification and denitrification process was detected via several parameters up to a range of different root distances: microbial parameters such as the total bacterial number, respiratory activity, protein and DNA amount seem to be affected by roots up to a distance of 50 mm from the roots, whereas the oxygen concentration, DOC and redox potential are unaffected at a distance exceeding 20-30 mm. This indicates that improved nitrogen removal is also possible in the wider root surroundings. Given the average root-to-root distance of 35 mm, the root-influenced area could therefore be expanded to the whole rooted zone in a constructed wetland.

Im Einzugsgebiet der Fassung A des Wasserwerks Thülsfelde wurden in langjährigen Beobachtungen Nitratgehalte an einzelnen Lokationen von bis zu 300 mg/L im oberflächennahen Grundwasser gemessen. Dennoch ist die betrachtete Fassung A des 27 km2 großen Einzugsgebietes weitgehend nitratfrei. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Prozesse im Untersuchungsgebiet wirken, wie die hierfür in Frage kommenden Abbauprozesse und das für die Prozesse notwendige reaktive Material verteilt sind. Es ist bekannt, dass mikrobielle Reduktionsprozesse die effektivsten Nitratsenken sind. Diese Prozesse benötigen geeignete Reaktionspartner, die im Untergrund auch vorhanden sind, z.B. organischer Kohlenstoff oder Disulfidschwefel. In der vorliegenden Arbeit wurden folgende Teilaufgaben bearbeitet: • Identifikation reaktiver Zonen • Identifikation der Umsetzungsprozesse • Identifikation ihrer räumlichen Lage • Identifikation der Verteilung reaktiven Materials • Aufbau eines Prognosewerkzeuges. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen (Gesamtschwefelgehalt, Gesamtkohlenstoffgehalt) an Gesteinsmaterial aus 13 Rammkernsondierungen bis in eine Tiefe von 19 m uGOK sowie einer Bohrung bis in eine Tiefe von 40 m uGOK, konnte im Grundwasserleiter eine vertikale Zonierung des reaktiven Materials abgebildet werden. Bis in eine Tiefe von 20 m uGOK sind nur geringe Gehalte reaktiven Materials gefunden worden (gemessen als Schwefelgesamtgehalte: kleiner 100 [mg/kg]). Erst darunter wurden bis 26 m uGOK Schwefelgesamtgehalte zwischen 100 und 1000 [mg/kg] und in Tiefen bis zu 36 m uGOK bis zu 6400 [mg/kg] Gesamtschwefel gefunden. Die Auswertung der Beschaffenheitsdaten an Vorfeldmessstellen und an der für diese Arbeit projektierten Mehrstufenmessstelle SGM (7 Beprobungshorizonte, bis in 35,6 m uGOK) zeigten, dass genau in den Tiefenbereichen mit ansteigenden Gehalten reaktiven Materials die Redoxgrenze verläuft. Unterhalb von 25 m uGOK ist das Grundwasser praktisch nitratfrei. Untersuchungen zum Grundwasseralter ergaben für den Bereich der Redoxgrenze ein Alter zwischen 15 und 25 Jahren. Dies konnte als Hinweis darauf gedeutet werden, zusammen mit den beschriebenen Erkenntnissen zur Zonierung des reaktiven Materials und der Nitratkonzentrationen in diesem Bereich, dass der Grund für die praktische Nitratfreiheit unterhalb von 20 bis 25 m uGOK Umsatzprozesse im Grundwasserleiter sind. Die durchgeführten Batch-und Säulenversuche zum Abbau von Nitrat an Material aus dem Grundwasserleiter zeigten in ihren Ergebnissen ebenfalls eine vertikale Zonierung über die Tiefe. Mit zunehmender Tiefe wurde eine höhere Abbauleistung (bezogen auf die Ausgangsmassenkonzentrationen von Nitrat in den Versuchsgefäßen) erreicht. Im oberen Grundwasserleiter wurden bis zu 50 % Abbauleistung erreicht, nur in den tiefen Zonen wurden mehr als 50 bis zu 100 % Abbauleistung erreicht. In den Versuchen mit Material aus dem oberen Grundwasserleiter konnten keine vollständigen ablaufenden Reaktionen beobachtet werden. Für die Berechnung des Nitrattransportes wurde ein Grundwasserströmungs- und Transportmodell aufgebaut. Verwendet wurde die Software Modflow und MT3d99. In das Transportmodul MT3d99 wurden für den Abbau von Nitrat aus Feldversuchen ermittelte Geschwindigkeitskonstanten eingebaut. Mit dem Prognosewerkzeug wurden Szenarien unterschiedlicher Nitrateinträge abgebildet. Es konnte gezeigt werden, dass steigende Nitratkonzentrationen im Grundwasserleiter abhängig vom Eintrag und von der reaktiven Kapazität eines Grundwasserleiters sind. Dabei wurde anhand von 3 unterschiedlichen Szenarien deutlich, dass das Vorhandensein z.B. von Disulfidschwefel im Untergrund nur eine Scheinsicherheit darstellt. Der Reaktionspartner wird bei dem mikrobiellen Umsatz aufgebraucht. Es kann innerhalb weniger Jahre zum Ansteigen der Nitratkonzentrationen und zum Nitratdurchbruch kommen. Das aufgebaute Modell ist in der Lage unterschiedliche Szenarien für den Nitrateintrag, z.B. bei Landnutzungsänderungen, unter der Berücksichtigung der Verteilung reaktiven Materials, zu simulieren. Das Ergebnis des Rechenmodells sind Spannweiten von Nitratkonzentrationen für das System Grundwasserleiter. Für die Fassung A bleiben noch Fragen offen: • Wie ist die Verteilung reaktiven Materials im tiefen Grundwasserleiter? • Welche Massen reaktiven Materials sind verfügbar, nicht nur stöchiometrisch? • Wie sind die Reaktionen im tiefen Grundwasserleiter verteilt? • Welche Abbausequenzen existieren im tiefen Grundwasserleiter? (Anlage Rohdaten auf CD-Rom in Printversion 226 MB)

Im Einzugsgebiet der Fassung A des Wasserwerks Thülsfelde wurden in langjährigen Beobachtungen Nitratgehalte an einzelnen Lokationen von bis zu 300 mg/L im oberflächennahen Grundwasser gemessen. Dennoch ist die betrachtete Fassung A des 27 km2 großen Einzugsgebietes weitgehend nitratfrei. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Prozesse im Untersuchungsgebiet wirken, wie die hierfür in Frage kommenden Abbauprozesse und das für die Prozesse notwendige reaktive Material verteilt sind. Es ist bekannt, dass mikrobielle Reduktionsprozesse die effektivsten Nitratsenken sind. Diese Prozesse benötigen geeignete Reaktionspartner, die im Untergrund auch vorhanden sind, z.B. organischer Kohlenstoff oder Disulfidschwefel. In der vorliegenden Arbeit wurden folgende Teilaufgaben bearbeitet: • Identifikation reaktiver Zonen • Identifikation der Umsetzungsprozesse • Identifikation ihrer räumlichen Lage • Identifikation der Verteilung reaktiven Materials • Aufbau eines Prognosewerkzeuges. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen (Gesamtschwefelgehalt, Gesamtkohlenstoffgehalt) an Gesteinsmaterial aus 13 Rammkernsondierungen bis in eine Tiefe von 19 m uGOK sowie einer Bohrung bis in eine Tiefe von 40 m uGOK, konnte im Grundwasserleiter eine vertikale Zonierung des reaktiven Materials abgebildet werden. Bis in eine Tiefe von 20 m uGOK sind nur geringe Gehalte reaktiven Materials gefunden worden (gemessen als Schwefelgesamtgehalte: kleiner 100 [mg/kg]). Erst darunter wurden bis 26 m uGOK Schwefelgesamtgehalte zwischen 100 und 1000 [mg/kg] und in Tiefen bis zu 36 m uGOK bis zu 6400 [mg/kg] Gesamtschwefel gefunden. Die Auswertung der Beschaffenheitsdaten an Vorfeldmessstellen und an der für diese Arbeit projektierten Mehrstufenmessstelle SGM (7 Beprobungshorizonte, bis in 35,6 m uGOK) zeigten, dass genau in den Tiefenbereichen mit ansteigenden Gehalten reaktiven Materials die Redoxgrenze verläuft. Unterhalb von 25 m uGOK ist das Grundwasser praktisch nitratfrei. Untersuchungen zum Grundwasseralter ergaben für den Bereich der Redoxgrenze ein Alter zwischen 15 und 25 Jahren. Dies konnte als Hinweis darauf gedeutet werden, zusammen mit den beschriebenen Erkenntnissen zur Zonierung des reaktiven Materials und der Nitratkonzentrationen in diesem Bereich, dass der Grund für die praktische Nitratfreiheit unterhalb von 20 bis 25 m uGOK Umsatzprozesse im Grundwasserleiter sind. Die durchgeführten Batch-und Säulenversuche zum Abbau von Nitrat an Material aus dem Grundwasserleiter zeigten in ihren Ergebnissen ebenfalls eine vertikale Zonierung über die Tiefe. Mit zunehmender Tiefe wurde eine höhere Abbauleistung (bezogen auf die Ausgangsmassenkonzentrationen von Nitrat in den Versuchsgefäßen) erreicht. Im oberen Grundwasserleiter wurden bis zu 50 % Abbauleistung erreicht, nur in den tiefen Zonen wurden mehr als 50 bis zu 100 % Abbauleistung erreicht. In den Versuchen mit Material aus dem oberen Grundwasserleiter konnten keine vollständigen ablaufenden Reaktionen beobachtet werden. Für die Berechnung des Nitrattransportes wurde ein Grundwasserströmungs- und Transportmodell aufgebaut. Verwendet wurde die Software Modflow und MT3d99. In das Transportmodul MT3d99 wurden für den Abbau von Nitrat aus Feldversuchen ermittelte Geschwindigkeitskonstanten eingebaut. Mit dem Prognosewerkzeug wurden Szenarien unterschiedlicher Nitrateinträge abgebildet. Es konnte gezeigt werden, dass steigende Nitratkonzentrationen im Grundwasserleiter abhängig vom Eintrag und von der reaktiven Kapazität eines Grundwasserleiters sind. Dabei wurde anhand von 3 unterschiedlichen Szenarien deutlich, dass das Vorhandensein z.B. von Disulfidschwefel im Untergrund nur eine Scheinsicherheit darstellt. Der Reaktionspartner wird bei dem mikrobiellen Umsatz aufgebraucht. Es kann innerhalb weniger Jahre zum Ansteigen der Nitratkonzentrationen und zum Nitratdurchbruch kommen. Das aufgebaute Modell ist in der Lage unterschiedliche Szenarien für den Nitrateintrag, z.B. bei Landnutzungsänderungen, unter der Berücksichtigung der Verteilung reaktiven Materials, zu simulieren. Das Ergebnis des Rechenmodells sind Spannweiten von Nitratkonzentrationen für das System Grundwasserleiter. Für die Fassung A bleiben noch Fragen offen: • Wie ist die Verteilung reaktiven Materials im tiefen Grundwasserleiter? • Welche Massen reaktiven Materials sind verfügbar, nicht nur stöchiometrisch? • Wie sind die Reaktionen im tiefen Grundwasserleiter verteilt? • Welche Abbausequenzen existieren im tiefen Grundwasserleiter? (Anlage Rohdaten auf CD-Rom in Printversion 226 MB)

Plants in constructed wetlands serve as carriers for attached microbial growth. They mainly transfer oxygen and release exudates into the root zone. As a result, an area exists around the roots (rhizosphere) in which bacteria are stimulated by root growth. Our goals were to ascertain whether stimulating the microbial community only has a local effect on the rhizoplane, and to establish the importance of this stimulation for wastewater purification in the root zone. Observations were carried out in a planted and an unplanted laboratory batch reactor incubated with an artificial wastewater with a high concentration of ammonia. Samples were taken at intervals of 10 mm away from the roots. The chemical and physical conditions and enzyme activities in soil sections at various distances from the roots affecting the efficiency of microbial nitrogen removal were characterized. An influence on the nitrification and denitrification process was detected via several parameters up to a range of different root distances: microbial parameters such as the total bacterial number, respiratory activity, protein and DNA amount seem to be affected by roots up to a distance of 50 mm from the roots, whereas the oxygen concentration, DOC and redox potential are unaffected at a distance exceeding 20-30 mm. This indicates that improved nitrogen removal is also possible in the wider root surroundings. Given the average root-to-root distance of 35 mm, the root-influenced area could therefore be expanded to the whole rooted zone in a constructed wetland.