Wasserqualität - Stickstoff

Stickstoff

Der Stickstoffgehalt ist ein wichtiger Indikator für die Wasserqualität. Oft ist Stickstoff der entscheidende Faktor für photoautotrophe Organismen. Eine Verschiebung im Stickstoffkreislauf kann dramatische Folgen für ein Ökosystem haben. In der Umwelt kommt anorganischer Stickstoff in einer Reihe von oxidierten Zuständen als Nitrat (NO₃^-), Nitrit (NO₂^-), Ammonium (NH₄⁺) und Distickstoff oder Stickstoffgas (N₂) vor. Pflanzen und Mikroorganismen können anorganischen Stickstoff in organischen Stickstoff umwandeln. Der Begriff organischer Stickstoff bezieht sich auf Stickstoffverbindungen, die aus lebendem Material stammen, z. B. Stickstoff in Proteinen und Harnstoff.

Nitrit (NO₂^-) und Nitrat (NO₃^-)

Nitrit-Ionen können schnell zu Nitrat oxidieren. Nitrat ist der wichtigste anorganische Nährstoff, der die Primärproduktion in aquatischen Lebensräumen antreibt. Nitratanalysen können daher zur Erklärung der Dynamik von Ökosystemen beitragen. Zu den natürlichen Nitratquellen gehören Gestein, Entwässerung und pflanzliche/tierische Abfälle. Der Nitratgehalt kann durch den übermäßigen Einsatz von Stickstoffdüngern erhöht sein. Die Konzentration von Nitrat-Ionen (NO₃^-) wird in Einheiten von mg/l NO₃-N angegeben. Die Einheit NO₃-N beschreibt Stickstoff, der in Form von Nitrat vorliegt.

Verschiedene natürliche und vom Menschen geschaffene stickstoffhaltige Quellen können zur Anreicherung von Nitrat (NO₃^-) im Wasser führen. Dazu gehören:

• Landwirtschaftliches Abwasser

• Städtisches Abwasser

• Futtermittel

• Kommunales und industrielles Abwasser

• Emissionen von Kraftfahrzeugen und Industrieanlagen

• Zersetzung von Pflanzen und Tieren

Der Nitratgehalt im Wasser sollte nicht über 1 mg/l liegen. Der vom Menschen verursachte Nitratgehalt kann aber auf über 3 mg/l ansteigen, weshalb der Nitratgehalt im Wasser normalerweise zwischen 0,1 und 4 mg/l NO₃-N liegt. Unverschmutztes Wasser sollte jedoch einen Nitratgehalt von unter 1 mg/l aufweisen.

Die Standardmethode zur Messung des Nitratgehalts in einer Wasserprobe ist die automatische Cadmiumreduktionsmethode. Bei dieser Methode werden die instabilen Nitrationen in Gegenwart von Cadmium zu Nitrit reduziert. Anschließend wird das Nitrit mit Sulfanilamid diazotiert und mit N-(1-Naphthyl)ethylendiamindihydrochlorid gekoppelt, um einen leuchtenden Azofarbstoff zu bilden. Die Stickstoffkonzentration in der Wasserprobe korreliert mit der Intensität der erzeugten Farbe.

Abbildung 1: Erstes Bild: Je dunkler das Violett, desto höher der Nitratgehalt. Zweites Bild: Die chemische Reaktion bei der Cadmiumreduktionsmethode.