Sulfat

Sulfat (SO₄^2-) ist als Bestandteil verschiedener Mineralien weitverbreitet. Anthropogene Einträge stammen aus der landwirtschaftlichen Düngung und aus der Deposition von Stäuben und Schwefeloxiden. Höhere Sulfatgehalte wirken sich geschmacklich auf das Trinkwasser aus. Der Grenzwert nach TrinkwV (2013) beträgt 250 mg/l, der Schwellenwert nach GrwV (2010) beträgt 240 mg/l.

Sulfate, die Salze der Schwefelsäure, sind wichtige Gesteinsbestandteile. Die häufigsten sulfathaltigen Mineralien sind Calciumsulfat (Gips, Anhydrit), Magnesiumsulfat (Bittersalz), Bariumsulfat (Schwerspat) und Natriumsulfat (Glaubersalz). Grundwässer in sulfatarmen Gesteinen enthalten üblicherweise bis ca. 30 mg/l Sulfat (NLWKN, 2001). Wesentlich höhere Gehalte (bis mehrere 100 mg/l) sind jedoch für Wässer aus sulfathaltigen Gesteinen typisch (NLWKN, 2001). Erhöhte Sulfatkonzentrationen finden sich auch in huminstoffhaltigen Grundwässern bei Kontakt mit Torfen und Mooren (NLWKN, 2001) sowie infolge von Ablaugungsprozessen an Salzstöcken.

Eine anthropogene Ursache für erhöhte Sulfatgehalte im Boden und Grundwasser ist die landwirtschaftliche Düngung. Verschiedene Mineraldünger, insbesondere Superphosphat, Ammoniumsulfat und Kaliumsulfat, enthalten Sulfate und führen speziell im oberen Grundwasserstockwerk zu erhöhten Sulfatkonzentrationen. Auch über Niederschläge kann ein erhöhter Sulfateintrag über Deposition von sulfathaltigen Stäuben und Schwefeloxiden aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe erfolgen. Diese bilden dann Schwefelsäure und führen zur Versauerung von Böden und Grundwasser („Saurer Regen“) (NLWKN, 2001).

Sulfate sind in der Mehrzahl gut wasserlöslich und können daher im Grund- und Sickerwasserstrom gut transportiert werden. Sie sind reaktiv und in verschiedene natürliche Stoffumsatzprozesse eingebunden. Sulfate im Grundwasser entstammen natürlicherweise aus der Auflösung sulfathaltiger Minerale, dem Schwefelkreislauf der Organismen als Abbauprodukte von tierischem und pflanzlichem Eiweiß (Kunkel et al., 2002) sowie durch die mikrobielle Oxidation von Sulfiden (z.B. Eisensulfide wie Pyrit), die ebenfalls natürliche Bestandteile vieler Fest- und Lockergesteine sind. Im sauerstoffhaltigen Grundwasser findet diese Pyritoxidation durch Reaktion mit Sauerstoff statt, im sauerstoffarmen Milieu kann die Oxidation auch als Denitrifikationsprozess durch den Abbau von Nitrat erfolgen (Kölle, 2010).

Unter Mitwirkung von Mikroorganismen erfolgt unter sauerstofffreien und nitratarmen Bedingungen eine Reduktion von Sulfat zu Schwefelwasserstoff (H₂S (aq), Desulfurikation). Schwefelwasserstoff bildet mit Metallionen schwerlösliche Metallsulfide und kann so Schwefel und Schwermetalle immobilisieren (Mattheß, 1994).

Im Zusammenhang mit anderen Parametern (Sauerstoffgehalt, Nitratgehalt) weisen hohe und niedrige Sulfatkonzentrationen auf mikrobielle Umsatzprozesse hin. Für die Trinkwassergewinnung machen sich höhere Sulfatgehalte von wenigen 100 mg/l gemeinsam mit Natrium oder Magnesium geschmacklich nachteilig bemerkbar (NLWKN, 2001). Darüber hinaus wirken höhere Sulfatgehalte abführend (Kölle, 2010).