Projekt 10400/01

Modellhafte Sanierung von Flachgewässern durch den erstmaligen praktischen Einsatz eines neuartigen Fällmittels zur Phosphorelimination in Kombination mit biologischer Sedimentreduzierung

Projektdurchführung

KLSKonzepte-Lösungen-Sanierungen im Gewässerschutz
Neue Große Bergstr. 20
22767 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die biologische Sedimentreduzierung bietet die Möglichkeit, Gewässer mit organikreichen Sedimenten kostengünstig und schonend zu entschlammen. In den Jahren 1995 und 1996 wurde dieses Verfahren im RHB Lohmühlenteich in Hamburg-Harburg durch das Institut für Umweltschutz KLS GmbH hinsichtlich seiner Effektivität und seiner ökologischen und ökotoxikologischen Auswirkungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass im Zuge der Sedimentreduzierung Phosphorverbindungen aus den Sedimenten rückgelöst werden. Durch die einsetzende zusätzliche Algenproduktion wird die Effektivität der biologischen Sedimentreduzierung vermindert. Im Sinne der Optimierung des Verfahrens der biotechnologischen Entschlammung von Gewässern wurde versucht, durch eine simultane Fällung von Phosphorverbindungen während der Belüftung die Verfügbarkeit dieses Nährstoffs für die Primärproduzenten zu begrenzen. Damit sollte die Effektivität der biotechnologischen Entschlammung erhöht und gleichzeitig die Gewässergüte verbessert werden. Verwendet wurde eine Kombination des Produkts Carbon Add® mit herkömmlichen Fällmitteln. Durch ein zweijähriges Monitoringprogramm sollten die Langzeiteffekte der durchgeführten Maßnahmen dokumentiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Vorversuchen wurde die geeignete Kombination des Produkts Carbon Add® mit herkömmlichen Fällmitteln ermittelt. Dabei kam sowohl ein eisen- als auch ein aluminiumhaltiges Fällmittel zum Einsatz. Die Fällmittel wurden von der Fa. Söll GmbH bereitgestellt. Zusätzlich wurden die verschiedenen Phosphorfraktionen im Sediment vor und nach den Versuchen erfasst. Im Freiland wurde dann die Wirksamkeit der Phosphorelimination im Lohmühlenteich überprüft. Das Gewässer bot sich an, weil es durch eine Trennwand geteilt war. So konnte in einem Teilbereich die Effektivität des Fällmittels untersucht werden und der zweite Teilbereich diente als Kontrolle. Im Lohmühlenteich wurde einerseits das Sediment ver-wirbelt und belüftet und auf diese Weise abgebaut. Gleichzeitig wurden über eine Dosiereinrichtung die Fällmittel zugegeben und so die Phosphorverbindungen ausgefällt. Die Koordination des Projekts und die Durchführung der Versuche oblag dem Planungsbüro KLS. Der Modellcharakter bestand darin, dass mit dieser Methode Flachgewässer einerseits schonend entschlammt und andererseits die bisherigen Nebenwirkungen minimiert werden können. Mit einem zweijährigen Monitoring-Programm wurden Langzeiteffekte überprüft.


Ergebnisse und Diskussion

Zur Bewertung der Sedimente wurden zu Beginn des Projekts sequenzielle Phosphorextraktionen des Lohmühlenteichsediments durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der größte Teil der Phosphorverbindungen sich in der pH-sensitiven NaOH-Fraktion befand. Relativ gering waren die Anteile der leicht zu mobilisierenden P-Verbindungen in der wasserlöslichen Fraktion und der unter anaeroben Bedingungen freisetzbaren P-Verbindungen in der BD-Fraktion. Im Laborversuch verschoben sich nach Zugabe des Fällmittels die Anteile innerhalb der Fraktionen. Während der Anteil der NaOH-Fraktion abnahm, stieg der Anteil der BD-Fraktion. Diese Ergebnisse konnten im Freiland nicht nachvollzogen werden. Hier erhöhte sich im Laufe des Fällmittelzusatzes vielmehr der Phosphoranteil in der HCl-Fraktion, der als schwer verfügbar beschrieben ist. Dies ist ein Hinweis auf eine dauerhafte Festlegung der P-Verbindungen.
In Laborversuchen wurde eine ökologisch wirksame und ökonomisch sinnvolle Zusammensetzung und Dosierung einer neuartigen Fällmittelkombination ermittelt. Sowohl Carbon Add® als auch das Eisenfällmittel Feracid wiesen gute Fälleigenschaften auf. Bei einer Zudosierung von 0,1 g Carbon Add® und 0,1 g Feracid auf 50 g Sediment und 450 ml filtriertes Teichwasser, was in etwa einer Konzentration von 200 mg/l Carbon Add® und 25 mg/l Eisen entspricht, wurden in den Laborversuchen die besten Ergebnisse erzielt, d.h. diese Kombination ist ökologisch wirksam und ökonomisch sinnvoll. Unter anaeroben Bedingungen wurden bei dieser Kombination nur geringe Freisetzungen von Phosphor-Verbindungen ermittelt.
Der Einsatz des Fällmittels brachte im Freiland im ersten Jahr (1997) folgende Ergebnisse:
- Der Abbau des Sediments wurde beschleunigt.
- Der Gehalt an Gesamt-Phosphor im Wasser wurde erniedrigt. Insgesamt lagen die Konzentrationen jedoch immer noch so hoch, dass das Gewässer als hocheutroph angesprochen werden musste.
- Die Biomasse (als Chlorophyll-a) wurde erniedrigt, lag aber immer noch auf einem hocheutrophen Niveau.
- Im Sediment war mehr Phosphor in wenig verfügbaren Fraktionen gebunden (s. oben).
Das Ergebnis des ersten Jahres, das zwar quantitative Veränderungen, aber keinen qualitativen Umschwung im Wasserkörper aufzeigt, muss im Zusammenhang mit zahlreichen Starkregenereignissen im Jahr 1997 gesehen werden. Für solche Wassermassen scheint das verwendete scaling-up nicht ausreichend gewesen zu sein.
Im ersten Jahr des Monitoringprogramms konnten noch keine Langzeiteffekte aufgezeigt werden, da es auch 1998 zu einem hohen Wasseraustausch kam. Teilergebnisse deuten darauf hin, dass es im Sommer zu einem Eintrag organischen Materials gekommen sein muss. Durch eine verstärkte Sauerstoffzehrung kam es zu Sauerstoffmangelsituationen, die unter anderem zu anaeroben Phosphorfreisetzungen aus den Sedimenten führten. Die Untersuchungen zur Aufteilung des Sedimentphosphors auf die verschiedenen Bindungsformen ergaben kaum Unterschiede zwischen der Nord- und der Südhälfte.
Im Untersuchungsjahr 1999 gab es nur einen geringen Wasseraustausch, trotzdem ließen sich keine Langzeiteffekte des Fällmitteleinsatzes erkennen. Aufgrund zwischenzeitlich geringer Phytoplanktonabundanzen und einem Eintrag organischen Materials kam es zeitweilig zu Sauerstoffmangelsituationen und anaeroben Phosphorfreisetzungen. Einige Untersuchungsergebnisse deuteten darauf hin, dass es im Einzugsgebiet des Lohmühlenteichs zu Veränderungen und zusätzlichen Stoffeinträgen kam. Im Sediment ließen sich keine Unterschiede zwischen der Nord- und der Südhälfte erkennen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das System wurde interessierten Firmen vorgestellt.


Fazit

Der Einsatz des verwendeten Phosphor-Fällmittels in Kombination mit biologischer Sedimentreduzierung im RHB Lohmühlenteich hatte nur im ersten Jahr, in dem die Maßnahme durchgeführt wurde, positive Auswirkungen auf die Gewässersituation. Langfristig führte der Fällmitteleinsatz im Lohmühlenteich nicht zu einer Verbesserung der Gewässersituation. Hierfür kann vor allem der hohe Wasserdurchfluss in den ersten beiden Untersuchungsjahren verantwortlich gemacht werden. Aufgrund der vorliegenden Unter-suchungsergebnisse gelangt man zu dem Schluss, dass das Verfahren des Fällmitteleinsatzes in Kombination mit biologischer Sedimentreduzierung für durchflossene Gewässer nicht geeignet ist. Da der Fällmitteleinsatz im ersten Jahr jedoch zu einer Verbesserung der Gewässersituation beigetragen hat, erscheint dieses Verfahren für stehende Gewässer durchaus geeignet.