Projekt 14065/01

Konzept zur Sanierung hoch eutropher Gewässer durch externe Phosphat-Elimination

Projektdurchführung

IMA Umwelttechnik KG
Hans-Böckler-Str. 22
63263 Neu-Isenburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Am Beispiel des polytrophen Erdfallsees Burgsee in Bad Salzungen/Thüringen wird ein innovatives Verfahren zur Therapie hoch belasteter Gewässer entwickelt. Mit einer am Ufer installierten Phophateliminierungsanlage (‚Pelicon der Fa. UIT/Hamburg) können sowohl der Flachwasserbereich (über 70% der Ge-samtfläche) sowie der Bereich des Hypo- und Monimolimnions (gut 20% der Gesamtfläche) behandelt werden. Dieses schonende und effiziente Verfahren wurde unter den hier vorliegenden limnologischen Voraussetzungen noch nicht angewandt und stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Gewässertherapie dar.
Der Wasserkörper und das Sediment des Sees wird mittels dieser externen Phophat-Eliminierung über eine 2-jährige experimentelle Betriebsdauer von leicht verfügbaren und eutrophierungsrelevanten Phosphorverbindungen befreit. Dabei werden unterschiedliche Fällmittel verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung geprüft. Durch diese Maßnahme wird ein deutlich geringerer Eutrophierungsgrad des Sees angestrebt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Maßnahme wurde in 3,5 Jahren durchgeführt, wobei die PELICON-Anlage 2 Jahre in Betrieb war. Die Therapiemaßnahme wurde von einem umfangreichen chemischen, physikalischen und biologischen Untersuchungsprogramm begleitet. Ein besonderer Wert wird auf die Reaktion des Sedimentes gelegt. Eine paläolimnologische Untersuchung an langen Bohrkernen rundete die Untersuchungen ab, um die trophische Entwicklung des Sees aufzuzeigen. Die Anlage sollte im Rahmen der Maßnahme optimiert und für spätere Anwendungen weiterentwickelt werden. Die hierbei gesammelten Erkenntnisse wurden von der Herstellerfirma MTG Hamburg bereits beim Bau weiterer Anlagen umgesetzt.
Das Projekt war in drei Abschnitte untergliedert:
1. Projektplanung und eingehende Untersuchung des chemischen, physikalischen und biologischen Zustands des Gewässers und Sedimentes. Planung und Konzipierung der Pelicon-Anlage, Vorbereitende Maßnahmen zur Installation der Anlage; Dauer März 1999 bis 2000.
2. Installation und Inbetriebnahme der Anlage, Probebetrieb und Optimierung .(Juli 2000)
3. Anlagenbetrieb, wie vorgesehen zur Phospor-Elimination. Die Maßnahme wurde durch regelmäßige Wartung und Kontrolle der Anlage begleitet. In regelmäßigen Abständen wurde die Wasser- und Sedimentqualität durch physikalische, chemische und biologische Untersuchungen kontrolliert. Das Projekt wurde durch zwei Zwischenberichte und einen Abschlussbericht dokumentiert.


Ergebnisse und Diskussion

Der Betrieb der PELICON-Anlage hat im Burgsee in Bad Salzungen den P-Gehalt im Wasserkörper reduziert. Durch die Anlage wurden dem See entzogen: 282 kg SRP bzw. 310 kg TP. Die P-Elimination be-trug im See anhand der Konzentration-Tiefen-Volumen-Kurve: 278 kg SRP bzw. 305 kg TP. Die über den Ablauf der Pelicon-Anlage in den See zurückgeleitete P-Menge betrug bisher insgesamt etwa 65 kg TP mit einem SRP-Anteil von etwa 2,5 kg. Es sollte geklärt werden, um welche Phosphorverbindungen es sich beim TP handelt, und wie sie sich im See verhalten. Eine deutliche Veränderung der TP- und SRP-Verteilung im Tiefenprofil ist erkennbar. Das Monimolimnion konnte erst im Juni 2002 komplett beseitigt werden. Die P-Eliminierung aus dem Wasserkörper hat längere Zeit als geplant in Anspruch genommen. Dies ist u.a. durch die hohe NH4-Konzentration im Monimolimnion bedingt. Welche P-Menge durch die bisherige Maßnahmen aus den Sedimenten freigesetzt werden konnte, ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht abschätzbar.
Die aus dem Sediment des Burgsees freisetzbare P-Menge beträgt hochgerechnet 1017 kg; davon entfallen auf den Sedimentabschnitt der Wassertiefen 0 - 5 m 603 kg, 5 - 18 m 257 kg und ab 18 m bis Grund 157 kg Phosphor. Die Sichttiefe im Burgsee stieg im Laufe von drei Jahren von unter 100 cm auf über 120 cm an. Der mitt-lere jährliche Chlorophyllgehalt ist während des Untersuchungszeitraumes nicht zurückgegangen.
Die Zusammensetzung des Phyto- und Zooplankton lässt noch keine eindeutigen Hinweise auf eine beginnende Oligotrophierung erkennen. Immerhin konnten seit Mitte 2001 keine Cyanobacterien mehr im Phytoplankton nachgewiesen werden. Dennoch dominieren im Pelagial Arten, die für eutrophe Gewässer typisch sind.
Aufgrund natürlich vorkommender Schwankungen in der Planktonzusammensetzung, die sich über mehrere Jahreszyklen hinstrecken können, ist eine definitive Aussage für den Burgsee verfrüht.
Inwieweit die Freisetzung von Phosphor aus dem Sediment eines polymiktischen Flachsees beeinflusst werden kann, wird derzeit von der IGB Berlin noch untersucht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Vorhaben wurde bereits im Herbst 1998 im Rahmen einer öffentlichen Sitzung des Stadtentwicklungsausschusses der Stadt Bad Salzungen vorgestellt. In Folge wurde in unregelmäßigen Abständen von den lokal ansässigen Presseorganen Berichte über das Vorhaben und die aktuellen Ergebnisse der Maßnahme veröffentlicht. Im Herbst 2000 wurde unter Beteiligung der zuständigen Behörden, der DBU, der Stadt Bad Salzungen und der UFZ und IMA Umwelttechnik eine Kurzvortragsreihe zum ökologischen Zustand und der geplanten Therapiemaßnahme im Rahmen zur Einweihung der PELICON-Anlage vorgenommen.
In Zusammenarbeit mit der DBU und dem Erich Schmidt Verlag wurde in der erscheinenden Reihe Initiativen zum Umweltschutz 23 die Maßnahme in Form eines Artikels beschrieben.
In Zusammenarbeit der UFZ und der IMA Umwelttechnik wurden über zwei Projektabschnitte Zwischenberichte und der im Herbst 2002 angefertigte Abschlussbericht angefertigt.
Das Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei IGB in Berlin untersuchte das Sediment und das Interstitial des Burgsees begleitend zur Therapiemaßnahme im Rahmen eines BMBF geförderten For-schungsvorhabens Steuerung der P-Retention in Sedimenten durch seeinterne Maßnahmen. Erearbeitung eines Konzeptes für den Einsatz von Restaurierungsverfahren. Die Ergebnisse sind in drei Berichten dargestellt.
Im März 2002 wurden im Rahmen eines IGB- Workshops Seentherapie am Blossiner See und bei der Seenfachtagung der Gemeinde Langenselbold/Hessen wurden die Ergebnisse der Therapiemaßnahme des Burgsees in einem Vortrag vorgestellt.
Bei der im Parey-Verlag erscheinenden Zeitschrift Wasser und Boden ist ein Artikel zum Burgseebericht eingereicht und angenommen, er befindet sich zur Zeit im Druck.
Weitere Veröffentlichungen zu den päläolimnologischen Untersuchungsergebnissen sind in Vorbereitung.


Fazit

Die theoretisch hergeleitete bzw. anhand von Desorptionsversuchen hochgerechnete Dauer bis zu einer ausreichenden P-Verarmung des Sedimentes ging von idealisierten Zeiträumen aus (lineare Abnahme), die aber in Wirklichkeit wesentlich länger dauern dürften. Somit scheint eine praktikable Durchführung der Maßnahme in der vorgegebenen Zeit nicht möglich.
Der vergleichsweise lange Zeitraum bis zum Eintreten einer Sedimentverarmung an Phosphor könnte durch den Eintrag über natürliche und anthropogene Quellen in den See ab einem bestimmten Punkt konterkariert werden.
Die erst bei Beginn der Maßnahme festgestellte hohe Abundanz benthischer Cyanobacterienkolonien von Aphanothece stagnina, die ein hohes P-Speicher-Potenzial beinhalten, das nicht steuer- und kontrollierbar ist, erschwert eine nachhaltige Behandlung des Flachwasserbereiches.
Der erste Therapieabschnitt, nämlich eine Verarmung der P-Menge im Wasserkörper und die Beseitigung des Monimolimnions zur Schaffung eines Konzentrationsgradienten Wasser-Sediment, wurde erst im Juni 2002 erreicht. Er hat einen wesentlich längeren Zeitraum in Anspruch genommen, als geplant war bzw. überschaut werden konnte. Für die Beantwortung der zweiten Fragestellung blieb somit keine Zeit mehr zur Verfügung. Zur Untersuchung der Fragestellung, ob und in welchem Umfang bzw. mit welcher Dynamik ein phosphorbelastetes Sediment nach einer Therapie des Wasserkörpers mit der Abgabe von P-Verbindungen reagiert, müssen wesentlich längere Zeiträume, als drei Jahre veranschlagt werden.
Bei zurückliegenden Untersuchungen aus den Jahren 2000 und 2001 des IGB wurde besonders das Sediment des Flachwasserbereiches als größter und die Trophie des Burgsees steuernder P-Pool erkannt.
Ein großer Teil liegt hier organisch gebunden vor, so dass eine ständige P-Quelle zum Wasserkörper hin bestehen wird. Durch den Einsatz einer PEA kann im Epilimnion die P-Konzentration nur gering gesenkt werden. Somit kann sich kein ausreichend großer Konzentrationsgradient zwischen Wasserkörper und Sedimentoberfläche ausbilden, der einen P-Flux in Richtung Wasser begünstigen würde.
Durch den polymiktischen Charakter der Flachwasserzone des Burgsees wird besonders nach Starkwind- und Sturmereignissen die obere Sedimentschicht aufgebrochen und im Wasserkörper verteilt. Somit kommt es zu P-Einträgen in die euphotische Zone und zu einer latenten internen Düngung. Sehr wahrscheinlich kommt es zusätzlich zu Freisetzungen von SRP aus dem freigelegten tieferliegenden Interstitial. Es bleibt im Falle des Burgsees ungeklärt, ob die beschriebenen Effekte mit einer PEA kontrolliert und der trophische Status des Sees mittelfristig gesenkt werden kann.
Die letzten Sedimentuntersuchungen des IGB Berlin vom Sommer 2002, die zeigen würden, ob eine Verarmung von P im Sediment bereits begonnen oder stattgefunden hat, sind noch nicht abgeschlossen.