Wasser- und Stoffströme

   
 
Flyer TP 03

TP 03:
Schadstoffdynamik und Toxikologie

Ziele

Ziele

Für die Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser sollten innovative Technologien und Landnutzungsformen erprobt und politisch-rechtliche Voraussetzungen für eine Umsetzung untersucht werden. Bei den Rieselfeldern im Norden Berlins handelt es sich um Flächen, die aufgrund ihrer früheren Nutzung eine hohe Schadstoffbelastung und gestörte Bodenstrukturen aufweisen. Hier wurde untersucht, ob durch eine Wiedervernässung die Mobilisierung der Schadstoffe verhindert und die Flächen zum Beispiel für den Anbau von Energiepflanzen oder Beweidung genutzt werden können.

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Vorgehensweise

Vorgehensweise

Im Teilprojekt 03 wurde gereinigtes Abwasser dem Bedarf entsprechend (ca. 7.000 m³/Tag) auf das Rieselfeld Hobrechtsfelde aufgeleitet. Durch Wassermanagement können extreme Witterungsereignisse hydraulisch gepuffert und Schadstoffausträge aus dem Rieselfeldboden vermindert werden. Um die Reinigungsleistung des „Makrosystems“ Land/Wasser im Einzugsgebiet zu bestimmen, wurden das Grund- , Schichten und Oberflächenwasser beprobt. Alle nach der EU-Wasserrahmenrichtlinie und der Oberflächengewässerverordnung relevanten Stoffe wurden mittels hoch-auflösender Massenspektrometrie (u.a. Non-Target-Analytik) gemessen und mit Hilfe ökotoxikologischer Tests bewertet. Als Ergebnis wurden "Empfehlungen zum Risiko-basierten Management der Verwendung von ge-
reinigtem Abwasser in der Landschaft" erarbeitet.

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Mitarbeiter

Teilprojektleitung

Regina Gnirß
Dr. Uwe Dünnbier
Berliner Wasserbetriebe (BWB)

 

Mitarbeiter(innen)

Fabian Hecht (FU Berlin)
Maria Redeker (BfG)
Elisabeth Richter (ECT)
Dr. Arne Wick (BfG)
Florian Wode (BWB)

 

Partner

Dr. Anja Coors (ECT)
Dr. Thomas Taute (FU Berlin)
PD Dr. Thomas Ternes (BfG)
Dr. Klaus Möller (UBB)


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Zentrale Ergebnisse

Schadstoffdynamik

Die Aufleitung hat sich als wichtig für die Stabilisierung des Wasserhaushalts der ehemaligen Rieselfelder Hobrechtsfelde erwiesen, das Grundwasser war pflanzenverfügbar und die drainierende Wirkung der alten Ableitgräben wurde gedämpft. Wasser wurde erfolgreich länger in der Landschaft gehalten und stand den Pflanzen zur Verfügung. Schwermetalle blieben erfolgreich fixiert, nur noch geringe Mengen waren im Grundwasser nachweisbar, diese stammen noch aus der Rieselfeldbewirtschaftung. Die Nährstoffe (Nitrat, Phosphat) des aufgeleiteten gereinigten Abwassers wurden abgebaut, das Redoxmilieu entlang der Grundwasserfließpfade war reduzierend. Persistente anthropogene Spurenstoffe wurden hauptsächlich verdünnt, Transformationsprodukte (Metabolite) wurden ebenfalls nachgewiesen. In den technischen Teichanlagen wurden photosensitive Spurenstoffe reduziert. Das betrachtete Lietzengrabensystem wies weitgehend effluente Bedingungen auf, außer an den Teichanlagen selbst, den nach NNE entgegen dem orogenen Gefälle fließenden Ableitgräben, den Engpässen in den Gräben und den aufgestauten Grabenübergängen, wo Influenz vorherrschte. Die technischen Teichanlagen infiltrierten 25 % (Teich 12, gedichtet) bis 30 % (Teich 11, ungedichtet) des aufgeleiteten Wassers in den oberen Grundwasserleiter.

 

Abbaupotenzial organischer Spurenstoffe

Das iodierte Röntgenkontrastmittel (RKM) Diatrizoat wird durch konventionelle biologische Abwasserbehandlung nicht entfernt. Unter anaeroben Bedingungen, wie sie z.B. in Hobrechtsfelde bei der Infiltration des gereinigten Abwassers aus Schönungsteichen ins Grundwasser vorliegen, kann Diatrizoat hingegen durch mikrobielle Transformation entfernt werden. Dabei entstehen bis zu sieben anaerobe Transformationsprodukte (TPs) (Redeker et al. 2014). Einige dieser TPs werden vermutlich unter aeroben Bedingungen weiter transformiert und möglicherweise sogar vollständig mineralisiert. Auch für andere Spurenstoffe wie z.B. Venlafaxin wurde eine mikrobielle Transformation unter anaeroben Bedingungen nachgewiesen. Ein Wechsel von aeroben und anaeroben Bedingungen kann das Spektrum an Spurenstoffen und Transformationsprodukten erhöhen, die sowohl in natürlichen Bodenpassagen als auch in technischen Feuchtgebieten entfernt werden (Rühmland et al. 2015).

Abbildung: Vereinfachte schematische Darstellung der möglichen mikrobiellen Transformation von Diatrizoat bei der Infiltration von gereinigtem Abwasser ins Grundwasser.

 

Ökotoxikologie

Es wurden ökotoxikologische Effekte sowohl im aquatischen (Klarwasser und Klarwasser-beeinflusste Oberflächengewässer und Grundwasser) als auch im terrestrischen (Abwasser- und Klarwasser-beeinflusster Boden) Kompartiment untersucht. Weiterhin standen die Ökotoxizität von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP), einem Produkt eines alternativen Verfahrens des Nährstoffrecyclings, sowie die des Anti-Schuppenmittels Climbazol im Fokus der Untersuchungen. Als ökotoxikologische Methoden wurde eine Testbatterie bestehend aus verschiedenen aquatischen und terrestrischen Standard-Labortests eingesetzt. Zur Simulation des Langzeitrisikos einer ca. 30jährigen Klarwasserbeaufschlagung wurde ein Durchfluss-Modellsystem mit Bodensäulen konstruiert und vor Ort an der Kläranlage betrieben.

Die Arbeiten zur Modellsubstanz Climbazol demonstrierten, dass Inhaltsstoffe von Kosmetika und Körperpflegeprodukten eine Ökotoxizität aufweisen können, die der von strukturverwandten Pflanzenschutzmitteln entspricht. Die Arbeiten zum MAP belegten eine Regenwurmtoxizität dieser Substanz, die der eines üblichen anorganischen Phosphatdüngers bei äquivalenter Aufwandmenge entspricht. Klarwasser zeigte reproduzierbar leicht phytotoxische Effekte, aber keine akut toxischen Effekte auf Wirbellose (Kleinkrebse) und Wirbeltiere (Fischembryos). Die phytotoxischen Effekte konnten reduziert werden durch eine Bodenpassage, in Abhängigkeit vom eingesetzten Boden. Die Kehrseite der weitergehenden Reinigung des Klarwassers durch Bodenpassage bestand in einer Belastung des Bodens mit abwasserbürtigen organischen Spurenschadstoffen und Metallen (insbesondere Zink). Zu ökotoxikologisch relevanten Effekten kam es aber erst nach langfristiger Beaufschlagung (Simulation von ca. 30 Jahren), kaum aber nach 3 Jahren realer Bewässerung. Es wurde weiterhin klar belegt, dass im Falle von vorbelasteten Böden eine (ökotoxikologisch messbare) Remobilisierung und Auswaschung von Schadstoffen, verbunden mit einer Gefahr für das Grundwasser, auftreten kann.

Für die Ausbringung von Klarwasser in der Landschaft sollte daher stets eine umfangreiche und fallspezifische Abwägung zwischen möglichen Vorteilen (z.B. geringere Belastung der Vorflut) und möglichen Nachteilen (Anreicherung von Schadstoffen in Böden) stattfinden. Untersuchungen mit Hilfe einer umfangreichen aquatischen und terrestrischen Testbatterie sind dabei ein wichtiger Bestandteil.