Ableitung von Emissionswerten zur Einhaltung von ... · Ist ein umfassendes, modernes Gesetz zum Schutz aller Gewässer vor ... Zwei NOEC`s für Arten aus zwei verschiedenen Trophiestufen

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Studienbereich/Absender

Ableitung von Emissionswerten zur Einhaltung von Immissionszielen

beim Gewässerschutz

Prof. Dr.-Ing. Peter Baumann, Hochschule für Technik Stuttgart

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Historie

Death rows on the Thames, claiming the lives of victims who have not paid to have the river cleaned up,

during the “Great Stink”

The Silent Highwayman“ Punch Magazine, Volume 35 - Page 137; 10 July 1858, Bildquelle (This copy): City and Water Blog

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HistorieBeseitigung der Gewässerverschmutzung

Bis Ende des 20. Jahrhunderts in der Regel

emissionsorientiert

Erkennen der Probleme im Gewässer

Gewässergüteziele

biologisch orientiert

Anpassung der Auflagen für die

Einleitung in ein Gewässer

Kläranlagen - größenbasiert

Abwasser-RahmenVwV (1991)

EU-Richtlinie (91/271/EWG)

empfindliche Gewässer

nicht empfindliche Gewässer

Seltener gewässerorientiert

Bodenseerichtlinie (1985 / 2005)

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Gesetzliche Rahmenbedingungen Mindestanforderungen an Einleitungen gemäß AbwV (Anhang 1)

Häusliches und kommunales Abwasser Gewässer

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GewässerEU - Wasserrahmenrichtlinie (2000/60)

Wasser ist keine übliche Handelsware, sondern ein ererbtes Gut, das verteidigt, geschützt und

entsprechend behandelt werden muss.“

Die EU WRRL:

Ist ein umfassendes, modernes Gesetz zum Schutz aller Gewässer vor

Beeinträchtigung durch den Menschen auf der Ebene von Flussgebieten

und verbindet chemisch-physikalische, biologische und morphologische

Aspekte des Gewässerschutzes. Schutz der Wasserqualität ist eine

Aufgabe der öffentlichen Verwaltung. Das Ziel ist die Herstellung bzw.

Erhaltung des „guten“ Zustandes aller Gewässer bis 2015 (2027) im

gesamten Gebiet der EU.

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WRRLKombinierter Ansatz - EU - Wasserrahmenrichtlinie (2000/60)

Immissionsprinzip Gewässerschutz basierend auf

Qualitätszielen für die Gewässer

Emissionsprinzip Basieren auf Emissionsbegrenzungen

für Einleiter (Festlegung nach Stand der Technik)

Einleiter

Kombinierter Ansatz

Gewässer

EmissionsprinzipImmissionsprinzip

Verbindet Emissionsbegrenzungen mit Qualitätszielen für GewässerErmöglicht einen erhöhten Standard im Gewässerschutz

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WRRLKombinierter Ansatz - EU - Wasserrahmenrichtlinie (2000/60)

Immissionsprinzip Gewässerschutz basierend auf

Qualitätszielen für die Gewässer

Emissionsprinzip Basieren auf Emissionsbegrenzungen

für Einleiter (Festlegung nach Stand der Technik)

Einleiter

Kombinierter Ansatz

Gewässer

EmissionsprinzipImmissionsprinzip

Verbindet Emissionsbegrenzungen mit Qualitätszielen für GewässerErmöglicht einen erhöhten Standard im Gewässerschutz

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WRRL - UmsetzungMonitoring – Programme (Artikel 5 und 8)

Flächendeckend untersuchen und bewerten

Defizite identifizieren

Maßnahmenprogramme (Artikel 11) aufstellen und umsetzen nach Flussgebieten getrennt (Artikel 3)

Bewirtschaftungszyklen (Artikel 13)

Berichtswesen (Artikel 18)

Bildquelle: UM BaWü, 2016

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WRRL - UmsetzungMonitoring – Programme (Artikel 5 und 8)

Flächendeckend untersuchen und bewerten

Defizite identifizieren

Maßnahmenprogramme (Artikel 11) aufstellen und umsetzen nach Flussgebieten getrennt (Artikel 3)

Bewirtschaftungszyklen (Artikel 13)

Berichtswesen (Artikel 18)

Bildquelle: UM BaWü, 2016

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EintragspfadeBildquelle: Dominguez et al, aqua & gas (1/2016)

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Immission versus Emission

Kläranlage

Landwirtschaft

Regenwasserbehandlung

Anforderungen an die

Gewässerqualität

(WRRL, OGewV)

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Kläranlage

Landwirtschaft



Gewässerqualität

(WRRL, OGewV)

Konzentrationswerte

Verhalten

Konzentrationen (UQN)

„Modellierte

Frachten“

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Kläranlage

Landwirtschaft



Gewässerqualität

(WRRL, OGewV)

Konzentrationswerte

Verhalten


„Modellierte

Frachten“

Vorbelastung

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Kläranlage

Landwirtschaft



Gewässerqualität

(WRRL, OGewV)

Konzentrationswerte

Verhalten


„Modellierte

Frachten“

Vorbelastung

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WRRL und Umsetzung OGewVDefinition von Umweltqualitätsnormen (UQN)

Allgemeine chemisch-physikalische Parameter Anlage 8 – 12 Stück

Flussgebietsspezifische Schadstoffe Anlage 6 der OGewV – 67 Stück

Stoffe für den Chemische Zustand Anlage 8 der OGewV – 46 Stück

Summe: 113 Einzelstoffe außerhalb der üblichen Summenparameter / Einzelparameter

Ständige Fortentwicklung auf europäischer Ebene

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WRRLAllgemeine chemisch-physikalische Parameter (Anlage 8, Auszug, OGewV)

Bildquelle: OGewV, 2016

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WRRLAllgemeine chemisch-physikalische Parameter (Anlage 8, Auszug, OGewV)


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WRRLFlussgebietsspezifische Schadstoffe als Auszug aus der Anlage 6 der OGewV

(2016)

Bildquelle: OGewV, 6/2016

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WRRLChemischer Zustand - Auszug nach Anlage 8, OGewV


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WRRL - GrundwasserChemischer Zustand Qualitätsnormen und Schwellenwerte nach GrwV (2010)

Bildquelle: UBA, 11/2013

Chemical Abstracts Service, Internationale

Registrierungsnummer für chemische Stoffe

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GewässerQualitätskriterien zur Gewässergüte

Schutzgut „Trinkwasser“

Schutzgut „Fischerei“

Schutzgut „Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen“

Schutzgut „Schwebstoffe und Sedimente“

Schutzgut „aquatische Lebensgemeinschaft“

Basis: ökotoxikologische Untersuchungen an Bakterien, Grünalgen,

Kleinkrebsen und Fischen

Testverfahren: längerfristige Exposition keine beobachtbare Wirkung

(no observed effect concentration, NOEC)

Zielvorgabe: oft 1/10 des niedrigsten NOEC-Wertes (Ausgleich der

Übertragung von Labor auf reale Gewässerverhältnisse) = PNEC

(predicted no effect concentration)

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Bildquelle: LfU, Bayern

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L(E)C50 ist die in einem akuten Toxizitätstest ermittelte Stoffkonzentration, bei

der 50% der Testtiere getötet (L = lethal) bzw. durch einen nachteiligen Effekt

(E = effect) gesundheitlich geschädigt werden.


Verfügbare Testergebnisse Sicherheitsfaktor

Mindestens ein akuter Test L(E)C50 für jede der drei

Trophiestufen Alge, Daphnie und Fisch

1000

Ein NOEC aus einem chronischen Test (Fisch oder Daphnei) 100

Zwei NOEC`s für Arten aus zwei verschiedenen Trophiestufen 50

NOEC`s für mindestens drei Arten aus allen der Trophiestufen 10

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Beispiel: Harnstoff-Derivat Isoproturon (Herbizid im Ackerbau). Nach den für

Isoproturon vorliegenden Datenblättern zur aquatischen Risikobewertung

konnten für die Standardtrophiestufen der aquatischen Nahrungskette die

folgenden chronischen Toxizitätswerte ermittelt werden:

• Sekundärkonsumenten: NOEC (Fisch: Regenbogenforelle) = 1 mg/l

• Primärkonsumenten: NOEC (Flohkrebs: Daphnia magna) = 0,12 mg/l

• Produzenten: NOEC (Grünalge: Scenedesmus) = 0,0032 mg/l

Erwartungsgemäß erweisen sich Grünalgen am empfindlichsten gegenüber

dem photosynthesehemmenden Isoproturon. Da chronische NOEC-Werte für

alle drei Trophiestufen zur Verfügung stehen, ist ein Sicherheitsfaktor von 10

ausreichend, der auf den niedrigsten Wert bei den Grünalgen anzuwenden ist.

eine aquatische PNEC von 0,32 μg/l


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Kläranlage

Landwirtschaft



Gewässerqualität

(WRRL, OGewV)

Konzentrationswerte

Verhalten


„Modellierte

Frachten“

Vorbelastung

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AusgangspositionAnforderungen der WRRL ./.–

umgesetzt in Deutschland durch…

Grundwasserverordnung (2010)

Oberflächengewässerverordnung

(Neufassung 2016)

Chemisch-physikalische Parameter Biologische Komponenten Flussgebietsspezifische Schadstoffe …

Jahresmittelwerte (JD) Abgeleitet aus

Schutzgutbetrachtungen mit Sicherheiten

Kläranlagen – AbwV (1997) BSB5, CSB, NH4-N, Nanorg und Pges

Mindestanforderungen

Qualifizierte Stichprobe (8 Min)

Bemessung -Regenwasserbehandlung ATV-A 128 (1992) ergänzend DWA-A-102 (2017)

Kläranlagen ATV-A 131 (1991) ATV-DVWK-A 131 (2000) DWA-A 131 (2016)

Wasserrechtlichen Erlaubnis für die einzelne

Anlage (befristet/unbefristet)

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ZwischenfazitDynamische Entwicklung von Umweltqualitätsanforderungen für

Gewässer auf Europäischer Ebene

Umsetzung in Deutschland unter Ausnutzung der Fristen

Emittenten:

Punktquelle - Kläranlage (sehr gut überwacht)

Punktquelle - Regenwasserbehandlung (Inhaltsstoffe nicht überwacht,

Wassermengen kaum bekannt)

Anwendung des Standes der Technik ausreichend

Schmutzfrachtsimulation auf CSB-Basis

Punktquellen – Bemessungsregeln sehr langlebig…

Diffuse Quelle – Landwirtschaft

Einführung von Schutzzonen (Wasserschutzgebiet,

Gewässerrandstreifen)

Regeln und Hinweise

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Rahmenbedingungen für MaßnahmenHerkunft der Emissionen

Sauerstoffzehrende Stoffe (CSB, BSB5, NH4-N und Feststoffe)

Nährstoffe (Stickstoff – als Nitrat-N und Phosphor)

Sonstige Schadstoffe

Gefährliche Stoffe

Einzelchemikalien

Medikamente

Flammschutzmittel

……

Verdünnungswirkung des Gewässers

Einhaltung von Konzentrationen im Gewässer

Um so schwieriger, je höher der Anteil «Abwasser / Gewässer»

Unterschiedliche Maßnahmenpakete

mit sehr unterschiedlichem Investitions- und Betriebskosten

Bildquelle: WBW und LUBW, 2015

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BeispielKläranlage mit 125.000 Einwohnerwerten (Größenklasse 5)

Abwasseranteil im Gewässer bei Niedrigmittelwasser ca. 85 %

Bildquelle: google maps

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BeispielKläranlage mit 125.000 E

Abwasseranteil im Gewässer bei Niedrigmittelwasser ca. 85 %

Bildquelle: WBW und LUBW, 2015

OGewV

Pges

AbwV – Mindest-

anforderungen

DWA-A 131 -

Bemessung

Avisierter

Emissionswert

0,1 mg/l -

Jahresdurchschnitt

1 mg/l –

qualifizierte

Stichprobe

- 0,15 mg/l –

Jahresmittelwert

OGewV

NH4-N

AbwV DWA-A 131 Avisierter

Emissionswert

0,1 mg/l -

Jahresdurchschnitt

10 mg/l –

qualifizierte

Stichprobe

Bemessung bis 5

mg/l –

qualifizierte

Stichprobe

3 mg/l –

qualifizierte

Stichprobe

GS – UMW – 6 von 12 - Prof. Dr. Baumann, 15.03.2016 34


AblaufWasserrechtliche Erlaubnis

Beurteilung der Situation Gewässer

Stoffeinträge

Kläranlage

Leistungsverhalten

Beteiligte: Technische Fachbehörde

Landratsamt LRA

RP für KA > 100.000 E

Betreiber

Betrieb/Verwaltung

Ingenieurbüro/Fachberater

Gewässerökologe

Bildquelle: LUBW, 2015

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Gewässerökologische StudieFachgutachter

Vereinbarkeit von gewässerspezifischen Anforderungen mit

Rahmenbedingungen der Einleitungen(en) Zusammenstellen und Bewerten der Grundlagendaten (Anhang 1 – Leitfaden)

Erfassen und Bewerten der biologischen Qualitätskomponenten

Erfassen und Bewerten der physikalisch-chemischen und chemischen

Parameter

Betrachtung der Einhaltung der Immissionswerte nach OGewV

Gutachterliche Empfehlung

Gewässerverträgliche Ablaufwerte und Randbedingungen

Temperatur

Wasserführung / Jahreszeit

NH4-N, NO2-N, Pges, CSB, BSB5, AFS und flussgebietsspezifische

Schadstoffe

bei Berücksichtigung der Vorbelastungssituation

Sonstige Empfehlungen (RW-Behandlung, Gewässer..)

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Gewässerökologische StudieÜbliche, weitergehende Anforderungen der Standardparameter (KA)


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Gewässerökologische StudieÜbliche, weitergehende Anforderungen der Standardparameter (KA)


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Umgang mit Vielzahl der Schadstoffe

Drei Ansätze:

Bisher weiterhin Beschränkung auf Standardparameter (wie schon seit 1990)

und abwarten der finalen Ergebnisse der Umsetzung der Maßnahmen zur

Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (frühestens 2027)

Zur Zeit : Linie des Bundes

Setzen auf freiwillige Maßnahmen der Kläranlagenbetreiber (auch mit

Fördergeld 4. Reinigungsstufe), Industriebetrieben und der Landwirtschaft

Zur Zeit: Linie des Landes Baden-Württemberg

Sorgfältiges Monitoring des Gewässers (Lokale) Überschreitung einer UQN

für spezifische Schadstoffe als gesetzliche Grundlage für Handlungsbedarf mit

einer 4. Reinigungsstufe (Aktivkohle / Ozon)

Zur Zeit: Linie des Landes Nordrhein-Westfalen

(Ansätze der WRRL zu hoch…mit der Zeit ändern ?)

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Umgang mit Vielzahl der Schadstoffe4. Reinigungsstufe mit Aktivkohle oder Ozon an Kläranlagen

Grundsätzliche Forderung ??

Mischung aus Größenklasse (Emissionsprinzip) und Gewässerbezug

Überwachung mittels Indikatorsubstanzen (5 – 8 Stück, 80%-

Elimination)

Schrotflinte

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Absehbare ProblemstellungenProblemfall Pyrazol im Rhein

Mitte August 2015 werden in Arnheim/NL erhöhte Pyrazolwerte im Rheingefunden (7 – 8 µg/l, später bis 13 µg/l)

Das Landesumweltamt (LANUV) ermittelt das Petrochemie-UnternehmenIneos als Einleiter

Es gibt bisher keinen Grenzwert für Pyrazol noch ist dies in derEinleitungserlaubnis benannt

Das angefragte Umweltbundesamt schlägt einen Grenzwert von 3,0 µg/l vor.Herkunft: „Gesundheitlicher Orientierungswert bei lebenslangerAufnahme“, kurz GOW. Weitere Studien werden beauftragt.

Das Unternehmen: Vorliegende Daten zur Wirkung aufWasserorganismen wie Fische, Daphnien, Algen etc. für Pyrazol liegenmindestens im Bereich von zwei- bis vierstelligen Milligramm pro Liter. EineGefährdung für die Wasserlebewesen des Rheins ist bei der gemessenenPyrazolkonzentration nicht zu erwarten

Quelle: Westdeutsche Zeitung, 25.09.2016

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WRRL - UmsetzungProblemfall Pyrazol im Rhein (II)

Mit Bekanntwerden der Trinkwasserrelevanz von Pyrazol hat INEOS„unverzüglich“ Maßnahmen zu dessen Reduzierung im Abwasser eingeleitet(Produktionsumstellungen).

LANUV setzt Frist: bis Ende Oktober 2015 muss Ineos konkrete Maßnahmennachweisen, um die Pyrazol-Fracht im Rhein zu reduzieren. Dann soll einfester Grenzwert festgelegt werden, dessen Einhaltung das Unternehmenüberwachen und sicherstellen muss.

Als Zwischenlösung soll ab November 2015 eine Aktivkohleanlage gebaut

werden. Ab 2017 (4. Quartal) soll dann eine neue

Abwasserbehandlungsanlage mit Ozon bei Ineos laufen.

Durch den mittlerweile gestiegenen Rheinpegel und den damit verbundenen

höheren Abfluss ist das Pyrazol im Rhein derzeit stärker verdünnt.

Bildquelle: Westdeutsche Zeitung, 25.09.2016 / 13.10.2016

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WRRL - UmsetzungÜbersicht Entwicklung der Pyrazol-Konzentration im Rhein

Bildquelle: LANUV, 25.10.2016, Folgebericht

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ZusammenfassungEuropäische Wasserrahmenrichtlinie hat erstmals stringent die

gesetzlich notwendige Betrachtung der Gewässerqualität bei

Emissionsanforderungen eingebracht (kombinierter Ansatz)

Umfängliche Monitoring-Programme waren und sind die Folge.

Die Einführung von Vorsorgewerten bei einer Vielzahl von Einzelstoffen

und bei Betrachtung unterschiedlicher Schutzgüter kann insbesondere

bei hohen Abwasseranteilen im Gewässer die Emissionsstandards

signifikant herabsetzen

Der Wasserrechtliche Vollzug ist eher (zu Recht) abwartend und kann

nur auf der Basis gesicherter gesetzlicher Grundlagen tätig werden. Die

Mixtur an Einleitern und die Vielzahl von UQN erschwert die Festlegung

von Emissionswerten.

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ZusammenfassungDie sachgerechte Ermittlung und Anpassung von Vorsorgewerten (als

auch akuten Handlungswerten?) für den Gewässerschutz ist eine

absehbare Daueraufgabe und noch nicht abschließend gelöst.

Eine Teil-Lösung kann die – ab einer gewissen Größenordnung -

flächendeckende Einführung einer vierten Reinigungsstufe als

«Multilösung» sein, ohne sicherstellen zu können, dass alle

Vorsorgewerte im Gewässer auch eingehalten werden können.

Möglicherweise wird hier eine Abkehr vom lokalen Immissionsprinzip

eingeleitet, hoher finanzieller Einsatz geleistet- aber ohne das Ziel der

WRRL zu erreichen.

Der finanzielle Aufwand mit bis zu 25 Cent/m3 Abwassergebühr

erscheint tragbar (ca. 25 €/a für einen 4-Personehaushalt) – trotzdem

natürlich politisch eine große Herausforderung.

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Gewässerschutz in Deutschland - es bleibt spannend !

airclip.de

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