Projekt 06432/01

Mikrobiologische Sedimentelimination durch Sauerstoffzufuhr РBilanzierung von Biomasse, Sediment, Schad- und Nährstoffen

Projektträger

Institut f√ľr Umweltschutz KLS GmbH
Industriestr. 8
25421 PinnebergZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Verschlammung stehender Gew√§sser bereitet zunehmend Probleme. Alternativ zu konventionellen Entschlammungstechnologien werden biologische Verfahren angeboten. Die Untersuchung eines biologischen In-Situ-Verfahrens mit Sedimentbel√ľftung der Fa. BIOLOGIC GmbH & Co KG an dem Hamburger Regenr√ľckhaltebecken (RHB) Lohm√ľhlenteich liefert grundlegende Daten zur Wirksamkeit des Verfahrens und seinen √∂kologischen Auswirkungen. Zugleich wird die Wirksamkeit der vom Anbieter BIOLOGIC GmbH & Co KG angebotenen speziellen Bakterien-Kultur Typ HI-CLEAN untersucht. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas biologische Verfahren zur Sedimentelimination l√§uft √ľber zwei Jahre (1995, 1996) jeweils in den Zeitr√§umen Mai-Oktober. Um die gesteckten Ziele zu erreichen, wurde das RHB wegen seiner g√ľnstigen Morphologie und den chemisch-physikalischen Sedimentdaten (relativ hohe Schadstoff- und N√§hrstoffkonzentrationen, hoher Gl√ľhverlust und gro√üer Wassergehalt, Schlammauflagen >1m) als Versuchsgew√§sser ausgew√§hlt. F√ľr den Verfahrensvergleich a) Bel√ľftung des Wasserk√∂rpers und der Se-dimente und b) Bel√ľftung und Einsatz von zus√§tzlichen Bakterienkulturen wurde das Gew√§sser l√§ngs der Flie√ürichtung durch eine spezielle Trennwandkonstruktion in vergleichbare Bereiche (chemisch-physikalisch, Schlammst√§rke, zu- und abgef√ľhrte Wassermassen, Wassertiefe) aufgeteilt. In jedem Bereich wurde eine Verwirbelungs- und Bel√ľftungsanlage der Fa. BIOLOGIC eingesetzt. Die schwimmende Bel√ľftungseinheit rotiert auf einer Kreisbahn um eine fest verankerte Mittelstation und induziert √ľber einen elektrisch angetriebenen Propeller einen Wasser-Luft-Strahl, der die obersten Sedimentschichten aufwirbelt und gleichzeitig mit Luftsauerstoff anreichert. Konstruktionsbedingt verwirbeln die Bel√ľfter nur einen gewissen Bereich des Sediments. Daher erfolgte der Betrieb der Bel√ľfter nacheinander auf den Radien 5, 10 und 15 m. Um Auswirkungen der mikrobiellen Mineralisation der organischen Sedimentbe-standteile feststellen zu k√∂nnen, werden an den Sedimenten und im Wasser chemisch-physikalische und biologische Untersuchung durchgef√ľhrt (Methoden nach DIN/DEV). Zur Feststellung der Effizienz des Verfahrens wird die Abnahme des Sedimentvolumens durch Lotungen ermittelt. Ergebnisse und Diskussion W√§hrend der zwei Bel√ľftungsperioden in 1995 und 1996 wurde insgesamt eine Sedimentvolumenreduzierung von 300 m¬≥ erreicht. Die im Wasser und im Sediment ermittelten Daten lassen schlussfolgern, dass im wesentlichen die folgenden Effekte zur Volumenreduzierung beitragen: ¬∑ Abbau von Organik; ¬∑ Entw√§sserung von Sediment; ¬∑ Verfrachtung von Sediment in Kombination mit Abbau und Entw√§sserung. Der Abbau von Organik mit einhergehender Entw√§sserung stellt den Haupteffekt dar, wobei diese Vorg√§nge sowohl in dem Sediment ablaufen, das im direkten Einflussbereich der L√ľfter verbleibt, als auch im verfrachteten Material. Das Beimpfen mit den hier verwendeten speziellen Bakterienkulturen (HI-CLEAN) steigerte den Sedimentabbau nicht. Deutlich unterschiedliche Entwicklungen des beimpften und nicht beimpften Gew√§sserabschnitts waren weder bei den Sediment- noch bei den Wasserparametern erkennbar.W√§hrend der Bel√ľftung √§ndert sich die Sedimentzusammensetzung. Wassergehalt und Gl√ľhverlust nehmen ab und es kommt zu einer Abreicherung von Schwermetallen, die wahrscheinlich auf eine bevorzugte Verfrachtung von feinerem, also bezogen auf Kilogramm schwermetallhaltigerem, Sediment zur√ľckzuf√ľhren ist. Die Konzentration der N√§hrstoffe Phosphor und Stickstoff verringert sich ebenfalls signifikant, wobei dem Gew√§sser Stickstoff durch Denitrifikation entzogen wird, w√§hrend Phosphor aus dem Einflussbereich der Bel√ľfter √ľber die Aufnahme in Algen gleichm√§√üig im Gew√§sser verteilt werden kann. Im Wasserk√∂rper bewirkt die Bel√ľftung im Wesentlichen folgende Ver√§nderung: Der Sauerstoffgehalt wird im Gegensatz zu fr√ľheren Jahren und trotz der verst√§rkt ablaufenden Zehrungsprozesse auf einem f√ľr Fische ausreichend hohen Niveau gehalten. Der N√§hrstoffgehalt des Wassers steigt an, was sich in erh√∂hter Konzentration von Ortho-Phosphat, Gesamtphosphor, Ammonium und Nitrit widerspiegelt. Die Zunahme der Phosphorkonzentration intensiviert das Algenwachstum und damit die Bioproduktion und Sedimentneubildung im Gew√§sser. Ursache f√ľr den Anstieg der Ammonium- und Nitritkonzentration sind wahrscheinlich die verst√§rkt ablaufenden Nitrifikations-/Denitrifikationsprozesse. Eine L√∂sung von Schwermetallen aus dem Sediment ist bei Zink und Blei feststellbar. √Ėkologisch bedenkliche Werte werden allerdings nicht erreicht. Die Bel√ľftung f√ľhrt nicht zu einer nachweisbaren L√∂sung von organischen Schadstoffen (Polychlorierte Biphenyle und Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe). Die Ge-samtkeimzahlen, erfasst als koloniebildende Einheiten (KBE), lagen auf einem f√ľr eutrophe Flachgew√§sser √ľblichen Niveau (max.: 11500 KBE), w√§hrend die nitrifizierenden Bakterien nur in geringen Abundanzen vorkamen. Die Bioz√∂nosen von Phyto- und Zooplankton waren √ľber den gesamten Untersu-chungszeitraum stark entwickelt und wurden durch die Bel√ľftung nicht negativ beeintr√§chtigt. Im Phytoplankton dominierten Gr√ľnalgen (Chlorophyceae), Schlundgei√üler (Cryptophyceae) zeitweise auch Kieselalgen (Bacillariophyceae) und Blaualgen (Cyanophyceae). Beim Zooplankton dominierten Rotatorien (R√§dertiere) und planktische Kleinkrebse (Copepoden, Cladoceren). Die Besiedlung des Sediments war auf wenige Arten der Oligochaeten (W√ľrmer) und Chironomiden (M√ľckenlarven) beschr√§nkt und sehr gering. Positiver Nebeneffekt der Bel√ľftung war, dass das Gew√§sser im trockenen und hei√üen Sommer 1995 trotz der sauerstoffzehrenden Sedimentmengen, die sich im Gew√§sser befanden, nicht umgekippt war. Zu keinem Zeitpunkt kam es zu einem Fischsterben (im Gegensatz zu 1994); der Sauerstoffgehalt im Wasser war immer ausreichend hoch. Dieses war auch dann noch der Fall, als mit dem R√ľckgang der Algenbl√ľte eine zus√§tzliche Gew√§sserbelastung auftrat. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation ¬∑ Zwei Seminare vor Beh√∂rdenvertretern aus Schleswig Holstein und Hamburg ¬∑ Ver√∂ffentlichung (Zwischenbericht) bei der Fachzeitschrift WasserAbwasserPraxis (2/97) ¬∑ Einreichung einer Ver√∂ffentlichung (Endbericht) bei der Fachzeitschrift Wasser und Boden geplant Fazit Durch die Verwirbelung des Sediments und die gleichzeitige Sauerstoffzufuhr wird die organische Substanz abgebaut und das Sediment gleichzeitig entw√§ssert. Bei Einsatz dieser Methode in stark durchstr√∂mten Gew√§ssern muss beachtet werden, dass aufgewirbeltes Sediment und gel√∂ste Substanzen ausgetragen werden k√∂nnen. Die L√∂sung von N√§hrstoffen f√ľhrt zu einer Verst√§rkung des Algenwachstums und der Bioproduktion im Gew√§sser. Das Verfahren hatte keine wesentlichen Auswirkungen auf die Bioz√∂nose, wobei die Bel√ľftung den Sauerstoffgehalt trotz der ablaufenden Zehrungsprozesse auf einem f√ľr Fische ausreichend hohem Niveau h√§lt. Der Einsatz der hier verwendeten speziellen Bakterienkultur f√∂rdert die Abbauleistung nicht signifikant. Das Verfahren stellt eine wichtige Alternative zu den √ľblichen mechanischen Entschlammungsverfahren dar, wobei die Effektivit√§t durch verbesserte Bel√ľf-tungssysteme und eine gleichzeitige Phosphatf√§llung wahrscheinlich noch erheblich gesteigert werden kann.

√úbersicht

Telefon

04101/75959

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Bundesland

Hamburg

Fördersumme

97.789,17 ‚ā¨

Förderzeitraum

30.12.1994 - 04.12.1997