Schadstoffströme im urbanen Wasserkreislauf - Aufkommen und Verteilung, insbesondere in den Abwasserentsorgungssystemen

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, das Aufkommen und die Verteilung von Stoffen im urbanen Wasserkreislauf, insbesondere in den Abwassersystemen in einer umfassenden Gesamtschau zu untersuchen und zu bewerten. Diese ganzheitliche Betrachtungsweise unterscheidet sich von den bisherigen Untersuchungen, die sich in der Regel auf einen Stoff oder auf einzelne Komponenten in diesem Kreislauf beziehen. Das untersuchte Stoffspektrum reicht von den herkömmlichen Abwasserparametern, wie dem Chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), bis hin zu „neuen“, vorwiegend organischen Verbindungen, die in der EG-Wasserrahmenrichtlinie als prioritäre Stoffe bzw. prioritäre gefährliche Stoffe aufgelistet sind. Eine Sichtung der verfügbaren Daten zeigt, dass die Kenntnisse über das Aufkommen und die Wirkung dieser Stoffe sehr lückenhaft sind. Es ist deshalb erforderlich und für die siedlungswasserwirtschaftliche Praxis dringlich, sich mit der Problematik der organischen Schadstoffe zu befassen und die wichtigsten Stoffströme im Abwassersystem zu analysieren. In einem ersten Schritt wird das Gesamtsystem des urbanen Wasserkreislaufs mit seinen naturräumlichen (z.B. Grundwasser) und abwassertechnischen Elementen (z.B. Kanalisation und Kläranlage) dargestellt. Um einen ersten Überblick zu gewinnen und eine geeignete Grundlage für die weitere Vorgehensweise zu erhalten, wird zunächst ein breites Spektrum von Stoffen, aufgeteilt nach anorganischen und organischen Substanzen, beschrieben. Als wichtige Folgerung für künftige Erhebungen ist aus dieser pauschalen Betrachtung abzuleiten, die Datenbasis durch weitere Messungen zu verbessern und die Messprogramme besser aufeinander abzustimmen. Darauf aufbauend werden in einer zweiten Stufe ausgewählte Stoffe bzw. Stoffgruppen, die aufgrund ihres Aufkommens und ihrer potenziellen Auswirkungen auf Fließgewässer als relevant einzuordnen sind, sog. Leitparameter, detailliert behandelt. Als Basis für die Auswahl dieser Leitparameter dienen zunächst die rechtlichen Regelungen, vor allem die der EG-Wasserrahmenrichtlinie. Als weitere Kriterien werden die mögliche toxische Wirkung der Stoffe, das signifikante Aufkommen in den Abwassermatrices und die Verfügbarkeit von Daten herangezogen. Eine erste Gruppe der Leitparameter umfasst bisher schon häufig im Abwassersystem untersuchte Stoffe bzw. Stoffgruppen: Feststoffparameter, die Summenparameter CSB und BSB, die Nährstoffe Stickstoff und Phosphor sowie die Schwermetalle Kupfer, Blei, Cadmium und Zink. Als charakteristisches Unterscheidungskriterium wird die Herkunft der Stoffe definiert, die eindeutig die Belastung der verschiedenen Matrices des Abwassersystems bestimmt. Während sich die aus dem Schmutzwasser stammenden („schmutzwasserbürtigen“) Verbindungen (z.B. EDTA) überwiegend im Kläranlagenablauf finden, sind die von der Oberfläche stammenden („oberflächenbürtigen“) Verbindungen (z.B. PAK) vor allem in den niederschlagsbedingten Abflüssen zu erwarten. Um in Erfahrung zu bringen, welche Reduktionssmaßnahmen geeignet sind, werden Überlegungen zur Verteilung dieser Stoffe in den Abwasserentsorgungssystemen angestellt. Mit Hilfe des Instruments der Schmutzfrachtsimulation werden für 32 ausgewählte Stoffe bzw. Sowohl die Zusammenstellung der theoretischen Grundlagen als auch die Ergebnisse der Simulation, die im Anhangsband wiedergegeben sind, zeigen erhebliche Unterschiede im Verhalten der verschiedenen Stoffe im Abwasserentsorgungssystem. Für 19 ausgewählte Stoffe bzw. Stoffgruppen, die als relevant gelten müssen, wird eine abschließende Einordnung und Bewertung vorgenommen. Maßgebend für das Aufkommen und die Verteilung im Abwassersystem sind die Kenngrößen: „vorwiegende Herkunft“, „Anteil des partikulären Transports“ und „Rückhalt in der Kläranlage“. Für jede Stoffgruppe werden Empfehlungen zur Verminderung der Gewässerbelastung ausgesprochen. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist, die Schadstoffpotenziale bereits an der Quelle zu verringern, gemäß der Forderung der EG-Wasserrahmenrichtlinie, Einleitungen, Emissionen und Verluste prioritärer gefährlicher Stoffe der EG-WRRL zu beenden oder schrittweise einzustellen. In einigen Szenarien konnte gezeigt werden, dass die wirkungsvollste Maßnahme zur Verminderung der Stoffeinträge in Gewässer die Erhöhung der Rückhalteleistung in der Kläranlage und der Regenentlastung ist, die mit bestimmten Techniken wie Membrananlagen, Aktivkohlefiltern und Bodenfiltern erreicht werden kann. Die Weiterentwicklung und der Einsatz moderner Technologien zur Abwasserreinigung und zur Regenwasserbehandlung bleiben damit wichtige Aufgaben für die Zukunft