Stephan Fuchs, Tobias Morck, Maria Kaiser, Snezhina Toshovski

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1 Stephan Fuchs, Tobias Morck, Maria Kaiser, Snezhina Toshovski
MONITORING-PROGRAMM DER BUNDESLÄNDER - EINTRAG PRIORITÄRER STOFFE AUS DEM SIEDLUNGSRAUM Stephan Fuchs, Tobias Morck, Maria Kaiser, Snezhina Toshovski Dr. Ing Stephan Fuchs Karlsruher Institut für Technologie Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Fachbereich Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft In Kooperation mit: DVWG-Technologiezentrum Wasser (TZW) Bioplan Landeskulturgesellschaft Gefördert und begleitet durch die Bundesländer Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

2 Prioritäre Stoffe Umweltqualitätsziele Bestandsaufnahme (2013, 2019)
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Schwermetalle Benzo(a)pyren, Benzo(b)-fluoranthen, Benzo(g,h,i)-perylen, Benzo(k)fluoranthen, Indeno(1,2,3-cd)pyren, Fluoranthen, Anthracen, Naphthalin Nickel, Blei, Cadmium, Quecksilber Industriechemikalien Pflanzenschutzmittel, Biozide Pentachlorphenol, Benzol, Perfluoroktansulfonsäure, Bromierte Diphenylether, C10-13-Chloralkane, Diethylhexylphthalat, Nonylphenole, Octylphenole, Tributylzinn, Dioxine, Hexabromcyclododecane Alachlor, Chlorfenvinphos, Aclonifen, Bifenox, Cybutryn, Cypermethrin, Dichlorvos, Terbutryn, Atrazin, Chlorpyrifos, Diuron, Endosulfan, Hexachlorcyclohexan, Isoproturon, Simazin, Trifluralin, Dicofol, Quinoxyfen, Heptachlor /-oxid Zwischenprodukte Hexachlorbenzol, Hexachlorbutadien, Pentachlorbenzol, Trichlorbenzole Umweltqualitätsziele Bestandsaufnahme (2013, 2019) Maßnahmen Lösungsmittel Dichlormethan, 1,2Dichlorethan, Trichlormethan Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

3 Quecksilbereinträge in Deutschland Stand 2010 (2.660 kg/a)
Donau Rhein Maas Ems Weser Elbe Oder Eider Trave War- now DE 0% 20% 40% 60% 80% 100% Anteil am Gesamteintrag UQN-Biota für Quecksilber (Fisch: 20 µg/kg Nassgewicht) nahezu flächendecken überschritten Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

4 Quecksilber Ablaufkonzentrationen kommunaler Kläranlagen
Jahresabwassermenge 9.390 Mio. m3/a  Cab-Hg 0,1 in µg/l 0,002 in µg/l Fracht in kg/a Anteil Kommunale Kläranlagen 939 35% 19 1% Industrielle Direkteinleiter 131 5% 7% Altbergbau 10,2 < 1% Urbane Systeme 401 15% 23% Dainagen 350 13% 20% Grundwasser 320 12% 18% Erosion 297 11% 17% Oberflächenabfluss 153 6% 9% Atmosphärische Deposition 66 2% 4% Summe 2.667 100% 1.747 Länder-Abfrage 2005: 0,1 µg/l (Dominanz der Werte < BG von 0,2 µg/l) Auswertung Datenbank der Länder: 0,06 - 0,1 µg/l (n = 4.449, BG = 0,0001 bis 0,2 µg/l, 9 % > BG) Rückgerechnet aus Klärschlammgehalten: 0,01 µg/l (C_KS = 1 mg/kg TS, C_TS = 10 mg/l) Sondermessprogramm Hessen ( ): 0,002 µg/l (BG 0,002 µg/l, Werte > BG 45 %) Hauptquellen für Hg: Altsedimente in Flüssen Kohle und Müllverbrennung Daten der Länder: Einleiterüberwachung, Abwasserabgabe, Sondermessprogramme Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

5 Relevanz der Stoffeinträge aus der Siedlungsentwässerung
Anteil am Gesamteintrag Frachtanteile über den Ablauf kommunaler Kläranlagen 5 % bis 70 % Frachtanteile über den Ablauf kommunaler Kläranlagen und Kanalisationssysteme 10 % bis 100 % Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

6 Vorhabensziele Bereitstellung valider, mittlerer Konzentrationen für relevante prioritäre Stoffe im Ablauf kommunaler Kläranlagen Prüfung räumlicher oder technischer Differenzierungsmöglichkeiten und ggf. Bereitstellung spezifischer Emissionsfaktoren Technischer Standard der Anlage Schwerpunktnutzung der Einzugsbiete Art des Entwässerungssystems …. Der Stoff ist für das Nichterreichen des guten chemischen Zustands in mindestens einem Wasserkörper verantwortlich. Die Konzentration eines Stoffes liegt in mehr als einem Wasserkörper über der Hälfte der UQN. (2) Die Überwachungsergebnisse zeigen einen steigenden Trend der Konzentration, der zu Problemen im folgenden Zyklus der Bewirtschaftungsplanung für die Flusseinzugsgebiete führen kann. Daten aus dem PRTR ergeben Freisetzungen, die zu Konzentrationen nach den obigen Kriterien führen könnten. Es gibt zu Einträgen in die FGE führende bekannte Quellen und Aktivitäten, die Konzentrationen nach den obigen Kriterien verursachen könnten. Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

7 Zweistufiges Konzept Erste Stufe von 2011 bis 2013
3 Anlagen Methodenentwicklung und -etablierung Erzeugung eigener Messdaten als Interpretationshilfe Zweite Stufe seit Mai 2017 49 Anlagen, repräsentativ über Deutschland verteilt Erweiterung und Validierung der bestehenden Datenbasis Berücksichtigung von Regenüberlauf- und Regenklärbecken (5 Anlagen) Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

8 Untersuchungsansatz Standarduntersuchung
Kläranlagenablauf 7 Tage Mischprobe aus 24 h Mischprobe Gefrierkonservierung Begleitparameter NH4-N und NO3-N Detailuntersuchung (5 Standorte) Zulaufproben als 7 Tage Mischproben Primär- und Überschussschlamm Begleitparameter LF, KS4,3, AFS, CSB, TOC NH4-N, NO2-N, NO3-N, TNb, Pgel, Pges, Fe Regenbecken Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

9 Probenahme, Versand, Aufbereitung
24 Stunden Mischprobe mit Ablaufprobenehmer der Kläranlage in 10 L-Edelstahlgefäß Homogenisieren 1 L Teilprobe in Tiefkühltruhe -18 °C für Begleitparameter 1 L Teilprobe in Tiefkühltruhe -18 °C für Schadstoffanalytik 7 Tage Mischproben in 10 L-Edelstahlgefäß 7 Tage Mischproben in 10 L-Edelstahlgefäß Probenversand Probenversand Probeaufbereitung im Labor Probeaufbereitung im Labor Analytik Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

10 Parameterspektrum MONITORING-PROGRAMM DER BUNDESLÄNDER
BIOZID-VORHABEN DES BUNDES Schwer-metalle Pflanzenschutzmittel/ Biozide Industrie-chemikalien Sonstige Blei Isoproturon Diuron Perfluoroktan-sulfonsäure Nonyl-phenol Nickel Atrazin Cyper-methrin Hexabrom-cyclododecan Oktyl-phenol Cadmium Aclonifen Dichlorvos DEHP Quecksilber Bifenox Cybutryn PAK16 Quinoxyfen Terbutryn Dicofol Heptachlor Hepta-chlorepoxid Desinfektions-mittel Schutzmittel Schädlingsbe-kämpfungsmittel 1,2- Benziso-thiazolin 2-Amino-benzimidazol Brodifacoum Triclosan Carbendazim Difethialon Methyl-Triclosan Permethrin-säure Diethyltoluamide (DEET) Diclosan Permethrin Imidacloprid Methyl-Diclosan Octhilinon Prallethrin Imazalil Propiconazol Tebuconazol Thiabendazol 1,2,4-Triazol Biozid Terbutryn, Schwerpunkt über den Niederschlagsabfluss in die Kläranlagen ein­getragen, Rückhaltegrade schwanken zwischen 23 % und 80 %, in Deutschland nicht als Pflanzenschutzmittel zugelassen DEHP ubiquitäres Eintragsmuster wird gut in den Klär­anlagen zurückgehalten, Weich-PVC 20-80% DEHP, in Weich-PVC chemisch nicht fest gebunden. Durch ausgasen oder bei Kontakt mit Flüssigkeiten oder Fett wird DEHP herausgelöst und gelangt in die Umwelt. Dort bindet es bevorzugt an Partikel und kann so in der Luft über weite Strecken transportiert werden. DEHP ist in Böden und Sedimenten persistent und besitzt ein hohes Bioakkumulationspotenzial. Nonylphenol in die Kläranlage dem Schmutzwasserzufluss. 4-iso-Nonylphenol mittlere Rückhaltegrad von 73 % weist auf einen sehr guten Rückhalt hin. Seit 2012 in derEUreglementiert, Haupteintrag über von Textilen Import Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

11 Variabilität der DEHP-Konzentrationen im Untersuchungszeitraum
Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

12 Größenklassenspezifische mittlere Ablaufkonzentrationen
DEHP in µg/l Terbutryn in µg/l n = 335 n = 203 n = 26 n = 318 n = 196 n = 25 n = 27 n = 33 DEHP BG = 0,1 Terbutryn BG = 0,01 Für ubiquitäre Stoffe mit gutem Rückhalt in der Kläranlage keine Größenklassenabhängigkeit Für Stoffe mit einem Hauptherkunftsbereich und eher geringem Rückhalt in der Kläranlage höhere Ablaufkonzentrationen in den großen Anlagen Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

13 Landnutzungsspezifische mittlere Ablaufkonzentrationen
Terbutryn in µg/l DEHP in µg/l n = 41 n = 43 n = 46 n = 50 DEHP BG = 0,1 Terbutryn BG = 0,01 Unabhängig vom Herkunftsbereich und dem in den Anlagen erreichbaren Stoffrückhalt besteht ein Zusammenhang zwischen Urbanisierungsgrad und Ablaufkonzentration Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

14 Vergleich Misch- und Trennsystem
0,05 0,15 0,25 0,35 4-iso-Nonylphjenol in µg/l 4-iso-Nonylphenol in µg/l 0,02 0,04 0,08 Terbutryn in µg/l 0,06 0,10 0,12 n = 41 n = 42 n = 41 n = 41 n = 42 n = 42 4-iso-Nonylphenol 0,04 µg/L Terbutryn deutlicher Unterschied zwischen Misch- und Trennsystem, schlechterer Rückhalt in Mischsystemanlagen, fehlende Quelle im Trennsystem Nonylphenol kein Unterschied zwischen Misch- und Trennsystem, Verdünnung bei Mischwasserzufluss Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

15 Vergleich mit den Daten der ersten Bestandsaufnahme
Konzentration in µg/l DEHP Cadmium Quecksilber Naphthalin Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /

16 Zusammenfassung und Ausblick
Stand des Vorhabens Vorhaben befindet sich etwa auf halber Strecke Wesentliche Befunde Datenbestand zeigt parameterabhängig Zusammenhänge zur Ableitung differenzierter Emissionsfaktoren Zusammenhänge in Bezug auf Größenklasse, Urbanisierung, Art des Entwässerungssystems Nächste Schritte Intensivierung der Datenauswertung Kläranlagenscharfe Analysen, Notwendigkeit von Einzelfallbetrachtungen Zusammenführung mit weiteren Datenpools Gesamtbedeutung des Vorhaben Validere Quantifizierung der gegebenen Einträge als Grundlage der Maßnahmenentwicklung Beispielgebende Harmonisierung mit mehrfacher wirtschaftlicher Bedeutung Monitoring-Programm der Bundesländer / Fuchs et al. /