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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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
Gesetzliche Rahmenbedingungen Mindestanforderungen an Einleitungen gemäß AbwV (Anhang 1)
Häusliches und kommunales Abwasser Gewässer
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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
Immission versus Emission
Kläranlage
Landwirtschaft
Regenwasserbehandlung
Anforderungen an die
Gewässerqualität
(WRRL, OGewV)
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Studienbereich/Absender
Immission versus Emission
Kläranlage
Landwirtschaft
Regenwasserbehandlung
Anforderungen an die
Gewässerqualität
(WRRL, OGewV)
Konzentrationswerte
Verhalten
Konzentrationen (UQN)
„Modellierte
Frachten“
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Studienbereich/Absender
Immission versus Emission
Kläranlage
Landwirtschaft
Regenwasserbehandlung
Anforderungen an die
Gewässerqualität
(WRRL, OGewV)
Konzentrationswerte
Verhalten
Konzentrationen (UQN)
„Modellierte
Frachten“
Vorbelastung
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Studienbereich/Absender
Immission versus Emission
Kläranlage
Landwirtschaft
Regenwasserbehandlung
Anforderungen an die
Gewässerqualität
(WRRL, OGewV)
Konzentrationswerte
Verhalten
Konzentrationen (UQN)
„Modellierte
Frachten“
Vorbelastung
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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
WRRLAllgemeine chemisch-physikalische Parameter (Anlage 8, Auszug, OGewV)
Bildquelle: OGewV, 2016
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Studienbereich/Absender
WRRLAllgemeine chemisch-physikalische Parameter (Anlage 8, Auszug, OGewV)
Bildquelle: OGewV, 2016
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Studienbereich/Absender
WRRLFlussgebietsspezifische Schadstoffe als Auszug aus der Anlage 6 der OGewV
(2016)
Bildquelle: OGewV, 6/2016
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Studienbereich/Absender
WRRLChemischer Zustand - Auszug nach Anlage 8, OGewV
Bildquelle: OGewV, 2016
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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
GewässerQualitätskriterien zur Gewässergüte
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.
Bildquelle: LfU, Bayern
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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Studienbereich/Absender
GewässerQualitätskriterien zur Gewässergüte
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
Bildquelle: LfU, Bayern
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Studienbereich/Absender
Immission versus Emission
Kläranlage
Landwirtschaft
Regenwasserbehandlung
Anforderungen an die
Gewässerqualität
(WRRL, OGewV)
Konzentrationswerte
Verhalten
Konzentrationen (UQN)
„Modellierte
Frachten“
Vorbelastung
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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
BeispielKläranlage mit 125.000 Einwohnerwerten (Größenklasse 5)
Abwasseranteil im Gewässer bei Niedrigmittelwasser ca. 85 %
Bildquelle: google maps
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Studienbereich/Absender
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
Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
Gewässerökologische StudieÜbliche, weitergehende Anforderungen der Standardparameter (KA)
Bildquelle: LUBW, 2015
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Studienbereich/Absender
Gewässerökologische StudieÜbliche, weitergehende Anforderungen der Standardparameter (KA)
Bildquelle: LUBW, 2015
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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
WRRL - UmsetzungÜbersicht Entwicklung der Pyrazol-Konzentration im Rhein
Bildquelle: LANUV, 25.10.2016, Folgebericht
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Studienbereich/Absender
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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Studienbereich/Absender
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.