DD300379A7

DD300379A7 - Verfahren zur Sanierung von Binnenseon

Info

Publication number: DD300379A7
Application number: DD332377A
Authority: DD
Inventors: Helmut Klapper; Klaus Bahr; Walter Jahnke
Original assignee: Wasserwirtschaftsdirektion Unt
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1992-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Binnenseen, die in den letzten Jahrzehnten eutrophiert und in ihrer Nutzbarkeit beeinträchtigt wurden. Erfindungsgemäß wird das unter den nährstoffreicheren Jungsedimenten lagernde nährstoffärmere Altsediment gewonnen und in einer Schichtdicke von mindestens 5 mm über den gesamten Seeboden verteilt auf die Jungsedimente aufgebracht. Die Altsedimente müssen ein um mindestens 50% höheres Phosphatbindevermögen als die Jungsedimente aufweisen. Als Abdeckmaterial eignen sich insbesondere die als Folge der natürlichen Kalzitfällung im Gewässer abgelagerte Seekreide, aber auch ton- oder eisenhaltige Ablagerungen. Zur Gewinnung der Altsedimente wird vorzugsweise das Spülbohrverfahren eingesetzt. Die Bohrungen werden so ausgeführt, daß kleinflächige Senken im Seeboden gebildet werden, die nach Abschluß der Arbeiten als Fallen für sich neu absetzende Sedimente bestehen bleiben.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von durch Eutrophierung beeinträchtigten Binnenseen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der vor allem nach dem zweiten Weltkrieg stark gestiegene Nährstoffeintrag in die Gewässer durch das hohe Düngungsniveau, die Einführung der Güllewirtschaft, Verwendung phosphathaltiger Waschmittel, den Steiganden Wohnkomfort und die zunehmende Industrialisierung mit erhöhtem Abwasseranfall führte vor allem in stehenden Gewässern zu Algenmassenentwicklungen mit solchen negativen Folgen wie geringe Sichttiefe, hoher Schwebstoffgehalt, Sauerstoffschwund und Auftreten von Schwefelwasserstoff, VOLLENWEIDER (1988): Scientific Fundamentals of the Eutrophication of Lakes and Flowing Waters, with Particular Reference to Nitrogen and Phosphorus as Factors in Eutrophication, OECD, Paris; VOLLENWEIDER u. KEREKES (1980): OECD Cooperative Programme for Monitoring of Inland Waters (Eutrophication Controls-Synthesis Report, Paris.

Der Versuch, die Eutrophierungserscheinungen durch die alleinige Verminderung der Nährstoffimporte in das Gewässer, beispielsweise durch weitergehende Abwasserreinigung, Düngereinschränkungen, Umgestaltung von Ackerland in Grünland, zu erreichen, führte nicht zu dem gewünschten Effekt der Umkehrung des Ei;trophierungsprozesses aufgrund der hohen internen Nährstoffbelastung infolge der vorhandenen Freiwasserkonzentration und der Rücklösung aus dem Sediment. Damit entstand ein neues Bedürfnis nach einfachen und wirkungsvollen gewässerinternen Verfahren zur Bekämpfung der Eutrophierung, das jedoch bis heute noch nicht zufriedenstellend gelöst ist. Es wurde zwar eine Reiha von Verfahren zur Sanierung von Binnenseen vorgeschlagen, die jedoch entweder mit hohem ökonomischem und technischem Aufwand oder ökologisch bedenklichen Folgen verbunden oder aber nur für kleinere bis mittlere Gewässer anwendbar sind, BESCH, W.K., u.a.: Limnologie für die Praxis, ecomed-Verlagsgesellschaft m. b. h. Landsberg - München, 1985.

Maßnahmen zur Algenbekämpfung wie Algizideinsatz, Mikrosiebung, Beschattung und Destracifikation beseitigen nicht die Ursachen und führen teilweise zu einer Belastung des Sauerstoffgohaltes und beim Einsatz von Algiziden zu deren unerwünschter Anreicherung in der Nahrungskette.

Tiefenwasserableitungen zur Erhöhung des Nährstoffexports und Verbesserung der Sauerstoffverhältnisse im Hypolimnion bewirken aufgrund der oft zu geringen Abgabemenge keine schnelle Oligotrophierung.

Um die Phosphatkonzentration im Freiwasser zu senken, wurden wie in der Abwasserbehandlung Fällmittel eingesetzt. Überwiegend kamen Aluminium- oder Eisensalze zum Einsatz. Die Nährstoffausfällung erfordert toure Chemikalien und einen erheblichen Aufwand für den Antransport der Fällmittel, deren Umschlag und Verteilung auf dem Gewässer. Die Anwendung beschränkte sich demzufolge auf kleine bis mittlero Gewässer. Die Rücklösung des Phosphats aus dem Sediment läßt sich bei der Verwendung von Aluminiumsalzen durch eine Überdosierung vermindern. Auch bei einer ausreichenden Pufferkapazität des Freiwassers als Voraussetzung für den Einsatz von Fällmittelchemikalien sind ökologisch negative Nebenwirkungen nicht ausgeschlossen. Insbesondere Aluminiumionen wirken bei pH-Werten < 5 toxisch. Beim Einsatz von Eisensalzen sind umfangreiche Korrosions- und arbeitsschutztechnische Sicherheitsvorkehrungen erforderlich.

Die durchgreifendste, aber auch teuerste Maßnahma ist eine Entschlammung bis auf den mineralischen Untergrund. Neben den hohen Kosten ist bei diesem Verfahren die Beseitigung der kontaminierten Schlämme problematisch.

Auch die Abdeckung des Sediments mit den unterschiedlichsten Materialien, wie z. B. Ton, Sand, Flugasche oder Folien brachte nicht die gewünschten Effekte und erfordert zudem einen hohen technischen und ökonomischen Aufwand. Die zur Abdeckung benötigten Materialien müssen gewonnen bzw. produziert, zum Sanierungsobjekt transportiert und dort mit aufwendigen technischen Mitteln gleichmäßig auf das Sediment aufgebracht werden. Der Aufwand ist beträchtlich, wobei die ökologischen Nebenwirkungen, insbesondere von Flugasche, schwer abschätzbar sind. Sand ist fast immer wirkungslos, da er im weichen Sediment versinkt. Folien müssen gasdurchlässig sein und zusätzlich mit geeigneten Mitteln beschwert werden, um ein Aufschwimmen zu verhindern.

Die Nährstoffrücklösung aus dem Sediment kann auch durch die Stabilisierung der Sauers' iffverhältnisse vermindert werden, entsprechend der WO-PS 87/01 690. Die Maßnahmen erfordern jedoch hohe Betriebs- und Anlagenkoston und sind oft nur in tiefen Gewässern wirtschaftlich.

Weitere Maßnahmen, wie der Einsatz von pflanzenfressenden Fischen oder von Cyanophagen, die Nahrungskettenmanipulation, auch Biomanipulation genannt, erreichen nicht die Effektivität der anderen Maßnahmen und sind nur als ergänzende Verfahren sinnvoll.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein Sanierungsverfahren für Binnenseen, das bei Minimierung der Kosten und des technischen Aufwandes die negativen Eutrophierungsfolgen mindert und das ökologische Gleichgewicht im Gewässer auf niedrigerem Trophieniveau wieder herstellt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Binnenseen unter Nutzung von im Sanierungsobjekt selbst vorkommenden Naturstoffen ohne den Einsatz von Fremdstoffen saniert werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das unter den nährstoffreicheren Jungsedimenten lagernde, nährstoffärmere Altsodiment gewonnen und in einer Schichtdicke von mindestens 5-20mm über den gesamten Seeboden verteilt auf die JungscHimente aufgebracht wird. Die Altsedimente müssen ein um mindestens 50% höheres Phosphatbindevermög m als die nährstoffreicheren Jungsedimente aufweisen. Als Abdeckmaterial eignen sich Sedimente mit einem hohen Anteil an phosphatbindenden Kationen, z. B. Eisen, Aluminium, Kalzium. Insbesondere vorteilhaft ist die als Folge der natürlichen Kalzitfällung im Gewässer abgelagerte Seekreide, aber auch ton- oder ι isenhaltige Ablagerungen besitzen ein hohes Phosphatbindevermögen. Zur Gewinnung der Altsedimente wird vorzugsweise das Spülbohrverfahren eingesetzt. Das Altsediment wird erbohrt, aufgeschwämmt und als Suspension großflächig um die Bohrstelle herum verteilt, so daß die Jungsedimente vollständig mit einer mehrere Millimeter dicken Schicht des Altsediments abgedeckt sind. Beim Absetzen der Altsedimentsuspension werden Detritus und Algen mit darin gebundenem Phosphor mitgefällt und das Phosphatbindevermögen an der Sediment-Was ser-Grenzschicht verbessert und die Verminderung der Nährstoffrücklösung erreicht. Die Entnahmetiefe für die Altsedimente beginnt an der Sedimentoberfläche und sollte bis zum mineralischen Untergrund reichen. Der Abstand der Bohrpunkte richtet sich nach der Mächtigkeit der anstehenden Altsedimente, die durch entsprechende Untersuchungen zu ermitteln ist, und sollte 50 m nicht überschreiten. Die Sanierung kann auch so vorgenommen werden, daß die Entnahme der Altsedimente nicht punktförmig an einzelnen Bohrpunkten erfolgt, sondern streifenförmig unter Bildung von ßohrgräben.

Die Bohrungen werden vorzugsweise so ausgeführt, daß kleinflächige tiefere Senken oder Gräben im Seegrund entstehen, die als bevorzugte Stellen für erneute Ablagerungen fungieren. Damit wird die künftige Rücklösungsfläche und -menge reduziert und so ein zusätzlicher Sanierungseffekt erzielt.

Das Phosphatbindevermögen der Sedimente wird in Anlehnung an RÜHLE „Sedimentuntersuchungen an Trinkwassertalsperren des Erzgebirges", Diss. TU Dresden (1971) folgendermaßen bestimmt:

Aus den zu untersuchenden Sedimentproben ist jeweils eine solche Menge an Schlamm zu separieren, die 1 g Trockensubstanz enthält. Diese Schlammenge wird mit 100ml Phosphatlösung der Konzentration 1 mg/l PO₄ ³" versetzt und unter mehrfachem Umschütteln 24h im Dunkeln bei 10⁰C inkubiert. Danach wird die Suspension über ein gewaschenes hartes Papierfilter filtriert und die im Wasser verbliebene Restkonzentration an PO₄ ³' bestimmt. Diese Restkonzentration darf bei den zur Abdeckung vorgesehenen Altsedimenten maxim.il 50%, also höchstens 0,5mg/IPO₄ ³" betragen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung der Gewinnung und Verteilung des Altsediments zur Abdeckung des Jungsediments mit Hilfe des Spülbohrverfahrens. Das Sanierungsobjekt ist ein See mit einer Wasserfläche von 1,7 km² und einer mittleren Wassertiefe von 4 m, der flächendeckend mit einer 3 m mächtigen Seekreideschicht 4 gefüllt ist. Auf dieser Soekieideschicht ist eine 10cm starke Schicht von nährstoffreichen Jun_t ,dimenten abgelagert. Zur Förderung der Altsedimente wurde ein Saug-Spül-Bagger 1 eingesetzt, dessen Schneidkopf demontiert und zusätzlich mit einer Spüllanze 2 versehen wurde. Die Saugvorrichtung 3 wurde verlängert. Durch Heben und Senken der Saug-Spül-Vorrichtung wird die Altsedimsntschicht 4 bis auf den mineralischen Un* rgrund 6 gefördert und mittels Pumpe 7 und Düse 8 als Suspension 3 auf die Wasseroberfläche 10 verteilt. Die Arbeitsrichtung des Baggers verläuft dabei entgegen der Windrichtung in streifenförmigen Arbeitsabschnitten, so daß nach Abschluß der Arbeiten Bohrgräben 5 als Vertiefungen für die in den Folgejahren anfüllenden neuen Ablagerungen bestehen bleiben. Beim Verteilen der Suspension bewegt sich der Bagger such um seine Achss, daourch wird gleichzeitig die Sprührichtung der Düse 8 verändert und eine gleichmäßige Ausbreitung der Suspension auf der Wasseroberfläche erreicht. Das sich absetzende Altsediment bildet eine dünne, nährstoffarme und phosphatbindende Sedimentschicht 11.

Claims

1. Verfahren zur Sanierung von Binnenseen, gekeimt! nnet dadurch, daß unter nährstoffreicheren Jungsedimenten lagerndes, nährstoffärmeres Alt? id,ment mit einem um mindestens 50% höheren Phosphatbindevermögen gewonnen und in einer Schichtdicke von 5 bis 20 mm übor den gesamten Seeboden verteilt auf die Jungsedimente aufgebracht wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gewinnung der Altsedimente im Spülbohrverfahren erfolgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Gewinnung der Altsedimente, insbesondere beim Spülbohrverfahren, durch punktuelles Aneinanderreihen der Entnahmestellen auf dem Gewässerboden kleinflächige Vertiefungen erzeugt werden.