26.01.2020 Selektionstheorie
13.12.2019 Evolution

Informationen und Materialien zum Fach Biologie in allen Schulformen und für alle Schulstufen

Hintergrundinformation

Belastung von Fließgewässern

Das Wasser eines Fließgewässers kann durch chemische Stoffe belastet sein.

  • Organische Stoffe. Diese werden an Hand des Biologischen bzw. des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) summarisch bestimmt.

  • Stickstoffverbindungen. Diese werden als Gesamt-Stickstoff bestimmt.

  • Davon der Anteil der Stickstoff-Atome, die in Ammonium-Verbindungen vorliegen.
  • Phosphate

  • Organische Halogenverbindungen (AOX)

  • Schwermetalle, z.B. (in abnehmender Gesamtmasse) Zink (Zn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Blei (Pb), Chrom (Cr), Cadmium (Cd) und Quecksilber (Hg)

  • Kochsalz (Natriumchlorid NaCl) und ähnliche Stoffe, summarisch bestimmt als Chlorid

  • Thermische Belastung

Auch eine unnatürliche Erwärmung bspw. durch ein Kraftwerk ist eine Belastung, und zwar eine Belastung durch thermische Energie. Mit steigender Temperatur sinkt die Löslichkeit von Sauerstoff.

Verursacher der Belastungen sind zum einen punktförmige Quellen der belastenden Stoffe, sog. Einleiter, . Dabei sind besonders die Einleitungen als bedenklich einzustufen, bei denen der Anteil des eingeleiteten belastenden Lösung am Gesamtvolumen nach der Einleitung besonders groß ist.

Zum anderen wird die Belastung durch sog. diffuse Einleitungen immer bedeutsamer, also Einträge von belastenden Stoffen aus dem Grundwasser, durch Erosion, Abschwemmung oder atmosphärischer Deposition auf offene Wasserflächen und aus landwirtschaftlichen Flächendrainagen.

1. Punktförmige Einleiter

Kommunale Kläranlagen. Die Kläranlagen sind jeweils auf eine bestimmte Anzahl Einwohner ausgelegt: sog. Einwohnergleichwert (täglich 130 Liter Wasserverbrauch, die mit organischen Stoffen von ca. 60g BSB5 belastet werden). Die Mengenangaben stammen aus dem Jahr 2005.

Abwasser aus Kläranlagen beinhalten:

  • Organische Verbindungen. Der Gehalt von organischen Verbindungen wird bestimmt durch den Biologischen Sauerstoffbedarf BSB. Dieser gibt die Menge an Sauerstoff an, die zum Abbau dieser organischen Stoffe unter bestimmten Bedingungen und innerhalb einer bestimmten Zeit benötigt wird. Ein Einwohner belastet das verbrauchte Wasser täglich durchschnittlich mit 60g BSB5 (Abbau in 5 Tagen), das entspricht 120 g CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf, Menge Sauerstoff bei chemischem Abbau). Die größte Kläranlage in Baden-Württemberg bspw., die Kläranlage in Mühlhausen bei Stuttgart, die für 1 200 000 Einwohner ausgelegt ist, bringt pro Jahr 1 476 Tonnen CSB ein.

  • Stickstoffverbindungen: Mühlhausen bei Stuttgart: 808 t/Jahr

  • Stickstoff-Atome in Ammonium-Verbindungen: Mühlhausen bei Stuttgart: 64 t/Jahr

  • Phosphate: Mühlhausen bei Stuttgart: 23 t/Jahr

Industrielle Einleiter. Die industriellen Einleiter leiten entweder direkt in das Fließgewässer oder indirekt in eine kommunale Kläranlage (in Baden-Württemberg etwa die Hälfte).

Die Einleitungen aller industrieller Einleiter zusammen genommen (BW jährlicher Durchschnitt von 2001-2003) beinhalten:

  • 1.414 t CSB

  • 260 t Nges (Gesamtstickstoff)

  • 15 t Pges (Gesamtphosphor)

  • Organisch gebundene Halogene: 2.994 kg

  • Schwermetalle: 857 kg Zink, 421 kg Kupfer, 163 kg Nickel, 155 kg Blei, 117 kg Chrom, 13 kg Cadmium, 1 kg Quecksilber

  • Kochsalz und ähnliche Salze: 4.529 t Chlorid

  • Thermische Belastung: 2.598 Megawatt (MW)

Daraus erkennt man, dass bei organischen Stoffen, Stickstoffverbindungen und Phosphaten die kommunalen Kläranlagen dominieren, bei organisch gebundenen Halogenen, Schwermetallen, Kochsalz und thermischer Belastung die industriellen Einleiter die Hauptverursacher sind.

Die thermische Belastung durch die Strom erzeugenden Wärmekraftwerke bspw. am Neckar (installierte Gesamtleistung 5500 MW) führt zu einer Erwärmung zwischen Deizisau und Mannheim von 2,5 - 3°C und ist strecken- und zeitweise sogar noch höher. Außerdem entziehen diese Kraftwerke dem Fluss Wasser, welches sie in Kühltürmen verdunsten. Das ist besonders in Zeiten niedriger Wasserführung von Bedeutung.

2. Flächenhafte diffuse Belastungen

Mehr als die Hälfte der Flächen in Baden-Württemberg werden durch diffuse Belastungen signifikant beeinträchtigt, bspw. durch Einträge von Stickstoffverbindungen (v. a. aus dem Grundwasser) und Phosphate. (v. a. durch oberflächliche Erosion).

3. Kläranlagen

2003 wurden bspw. die Abwässer von 98% aller Haushalte im Neckareinzugsgebiet in Baden-Württemberg durch 584 kommunalen Kläranlagen mit 10,7 Millionen Einwohnerwerten geklärt (ganz Baden-Württemberg im Jahr 2000 1117 Kläranlagen). Zusätzlich gab es 37 Direkteinleitungen aus industriellen Kläranlagen, alle anderen industriellen Abwässer flossen in die kommunalen Kläranlagen.

Die mechanisch-biologische Reinigung reduziert die Belastung durch organische Stoffe um 90%. In etwa 85% des anfallenden Klärwassers wird die Phosphatkonzentration erniedrigt. 80% wird nitrifiziert, d.h. das schädliche Ammonium-Ion wird in das unschädliche Nitrat-Ion umgewandelt und 70% wird sogar denitrifiziert, d.h. das zwar ungiftige aber als Düngesalz wirksame Nitrat wird zu Stickstoff umgewandelt, der in Gasform das Wasser verlässt.

Zusätzlich gibt es in 85% auch Regenüberlaufbecken, die bei hohem Regenaufkommen verhindern, dass ein Teil des Abwassers vermischt mit Regenwasser direkt ohne Klärung in die Fließgewässer geleitet werden muss, weil ansonsten die Funktion des Klärwerkes wegen Überlastung nicht mehr gewährleistet wäre.

4. Vergleich der Verursacher der Belastung

Belastung durch
Verbindungen von
Grundwasser Drainage Erosion und
Abschwemmung
Atmosphärische
Deposition
Urbane Flächen Kommunale
Kläranlagen
Industrielle
Direkteinleiter
Sonstige
Stickstoff 50,0 % 9,3 % 5,6 % 0,2 % 2,2 % 31,5 % 0,8 % 0,5 %
Phosphor 6,5 % 1,1 % 36,6 % 0,1 % 9,3 % 44,1 % 0,8 % 1,5 %

5. Quellen

Als zusätzliche Quelle für die Auswertung von Wassermessdaten bietet sich der Jahresdatenkatalog der LUBW (Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz) an. Er beinhaltet die Jahre 1972 bis 2005 und man kann ihn kostenlos von der Homepage der LUBW herunterladen und installieren.