effektive Nährstoffeliminierung gute Nachhaltigkeit keine toxische Auswirkung

Transkript

1 Einsatz von Bentophos im Blankensee: Ein Material zur Phosphatfällung in Gewässern sollte folgende Voraussetzungen erfüllen: effektive Nährstoffeliminierung gute Nachhaltigkeit keine toxische Auswirkung gute Kosten-Nutzen-Rechnung Dr. Said Yasseri LANU-Flintbek Freitag, den 11. Januar 2008

2 Bentophos -Steckbrief Bentophos wurde Ende der 90er Jahre von dem staatlichen australischen Großforschungsinstitut CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) entwickelt und wird seit 2001 von Phoslock Water Solutions, Ltd. (Sydney, Australien), dem internationalen Patentinhaber, weltweit vermarktet. Bentophos besteht zu 5 % aus einer seltenen Erde (Lanthan) und zu 95 % aus einem natürlichen Tonmineral (Bentonit). Das Mittel wird aufgeschlämmt und in das Gewässer eingebracht, so dass es beim Absinken freies Phosphat chemisch bindet und sich als dünne Schicht auf dem Sediment auflagert. Solange Lanthan-Schnittstellen frei sind, behält das Bentophos seine phosphatbindende Eigenschaften noch lange nach der Applikation.

3 Bentophos - technische Daten Basismaterial: Bentonit (95 %) Modifikation: Anreicherung mit Lanthan (La 3+ -Ionen) im Ionenaustauschverfahren gegen Natrium-Ionen Lanthanionen (eingebettet in den Montmorillonit-Schichten) it ht als aktiver Bestandteil (5 %) Phosphat-Bindungskapazität: Stöchiometrisches Verhältnis La : PO 4 ist 1 : 1 Laborversuche ergaben: 1 t Bentophos enthält 50 kg Lanthan -> bindet/entfernt 34 kg Phosphat oder (=11 kg Phosphor)

4 Phosphat-Bindungskapazität des Bentophos ist auch unter 80 unterschiedlichen 60 ph 7 ph- Bedingungen annähernd gleich 100 ph 8,5 [%] absorbierter P absorbie erter P [%] 100 ph log (x) [mg P/L] absorbie erter P [%] log (x) [mg P/L] log (x) [mg P/L] P-Bindungskapazität (Laborversuch; 24 h): 50 mg Bentophos binden >500 µg P (50 mg Bentophos mit mg P / L) Bentophos bindet Phosphat effektiv über einen großen ph-bereich!

5 Lanthan in der Umwelt Lanthan gehört zu den sogenannten seltenen Erden (Englisch: Rare Earth Elements [REE]), kommt aber in allen Gewässersedimenten vor: Lanthan-Hintergrundkonzentrationen in Sedimenten verschiedener Gewässer: ~ 40 mg/kg TS (Quelle RIVM, NL) Geogenes Lanthan in Elbe Sedimenten: ~ 44 mg/kg TS (Quelle GKSS) Eigene Untersuchungen: [mg/kg TS] Eichbaumsee 18 Silbersee 12 Otterstedter See 11 Ellisee 36 Webersee 43 Bärensee 21 Lago divarese 14 Ouderkerkerplas 24

6 [%] Hemmung Bentophos - toxikologische Daten Ökotoxikologische Tests mit Lanthan-Ionen in Wasser: log (x) [Konz. mg/l] Bakterienlumineszenz (ISO ) EC 50 = 37 mg La/L Daphnia magna (DIN L30) EC 50 = 103 mg La/L Fisch Eier (DIN T6) EC 50 = 150 mg La/L Zum Vergleich: Lanthan-Konzentration im Gewässer nach der Bentophos- Applikation: ~20 μg/l (Faktor 1000 niedriger) i In Gegenwart von Phosphat: ist kein toxischer Effekt nachweisbar nach der Bindung zwischen Lanthan und Phosphat h (Rhabdophan): h ist Lanthan nicht mehr bioverfügbar Unter den Bedingungen im Blankensee sind keine toxischen Auswirkungen auf Flora und Fauna im Gewässer zu erwarten. Im Gegensatz zu Eisen- und Aluminiumsalzen wird das Ionengefüge und der ph-wert des Gewässers durch den Einsatz von Bentophos nicht beeinflusst!

7 Fischei-Test Bentophos /Kavität [mg] ph-wert Test (nach DIN Teil 6, modifiziert als Kontakt -Test) O2-Gehalt [mg/l] koagulierte Eier (N) keine Somiten angelegt (N) Schwanz nicht vom Dotter abgelöst (N) Herzschlag Summe der nicht toten feststellbar (N) Embryonen (%) 5 7 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 0 interne Kontrolle 68 6,8 95 9,5 / / / / 0 externe Kontrolle 6,8 11,7 9 / / / 9 Erläuterung: externe Kontrolle: 3,7 mg/l 3,4-Dichloranilin Lösung Der Test zeigt dass selbst der direkte Kontakt mit Bentophos Der Test zeigt, dass selbst der direkte Kontakt mit Bentophos keinen akuten Einfluss auf empfindliche Wasserorganismen hat.

8 Silbersee - (Badesee - 7 ha) [mg/l] 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0, ,04 0,02 0,00 BENTOPHOS Gesamtphosphor ortho-phosphat-p Nach der Bentophos- Applikation im Silbersee (Kreis Diepholz, Niedersachsen) sank der ortho-phosphat- Gehalt innerhalb von drei Wochen unter die Nachweisgrenze ab. Vor der Maßnahme erreichten die Werte im Tiefenwasser sogar fast 2 mg P/L! Nach der Anwendung wurde in keiner Tiefe und zu keinem Zeitpunkt ortho-phosphat nachgewiesen (< 0,01 mg P/L); und die Gesamt-Phosphor- Gehalte blieben im mesotrophen Bereich. Phosphorabsenkung von 158 auf 40 µg/l innerhalb eines Monats. (vor der Applikation lagen ca. 70 % des Gesamtphosphors als ortho-phosphat vor) Aktuelle TP-Konzentration im Silbersee: 30 µg/l.

9 Lanthan im Silbersee Lanthan [mg/ /L] BENTOPHOS 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 Lanthan gelöstes Lanthan Nach der Bentophos- Applikation im Silbersee (Kreis Diepholz) nahm die Lanthan-Konzentration im Wasser kontinuierlich ab. Zur Zeit ist Lanthan nicht mehr nachweisbar! 0,02 0,00 Die Lanthankonzentration im Seewasser sank innerhalb von drei Monaten auf unter 0,02 mg/l ab. Zur Zeit < 0,01 mg/l.

10 Bärensee - (Flachsee - 4,5 ha) osphor [mg/l] Gesamtph Nach der Bentophos- 0,10 Applikation im Bärensee Bentophos 0,09 (Stadt Bruchköbel, Hessen) benötigte Bentophos einen 0,08 längeren Zeitraum zur 0,07 Absenkung des Gesamt- 0,06 Phosphor-Gehalts. Ortho-Phosphat konnte nicht 0,0505 nachgewiesen werden, weil 0,04 es ständig, auch durch im Winter auftretende 0,03 Algenblüten genutzt wurde. 0,02 Die Verringerung der 0,01 Phosphorpools im Gewässer wurde dadurch erreicht, dass 0,00 Phosphate in absterbenden Algenblüten am Grund des Sees von Bentophos gebunden wurden. Absenkung des TP innerhalb von sechs Monaten von 83 auf 25 µg/l. (über den gesamten Zeitraum wurde kein ortho-phosphat nachgewiesen!)

11 Lanthan im Bärensee /L] Lanthan [mg/ 0,14 Bentophos 012 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 Der Lanthangehalt im Bärensee (Stadt Bruchköbel, Hessen) nahm nach der Applikation mit dem Absinken des Bentophos schnell ab. Im Dezember konnte kein Lanthan im Wasser nachgewiesen werden. 0,02 0,00 Die Lanthankonzentration im Seewasser sank innerhalb eines Monats auf 0,02 mg/l ab. Zur Zeit < 0,01 mg/l.

12 Blankensee P-gesamt µg P/L entspricht kg P min. P vor Rücklösung µg P/L entspricht kg P P- Rücklösung kg P Die Situation im Blankesee erweist sich im Vergleich zwischen dem Jahr 2006 und 2007 sehr uneinheitlich. In 2006 gab es eine enorme Phosphorrücklösung im Gewässer. Die Folge waren starke Algenblüten. Die zweite Hälfte des Jahres 2007 war sehr kühl. Es kam nur zu kleineren Phosphorrücklösungen und dadurch zu wesentlich geringerem Algenwuchs. Einer Phosphor Bilanzierung muss der schlimmste Fall zugrunde gelegt werden und die Menge des einzusetzenden Fällmittels daraufhin kalkuliert werden. P-Bilanz 2006 und 2007

13 Blankensee P Rücklösung Vor einer Maßnahme muss das Sediment auf die Freisetzungskapazität von Phosphor hin untersucht werden (z.b. P-Fraktionierung nach Psenner und P-Rücklösetests). 120 Minimum P vor Rücklösung Auch externe P-Zuführungen müssen berücksichtigt werden. 80 Nach den erforderlichen 60 Voruntersuchungen kann die 53 benötigte t Bentophos-Menge P-Bilanz 2006 und 2007 errechnet und durch die Applikation der Nährstoff Phosphor effektiv und nachhaltig eliminiert werden.

14 Bentophos - Zusammenfassung Vorteile gegenüber herkömmlichen Fällungsmitteln (z. B. Aluminium- und Eisensalze): hocheffektive Phosphatbindung (Löslichkeitsprodukt von LaPO 4 von KL = mol 2 /L 2 ) hohe h Stabilität der Phosphatbindung h auch unter sauerstofffreien (anaeroben) Bedingungen und bei starken ph-schwankungen (nachhaltige Phosphatbindung) keine Veränderung der Ionenbilanz im Gewässer kein Einfluss auf den ph-wert im Gewässer. Daher auch keine Anhebung des ph-wertes durch Chemikalien erforderlich verhindert den Eintrag von Phosphat aus dem Sediment in den Wasserkörper ( sediment capping ) ökotoxikologisch unbedenklich, extrem geringe Bioverfügbarkeit keine gesundheitlichen Risiken

15 Institut Dr. Nowak Privates limnologisches Institut Gegründet Geleitet von: Dr. Karl-Ernst Nowak (Ausbildung am MPI für Limnologie Plön. Prof. W. Ohle) Untersuchungen und Aufbau einer Phosphat-Eliminationsstufe für Kläranlagen 1971 Laboratorium für Umweltuntersuchungen. Akkreditiert nach ISO 17025:2005 Verschiedene Zulassungen (Abwasser-, Trinkwasseranalysen etc.) Spezialisiert auf Analysen von Hafensedimenten /Baggermaterial (z.b. deutsches Referenzlabor für die Analyse von Organo- Zinnverbindungen in Sedimenten) Seit Juli 2006 exklusiver Lizenznehmer für Bentophos (Phoslock ) in D-A-CH und seit 2007 in BENELUX Limnologische Beratung von Phoslock Water Solutions und Kooperation mit der europäischen Phoslock-Vertretung für Projekte in Europa und Mittleren Osten Untersuchungen zur Vergrößerung der Effizienz von Bentophos Untersuchungen zur Ökotoxizität und Nachhaltigkeit von Bentophos Entwicklung von Applikationsmethoden Weitere Informationen über Bentophos /Phoslock : Institut Dr. Nowak Mayenbrook 1 D Ottersberg