Ursachen der Kupfergehalte schleswig-holsteinischer Klärschlämme

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1 Ursachen der Kupfergehalte schleswig-holsteinischer Klärschlämme Forum Deponie Acker? , Kronshagen Dr. Peter Arens Deutsches Kupferinstitut Bild: Gelsenwasser AG Am Bonneshof 5, Düsseldorf, Tel: 0211/ , Fax. 0211/ ,

2 Zur Situation in Schleswig-Holstein bezüglich Kupfer im Klärschlamm Schleswig-Holstein hat ca Kläranlagen davon: 87 Anlagen: > 400 mg Cu/kg TG (ca. 8,7 %) 40 Anlagen: > 700 mg Cu/kg TG (ca. 4,0 %) 23 Anlagen: > 800 mg Cu/kg TG (ca. 2,3 %) davon sind 14 derzeit in der weiteren Untersuchung zur Herkunft des Kupfers Quelle: LUFA

3 Literaturangaben zur Herkunft von Kupfer in Klärschlämmen (1) (als Abschätzung für die Bundesrepublik Deutschland) Installationswerkstoffe 2 (2,6-3,9 %) menschliche Ausscheidungen (1,6-2,4 %) Metalldächer 1 (1,5-1,8 %) Ablagerungen anderer Herkunft und atmosphärische Verunreinigungen (8-10 %) Industrie und Gewerbe (35-40 %) Wäsche und Reinigung (häuslicher Bereich) (16-24 %) verkehrsbedingte Ablagerungen (20-25 %) 1 Bei Neubedachung können lokal und zeitlich begrenzt höhere Werte auftreten. 2 Bei Neuinstallationen können Abweichungen von diesen Werten auftreten. Datenzusammenstellung durch Bregau-Institute, Bremen, 1993

4 Literaturangaben zur Herkunft von Kupfer in Klärschlämmen (2) (für die Stadt Stockholm) Menschl. Fäkalien, Waschen, Reinigen (11 %) Grundwasser (3 %) Verkehr (23 %) Dach und Fassade (2 %) Trinkwassereinträge (61 %) Nach:Lars Landner et al. Copper in Sewage Sludge and Soil, 2000

5 Literaturangaben zur Herkunft von Kupfer in Klärschlämmen (3) (für die Stadt München) Regenwasser: Straßenablauf, Dächer, Fassaden (ca. 43 %) Industrie und Wirtschaft (ca. 26 %) Haushalte: Trinkwasser, Waschen usw. (ca. 31 %) Nach:Lars Landner et al. Copper in Sewage Sludge and Soil, 2000

6 Erste Hinweise zur Herkunft von Kupfer in Klärschlämmen (4) (Schleswig-Holstein) Bezugsgröße: 11 Kläranlagen (davon 3 Teichkläranlagen) bei den 3 Teichkläranlagen liegen keine korrosiven Trinkwässer vor bei den übrigen 8 Kläranlagen liegen korrosive Trinkwässer vor 10 der erfaßten Klärschlämme überschreiten ohne Kalkzugabe zumeist die Vorgaben der deutschen Klärschlammverordnung von 800 mg Cu/kg TG, aber nur der Schlamm aus Klärteichen überschreitet die derzeitigen Vorgaben der EU vom bis mg Cu/kg TG

7 Mögliche Maßnahmen zur Vermeidung von Grenzwertüberschreitungen Hinterfragen der Aussagekraft der Meßwerte (A) Minimierung der Einträge (B) Überprüfung der Grenzwerte (C)

8 (A) Aussagekraft der Meßwerte (1) 25 Kupferfrachten (t/a) am Eingang von Kläranlagen in Stockholm Hendriksdal Bromma Loudden Nach:Lars Landner et al. Copper in Sewage Sludge and Soil, 2000

9 (A) Aussagekraft der Meßwerte (2) Kupferkonzentrationen (t/a) im Klärschlamm der Kläranlage Göteborg (veränd. nach: Lindner, Swedish Corrosion Inst., Pers. Comm, 1998) Gesteigerter Abbau organischen Materials führt zu steigenden Kupferkonzentrationen - trotz sinkender Kupfereinträge (ab 1990) Berechnete Kupferkonzentration im Klärschlamm (Basis: 1989) Die Höhe der Kupferkonzentrationen im Klärschlamm (mg Cu/kg TG) ist eine verfahrensspezifische Bezugsgröße. Als Entscheidungsgrundlage zur landwirtschaftlichen Verwendung von Klärschlamm ist sie wenig geeignet.

10 (B) Minimierung der Einträge (1) Setzt saubere Daten und die Identifizierung der wesentlichen Eintragspfade voraus: dies kann nicht anhand von Literaturdaten geschehen die Übertragung von Erkenntnissen aus einem benachbarten Einzugsgebiet auf ein Anderes ist nur eingeschränkt möglich alle Parameter mit Grenzwerten sind in die Betrachtung einzubeziehen im Fall der bislang erfaßten Gebiete ist aufgrund der örtlichen Gegebenheiten (Trennkanalisation, korrosive Trinkwässer u. ä. ) davon auszugehen, dass ein Großteil des Kupfers im Klärschlamm der untersuchten Gebiete aus der Trinkwasser- Installation stammt. Weitere Eintragpfade (z. B. Indirekteinleiter) müssen noch erfaßt werden falsche Entscheidungen können zu erheblichen Fehlinvestitionen führen

11 (B) Minimierung der Einträge (2) (hier: Kupfer als Rohrwerkstoff in den identifizierten Gebieten) Ausschluss der Verwendung von ungeschütztem Kupfer für die Trinkwasser- Installation in 8/8 Gebieten mit korrosiven Trinkwässern (ist bereits realisiert durch die DIN , die seit 08/2001 in Kraft ist) Kupferfrachten aus der Trinkwasser-Installation werden in den nächsten Jahren langsam sinken Wenn man die Kupferfrachten aus politischen Gründen schneller senken wollte, könnte man die betreffenden Trinkwässer teilenthärten daraus resultieren zwar erhöhte Wasserkosten, diese werden aber Überkompensiert durch Einsparungen bei der Nutzung des weicheren Wassers (Warmwasserbereitung, Waschmittel, Reparaturen, usw.) (vergl. Institut für Wasserwirtschaft IWW, Mühlheim, 1994)

12 (C) Überprüfung der Grenzwerte (1) Was ist eine anlagenunabhängige und somit sinnvolle Bezugsgröße für Kupfer? Was sind akzeptable Kupferkonzentrationen im Schlamm? Welche Kupfermengen sollten im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung auf landwirtschaftlich genutzte Böden aufgebracht werden?

13 (C) Überprüfung der Grenzwerte (2) (hier: Definition von Bezugsgrößen) Unterschiedliche Kläranlagen = unterschiedliche Klärschlammbehandlung = unterschiedliche Kupferwerte bislang keine einheitliche Bewertungsbasis Vorschlag einer neuen Bezugsgröße für Kupfer: Im Klärschlamm : mg Cu/kg P (Verwertung in der Landwirtschaft : mg Cu/ha/Jahr)

14 (C) Überprüfung der Grenzwerte (3) (hier: Schwierigkeit bei der Definition von Meßwerten) Kupfer Kann toxisch sein: Wasser und Boden Variationen der Umweltkonzentrationen: Homöostase: Lebensnotwendiges Spurenelement: geologisch, biologisch, menschliche Aktivitäten, usw. Regulation der Konzentration im Organismus als Antwort auf äußere Konzentrationen Zellatmung, Fruchtbildung, usw.

15 Kupfermangel in der Landwirtschaft Unregelmäßig reifendes Weizenfeld durch Kupfermangel. Die meisten Pflanzen sind steril

16 (C) Überprüfung der Grenzwerte (4) (hier: Kupfer in der Landwirtschaft) Intensive Landwirtschaft = intensiver Kupferbedarf = ausreichend Kupfer im Boden? = Risiko von Kupfermangel im Boden? WHO (IPCS): kupferarme Böden = weltweites Problem In West Europa: 19 % des Kulturlandes haben Kupferdefizite! Daher: Landwirte müssen kupferhaltige Dünger verwenden Kupfer im angereich. Dünger Kupfer im norm. Dünger Kupfer im Klärschlamm (Schweden : 34 Tonnen/a) (Schweden : 46 Tonnen/a) (Schweden : 28 Tonnen/a)

17 (C) Überprüfung der Grenzwerte (5) (hier: wieviel Kupfer darf auf Böden aufgebracht werden?) Bodenorganismen Auch bei dem bisherigen Grenzwert von 12 kg Cu/ha/a ist von keinem Risiko für Mensch, Tier, Pflanze oder Boden auszugehen Junge Regenwürmer kg Cu/ha (Anderson & Nilsson, 1993)

18 (C) Überprüfung der Grenzwerte (6) (hier: wieviel Kupfer darf auf Böden aufgebracht werden?) Denitrifikanten im Boden = empfindlichste Organismen im Boden Zugabe von Kupfersulfat! Erst 12 kg Cu/ha, aufgebracht als bioverfügbares Kupfer (Kupfersulfat!), verursachte eine schwache Hemmung der Denitrifikation in Böden (Torstensson & Johansson, 1997)

19 Empfehlung für Grenzwerte Nachhaltige Landwirtschaft = Vermeidung von schädlichen Akkumulationen im Boden Nachhaltig sind: Vorgeschlagen (EU): 4 kg Cu/ha/a 3 kg Cu/ha/a Klärschlamm: mg Cu/kg P (Andersson & Nilsson, 1996)

20 Zusammenfassung bei 23 von ca Kläranlagen in Schleswig-Holstein treten überhöhte Kupferkonzentrationen im Klärschlamm auf das nachgewiesene Kupfer kommt in diesen Fällen zu einem großen Anteil aus ungeschützten Kupferrohren der Trinkwasserinstallation nach DIN ist in den identifizierten Trinkwässern (hart und korrosiv) seit 08/2001 der Einsatz von ungeschütztem Kupfer nicht mehr möglich Kupfer ist ein lebensnotwendiges Spurenelement und seine Verwendung in der Landwirtschaft ist zur Vermeidung von Kupfermangel notwendig die Kupferkonzentrationen im Klärschlamm variieren z. B. aufgrund anlagenspezifischer Gegebenheiten. Konzentrationsangaben sind daher kein geeignetes Beurteilungskriterium. Besser wäre die Verwendung der Einheit mg Cu/kg P die Verwendung von kupferhaltigem Klärschlamm in der Landwirtschaft ist nachhaltig bei 4 kg Cu/ha/a. Vorschlag an die EU: 3 kg Cu/ha/a eine weitere Verringerung der Grenzwerte für Kupfer im Klärschlamm ist wissenschaftlich nicht zu begründen und würde lediglich zu weiteren rechtlichen Problemen bei der Nutzung von Klärschlamm führen