Naturnahe Behandlung belasteter Oberflächenwässer

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1 Ingenieurbüro Blumberg Naturnahe Behandlung belasteter Oberflächenwässer Vortrag zur Jahreshauptversammlung der Ingenieurökologischen Vereinigung (IÖV) am 29./30. Oktober 2015 in Chemnitz von M. Blumberg und Dr. O. Baeder-Bederski

2 Gliederung 1. Oberflächenwasserreinigung bei landwirtschaftlichen Betrieben und Biogasanlagen 1.1. Gewässereinleitung von angeblich gering verschmutzten Niederschlagswässern 1.2. Tatsächlich zu konstatierende Umweltbelastungen und Motivation der Betriebsinhaber, Verfahrensänderungen herbeizuführen 1.3 Rechtliche Rahmenvorgaben in verschiedenen Bundesländern anhand von Fallbeispielen 2. Unser grundsätzliches Verfahrensschema 2

3 Gliederung 3. Einsatzbeispiele zur Oberflächenwasserbehandlung, bei denen wir Planung, Bauleitung und Betriebsbetreuung durchgeführt haben 3.1. Agrargenossenschaft Dittmannsdorf (Sachsen): 3.2 Gunzgen (Schweiz): Oberflächenwasserbehandlung der Rohund Baustoffindustrie 3.3 Hennersdorf (Sachsen) 3.4 Freiburg (Baden-Württemberg): 4. Ausblick 4.1 Potentieller Einsatz eines Sumpfpflanzendachs 4.2 Kaskade Festbettfermenter-Pflanzenkläranlage 5. Zusammenfassung 3

4 1.1 Gewässereinleitung von angeblich gering verschmutzten Niederschlagswässern Jedermann ist verpflichtet, bei Maßnahmen, mit denen Einwirkungen auf ein Gewässer (Grundwasser oder oberirdisches Gewässer) verbunden sein können, die nach den Umständen erforderliche Sorgfalt anzuwenden, um eine Verunreinigung des Wassers oder eine sonstige nachteilige Veränderung seiner Eigenschaften zu verhüten ( 1a Abs. 2 WHG). 22 WHG regelt eine gegenüber dem Bürgerlichen Gesetzbuch (BGB) weiterreichende Schadensersatzpflicht. Auf ein Verschulden kommt es nicht an. Der Landwirt haftet, wenn schädliche Stoffe z.b. aus Jauchegruben, Gärfuttersilos und dergleichen in ein Gewässer (oberirdisches Gewässer, Grundwasser) gelangen. 4

5 1.1 Gewässereinleitung von angeblich gering verschmutzten Niederschlagswässern Verstöße gegen wasserrechtliche Vorschriften können als Ordnungswidrigkeiten mit Geldbußen geahndet werden (insbesondere 41 Abs. 1 Nrn. 2, 6 und 9 WHG, 120 Nrn. 3, 4 und 15 LWG). Strafbar macht sich, wer unbefugt ein Gewässer verunreinigt oder sonst dessen Eigenschaften nachteilig verändert. Wird die öffentliche Wasserversorgung gefährdet, drohen empfindliche Strafen ( 324, 329 und 330 StGB). 5

6 1.2 Tatsächlich zu konstatierende Umweltbelastungen und Motivation der Betriebsinhaber, Verfahrensänderungen herbeizuführen Aus welchen Gründen kontaktieren uns Anlagenbetreiber: Allgemeines Unbehagen aufgrund von tatsächlicher Grundwasseroder Fließgewässerverschmutzung, die sie selbst wahrnehmen, obwohl sie sich gesetzeskonform verhalten Genehmigungsanforderungen bei Umbau und Erweiterung Strafanzeigen von Bürgern, die Gewässerverschmutzung wahrnehmen Kosten für die landwirtschaftliche Verwertung von verschmutzten Hofflächenabflüssen (5-7 /m³) 6

7 1.3 Rechtliche Rahmenvorgaben in verschiedenen Bundesländern anhand von Fallbeispielen Landkreis Schaumburg (Niedersachsen) Auszug Baugenehmigung (2013): Die im Fahrsilo anfallenden Gärungssäfte sowie verunreinigtes Niederschlagswasser sind über säurebeständige Rinnen bzw. Rohre einem wasserundurchlässigen Sickersaftauffangbehälter zuzuleiten. Anfallendes sauberes Niederschlagswasser der Rangierplatte und des Fahrsilos ist der Behandlungsanlage zuzuleiten. Die Siloplatte, die Bodenabläufe und die Rangierflächen sind ständig sauber zu halten. die Errichtung eines Regenrückhaltebeckens mit anschließendem Retentionsbodenfilter werden die erforderlichen Erlaubnisse und Genehmigungen seitens der Wasserbehörde des Landkreises Schaumburg in einem separaten Verfahren bearbeitet. 7

8 Landkreis Rostock (Mecklenburg-Vorpommern) Auszug Baugenehmigung (2013): Es ist ein reibungsloser Betriebsablauf entsprechend der Betriebsbeschreibung für die Siloanlagen, die ständige exakte Reinigung der Silokammern, der Bewegungsfläche und der Verkehrsfläche zu garantieren. Die Regenwassereinläufe von den Fahrsilos einschließlich dessen Bewegungsflächen sind demzufolge erst dann zu öffnen, wenn durch ordnungsgemäße Bewirtschaftungsabläufe sichergestellt ist, dass kein mit Silosickersaft und mit Silosickersaft vermischtes Niederschlagswasser in ein Gewässer abgeleitet werden kann. Das von den Hof- Bewirtschaftungsflächen anfallende verschmutzte Niederschlagswasser ist erst nach Reinigung in einer Regenwasserbehandlungsanlage gem. DWA-M 153 in die örtliche Vorflut einzuleiten. Der Regenwasserbehandlungsanlage ist ein Probenahmeschacht nachzuschalten. 8

9 Landkreis Sächsische Schweiz Osterzgebirge (Sachsen) Auszug BImSchG- Genehmigung (2012): Die Pflanzenkläranlage ist gemäß Arbeitsblatt DWA-A 262, Stand März 2006 zu errichten. Für die Pflanzenkläranlage ergeben sich im Ablauf folgende Konzentrationswerte: CSB = 150 mg/l BSB 5 = 40mg/l. 9

10 Landkreis Osnabrück (Niedersachsen) (desgleichen Landkreis Göttingen): Auszug Merkblatt (2012): Landkreis Osnabrück Fachdienst Umwelt Osnabrück, Wasserwirtschaft Merkblatt für die Erstellung von Entwässerungsplänen im Zuge des Baugenehmigungsverfahrens von Biogasanlagen B) Grundsätzlich ist der Innenbereich der Umwallung zu befestigen (kf-wert < 10-7 m/s). Das unbelastete Niederschlagswasser (auf den im Plan I blau dargestellten Flächen) muss gesammelt und schadlos beseitigt werden. Ein hierfür erforderliches Regenrückhaltebecken bzw. eine Versickerungsanlage ist außerhalb der sekundären Sicherheitsstufe zur schadlosen Ableitung von unbelastetem Niederschlagswasser anzuordnen (B2). Die in diesem Fall notwendige Durchdringung des Walls (B1) ist mit einer Absperrvorrichtung zu versehen (Schacht mit Schieber o.ä.). Das auf der mit Folie abgedeckten Silage (B3) anfallende nicht verunreinigte Niederschlagswasser kann ebenfalls der Entwässerung zugeführt werden. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine klare Trennung von den verunreinigten Flächen (C) (siehe Prinzipskizze). (B3) (B3) Sauberes Wasser Sauberes Wasser Silage C Prinzipskizze: Entwässerung der Silage 10

11 C) Das auf den Fahrwegen, sowie auf den Silageplatten anfallende Niederschlagswasser (auf den im Plan I rot dargestellten Flächen) ist ganzjährlich zu sammeln und einem abflusslosen Sammelbehälter zuzuführen (C1). Das Speichervolumen soll 25% des Jahresniederschlags umfassen. Dieses Wasser muss dem Prozess zugeführt oder landwirtschaftlich verwertet werden. Plan I zum Merkblatt: Schematische Darstellung der Entwässerung einer Biogasanlage *Ende Zitat 11

12 Kreis Stormarn (Schleswig-Holstein): Auszug Vortrag V. Terpeé (2013): 12

13 13

14 *Ende Zitat 14

15 Landkreis Birkenfeld (Rheinland-Pfalz) Auszug Anordnung (2014): Auffangmulde (Bildnachweis: Autoren) 15

16 Dräneinleitung in Fließgewässer (Bildnachweis: Autoren) Sphärotilus natans im Fließgewässer an der Einleitungsstelle (Bildnachweis: Autoren) 16

17 2. Unser grundsätzliches Verfahrensschema 17

18 3. Einsatzbeispiele zur Oberflächenwasserbehandlung, bei denen wir Planung, Bauleitung und Betriebsbetreuung durchgeführt haben 3.1 Agrargenossenschaft Dittmannsdorf (Sachsen): Absetzteich mit Teichinseln; im Hintergrund Pflanzenkläranlagenbecken 18

19 Dem Sedimentations- und Pufferteich nachgeschaltete Schilfklärstufen in Dittmannsdorf (Ein Becken Vertikalbodenfilter, drei Becken Horizontalbodenfilter) (Baujahr 1996) 19

20 3.2 Gunzgen (Schweiz): Oberflächenwasserbehandlung der Rohund Baustoffindustrie Absetz- und Pufferteich mit künstlichen Teichinseln, im Hintergrund die nachgeschaltete Pflanzenkläranlage (Baujahr 2002) 20

21 Absetz- und Pufferteich mit künstlichen Teichinseln (Gunzgen) 21

22 Agrargenossenschaft Sadisdorf (Sachsen): Zulauf Schmutzwasser 22

23 3.3 Hennersdorf (Sachsen) Agrargenossenschaft Stallungen für 1300 Kühe, Biogasanlage zur Fermentierung von Gülle, Grassilage, Mais Fahrsiloflächen ca m 2 Höhenlage 640 m ünn Regenwasserbehandlung Niederschlag 804 mm/a (± 115 mm/a) wirksamer Regenwasserabfluss von Siloflächen von m 3 /a(± m 3 /a) Pflanzenkläranlage ausgelegt für 30 m 3 /d, ca. 700 EGW 23

24 Ausgangssituation 2010 Punktversickerung in Schlagschotterschüttung Bodenschädigung Sphaerotilus natans (Abwasserpilz) 24

25 Behördliche Anforderungen Pflanzenkläranlagenablaufsollwerte <150 mg CSB/L, <40 mg BSB/L Einrichtung einer Grundwassergütemessstelle Laufender Nachweis, dass keine Verschlechterung der Grundwasserqualität stattfindet Bepflanzung einer Ausbringungsfläche von m 2 Aufnahme Restnährstoffe durch Pflanzen; Evapotranspiration 25

26 Anlagenkonfiguration 5- stufiges Behandlungskonzept (Teich- Bodenfilterkaskade): 1. Automatische Trenneinrichtung für Trocken- und Regenwetterabfluss (über Regensensor) 2. Absetz- ( 530 m³) und Pufferteich (740 m 3) 3. Vertikal durchströmter Bodenfilter 1014 m 2 4. Horizontal durchströmter Bodenfilter 475 m 2 5. Linienversickerung in Hanglage (170 m) auf Ausbringungsfläche (2500 m 2 ) 26

27 Oberflächenwasserreinigungskaskade (rechte Bildhälfte) in Hennersdorf 27

28 Absetz- und Pufferteich mit Teichinseln Stetator zur Abflußsteuerung 28

29 Schilfbepflanzter Vertikalbodenfilter während der Beschickung (kurz nach Baufertigstellung) Pufferteich (im Vordergrund) und (Absetzteich im Hintergrund) 29

30 Vertikal durchströmter intermittierend beschickter schilfbepflanzter Bodenfilter Horizontal durchströmter permanent beschickter schilfbepflanzter Bodenfilter 30

31 Rohwasserqualität des Siloablaufs Wirkung der Trenneinrichtungen am Siloflächenablauf CSB mg/l BSB 5 mg/l NH 4 -N mg/l AFS-N mg/l Schmutzwasserabfluss (Schmutzwasserkanal, Gärsaft) in den Sammelbehälter (300 m³) Trockenwetterabfluss vorwiegend in den Sammelbehälter (Regenwasserkanal) Regenwetterabfluss in die erste Stufe der Pflanzenkläranlage (Regenwasserkanal)* *Die Zulaufkonzentrationen in den Absetzteich (=Zulauf Kläranlage) liegen in Abhängigkeit vom Niederschlagsereignis teilweise mehr als dreimal so hoch. Regensensor steuert KA-Zulauf Gärsaftabscheider auf Silofläche 31

32 Bewirtschaftung Winterbetrieb Die Anlage ist für einen durchgehenden Betrieb konzipiert. Schaumbildung durch hochkonzentrierte Siloabläufe Kontrolle Schmelzwasserabfluss Frostschutz Pufferteichablauf 32

33 Reinigungsleistung 2014/ Ablauf Pufferteich1 Ablauf Horizontalfilter % 97% mg/l % 10 1=Ablauf 2. Stufe der Teich- Bodenfilterkaskade 2 = Ablauf Kläranlage 1 CSB CSB BSB5 BSB5 TNb TNb 33

34 Schichtwasserqualität nach Linienversickerung Parameter Parameter NH 4 -N 27,2 0,1 0,4 0,7 ph 6,66 6,06 6,37 NO 3 -N 0,0 0,3 0,2 Leitfähigkeit P ges 0,1 0,1 0,05 opo 4 -P 0,02 0,03 0,00 Gegenüber der Ursprungssituation 2010 ohne Behandlungseinrichtung konnte trotz großer Erweiterung der Fahrsilofläche die Grundwasserqualität deutlich verbessert werden. 170 m Versickerungsgraben 34

35 Leistungsparameter der Behandlungsanlage Kapazität, hydraulisch Kapazität, Fracht Behandlungskapazität Schutz vor Starkniederschlägen (Überschreitungshäufigkeit) 7 80 m 3 /d(durchschnittlich 30 m 3 /d) 55 kg CSB/d ~700 Einwohnergleichwerte (BSB5) m³/a bis Jährlichkeit 2 a Zulaufkonzentration, Medianwert mg CSB/L Ablaufkonzentration vor 200 mg CSB/L; 10 mg BSB5/L Versickerung, ganzjähriger Medianwert spezifischer Flächenbedarf, 3-stufige Gesamtanlage Energieverbrauch, elektr % der angeschlossenen Silofläche 11oo kwh/a 35

36 3.4 Freiburg (Baden-Württemberg): Unser Verfahrensschema, Grünschnittannahmestelle des Landkreises Breisgau (Die Anlage ist zur Zeit im Bau, Fertigstellung im April 2016) 36

37 4. Ausblick 4.1. Potentieller Einsatz eines Sumpfpflanzendachs 37

38 4.1. Potentieller Einsatz eines Sumpfpflanzendachs Auch Dachflächen, z.b. von Stallungen, können in Zukunft zur Oberflächenwasserreinigung genutzt werden. Blumberg, M. (2011): Sumpfpflanzendächer als Variante der Dachbegrünung, in GWF Praxiswissen, Band 1, Regenwasserbewirtschaftung, ISBN

39 Unser Sumpfpflanzendach auf einem Kuhstall der Bundesanstalt für Landwirtschaft (FAL) in Braunschweig: 39

40 Schemaskizze eines wetland roofs: 40

41 Unsere Sumpfpflanzendachversuche mit Grauwasserreinigung am UFZ Leipzig haben wir Ende 2015 abgeschlossen und die Ergebnisse zur Veröffentlichung eingereicht: Grauwasserreinigung mit einer Sumpfpflanzenmatte unter Praxisbedingungen (Andreas Zehnsdorf, Norman Stock, Juliane Richter, Michael Blumberg, Roland A. Müller),

42 4.2 Kaskade Festbettfermenter-Pflanzenkläranlage Aktuell verfolgen wir ein neues Konzept mit einer Vorbehandlung durch Festbettfermenter mit Biogasgewinnung und einer Nachbehandlung durch eine künstlich belüftete Pflanzenkläranlage. 42

43 5. Zusammenfassung Oberflächenabwässer von landwirtschaftlichen Betrieben und Biogasanlagen Hochbelastete Oberflächenwässer von befestigten Flächen an Biogasanlagen und landwirtschaftlichen Betrieben stellen zum Teil eine ernstzunehmende Wassergefährdung dar. Die Trenneinrichtungen auf den Siloflächen (Gärsaftabscheider) nach den Regeln der Technik sind für eine schadlose Versickerung oder Fließgewässereinleitung nicht ausreichend. Schilfbepflanzte Bodenfilter bzw. Pflanzenkläranlagen als Behandlungstechnik bieten ausreichend Pufferkapazität und Betriebsstabilität bei stark wechselnden Zulauffrachten im ganzjährigen Betrieb. Wir entwickeln zur Zeit weitere Behandlungsoptionen zur Praxisreife. 43

44 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Ingenieurbüro Blumberg Gänsemarkt 10 D Bovenden Durchwurzelte Sumpfpflanzendachmatte 44