ABWASSEROZONIERUNGSANLAGE IN DUISBURG-VIERLINDEN

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1 MOTIVATION FÜR DIE UMSETZUNG VON MINDERUNGSMAßNAHMEN - ABWASSEROZONIERUNGSANLAGE IN DUISBURG-VIERLINDEN Dr. Peter Greulich Stadt Duisburg, Duisburg Duisburg ist die westlichste Großstadt des Ruhrgebietes, Universitätsstadt, Oberzentrum des Niederrheins und mit knapp Einwohnern die 15-größte Stadt Deutschlands. Prägender Faktor in der Stadtentwicklung ist die Lage an der Mündung der Ruhr in den Rhein, einem der verkehrsreichsten Flüsse Europas, der sich 37,5 Kilometer lang durch Duisburg windet. Verkehrsgeographisch ideal liegt die Stadt im Knotenpunkt eines dichten überregionalen Autobahn-, Schienen- und Wasserwegenetzes, das sie an das Ruhrgebiet, den größten industriellen Ballungsraum Europas, anbindet und darüber hinaus Verbindungen in alle Teile Deutschlands und seine Nachbarländer schafft. Duisburg verfügt über den größten Binnenhafen Europas mit einer Fläche von rund ha mit 21 Hafenbecken. Das Thema Wasser spielt in der Stadt eine große Rolle. Rund 10% des Stadtgebietes sind Wasserflächen, insgesamt gibt es 114 km Wasserfront. 2/3 der Einwohner leben in hochwassergeschützten Bereiche. Duisburg ist stark industriell geprägt. 17% des Stadtgebietes sind Industrie- und Gewerbeflächen, die größtenteils entlang der Flussufer von Rhein und Ruhr liegen. Eine Vielzahl von Störfallanlagen befindet sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Siedlungsbereichen. Bedingt durch die mehr als 150-jährigen Industriegeschichte, aber auch durch die Zerstörungen der beiden Weltkriege gibt es im gesamten Stadtgebiet teilweise erhebliche Umweltbelastungen. Dies gilt sowohl für die Bereiche Luft und Boden, aber auch für das Grund- und das Oberflächenwasser. Von 273 Grundwasserkörpern in NRW wurden lediglich die beiden GW-Körper aus Duisburg der EU gemeldet. Das Grundwasser weist extreme Belastungen mit gelösten Schwermetallen und Kohlenwasserstoffen auf, so dass eine Grundwassernutzung eingeschränkt werden muss. Umso wichtiger ist es, diese Bereiche so weit wie möglich zu schützen, um weitere Belastungen zu vermeiden. Der Schutz vor Verunreinigungen ist die wichtigste und umfassendste Aufgabe des Wasserrechts. Der vorsorgende Schutz der Gewässer als Bestandteil des Naturhaushaltes ist die zentrale Aufgabe der Umweltpolitik von Bund, Ländern und Gemeinden. Gerade im Hinblich auf den Stellwert, den der Bereich Wasser für die Stadt Duisburg hat, sowie die vorhandene Belastung von Grund- und Oberflächenwasser müssen weitere Maßnahmen ergriffen werden, die zur Verbesserung der Umweltsituation beitragen. Die Eliminierung von Medikamentenrückständen ist eine davon. In Deutschland verbraucht jeder Einwohner durchschnittlich 500 gr. Arzneimittelwirkstoffe pro Jahr. Nur ein kleiner Teil dieser Menge verbleibt tatsächlich im Körper, rund 70% gelangt durch Ausscheidungen, aber auch durch unsachgemäße Entsorgung in die Umwelt und Seite 1

2 somit in den Trinkwasserkreislauf. Bundesweit entspricht dies einer Menge von bis zu t / Jahr. Mittlerweile lassen sich Rückstände von Human- und Tierarzneimitteln in fast allen Oberflächengewässern und im Trinkwasser nachweisen. Nachweise liegen auch für Grundwasser vor. Für Medikamentenrückstände existieren derzeit jedoch keinerlei Grenzwerte. Das Umweltbundesamt hatte jüngst Experten von Länderbehörden, Wissenschaft und Industrie zu einem Workshop eingeladen, um aktuelle Arzneimittel- Messungen aus der Gewässerüberwachung der Bundesländer vorzustellen und Möglichkeiten zu diskutieren, diese Ergebnisse für ein Monitoring in Rahmen der Arzneimittelzulassung zu nutzen. Dieses Monitoring ist erforderlich, um Umweltrisiken zu erkennen und rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Die Kläranlagen reinigen die Abwässer in der Regel mechanisch-biologisch und sind für die weitergehende Stickstoff- und Phosphorelimination ausgerüstet. Hinsichtlich der organischen Spurenstoffe wie Pharmazeutika, Humanpflegemittel, synthetischer Duftstoffe sowie Hilfsstoffe vom Typ Kunststoffweichmacher oder Flammschutzmittel erfolgt jedoch mit diesen Behandlungsverfahren kaum eine Reduzierung der Konzentrationen, bzw. Frachten im Abwasser. Diese Stoffe stellen aufgrund des nachweislich hohen Eintrages ein bedeutende Stoffgruppe in Kläranlagen dar und gelangen über die Kläranlagen in die Umwelt. Spurenstoffe und Arzneimittelrückstände können bei einem Eintrag in Oberflächengewässer und Grundwasser Gesundheitsrisiken für Mensch und Tier bergen. Bisher liegen nur unvollständige Kenntnisse für eine Vielzahl dieser Stoffe über deren Vorkommen und Verhalten in der aquatischen Umwelt vor, aber in Verbindung mit ökotoxologischen Untersuchungen kann für viele dieser Stoffe die Umweltrelevanz eindeutig aufgezeigt werden. Bereits im Jahr 2007 griffen die politischen Gremien der Stadt Duisburg den Sachverhalt auf und forderten die Beteiligten dazu auf, sich der Problematik Medikamentenrückstände im Trinkwasser anzunehmen und zu prüfen, inwieweit entsprechende Technologien zur Reduzierung der o.g. organischen Spurenstoffe technisch-wirtschaftlich eingesetzt werden können. Eine Förderung durch Landesmittel sollte ebenfalls geprüft werden. Für die Spurenstoffelimination stehen chemische und physikalische Verfahren zur Verfügung. Die Adsorption an pulverisierter und granulierter Aktivkohle hat sich als ein geeignetes Verfahren erwiesen, sich zeichnet sich jedoch durch hohe Betriebsmittelkosten aus. Sehr gute Eliminationsraten mit geringerem Betriebsmitteleinsatz können mit der Ozonung des Kläranlagenablaufes erzielt werden. Diese Verfahren werden nun im Rahmen eines vom MKULNV geförderten Forschungs- und Entwicklungsvorhabens (FuE) wissenschaftlich untersucht und großtechnisch erprobt. In Duisburg gibt es insgesamt 8 Kläranlagen, von denen drei durch die Wirtschaftsbetriebe Duisburg AöR betrieben werden. Als Standort für die Anlage wurde die Kläranlage Vierlinden gewählt. Die Kläranlage Vierlinden ist für die Behandlung von ca Einwohnerwerten ausgelegt und behandelt nahezu ausschließlich häusliches Abwasser, womit eine große Bandbreite von z.b. Arzneimittelemissionen gegeben ist. Erfahrungsgemäß stammen ca. 80% der Gesamtfracht organischer Spurenstoffe aus privaten Haushalten. Im Anschlussgebiet befindet sich außerdem eine Klinik. Durch die mittlere Größenklasse der Seite 2

3 Kläranlage ermöglicht eine Übertragbarkeit der Erkenntnisse für weite ländlich geprägte Gebiete in Nordrhein-Westfalen. Der erforderliche Platz für die Errichtung der Ozonanlage und eines Reaktionsbeckens ist vor Ort vorhanden. Der Ablauf der Kläranlage wird in den Abzugsgraben Vierlinden eingeleitet, der kaum Wasser führt, so dass hier nahezu keine Verdünnung des gereinigten Abwassers stattfindet. Das in der Kläranlage nach dem Stand der Technik behandelte Abwasser wird nun vor Einleitung in den Brusbach in einer weiteren Verfahrensstufe mit Ozon behandelt. Im Mai 2010 wurde mit den Bauarbeiten begonnen. Nach Baufeldräumung, Herstellen des Planums und Kampfmitteldetektion begannen die Erd- und Gründungsarbeiten. Es wurden zwei Becken mit einem Volumen von jeweils 100 m³ gebaut (Maße L x B x T: 6,70m x 3,00m x 5,00 m). Außerdem wurde ein Gebäude mit Räumen für die Ozonerzeugung, Elektro-, Steuerungs-, und Regeltechnik sowie Messtechnik zur Prozessanalyse errichtet. Damit kein Ozon entweichen kann, sind die Reaktorbecken abgedeckt. Am wurden der Bau und die technischen Installationsarbeiten der Ozonanlage fertig gestellt und mit dem Probebetrieb begonnen. Die offizielle Inbetriebnahme erfolgt am Die Investitionskosten für das Projekt betragen ca. 1,4 Millionen Euro (netto). Hiervon wurden 70% vom Land NRW gefördert, die übrigen Kosten werden über die Abwassergebühr finanziert. Bisher konnte festgestellt werden, dass durch die Ozonierung ein weitgehender Abbau der untersuchten Spurenstoffe erreicht wurde. Bei den schnell reagierenden Spurenstoffen Diclofenac und Carbamazepin werden auch schon bei geringen Ozondosierungen Eliminationsraten um 90% erreicht. Für die langsamer mit Ozon reagierenden Spurenstoffe Sulfomethoxazol, Metopropol und Bezotriazol lässt sich hingegen der Effekt der Erhöhung der Ozondosierung durch erhöhte Abbauraten der genannten Spurenstoffe belegen. Aufgrund der noch laufenden Versuche liegen noch keine belastbare Daten zu den Eliminationsraten vor. Insgesamt ist der Energieverbrauch für den Betrieb der Kläranlage Vierlinden um rund 10% gestiegen. In den nächsten Monaten sind im Rahmen des Forschungsprojektes weitere Spurenstoffuntersuchungen vorgesehen. Neben der generellen Möglichkeiten und Grenzen des Spurenstoffabbaus durch Ozonierung, sowie der hierbei entstehenden Kosten und Nutzen sollen unter anderem folgende Aspekte eingehend untersucht werden: 1. Der Vergleich zu weiteren Anlagen sowie anderen technischen Möglichkeiten der Spurenstoffreduzierung (Pulveraktivkohlezugabe) ist durch im Rahmen des gleichen Forschungsprojektes errichtete Pilotanlagen in Bad Sassendorf und Schwerte gegeben. 2. Die beiden Straßen der Ozonanlage in Duisburg Vierlinden erlauben durch parallelen Betrieb einen direkten Vergleich der Effektivität der Ozoneintragssysteme Diffusor und Pumpe-Injektor. Diese beiden Systeme können ausschließlich in Duisburg-Vierlinden miteinander verglichen werden. Seite 3

4 Hierdurch sind insbesondere Forschungen zur Optimierung von Ozoneintragsystemen möglich. 3. Die verschiedenen Ozoneintragsstrategien (mengenproportionale Ozondosierung, Dosierung nach DOC, Dosierung nach Ozon im Offgas und im Ablauf der Anlage) sind hinsichtlich Ihrer Effektivität und Wirtschaftlichkeit miteinander zu vergleichen. Auch die Möglichkeit zur Steuerung der Anlage nach DOC besteht ausschließlich in Duisburg-Vierlinden. Die Steuerung nach DOC soll neue Erkenntnisse zu den Optimierungspotentialen durch den Einsatz bedarfsgerechter Ozoneintragsstrategien liefern. 4. Durch Untersuchung des Ablaufes der Ozonanlage hinsichtlich seiner Auswirkung auf die Biozönose können eventuelle schädliche Transformationsprodukte der Ozonierung festgestellt werden. 5. Durch die Anordnung verschiedener Probenahmelanzen über die gesamte Länge der Ozonanlage besteht in Duisburg-Vierlinden die Möglichkeit Erkenntnisse zu Ozonzehrung und Spurenstoffabbau über den Fließweg des ozonierten Wassers zu gewinnen. Diese Erkenntnisse können ebenso zur geometrischen Gestaltung anderer Ozonanlagen herangezogen werden, wie zur Kalibrierung und Weiterentwicklung von Modellen. Allgemein können aufgrund der in Vierlinden gemachten Erfahrungen Erkenntnisse für die wirtschaftlichen und technischen Rahmenbedingungen bei der Errichtung weiterer Ozonanlagen im Ablauf kommunaler Kläranlagen gewonnen werden. Wie gehen wir nun mit den bisherigen Erkenntnissen um? Fakt ist, dass die nachträgliche Elimination auf jeden Fall einen Beitrag zum Umwelt- und Gesundheitsschutz darstellt, der jedoch mit nicht unerheblichen Kosten und steigendem Energieverbrauch verbunden ist. Letzteres widerspricht den Zielen der Bundesregierung zur Energie- und CO2-Einsparung. Hier ist eine dezidierte Kosten-Nutzen-Analyse erforderlich, um eine Entscheidung zum weiteren Vorgehen treffen zu können. Die Elimination von Mikroschadstoffen durch die Abwasserreinigung in den Kläranlagen ist nur eine von mehreren Möglichkeiten, um die Problematik in den Griff zu bekommen. Schließlich handelt es sich nicht um ein ausschließliches Problem der Abwasserreinigung, vielmehr muss man sowohl die Produktion der Stoffe als auch deren Verwendung betrachtet, zumal die nachträgliche Reinigung schnell an technische und finanzielle Grenzen stößt. Die Kosten für die zusätzliche Abwasserbehandlung trägt derzeit allein der Gebührenzahler. Im Sinne des Verursacherprinzips muss die finanzielle Beteiligung der Schadstoffproduzenten geprüft werden. Die Forderung nach einer generellen vierten Reinigungsstufe ist nicht gerechtfertigt und finanziell weder von den Kommunen noch von den Verbänden zu leisten. Anders sieht es mit der Forderung nach der Festlegung von Grenzwerten und einem gezielten Monitoring aus. Ein gezieltes Monitoring für Wirkstoffe mit hoher Umweltrelevanz kann die Bewertung von Arzneimitten verbessern und deren Seite 4

5 Umweltsicherheit erhöhen. Dies würde dazu beitragen, die Schadstofffrachten deutlich zu reduzieren. Verfasser: Dr. Peter Greulich Stadt Duisburg Burgplatz Duisburg Tel Fax: Seite 5