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Nanofiltration zur Grundwasseraufbereitung und Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung am Beispiel von kippenbelastetem Grundwasser in einem Braunkohlentagebaurevier

Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Trinkwasser können negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Konsumenten haben und führen zu einem erhöhten Risiko für Korrosionen im Leitungsnetz. Aufgrund dessen schreibt die Trinkwasserverordnung einen Grenzwert von 240 mg/l vor. Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Grundwasser, die eine spezielle Aufbereitungstechnik erfordern, kommen vor allem durch den Einfluss von Tagebauaktivitäten zustande. Im ausgehobenen Kippenmaterial kommt es zur Oxidation des Pyrits, was nach der Verfüllung der Gruben zu einem Anstieg der Sulfat-, Calcium- und Schwermetallkonzentration im Grundwasser führt. In betroffenen Grundwasservorkommen in Deutschland wurden Konzentrationen von bis zu 2500 mg/l Sulfat gemessen. Die Nanofiltration ist eine mögliche Aufbereitungstechnologie, die die Grundwassernutzung in derart beeinträchtigten Standorten auch nach der Verfüllung der Gruben erlaubt. Es wird erwartet, dass die Nanofiltration im Vergleich zu den anderen in Frage kommenden Technologien Ionenaustauscher, Destillation, Elektrodialyse und Umkehrosmose vor allem bei höheren Sulfatkonzentration in der Größenordnung >1000 mg/l das wirtschaftlichste Verfahren darstellt. In dem Projekt Nanofiltration zur Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung wird die Aufbereitung mittels Nanofiltration experimentell im Labor- und Pilotmaßstab untersucht. Es wird dabei schwerpunktmäßig ein Standort betrachtet, der im Einflussgebiet des Braunkohletagebaureviers Inden I liegt und derzeit Sulfatkonzentrationen von 1000-1500 mg/l in einem Trinkwasserbrunnen aufweist. Neben der Untersuchung der Nanofiltration an sich wird eine Konzentrataufbereitung mittels CaSO4-Kristallisation auf ihre Effektivität geprüft.

Die Richtlinie

„Wasser ist keine übliche Handelsware, sondern ein ererbtes Gut, das geschützt, verteidigt und entsprechend behandelt werden muss.“ (Erster Erwägungsgrund der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie) Wasser hat für die Menschen schon immer eine besondere Rolle gespielt. Es ist Existenzgrundlage, Quelle des Lebens. Es verbindet alle Ökosysteme und kennt weder staatliche noch politische Grenzen – deshalb haben alle Menschen die Verantwortung für die Bewahrung der Ressource Wasser als Lebensgrundlage für jetzige und kommende Generationen. Mit der im Dezember 2000 von der Europäischen Gemeinschaft verabschiedeten Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) stellen sich die Mitgliedsstaaten der EU dieser Aufgabe. Das Dokument steht hier Download zur Verfügung: Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) Die WRRL vereinheitlicht europaweit die Ziele für den Gewässerschutz auf einem hohen Niveau. Sie ordnet und vernetzt den Schutz aller Gewässer – vom Grundwasser, über die Seen und Fließgewässer bis zu den Küstengewässern. Der Schutz ist auf eine Zustandsverbesserung der ober- und unterirdischen Gewässer und deren nachhaltiger Nutzung ausgerichtet. Die Ziele sind ehrgeizig. Bis spätestens 2027 soll in allen europäischen Gewässern ein guter ökologischer und chemischer Zustand erreicht werden. Für das Grundwasser wird ein guter chemischer und mengenmäßiger Zustand angestrebt. Ökologie, Wasserqualität und Wassermenge sind also die drei Säulen auf denen der Schutz des Wasservorkommens in Europa ruht. Die vernetzende Funktion des Wassers rückt in den Vordergrund. Bei den oberirdischen Gewässern orientiert sich die WRRL am Leitbild des natürlichen Zustandes. Als Vorbild dienen artenreiche, vom Menschen weitestgehend unbeeinflusste Gewässer. Der “Gute Zustand” ist erreicht, wenn ein Gewässer nur wenig vom natürlichen Zustand abweicht und alle EU-Wasserqualitätsnormen erfüllt. Bei künstlichen und erheblich veränderten Gewässern soll ein soll ein „gutes ökologisches Potenzial“ entwickelt werden. Gemessen wird die Zielerreichung an der entstehenden Artenvielfalt. Eine ausgewogene Bilanz zwischen der Trinkwasser-Entnahme und der natürlichen Grundwasserneubildung – also die Vermeidung einer Übernutzung – ist Ziel des “guten mengenmäßigen Zustandes” für das Grundwasser. Maßgeblich für die Beurteilung ist eine detaillierte Wasserbilanz über mehrere Jahre und die räumliche Modellierung der Grundwasserleiter. Der “gute chemische Zustand” gilt als erreicht, wenn im Grundwasser keine Anzeichen für einen durch den Menschen bedingten Zustrom von Salzwasser zu erkennen sind und die nachgewiesenen Stoffkonzentrationen die festgelegten Schwellenwerte eingehalten werden. Erhalt des derzeitigen Zustandes aller Wasservorkommen, also Schutz intakter Wasserlebensräume und bisher unbelasteter Grundwasservorräte (“Verschlechterungsverbot”) Renaturierung ausgebauter Gewässer Verminderung von Nähr- und Schadstoffeinträgen („Verbesserungsgebot“) Innovativ Mit der WRRL wurden neue Qualitäten in die europäische Wasserpolitik eingeführt: Eine über die politischen Grenzen hinausreichende, auf das natürliche Flusseinzugsgebiet bezogene Bewirtschaftung der Gewässer Eine ganzheitlich-integrative Betrachtungsweise, die sowohl ökologische, biologische als auch hydrologische und morphologische Merkmale sowie chemisch-physikalische Eigenschaften im Fokus hat Wirtschaftliche Instrumente, die den sorgsamen Umgang mit Wasser fördern Eine offensive Beteiligung der Öffentlichkeit bei der Planung und Umsetzung der notwendigen Maßnahmenprogramme Europaweit einheitliche, verbindliche und kurze Fristen für das Erreichen dieser Ziele Obwohl Wasser keine Grenzen kennt, waren Ströme, Flüsse und Bäche traditionell häufig Trennungslinien. Die WRRL kehrt diese Bedeutung der Fließgewässer um: Flüsse verbinden Gemeinden, Städte, Kreise, Bundesländer und Staaten europaweit. Damit leistet die Wasserrahmenrichtlinie einen wesentlichen Beitrag zur Förderung kooperativer Denk- und Handlungsmodelle. Die Wasserrahmenrichtlinie betrachtet die Gewässer ganzheitlich, d.h. inklusive der Auenbereiche und Einzugsgebiete sowie des Grundwassers und der Küstengewässer. Dieses gesamte komplexe Ökosystem wird als Flussgebietseinheit bezeichnet. Deutschland ist an zehn Flussgebietseinheiten beteiligt. Eng bemessen Aufgrund der drängenden Notwendigkeit sieht die WRRL einen ambitionierten Zeitplan vor. Der gute Zustand der Gewässer soll in wenigen Jahren erreicht werden. Enge Fristen für verschiedenste Schritte sind auf diesem Weg vorgegeben. Die vier wichtigsten Schritte sind: die Bestandsaufnahme: erstmalig durchgeführt im Jahr 2004, Überprüfung und Aktualisierung im Jahr 2013 und danach weiterhin alle sechs Jahre die Maßnahmenprogramme und Bewirtschaftungsplanung das Monitoringprogramm (installiert in 2006) die Maßnahmenumsetzung Bis 2015 ist der Nachweis der Zielerreichung gegenüber der EU zu erbringen. Sollten die Ziele bis zu diesem Zeitpunkt aus ökonomischen oder naturräumlichen Gegebenheiten nicht erreicht werden, ist die Möglichkeit einer Fristverlängerung bis 2027 vorgesehen. Der integrale Ansatz der WRRL beinhaltet, dass die ökologischen Zielvorstellungen mit den ökonomischen Möglichkeiten abgeglichen werden. Auf zahlreichen Gewässern lastet ein hoher Nutzungsdruck. Viele Nutzungen (wie die Stromerzeugung, Trinkwasserförderung, intensive Landwirtschaft usw.) erfordern Maßnahmen, die zwangsläufig die natürlichen Eigenschaften der Flüsse, Seen und auch des Grundwassers verändern. In diesem Spannungsfeld lässt die WRRL jedoch Freiräume verschiedene Interessen gegeneinander abzuwägen. Ein weiterer ökonomischer Aspekt ist die monetäre Bewertung der Nutzung von Wasserdienstleistungen (z.B. Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung). Sie soll in Zukunft durch ein Preissystem reguliert werden, bei dem alle Nutzer entsprechend dem Verursacherprinzip einen angemessenen Beitrag zur Kostendeckung leisten. Dabei sind auch die ökologischen Kosten einzubeziehen. Ziel ist es, über einen kostendeckenden Wasserpreis den Wert der knappen Ressource Wasser bewusst zu machen. Die Einschätzung der Kostendeckung für Wasserdienstleistungen konzentriert sich in erster Linie auf die Bereiche der öffentlichen Wasserversorgung und der Abwasserbehandlung. In Berlin ist der Wasserpreis bereits kostendeckend. Grundlegend Mit dem Inkrafttreten des geänderten Wasserhaushaltsgesetzes des Bundes im Juni 2002 und durch Anpassung der 16 Landeswassergesetze wurde die WRRL in nationales Recht umgesetzt. Das anlässlich der Umsetzung der WRRL novellierte Berliner Wassergesetz trat im Juni 2005 in Kraft. Weitere Informationen und Downloadangebote finden Sie im Bereich Wasserrecht. Der Öffentlichkeit kommt für die Zielerreichung – dem guten Zustand der europäischen Gewässer – eine wichtige Rolle zu. Das Potential des freiwilligen Engagement vieler Bürger, die professionellen Kenntnisse und Erfahrungen der verschiedensten Interessengruppen, Gewässernutzer und Verbände ist eine wesentliche Einflussgröße für den Prozess. Durch ihre Einbindung kann die Qualität der Maßnahmen gehoben werden. Gleichzeitig wird das Verständnis und die Akzeptanz für die Umsetzung der Richtlinie vergrößert. Die WRRL benennt drei Kommunikationswege: Information Anhörungen, die rechtlich vorgeschrieben sind Aktive Beteiligung der Öffentlichkeit während der Erstellung der Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenprogramme Ihr Engagement ist willkommen, denn Ihre Kenntnisse, Erfahrungen und Ihre Kreativität können den Prozess bereichern und die Entscheidungsfindung verbessern.

Numerische Modellierung zur Grundwasserbilanzierung in ausgewaehlten Stadtteilen Berlins mit Hilfe moderner geostatistischer Verfahren

In dem Projekt soll ein neuer wissenschaftlicher Ansatz zur Klaerung des raum-zeitlichen Zusammenhangs zwischen den Grundwasserspiegel-Schwankungen in Berlin und der natuerlichen Grundwasserneubildung durch versickernde Niederschlagswaesser getestet werden, der ueber bisher angewandte Methoden hinausgeht. Es wird der Einfluss der Deckschichten-Geologie, des Flurabstandes, der Vegetation und des Grades der Versiegelung auf die Grundwasserneubildung an hinsichtlich dieser Parameter unterschiedlichen Testgebieten im Sueden Berlins untersucht. Dabei soll eine numerische Modellierung anhand von regionalisierten Eingabeparametern vorgenommen werden, die sowohl vorliegende punktbezogene Daten in verschiedene, in sich homogene Flaechen zusammenfasst, als auch auf die ungesaettigte Bodenzone beschraenkte Bodenwasserhaushaltsmodelle mit dem dreidimensionalen Grundwasserkoerper in Zusammenhang bringt. Dies ermoeglicht neben einer qualitativen Beurteilung der beteiligten Einflussgroessen auch eine Quantifizierung von lateralen und vertikalen Wasserfluessen sowie von Grundwasserentnahmen und -einspeisungen, was einer Wasserhaushaltsbilanzierung zugute kommt.

Untersuchung neu erkannter Stoerfaktoren und ihrer Auswirkungen auf die 14C-Grundwasseraltersbestimmung

Aenderungen der 14C-Grundwasseralter zeigen sich bei stark genutzten Aquifer. Es soll versucht werden, aus isotopen- und hydrochemischen Daten zu einer quantitativen Aussage ueber optimale Nutzungen von Grundwasservorkommen zu kommen.

Grundwasserchemismus in pleistozaenen Sedimenten des Oberrheingrabens

Der Grundwasserchemismus in den Lockersedimenten ist sowohl von geologischen Bedingungen als auch stark anthropogen beeinflusst. Es soll vor allem der Einfluss der Deckschichten und der Bodenverhaeltnisse auf die Zusammensetzung des oberflaechennahen Grundwassers sowie deren weitere Entwicklung im Aquifer untersucht werden.

Abteilung 3 Geologie, Wasser und Boden (LUNG)

Mecklenburg-Vorpommern ist ein gewässerreiches, aber durchaus nicht wasserreiches Land, geprägt durch seine Küstengewässer, seine Flüsse und zahlreichen Seen. Die Gewässer als Bestandteil des Naturhaushaltes und als Lebensgrundlage für Menschen, Tiere und Pflanzen sind zu schützen und zu pflegen, ihre biologische Eigenart und Vielfalt sowie ihre wasserwirtschaftliche Funktionsfähigkeit sind zu erhalten, zu verbessern oder wiederherzustellen. Schwerpunktaufgaben sind deshalb: - Erarbeitung von Grundlagen sowie die Koordinierung von Grundlagenarbeiten der Wassermengen- und -gütewirtschaft, des Schutzes, der Sanierung und der Wiederherstellung der ökologischen Funktionsfähigkeit von Gewässern - Landesweite wasserwirtschaftliche Fachplanungen - Planung und Koordinierung der Mengen- und Beschaffenheitsüberwachung der Gewässer - Sonderuntersuchungen zur Beschaffenheit der Gewässer - Erfassung, Sammlung, Auswertung und Bewertung wasserwirtschaftlicher Daten des Landes - Veröffentlichung gewässerkundlicher Daten, z.B. im Gewässerkundlichen Jahrbuch, in Gewässergüteberichten - Aufgaben beim Vollzug des Landeswassergesetzes

Grundwasser in Nordafrika

Da die Grundwasservorraete der Nordsahara besonders in Libyen verstaerkt als Nutzwasser herangezogen werden, muss die Frage der Ausschoepfbarkeit dieser Vorraete und die eventuelle derzeitige Ergaenzung geprueft werden. Es wird die hydrogeologische Struktur dieses Gebiets untersucht und Altersbestimmungen des Wassers mit Hilfe des Kohlenstoff-14 vorgenommen.

Wechselbeziehung zwischen Rheinwasser und Grundwasser (quantitativ)

Zweck und Ziel: Die instationaeren Austauschvorgaenge zwischen Oberflaechengewaesser und Grundwasser spielen fuer kuerzere Bilanzzeitraeume eine wesentliche Rolle. Die Einspeisungsmengen von Flusswasser in das Grundwasser (Uferfiltrat bzw positive Uferspeicherung) bei Hochwasser im Fluss bewirken einen Anstieg der Grundwasseroberflaeche. Aus Grundwasserstandsbeobachtungen laesst sich die Grundwasservorratsaenderung fuer einen den Messstellen zugehoerigen Bereich berechnen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Groesse der Austauschmengen fuer einzelne Hochwasserwellen und fuer laengere Hochwasserzeiten sowie der Dauer der Speicherung dieser Grundwasservorraete. Das Forschungsvorhaben steht im Zusammenhang mit den Untersuchungen zur 'Prognose ueber die Niedrigwasserentwicklung im Rhein' (Forschungsvorhaben Nr. 99 -U). Ausfuehrung: Seit 1981 werden an je 5 Grundwassermessstellen in den Messprofilen Hartheim und Neuenburg im suedlichen Breisgau und an 6 Grundwassermessstellen im Messprofil Urmitz im Neuwieder Becken kontinuierlich Grundwasserstandsaufzeichnungen vorgenommen. Aus diesen Daten wurden repraesentative Hochwasserereignisse zur Berechnung der Grundwasservorratsaenderung ausgewaehlt. Die Berechnungen erfolgten mit einem eigens fuer diesen Zweck erstellten Modellsystem. Im Jahre 1988 konnten taegliche Grundwasserstandsaufzeichnungen an 12 Messstellen noerdlich von Bonn ueber den Zeitraum 1955 bi 1988 vom Landesamt fuer Wasser und Abfall, NRW, uebernommen werden. Diese Daten wurden entsprechend den bisherigen Bearbeitungen im Neuwieder Becken ausgewertet. Ergebnisse: Die Austauschmengen koennen kurzzeitig sehr grosse Werte annehm

Grundwasserbeobachtungen in der 'Sundischen Wiese' - Nationalpark 'Vorpommersche Boddenlandschaft'

In der Sundischen Wiese werden seit 1992 die Wasserstaende in den dort vorhandenen Ent- und Bewaesserungsgraeben sowie die Grundwasserstaende in dem gesamten Gebiet beobachtet. Ziel dieser Untersuchungen ist es, die hydrologischen Grundlagen fuer eine den Richtlinien des Nationalparks Vorpommersche Boddenlandschaft entsprechende, extensive Weidenutzung zu schaffen. Langfristig wird dabei eine Rueckfuehrung der zur Zeit noch eingedeichten und entwaesserten Untersuchungsflaechen in Salzgruenland angestrebt. Die derzeitigen Untersuchungen dienen vornehmlich der Schaffung einer Datengrundlage fuer eine spaetere Modellierung des Wasserhaushaltes als Planungsgrundlage fuer die langfristig angestrebte Rueckfuehrung in Salzgruenland.

Grundwasserhaushalt und quantitativer Naehrstoff- und Duengemittelaustrag

In zwei Wassereinzugsgebieten des Eyachtals (Lehnbach, Forstbezirk Wildbad und Stillwasser, Forstbezirk Kaltenbronn) wurden nach eingehenden Grundwasserhaushaltsstudien und wasseranalytischen Untersuchungen Phosphat-Duengungen ausgebracht. Die Wirkung dieser P-Duengung auf die Wasserqualitaet, insbesondere auf die Ortho-P-, Gesamt-P-Gehalte sowie die P-Frachten wird langfristig untersucht.

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