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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.

Nährstoffsituation an Grundwasser-Messstellen in Niedersachsen

An 1.097 Messstellen im Grundwasser wurden für den Parameter Nitrat Trendbetrachtungen für den Zeitraum 2016 bis 2021 durchgeführt. In den Karten zum Thema Grundwasser ist ein Trend angegeben, wenn das Ergebnis statistisch signifikant ist, und der Mittelwert der gemessenen Konzentrationen an der Messstelle > 5 mg/l beträgt. Für Messstellen mit einem mittleren Nitratwert Für Grundwasser sind Auswertungen zum Parameter Nitrat enthalten. Der Schwellenwert von 50 mg/l ist die vorgegebene Qualitätsnorm für Grundwasser (Grundwasserverordnung) und entspricht dem Grenzwert für Trinkwasser nach der Trinkwasserverordnung. Landwirtschaftlich geringfügig beeinflusstes Grundwasser weist Nitratgehalte unter 10 mg/l auf. In landwirtschaftlich intensiv genutzten Regionen können Konzentrationen weit über 50 mg/l auftreten.

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.

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.

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.

Untersuchungen ueber den Stammabfluss an Baeumen

Es wird ein Zusammenhang zwischen der Morphometrie einer Reihe von Hauptholzarten und deren Stammabfluss hergestellt, um hieraus die wichtigsten bestandeshydrologischen Daten (Interzeption, Waldbodenniederschlag usw.) abzuleiten. Das Ziel der Untersuchung besteht darin, aufgrund von Luftbildaufnahmen, die die Morphometrie von Baeumen mit zu erfassen Imstande sind, Waldnettoniederschlagskarten zu fertigen, um die Wasserhaushaltsgroessen bewaldeter Gebiete genauer eingrenzen zu koennen.

Ingenieurhydrologische Untersuchung der oberirdischen Abflussverhaeltnisse im Hinblick auf Grundwasseranreicherungen im Hessischen Ried

Zur Verbesserung der Grundwasserverhaeltnisse im Hessischen Ried sind verschiedene Massnahmen technisch moeglich und teilweise in Ansaetzen verwirklicht. Ziel dieser Untersuchung ist, die fuer wirtschaftlich-technische Nutzen-Kosten-Vergleiche und -Optimierungen notwendigen hydrologischen Grundlagen zu erarbeiten. Dazu sind zunaechst wahrscheinlichkeitstheoretisch belegte Aussagen ueber die insgesamt in dem Odenwald-Vorfluter zur Verfuegung stehenden Wassermengen zu erarbeiten. Dann soll ein Niederschlag-Abfluss-Modell erstellt werden, das unter Beruecksichtigung ortsvariabler qualitaetsbedingter Mindestabfluesse und Entnahmen fuer die Versickerung die Simulation des Abflusses und der Beaufschlagung der Versickerungseinrichtungen fuer verschiedene Systemvarianten gestattet. Auf diese Weise koennen verschiedene Standorte, Versickerungssysteme und Betriebsweisen bezueglich ihrer Effektivitaet und Wirtschaftlichkeit verglichen und langfristige Aussagenueber die Absolutwerte der Grundwasseranreicherungsmengen erhalten werden.

Grundwasser-Beobachtungsprogramm Basel-Stadt

Installation eines Beobachtungsnetzes mit automatisierten Limnigraphenstationen (Wasserstands- bzw. Temperaturmessungen) - Einrichtung einer Datenbank zur Speicherung quantitativer und qualitativer Messdaten - Installation eines Grundwassermodells zur Simulation unterschiedlicher Nutzungszustaende sowie fuer Bilanzierungszwecke - Chemische Analysen des Grundwassers.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: Kaliumgehalt

Die Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: Kaliumgehalt zeigt die Auswertung einer repräsentativen Auswahl von Kaliumkonzentrationen aus der Labordatenbank des LBEG. Die über einen Zeitraum von 1967 bis 2000 erhobenen Daten wurden zweifach gemittelt. Bei Grundwasser-Messstellen mit Mehrfachanalysen wurden Mittelwerte der jeweils vorliegenden Untersuchungsergebnisse gebildet. Zusätzlich wurden die Werte aller Probenahmestellen in einem Radius von 2000 m einer weiteren Mittelwertbildung unterzogen. Erhöhte Konzentrationen, die eindeutig auf punktförmige anthropogene Einträge (z.B. Gewinnungsanlagen für Kalisalz) zurückzuführen sind, werden im Rahmen dieser Übersichtskarte nicht wiedergegeben. Die Kaliumgehalte sind in Tiefenstufen ohne Bezug zur lokalen hydrogeologischen Situation dargestellt. Die Stabdiagramme im rechts gezeigten Beispiel spiegeln Ergebnisse für die Tiefenstufen bis 20 Meter, über 20 bis 50 Meter, über 50 bis 100 Meter und über 100 bis 200 Meter wieder. Ein Vergleich von Werten ist daher ohne Berücksichtigung der jeweiligen hydrogeologischen Situation (z.B. hydrogeologischer Stockwerksbau) ebenso wie die Heranziehung der Daten für Detailuntersuchungen nicht zulässig. Bei der Gewinnung und Verarbeitung der Kaliumverbindungen werden örtlich erhebliche Mengen an Kalium freigesetzt. So enthält Oberflächen- und Grundwasser in der Nähe von im Abbau befindlichen Kalisalzlagerstätten vielfach erhöhte anthropogen verursachte Konzentrationen. Ein flächenhafter Eintrag erfolgt durch die Verwendung von Kalidünger. Gedüngte Böden landwirtschaftlicher Flächen zeigen im Grundwasser häufig erhöhte Kaliumwerte.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: Kaliumgehalt (WMS Dienst)

Die Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: Kaliumgehalt zeigt die Auswertung einer repräsentativen Auswahl von Kaliumkonzentrationen aus der Labordatenbank des LBEG. Die über einen Zeitraum von 1967 bis 2000 erhobenen Daten wurden zweifach gemittelt. Bei Grundwasser-Messstellen mit Mehrfachanalysen wurden Mittelwerte der jeweils vorliegenden Untersuchungsergebnisse gebildet. Zusätzlich wurden die Werte aller Probenahmestellen in einem Radius von 2000 m einer weiteren Mittelwertbildung unterzogen. Erhöhte Konzentrationen, die eindeutig auf punktförmige anthropogene Einträge (z.B. Gewinnungsanlagen für Kalisalz) zurückzuführen sind, werden im Rahmen dieser Übersichtskarte nicht wiedergegeben. Die Kaliumgehalte sind in Tiefenstufen ohne Bezug zur lokalen hydrogeologischen Situation dargestellt. Die Stabdiagramme im rechts gezeigten Beispiel spiegeln Ergebnisse für die Tiefenstufen bis 20 Meter, über 20 bis 50 Meter, über 50 bis 100 Meter und über 100 bis 200 Meter wieder. Ein Vergleich von Werten ist daher ohne Berücksichtigung der jeweiligen hydrogeologischen Situation (z.B. hydrogeologischer Stockwerksbau) ebenso wie die Heranziehung der Daten für Detailuntersuchungen nicht zulässig. Bei der Gewinnung und Verarbeitung der Kaliumverbindungen werden örtlich erhebliche Mengen an Kalium freigesetzt. So enthält Oberflächen- und Grundwasser in der Nähe von im Abbau befindlichen Kalisalzlagerstätten vielfach erhöhte anthropogen verursachte Konzentrationen. Ein flächenhafter Eintrag erfolgt durch die Verwendung von Kalidünger. Gedüngte Böden landwirtschaftlicher Flächen zeigen im Grundwasser häufig erhöhte Kaliumwerte.

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