Im Waeschebachtal bei Blankenrode (Hochsauerlandkreis) hat sich eine Schwermetallvegetation u.a. mit Viola guestphalica etabliert, was moeglicherweise auf die Eintragung von schwermetallhaltigen Abwaessern aus oberhalb liegenden Schwermetallabraumhalden zurueckzufuehren ist. Beobachtungen der letzten Jahre liessen einen Rueckgang des Schwermetallpflanzenbestandes befuerchten. Als Ursache fuer diesen Rueckgang werden verschiedene Moeglichkeiten in Betracht gezogen: a) Vernaessung der Wiese, b) Auswaschung der Schwermetalle, c) Verdraengung durch andere Pflanzen infolge der Punkte a und b. Um quantitative Veraenderungen im Bestand erfassen zu koennen, wurden in den jahren 1994 und 1996 detailierte Vegetationsaufnahmen der Waldwiese gemacht. Parallel hierzu wurden im Jahr 1994 die Grundwasserstaende erfasst und die vertikale Verteilung von Schwermetallen (Pb, Zn und Fe) im Boden sowie die Akkumulation in ausgewaehlten Pflanzen analysiert. Die vorlaeufigen Ergebnisse lassen vermuten, dass der moegliche Rueckgang des Viola-Bestandes nicht auf eine Verarmung an Schwermetallen zurueckzufuehren ist, sondern an andere noch zu eruierende Faktoren gekoppelt sein muss.
Retentionsbodenfilter werden seit über 25 Jahren erfolgreich zur chemisch-physikalischen und zur biologischen Behandlung von Niederschlagswasser im Misch- und
Trennsystem eingesetzt. Sie können partikuläre Verunreinigungen zurückhalten sowie
Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen umsetzen, aber auch Schwermetalle und
Phosphor im Filterkörper adsorptiv binden. Unter aeroben Bedingungen werden
organische Substanzen mineralisiert und Ammoniumstickstoff zu Nitrat oxidiert. Viele der
im Filtersubstrat ablaufenden biologischen Prozesse führen zu einer Bildung von Säuren.
Um einer Filterversauerung und damit einer Remobilisierung von Schwermetallen und
dem Erliegen der Nitrifikation entgegenzuwirken, wird das Filtersubstrat beim Neubau von
Retentionsbodenfiltern mit einem Carbonatgehalt von > 20 M-% ausgestattet
(MKUNLV, 2015 und DWA-A 178). Das vorhandene Carbonatdepot bietet zunächst eine
ausreichende Pufferkapazität, um pH-Wert-Schwankungen vorzubeugen und die
Reinigungsleistung von Retentionsbodenfiltern aufrechtzuerhalten.
Neueste Untersuchungen zum Zustand der Retentionsbodenfilter in Nordrhein-Westfalen
haben gezeigt, dass das Carbonatdepot und damit die Reinigungsleistung einiger älterer
Retentionsbodenfilter (> 20 Jahre) einen kritischen Wert erreicht (Grotehusmann et
al., 2016). Um das über viele Jahre im Filterkörper akkumulierte Depot von Schwermetallen und Phosphor weiterhin adsorptiv zu binden und zur Aufrechterhaltung
der Nitrifikation ist es erforderlich, die Pufferkapazität bzw. das Carbonatdepot im
Filterkörper wiederherzustellen.
Daher soll im Forschungsvorhaben RBF - ReCarbon ein Verfahren zur dauerhaften
Erhöhung der Pufferkapazität im Filtersubstrat von Retentionsbodenfiltern ohne
Betriebsunterbrechung entwickelt werden. Dazu werden zunächst im Labormaßstab die
generellen Anforderungen an Kalkprodukte für eine Re-Carbonatisierung in
Säulenversuchen herausgearbeitet. Anschließend wird das Verhalten der verschiedenen
Kalke bezüglich ihres Eintrags in den Filterkörper an halbtechnischen Versuchsanlagen
untersucht, und verschiedene Ausbringungsmethoden werden miteinander verglichen.
Abschließend werden Empfehlungen für die großtechnische Praxis abgeleitet.
Die Entwicklung eines Verfahrens zur Re-Carbonatisierung von Retentionsbodenfiltern
würde es ermöglichen, die Lebensdauer von Retentionsbodenfiltern, um ein Vielfaches
zu erhöhen und die wartungsarmen Bodenfilter weiterhin effizient zu betreiben. Des
Weiteren wird durch das Forschungsvorhaben RBF - ReCarbon ein wesentlicher Beitrag
zum Gewässerschutz in Nordrhein-Westfalen geleistet.
Das Ziel des Vorhabens besteht in der Untersuchung und Bewertung des Remobilisierungspotentials von Radionukliden im Sediment des Constructed Wetland Pöhla und darauf aufbauend einer Strategieentwicklung zur langzeitigen Sedimentstabilisierung unter Nutzung der hohen Biosorptionsleistung von Characeae-Algen. Das Vorhaben gliedert sich in die folgenden Themenkomplexe: 1. Mikrobiologische und materialwissenschaftliche Untersuchungen der durch Algen verursachten Vorgänge bei der Biomineralisation, 2. Kolonnen- und Feldversuche zur stabilen Immobilisierung von Radionukliden und Schwermetallen im Sediment, 3. Modellierung der zur Sedimentbildung führenden Prozesse. Im Fall der erfolgreichen Lösung der Zielstellung beabsichtigt die WISUTEC GmbH die schnellstmögliche Umsetzung der Ergebnisse, um die Behandlungskosten des Grubenwassers Pöhla im Wetland weiter zu senken. Angestrebt wird weiterhin, für verfahrenstechnische Lösungen, die sich vom Stand der Technik deutlich abheben und eine attraktive wirtschaftliche Nutzung erlauben, Schutzrechte anzumelden.
Als Reaktion auf die zunehmende Besorgnis über die potentiellen toxikologischen Gefährdungen durch (extreme) Hochwasserereignisse, haben sich Wissenschaftler ganz unterschiedlicher Fachrichtungen im FLOODSEARCH Projekt zusammen geschlossen. FLOODSEARCH ist Teil der Pathfinder Projekte, die im Rahmen des 'Exploratory Research Space (ERS) an der RWTH Aachen kürzlich initiiert und gefördert wurden. Der ERS fördert gezielt Forschungsvorhaben von etablierten und Nachwuchswissenschaftlern, die für einen begrenzten Zeitraum einen intensiven Ideenaustausch und kreatives wissenschaftliches Arbeiten zum Inhalt haben. FLOODSEARCH zielt darauf ab hydro-mechanische und ökotoxikologische Methoden in einem neuartigen Konzept zu kombinieren, mit dem die Risiken der Remobilisierung von partikulär gebundenen Schadstoffen untersucht werden, die oft in Folge von Hochwasserereignissen beobachtet werden können. Die Gefährdungen durch extreme Hochwasser und Aspekte der Remobilisierung von Sediment-gebundenen Schadstoffen werden unter kontrollierten Bedingungen charakterisiert und bewertet. Dazu werden in Experimenten Technologien zur Hochwassernachbildung mit biologischen Wirkungsanalysen kombiniert. Das übergeordnete Ziel ist die Etablierung eines neuen und realistischeren Ansatzes in der Hochwasserfolgenforschung, an Hand dessen ganz unterschiedliche Fragestellungen, gerade auch in Bezug auf die untersuchte Tierarten, ermöglicht werden. Namentlich sollen Modellorganismen wie die Regenbogenforelle (Onchorhynchus mykiss) mit partikel-gebundenen Schadstoffen unter Hochwasser-ähnlichen Bedingungen exponiert werden. Die Versuche dazu werden in Kreisgerinnen durchgeführt, die ein Monitoring von sowohl physikalisch/chemischen als auch biologischen Parametern ermöglicht. Letztendlich soll dieses Konzept dazu dienen potentielle Risiken durch zunehmend häufigere Hochwasserereignisse besser zu verstehen, die, v. a. in Folge des 'Global Change, z.B. in Mitteleuropa, erwartet werden. Weiterhin soll die Lücke zwischen dem reinen Verständnis des physikalischen Phänomens der Remobilisierung von Schadstoffen und den daraus folgenden toxikologischen Bedrohungen für aquatische Organismen geschlossen werden. Durch das Projekt sollen also die Beziehungen zwischen hydrodynamischen Parametern wie Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenzen, den mit dem Sedimenttransport verbundenen Parametern wie Sedimentkonzentration und Korngrößen und biologischen Parametern hergestellt werden. Neben der interdisziplinären und innovativen Forschungsarbeit soll ein Workshop ausgerichtet werden, in dem die erzielten Erkenntnisse aus FLOODSEARCH in einem über die Projektpartner hinaus gehenden Forum diskutiert und aufbauende Forschungsaktivitäten initiiert werden sollen.