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.
In den Stauhaltungen des Neckars liegen stark schadstoffbelastete Altsedimente, die von juengeren, vergleichsweise schwach kontaminierten Sedimentschichten ueberdeckt werden. Die Gefahr einer Resuspension der Kontaminationsherde und damit einer Remobilisierung der Schadstoffe durch Hochwasser oder Baggeraktivitaeten kann derzeit nur schwer abgeschaetzt werden. Fuer einen ausgewaehlten Neckarabschnitt zwischen Besigheim-Lauffen (Stauhaltung Lauffen) sollen saemtliche relevanten Informationen ueber die Stroemungsverhaeltnisse, die Sedimenteigenschaften und das Schadstoffinventar zusammengetragen und bewertet werden. Fuer signifikante Hochwasserereignisse werden die in die Stauhaltung ein- und ausstroemenden Schweb- und Schadstofffrachten ermittelt. Die Volumenveraenderung der Schlammablagerungen zwischen den Hochwasserperioden wird aus Echolotungen berechnet und mit den Schwebstofffrachtbilanzen verglichen. Ein numerisches Stroemungs- und Transportmodell zur Beschreibung der Schwebstoff- und Schadstoffmobilitaet wird entwickelt und mit den Naturdaten kalibriert. Mit dem Rechnermodell sollen - die fuer die Stoffmobilitaet relevanten Einzelprozesse und Modellparameter identifiziert und dazu Sensitivitaetstest durchgefuehrt werden, - die Interaktion der hydraulischen, sedimentologischen und chemischen Einzelprozesse mit Langzeitsimulationen ueber mehrere Dekaden untersucht und - das Risiko einer hydraulischen oder chemischen Remobilisierung der Sedimentaltlasten quantitativ abgeschaetzt werden.
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.