b i e r w Studie - uni-kassel.de · Carbamazepin Sulfamethoxazol Diclofenac Metoprolol Ibuprofen Bezafibrat Clarithromycin Sotalol MCPP Carbendazim Diuron Terbutryn Isoproturon DEET

Fach

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t Siedlungswasserwirtsc haft

- Universität Kassel -

RP Gießen 25.10.2017

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Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW) Leiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen Seite 1/42

Studie „MiLa“ – Mikroschadstoffe Lahn

(Arbeitspaket 1) Auftraggeber:

RP Gießen/HMUKLV Bearbeitungszeitraum:

09/2016 – 02/2017

Dr.-Ing. Wernfried Schier Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Universität Kassel

Informationsveranstaltung für die hessischen Wasserbehörden 25. Oktober 2017, Regierungspräsidium Gießen

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Kurze Einführung Struktur des Lahn-Einzugsgebietes Punktuelle Einträge Diffuse Einträge

Auswertung des vorhandenen Datenmaterials

4. Reinigungsstufe Zusammenfassung

Empfehlungen für das Arbeitspaket 2

Gliederung

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LIFE-IP-Projekt „LiLa - Living Lahn“ Inhaltliche Stichworte: umweltverträglicher Hochwasserschutz nachhaltiger Tourismus Regionalentwicklung an der Lahn Projekte zur Reduzierung der stofflichen Belastung der Lahn sind bislang nicht berücksichtigt

Hessen: Ertüchtigung/Optimierung der Kläranlagen Marburg und Gießen (beide GK 5) hinsichtlich der Phosphorelimination erforderlich

Nationale und internationale Diskussion des Themas „Mikroschadstoffe, Mikroverunreinigungen“ mit der Perspektive einer 4. Reinigungsstufe

Frage nach der Situation der Mikroschadstoff-belastung der Lahn

Projektgenese

Die Lahn bei Lahntal (http://www.gastlandschaften.de/fileadmin/_processed_/csm_Lahntal_Limburg_III_f8dd9eb6a1.jpg; 2016)

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August 2016: Beauftragung des FG SWW mit dem Arbeitspaket 1 der FuE-Studie MiLa – Mikroschadstoffe Lahn Medien- und Literaturrecherche zu aktuellen

Studien sowie wissenschaftlichen Arbeiten im Umfeld der Lahn

Sammlung, Sichtung, Bewertung von Daten Darstellung der Immissionssituation der Lahn

bezüglich Mikroschadstoffen Darstellung möglicher Maßnahmen und

Umsetzungsstrategien zur Reduzierung der Belastungen

März 2017: Abschlusspräsentation

FuE-Studie

Die Lahn bei Lahntal (http://www.gastlandschaften.de/fileadmin/_processed_/csm_Lahntal_Limburg_III_f8dd9eb6a1.jpg; 2016)

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Als Mikroschadstoffe, Mikroverunreinigungen oder Spurenstoffe werden Substanzen bezeichnet, die in den Gewässern in sehr tiefen Konzentrationen (µg/L bis ng/L) nachgewiesen werden. Diese Stoffe sind teilweise schon in tiefen Konzentrationen hoch wirksam und haben negative Effekte auf die aquatische Umwelt (Beispiele: Diclofenac, Carbamazepin). Stoffgruppen sind

Allgemeines

Pestizide Arzneimittelwirkstoffe (Hormone, Röntgenkontrastmittel) Industriechemikalien Korrosionsschutzmittel Süßstoffe Schwermetalle u.a.m.

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Eintragspfade

Diffuse Einträge

Kommunale Kläranlage • Arzneimittelwirkstoffe • Süßstoffe • Duftstoffe • Biozide • Industriechemikalien

Direkteinleiter • Industriechemikalien • Schwermetalle

Punktuelle Einträge

Mischwasserentlastungen • Arzneimittelwirkstoffe • Süßstoffe • Biozide

Oberflächenabfluss, Drainagen • Pflanzenschutzmittel • Biozide • Tierarzneimittel

Regenwasserkanäle • Biozide • Pflanzenschutzmittel • Schwermetalle

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Rechtliche Regelungen gibt es bislang nur für einige dieser Stoffe; Umweltqualitätsnormen (UQN) für 45 prioritär und prioritär gefährliche Stoffe (WRRL/OGewV) und für 67 flussgebietsspezifische Schadstoffe (OGewV), Beobachtungsliste für eine unionsweite Überwachung (10 Stoffe)

UQN-Vorschläge (Umweltbundesamt) Predicted No Effect Concentration (PNEC) No Observed Effect Concentration (NOEC) Gesundheitliche Orientierungswerte (GOW) toxikologisch abgeleitete Leitwerte Einzelbetrachtungen vorgegebene Zielwerte Zielwerte des Donau-, Maas- und Rhein-Memorandums (DMR) …

Qualitätskriterien

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Relevanz

Pestizide 24%

Arzneimittel 22%

Röntgenkontrastmittel 8%

Hormone 5%

Korrosionsschutzmittel

5%

Süßstoffe 3%

Duftstoffe 3%

PFC 14%

Flammschutzmittel/Weichmacher

8%

Komplexbildner 5%

Sonstige Industriechemika

lien 3%

Auswertung von 19 Studien zu Mikroverunreinigungen in Oberflächengewässern Kläranlagenabläufen

…darunter „Reine Ruhr“,

IKSR-Studien, UBA, SpSt-Inventar (KomS), Komz NRW, Mikro_N (RLP), OgRe Berlin, Micropoll/CH, …..

insgesamt 316 Stoffe positive Befunde (Werte über der

Bestimmungsgrenze) nähere Betrachtung

der 60 am häufigsten untersuchten Spurenstoffe (untersucht in mind. 4 Studien)

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Nachweis in den Gewässern

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[%]

Arzneimittel

Flamm-schutz-mittel

Hormone

Industrie-chemikalieKorrosions-

schutzmittel Röntgenkontrastmittel

PFC

SüßstoffPestizide

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Nachweis in den Gewässern

0102030405060708090

100Ca

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[%]

Arzneimittel

Flamm-schutz-mittel

Hormone

Industrie-chemikalieKorrosions-

schutzmittel Röntgenkontrastmittel

PFC

Süßstoff

Pestizide

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Das Lahneinzugsgebiet

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Lahn

• 245 km lang

• Quelle: Lahnkopf (NRW)

• Fließlänge in Hessen: 166 km

• mündet in Rheinland-Pfalz in den Rhein

• Lahneinzugsgebiet: 5.925 km2

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Punktuelle Einträge (1)

• Kirchhain 99.000 EW • Wetzlar 80.000 EW • Selters 68.000 EW • Limburg 60.000 EW • Taunusstein 50.000 EW • …….

0

10

20

30

40

50

60

Anzahl der Kläranlagen

Verteilung der Kläranlagen nach Kategorie

0 %

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

Angeschlossene Einwohner nach Kategorie

• Gießen 300.000 EW • Marburg 155.000 EW

• Lahn-EZG 1.735.000 EW

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Punktuelle Einträge (2) Indirekteinleitungen aus: Chemische Industrie Eisen-, Stahl- und Tempergießerei Textilherstellung, Textilveredlung Metallbe- und –verarbeitung

Direkteinleitungen aus: Metallbe- und –verarbeitung

Fa. Kamax, Homberg/Ohm (1) Fa. Seidel, Marburg (2) Fa. Seidel, Fronhausen (3)

Eisengießerei Fa. Bosch Thermotechnik, Lollar (4)

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Abwasseranteile

abgeschätzt an den Pegelmessstellen des Lahn-EZG

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Abwasseranteile

abgeschätzt an den Pegelmessstellen des Lahn-EZG

Auszug aus Vortrag Prof. J. Oehlmann (Goethe-Universität Frankfurt a.M.) am 16. März 2017, Projekt NiddaMan): „Bereits bei 12 % Abwasseranteil sinkt die Abundanz (Populationsdichte) empfindlicher Arten im Nidda-Einzugsgebiet.“

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Kliniken/Krankenhäuser

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Diffuse Einträge - Mischwasserentlastungen

(HLNUG, 2017)

Abschätzung anhand der EW/Fläche

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Messstellen

1. Josbach, Halsdorf 2. Wadebach, Halsdorf 3. Rulfbach, Amöneburg, obh. Alte

Ohm 4. Marienbach, Grossseelheim 5. Allna, Argenstein 6. Wenkbach, Roth 7. Zwester Ohm, Hassenhausen 8. Kleebach, Allendorf Lahn 9. Lahn, Oberbiel,

(Überblicksmessstation) 10. Tiefenbach, Steeden 11. Emsbach, Ennerich, Brücke

Ortslage 12. Emsbach, Eschhofen, Brücke

L3448 13. Lahn, Staffel

(Überblicksmessstation)

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1. Einzelstoffbewertung der Jahresdurchschnittskonzentrationen (JD) nach Qualitätskriterien für Oberflächengewässer (OGew) Umweltqualitätsnormen (UQN) andere Qualitätskriterien

nach Qualitätskriterien für das Trinkwasser (TW)

2. Einzelstoffbewertung der Maximalkonzentrationen (ZHK)

3. höchste Jahresdurchschnittskonzentrationen je Messstelle

Bewertungsansätze der Belastungssituation

48 potentiell relevante Stoffe, davon mind. 22 relevant (Nichteinhalten von UQN und anderen QK)

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4 (21) Arzneimittel 4 (8) Pestizide 5 (5) PAK 4 (4) Röntgenkontrastmittel 2 (3) Metalle 1 (3) PFC 2 (2) Süßstoffe 0 (1) Flammschutzmittel 0 (1) halogenierter Kohlenwasserstoff

Bewertung der Belastungssituation

48 potentiell relevante Stoffe, davon mind. 22 relevant (Nichteinhalten von UQN und anderen QK)

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Überschreitungen - UQN

2 ) Isoproturon (35 %)

4) Bentazon (26 %) Isoproturon (26 %)

7) Isoproturon (56 %)

10) Triclosan (77 %) PFOS (47 %)

13) Benzo(a)pyren (100 %) Fluoranthen (100 %) Benzo(ghi)perylen (100 %)

• 3 Pestizide • 1 Perfluorierte Chemikalie

(PFOS) • PAK

• Stoffgruppe PAK (5 PAK) • Fluoranthen

• Fluoranthen hält aktuell

gültige UQN ein

• Relevanteste Stoffe

Fett = JD-Überschreitung Normal = ZHK – Überschreitung Fett umrandet = Letzte ÜW 2013/15

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Überschreitungen anderer QK - Arzneimittelwirkstoffe

• An drei Messstellen keine Überschreitungen (Nr. 2, 6, 8)

1) Ibuprofen (27 %)

3 ) Diclofenac (97 %)

4) Diclofenac (94 %) Ibuprofen (34 %)




10) Diclofenac (100 %) Erythromycin (53 %)


11) Diclofenac (94 %) 13) Diclofenac (100 %) Ibuprofen (58 %)


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RQ-Abschätzung (MNQ) für Diclofenac an den Einleitstellen kommunaler Kläranlagen (QK = PNEC = 0,1 µg/L)

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RQ-Abschätzung (MNQ) für Diclofenac an den Pegelmessstellen (QK = PNEC = 0,1 µg/L)

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RQ-Abschätzung (MNQ) für Diclofenac an den Pegelmessstellen (QK = PNEC = 0,1 µg/L)

Nr. Pegel Flussgebiet Konzentration in [µg/l] für

Risikoquotient

NQ MNQ MQ NQ MNQ MQ 1 Aßlar Dill 1,96 0,90 0,11 19,6 9,0 1,1 2 Bartenhausen Wohra 2,12 0,93 0,36 21,2 9,3 3,6 3 Biedenkopf Lahn 0,71 0,15 0,01 7,1 1,5 0,1 4 Bonbaden Solmsbach 3,77 0,77 0,11 37,7 7,7 1,1 5 Dillenburg1 Dill 20,19 5,46 0,48 201,9 54,6 4,8 6 Dillenburg2 Dietzhöhe 1,30 0,21 0,01 13,0 2,1 0,1 7 Essershausen Weil 2,69 0,79 0,08 26,9 7,9 0,8 8 Etzelmühle Salzböde 12,36 0,71 0,06 124,6 7,1 0,6 9 Gemünden Wohra 0,60 0,22 0,06 6,0 2,2 0,6 10 Herbornseelbach Aar 36,29 5,38 0,52 362,9 53,8 5,2 11 Kalkhofen Lahn 1,41 0,44 0,09 14,1 4,3 0,9 12 Leun Lahn 1,46 0,54 0,10 14,6 5,4 1,0 13 Lollar Lumda 0,83 0,25 0,07 8,3 2,5 0,6 14 Marburg Lahn 1,18 0,53 0,11 11,8 5,3 1,1 15 Michelbach Aar 0,63 0,23 0,03 6,3 2,3 0,3 16 Niederbrechen Emsbach 0,12 0,03 0,01 1,2 0,3 0,1 17 Niederwetter Wetschaft 0,55 0,19 0,05 5,5 1,9 0,5 18 Oberkleen Kleebach 1,26 0,19 0,02 12,5 1,9 0,2 19 Ober-Ofleiden Ohm 1,94 0,97 0,21 19,4 9,7 2,1

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Überschreitungen anderer QK - Röntgenkontrastmittel

• Iopromid in den höchsten Konzentrationen

• Iopromid Maximalkonzentration von 12,0 µg/l (Nr. 2)

• Gesamte Stoffgruppe relevant


3 ) Iopamidol (53 %)

4) Iopromid (41 %)

2) Iopromid (35 %) Iopamidol (6 %)

7) Iopromid (88 %) Iopamidol (53)

10) Iopamidol (94 %)

5) Iopromid (59 %)

13) Iopromid (100 %) Iopamidol (92 %) Amidotrizoesäure (83 %) Iomeprol (100 %)

9) Iopromid (100 %) Iopamidol (58 %) Amidotrizoesäure (83 %) Iomeprol (83 %)

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Überschreitungen anderer QK - Pestizide

• Keine Überschreitungen an der Lahn

• Tendenziell geringere positive Befunde, Ausnahme: Chloridazon-Desphenyl

• Metazachlor und Diuron halten UQN ein


1) Chloridazon- Desphenyl (50 %)

3 ) Chloridazon- Desphenyl (85 %)



12) Metazachlor (12 %) Metazachlor

10) Chloridazon- Desphenyl (67 %) Metazachlor (20 %) Triclosan (77 %) Diuron (14 %)

5) Chloridazon- Desphenyl (35 %) Triclosan (41 %)


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JD-Konzentrationen

* = Letzte ÜW 2013/15

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Überschreitungen von QK für Trinkwasser

Keine (vollständig) ökotoxikologisch abgeleiteten Grenzwerte geringere Relevanz

20 Stoffe überschreiten Grenzwerte für den Trinkwasserbereich 15 Arzneimittelwirkstoffe 2 PFC 2 Süßstoffe 1 Pestizid

3 Stoffe (Oxipurinol, Acesulfam, Sucralose) als relevant aufgrund der hohen JD-Konzentration eingestuft, 17 als weniger relevant

Bei den hier verwendeten Qualitätskriterien handelt es sich um allgemeine Grenzwerte des Donau-, Maas- und Rhein-Memorandums (DMS), in dem u.a. für Pestizide und Arzneimittelwirkstoffe ein Wert von 0,1 µg/l je Stoff empfohlen wird.

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JD-Konzentrationen

* = Letzte ÜW 2013/15

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Stand zur 4. Reinigungsstufe

Aktuell befinden sich bundesweit ca. 50 bis 60 Anlagen in Betrieb oder Planung.

Angestrebt wird eine allgemeine Eliminationsrate von 80 %.

Wesentliche Verfahren sind die: Aktivkohleadsorption (PAK/GAK) Ozonung Kombination beider Verfahren

Situation in Hessen

Pilotierungsversuche auf der Kläranlage Langen (TU Darmstadt) aktuell (KA 2017 (64) Nr. 10):

Verbandskläranlage Bickenbach des AV Bickenbach-Seeheim-Jugenheim Zentralkläranlage Büttelborn der Gemeinde Büttelborn

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Stand zur 4. Reinigungsstufe

Es erscheint möglich, dass es im Laufe dieser Legislaturperiode zu Veränderungen der rechtlichen Anforderungen kommt. (Verweis auf: Klärschlammausbringung zu Düngezwecken)

Aus diesen Empfehlungen ergibt sich der Bedarf für einen bundeseinheitlichen Orientierungsrahmen zur Auswahl von Kläranlagen, bei denen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kriterien eine weitergehende Behandlung sinnvoll ist. Zur Unterstützung des Ausbaus der kommunalen Abwasserinfrastruktur zur zielgerichteten Reduzierung von Spurenstoffen ist ein strukturierter Informations- und Erfahrungsaustausch zwischen allen Akteuren zu fördern. Begleitend sind für weitergehende Fragestellungen Forschungs- und Demonstrationsmaßnahmen durchzuführen. (Policy Paper, Empfehlung 4.3)

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Zusammenfassung Haupteintragspfad: Kommunale Kläranlage, MW-Entlastungen, Landwirtschaft besonders relevant sind Arzneimittelwirkstoffe, Röntgenkontrastmittel und

Pestizide Nebenflüsse weisen z.T. einen sehr hohen Abwasseranteil auf (bis zu 70 %) fünf Messstellen mit UQN-Überschreitungen der Tiefenbach (Messstelle 10) weist die häufigsten Überschreitungen auf relevante Stoffgruppen

- OGew: - TW: Pestizide (8) PAK (5) Arzneimittelwirkstoffe (21) Röntgenkontrastmittel (4) Metalle (3) Süßstoffe (2) PFC (3) Flammschutzmittel (1) halogenierter Kohlenwasserstoff (1)

Arzneimittelwirkstoffe (15) PFC (2) Süßstoffe (2) Pestizide (1)

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„Unterteilt man die im Wasserkreislauf vorkommenden anthropogenen Spurenstoffe in verschiedene Gruppen wie beispielsweise Industriechemikalien, Haushaltschemikalien, Körperpflegemittel, Humanpharmaka, Veterinärpharmaka, Biozide und Pestizide, werden die vielfältigen Eintragswege in die Gewässer in einer Industrie- bzw. Wohlstandsgesellschaft nachvollziehbar. Deutlich wird aber auch, dass zur effizienten Verminderung dieser Stoffe in der aquatischen Umwelt eine einzelne Maßnahme wie beispielsweise eine weitergehende Abwasserreinigung auf kommunalen Kläranlagen nicht allein zum Erfolg führen kann. Für ein zielgerichtetes Vorgehen zur Verminderung von Spurenstoffen in den Gewässern ist eine Bilanzierung der Stoffströme bzw. das Aufstellen von Einleitungskatastern sinnvoll.“ (W. Firk (Sprecher der DWA-KG, KA 2017 (64) Nr. 10)

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fundierte Belastungsermittlung der Lahn mit Spurenstoffen durch ein deutlich zu intensivierendes Datenmonitoring bezüglich der Lahn und seiner Nebengewässer mit Hilfe

abflussproportionaler Probenahme- und Messprogramme, der punktuellen Einleitungen aus der kommunalen

Abwasserreinigung (größenklassenübergreifend), der punktuellen Einleitungen aus der industriellen

Abwasserreinigung (Direkteinleiter und ggf. die Kläranlage Kirchhain mit ca. 70 % Industrieanteil),

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fundierte Belastungsermittlung der Lahn mit Spurenstoffen durch ein deutlich zu intensivierendes Datenmonitoring bezüglich der diffusen Einleitungen aus Mischwassereinleitungen (an

ausgesuchten Standorten exemplarisch für die ca. 1.000 MW-Einleitungen im Lahn-EZG) zur Identifizierung weiterer spurenstoffbelasteter Gewässerabschnitte

Mit Blick auf das Entwässerungssystems eines Gebietes ist zu berücksichtigen, dass die vorhandenen Techniken zur Behandlung von Mischwasserüberläufen und von Regenwassereinleitungen aus der Trennkanalisation bisher noch keine weitgehende Spurenstoffelimination erreichen. In diesem Bereich besteht weiterer Forschungsbedarf. (W. Firk, KA 2017 (64) Nr. 10)

Die Bedeutung von Niederschlags- und Mischwassereinleitungen für die Belastung der Gewässer mit relevanten Spurenstoffen ist zu untersuchen, um ggf. geeignete Maßnahmen entwickeln zu können. Zur Ermittlung der Wirkung von bestehenden und neuen Maßnahmen ist die Forschung zu intensivieren und zu fördern. (Policy Paper, Empfehlung 4.2)

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fundierte Belastungsermittlung der Lahn mit Spurenstoffen durch ein deutlich zu intensivierendes Datenmonitoring bezüglich der diffusen Einleitungen aus der Landwirtschaft, der Grundwasserqualität von Trinkwasserbrunnen.

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Ergänzung der Messstellen 1. Josbach, Halsdorf 2. Wadebach, Halsdorf 3. Rulfbach, Amöneburg, 4. Marienbach, Grossseelheim 5. Allna, Argenstein 6. Wenkbach, Roth 7. Zwester Ohm, Hassenhausen 8. Kleebach, Allendorf Lahn 9. Lahn, Oberbiel, (Überblicks-MSt) 10. Tiefenbach, Steeden 11. Emsbach, Ennerich, 12. Emsbach, Eschhofen, 13. Lahn, Staffel (Überblicks-Mst)

1. Ohm, Cölbe-Bernsdorf, Mündung 2. Lahn, Cölbe-Bernsdorf, oberhalb Ohm-Mdg. 3. Lahn, Lollar 4. Dill, Wetzlar, Mündung 5. Weil, Weilburg, Guntersau 6. Aar, oberhalb Aubach-Mündung

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Berücksichtigung zusätzlicher Spurenstoffparameter, die sich in anderen Gewässerstudien als besonders relevant erwiesen haben Komplexbildner

(Indikatorsubstanzen dieser Stoffgruppe: NTA und EDTA)

Hormone (gelten aufgrund ihrer endokrinen Wirkung generell als relevant)

Guanylharnstoff (Metabolit von Metformin (Antidiabetikum), der in zahlreichen Studien vermehrt und in hohen Konzentrationen nachgewiesen wurde)

…

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Empfehlungen für ein Arbeitspaket 2

Parallel zum angesprochenen Datenmonitoring Aufnahme konzentrationsbasierter Längsverläufe ausgesuchter Spurenstoffparameter und daran sich anschließende hydrodynamische Stofffluss-Modellierung und Simulation in Teileinzugsgebieten der Lahn, bspw. der Gewässer- bereich der Ohm im nördlichen Lahn-EZG und zum anderen der Gewässerbereich nordwestlich des Lahnabschnittes zwischen Weilburg und Limburg.

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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