1

Abb. 1: Das Einzugsgebiet des Bärensees

Institut Dr. Nowak Mayenbrook 1 28870 Ottersberg Tel. 04205 3175 28 Fax 04205 3175 819 Emailsy@limnowak.com

Ottersberg, den 5. Dezember 2007

Maßnahme zur Seenrestaurierung am Bärensee, Stadt Bruchköbel

- Applikationsbericht und Ergebnisse -- 1. Einführung Der Bärensee bei Hanau im Main-Kinzig Kreis (Stadt Bruchköbel) wird nach LAWA Richtlinien „Baggersee“ als ungeschichteter Kiessee bewertet. Seine Fläche umfasst 6 ha und die maximale Tiefe beträgt 3,8 m, die mittlere Tiefe liegt bei 2,63 m. Dieser See enthält somit ein Wasservolumen von 156000 m³. In der Vergangenheit wurde der Referenztrophiezustand mesotroph nie erreicht. Er ist eher als stark eutropher

See zu charakterisieren. Der See liegt innerhalb der größten Campingplatzanlage des Landes Hessen und wird von der Stadt Bruchköbel betrieben. Außerdem ist er ein beliebter Bade- und Angelsee und unterliegt somit einer intensiven Nutzung. Die starke Belastung mit Nährstoffen wurde bisher mit einer externen Phosphateliminierungsanlage und das Einsetzen von Makrophyten bzw. Schwimmbeeten bekämpft. Dies führte zwar zeitweise zu einer Stabilisierung des Nährstoffgehalts im Wasser, aber intensive Blaualgenblüten konnten nicht verhindert werden (80 μg Chlorophyll- a/L im Februar 2007). Im Sediment des Bärensees lagen etwa 700 mg

Phosphor/kg Trockensubstanz vor, wovon knapp 20 % biologisch verfügbar waren. Ziel der Restaurierungsmaßnahme im Bärensee war es, mit der Applikation von 11,5 Tonnen Bentophos® den Phosphor in dem stark anaeroben Sediments des Bärensees festzulegen. 2. Planung der Maßnahme Am 12. und 13. Juni 2007 wurde eine Phosphatfällung mit Bentophos® durchgeführt. Die Maßnahme wurde auf dem Hintergrund regelmäßiger starker Blaualgenblüten und intensiver Nutzung als Naherholungsgebiet und Badesee notwendig. Die feste Bindung des Phosphors, welcher eine limitierende Rolle als Nährstoff in Gewässern wie dem Bärensee spielt, ist insbesondere in einem Flachsee notwendig. Nach umfangreichen Voruntersuchungen des Wasser- und Sedimentkörpers des Bärensees wurde die Menge des Fällungsmittels kalkuliert. Bei den Untersuchungen stellte sich heraus, dass der größte Teil des Phosphorpools ständig für Primär- und Sekundärproduktion genutzt wurde. Der beste Zeitpunkt für eine Applikation wäre bei einer größtmöglichen Verfügbarkeit des ortho-Phosphats gewesen. Das Fällungsmittel bindet freies Phosphat. Da aber das Fällungsmittel nachhaltig wirkt, d.h. die Wirkung bleibt erhalten, konnte die Applikation, wie von der Stadt Bruchköbel erwünscht, auch zu einem anderen Zeitpunkt erfolgen.

Abb. 3: Pho

Die Kalkulabioverfügbin der Wass

Bei der Bere96 μg/L zugeine MengeBentophos®

3. Durchf Am Montagdes flach indie ApplikaStadt Bruch Über die Apdas Gesundden Bärens

osporfraktionen Bereich

A

tion für die naren Bindun

sersäule höc

echnung degrunde, welce von insges® appliziert.

führung der

g, den 11. Ju den See abf

ation notwenhköbel zur Ve

pplikationsmdheitsamt unee wurde ei

im Sediment deder Säulen steh

Abb. 4: Beladen

notwendigeng des Phosphstens nur k

r einzusetzeche mit 1,5 Tsamt ca. 100

r Maßnahm

ni 2007 wurfallenden St

ndigen Ponterfügung ge

maßnahme wnd das hessin Badeverbo

es Bärensees (nht für verfügbar

des Pontons

e Menge Benphors im Sedkleine anaero

nde BentopTonnen Bent

kg bioverfü

e

rden 11,5 Totrandes im Bons wurden

estellten Rad

wurde die Stasche Landesot für die Ze

nach Psenner). en Phosphor

ntophos® erfodiment. Obwobe Zonen e

hos®-Dosis itophos® gebgbaren Phos

nnen Bentoereich des E vor dem Ca

dlader zum S

adt Bruchkösamt für Umit der Applik

Der gepunktete

olgte auf Bawohl aufgrunentwickelten

m Wasserköbunden werdsphor ermitt

phos® am BäEingangs desampingplatzStrand transp

öbel, Wasserbwelt und Ge

kation und e

NIPvmAdv

WvBZAwuWub

e

sis einer nacnd der gerinn, ist das Sed

anoxiscflachenUferbean der anaeroUnter dNährstdem anSedimeStickstomikrobNitrats Blaualgoptimavorfandsich unFixierunkonnte

örper lag einden kann. Fütelt. Hierfür w

ärensee angs Campingpl

z abgestellt uportiert.

behörde deseologie fristginige Tage d

Nach Eintreffnstituts Dr. N

Pontons im Uverbracht unmontiert. PuAntrieb wurddie Maßnahmvorbereitet.

WährenddesvorgeseheneBärensee duZustand unmApplikation zwurde in derund in StrandWasserprobeund 2 im Anbeiden Stelle

chhaltigen ugen Tiefe de

diment durchch. Selbst in n sandigen ereichen lage

Sedimentobobe Bedinguden hohen offbelastungnoxischen Ment wurde doffpool durc

bielle Veratm soweit verri

gen (Cyanobale Bedingunden, in deneter Luftstickng stark vermn.

e P-Konzentür das Sedimwurden 10 T

eliefert und latzes gelageund mit dem

s Main-Kinziggerecht infordanach erlas

fen der MitaNowak wurdUferbereich nd zu einer Pmpen, Mischden installieme am Folge

ssen wurde den Probenahrchgeführt u

mittelbar vorzu ermittelnr Seemitte indnähe in 1 me gezogen (Thang) gezogen wurden a

2

nd nicht es Sees sich hweg den

en bis nahe berfläche ngen vor.

gen und Milieu im

er ch die

mung des ingert, dass

bakterien) ngen en diese kstoff-mehren

tration von ment wurde Tonnen

in der Näheert. Die für

m von der

g-Kreises, rmiert. Für sen.

arbeiter des den die des Sees

Plattform her und rt und für etag

die hmen im um den r der . Hierfür

n 3 m Tiefe m Tiefe eine Tabelle 1 gen. An auch

2

e

3

Abb. 5: Applikation des Phosphatfällungsmittels

Abb. 6: GPS-Track vom ersten Tag der Anwendung (Kartenquelle: Google Maps®)

Sedimentproben entnommen und später im Labor untersucht. Am Dienstag, den 12. Juni 2007 wurde mit der Ausbringung des Bentophos® begonnen. Bentophos® ist ein lanthanmodifiziertes Bentonit, welches als Granulat vorliegt. Während der Applikation wird es mit Seewasser zu einer feinen Suspension aufgeschlämmt und auf die Wasseroberfläche aufgebracht. Es verteilt sich fein und trübt das Wasser bis zum Absinken, so dass die Sichttiefe vorübergehend abnahm. Aus diesem Grund musste der Badebetrieb für mehrere Tage eingestellt werden. Während der Absinkzeit wird verfügbares Phosphat aus der Wassersäule aufgenommen und auf dem Seeboden festgelegt. Auf

dem Sediment bildet es gleichzeitig eine Sperrschicht gegen aus dem Sediment rückgelöstes Phosphat. Bei der Ausbringung wurde, wie von der Wasserbehörde vorgegeben, der 2 m tiefe Strandbereich ausgespart. Die Tiefe wurde per Echolot überwacht und die abgefahrene Strecke mittels differentieller GPS-Empfangsstation aufgezeichnet (DGPS Gerät: Trimble Pathfinder Pro XT). Ab 15 Uhr musste die Applikation aufgrund eines Unwetters abgebrochen werden. Bis dahin waren etwa 6 Tonnen Bentophos ausgebracht. Die DGPS-Aufzeichnung konnte wegen eines technischen

Problems nur am ersten Tag der Anwendung aufgenommen werden (Abbildung 6). Am Mittwoch, den 13. Juni wurde die Applikation fortgesetzt und abgeschlossen. Die Sichttiefe hatte sich inzwischen seit dem Vortag auf über einen Meter verbessert. Die Gerätschaften und Pontons wurden an Land gebracht und zum Abtransport vorbereitet. Die Maßnahme wurde am Nachmittag beendet. Eine Woche später (21. Juni 2007) wurde eine weitere wie oben beschriebene Wasser- und Sedimentprobe zur Überwachung der Restaurierungsmaßnahme durchgeführt.

4. Ergeb EntwicklunNach der A83 auf 25 μg

Der beste ZPhosphats zApplikationBindung duist und wähkann. Diese EntwicklunDie im SeewUntersuchuResuspensiSediment a

Abb. 8: Lanthan

nisse der be

ng der Phospplikation sag P/L um fas

Abb. 7:

Zeitpunkt fürz.B. im April

n zu einem Zurch das Fällhrend des Auer Prozess be

ng der Lantwasser nachungszeitraumonen beoba

abgelegt wu

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Pho

spho

r [m

g/L]

ngehalte im Bär

egleitenden

sphorkonzeank der Phost 70 % ab.

: Entwicklung de

r eine Applikgewesen. D

Zeitpunkt duungsmittel e

ustauschs voenötigt aber

hankonzengewiesenen

m auf <10 μgachtet worderden.

renseewasser

n Wasser- un

entration imsphorgehalt

r Gesamtphosph

kation wäre Der ortho-Phourchgeführt werfolgt aber on See- und

eine länger

tration im Sn Lanthan-Geg/L ab (Abbien. Das heiß

Bent

nd Sedimen

m See nach dt im Seewass

hor und ortho-Ph

bei einer gröosphat-Poolwerden musauch dann, Sedimentpoe Zeitspann

Seewasserehalte lagenldung 8). Trot auch, dass

tophos®

ntuntersuch

der Fällungser innerhalb

hosphat-Phospho

ößtmöglichel wird im Seesste, an demwenn das M

orenwasser fe.

n anfänglich otz einiger Ssowohl Lan

UntersuchLanthan-IoAufgrund dEinsatz lanGewässernökotoxikolakuten ToxdurchgefüHierfür wuin der Lanttoxisch wirNormen füdurchgefüMessansätzder entspregestartet.

Ge

®

hungen

b von sechs

or-Gehalte im Se

en Verfügbae ständig um

m kein ortho-Mittel auf dem

freies ortho-

bei 130 μg/LStarkwinderethan als auc

hungen zuronen der Bedenkthanhaltige

n wurden imogische Un

xizität von Lhrt. rde die effe

than auf dierkt, nach de

ür die entsphrt. Paralleze mit Lantechenden P

esamtphosp

Monaten im

ewasser

rkeit des ortmgesetzt, so

Phosphat vom Sediment Phosphat au

L. Sie sankeneignisse sindch Phosphat

r Ökotoxiz

ken gegenüer Stoffe in

m Institut ntersuchungLanthan

ektive Konze Testorganen Vorgabeprechenden

l dazu wurdthan und zuPhosphatm

hor

4

m Mittel von

ho-dass die

orlag. Die aufgelagert

ufnehmen

n im d keine

fest im

ität von

über dem

gen zur

zentration, nismen n der DIN- Tests

den usätzlich

menge

4

5

Abb. 9: Dosis-Wirkungsbeziehungen von Lanthan gegenüber dem jeweiligen Testorganismus

Tab. 1: Fischei-Test (nach DIN 38415 Teil 6, modifiziert als „Kontakt“-Test)

Bentophos /Kavität

[mg] pH-Wert

O2-Gehalt [mg/L]

koagulierte Eier (N)

keine Somiten angelegt (N)

Schwanz nicht vom Dotter abgelöst (N)

Herzschlag nicht feststellbar (N)

Summe der toten Embryonen (%)

5 7 / / / / / 010 7 / / / / / 025 7 / / / / / 050 7 / / / / / 075 7 / / / / / 0

100 7 / / / / / 0125 7 / / / / / 0150 7 / / / / / 0175 7 / / / / / 0200 7 / / / / / 0

interne Kontrolle

6,8 9,5 / / / / 0

externe Kontrolle

6,8 11,7 9 / / / 9

Erläuterung: externe Kontrolle: 3,7 mg/L 3,4-Dichloanilin Lösung, N=Anzahl Ergebnisse: Die effektiven Konzentrationen gegenüber den Testorganismen (EC50) lagen in den Untersuchungen mindestens 1000-fach höher als die im Seewasser des Bärensees jemals gemessene Lanthanmenge (Abbildung 8). Mit Zugabe von Phosphat, welches in der entsprechenden Menge im Silbersee vorlag, konnte keine toxische Wirkung nachgewiesen werden. Der modifizierte Fischeitest belegt, dass selbst der direkte Kontakt mit einer bis zu vierfach überhöhten Menge Bentophos keine Einflüsse auf empfindliche Wasserorganismen hat (Tabelle 1). Nach der Bindung mit Phosphat ist das Lanthan nicht bioverfügbar. Die eingesetzte Menge Lanthanionen hat keine toxische Auswirkung auf die Organismen im See.

Zum Vergleich: Lanthan-Konzentrationen im Wasserkörper nach

Anwendung mit Bentophos®:~20 µg/L (Faktor 1000 niedriger)

Bei Anwesenheit von Phosphat ist keine toxische Wirkung nachweisbar.

Nach Bildung von Lanthanphosphat ist dieses nicht mehr bioverfügbar.

Bacterial luminescence test (ISO 11348-3) EC50 = 37 mg La3+/L Toxicity test with Daphnia magna (DIN 38412-L30) EC50 = 103 mg La3+/L Fish egg toxicity test (DIN 38415-T6) EC50 = 150 mg La3+/L

Abb. 10: SicKla

Abb. 11

Abb. 12:

chttiefe, Algenbrwasserstadium

: Phosphor- und

Chlorophyll a un

blüte (hellgrün) um (hellblau)

d Stickstoffpool

nd N:P-Verhältn

und

nis

BewErgeDie EUnteBentinsgEntwSichVerbObwkurzeinePhosgewden Die AwurdveruOrthsindgeblPhosverrider WBediμg/Laus dPhasunteDie AKlarwZoopPhytDahundPho(AbbBlütgibtVeräsetzpopwerdZwaauchverhwesVorjnichObwals dschwaber

wertung deebnisse Ergebnisse ersuchungetophos-Appesamt ein p

wicklung imttiefen deu

besserung awohl Algenbzfristig verrier gleichzeitsphorgehal

wachsen, dieUferregion

Algenblüte den durch K

ursacht. ho-Phospha unterhalb lieben und sphor-Konzingerten sicWassersäulingungen imL. Das heißtdem Sedimse bis jetzt verbunden wApplikationwasserstadplanktonortoplanktoner waren ei eine leichtsphorgehabildung 11)ten des N:P-t Hoffnung,änderung inzung der Phpulation dau

den kann (Aar konnte eih dieses Jahhindert werentlich kleiahren. Der

ht eingeschwohl das Jadas Jahr davwer vergleicr mit der Sit

er bisherige

aus den bisen nach derplikation erpositives Bi

m Bärensee. utet sich einan (Abbildublüten diesngert habetigen Abnalte keine Ble Aufrahmunen verursa

im Juli undKieselalgen

at- Konzentder Nachwder Gesam

zentration ch trotz Erwe und anoxm Sediment die P-Rück

ment konntevollständig

werden. n erfolgte nium, d.h.

rganismen hbiomasse rine größerete Abnahmelts gemesse). Das trotz -Verhältnis dass eine n der Zusam

hytoplanktouerhaft festAbbildung ine Blaualghr nicht ganrden, aber dner aus als Badebetrieränkt werdhr wesentlivor war undchbar, sind tuation zufr

6

en

sherigen r rgeben ld über die Bei den

ne ung 10). e

en, ist bei hme der üte

ungen in cht hat.

d Oktober n

rationen weisgrenze mt-

wärmung xischen nt um 40 klösung e in dieser

ach dem

haben die eduziert.

e Sichttiefe e des en worden kleinerer anstieg,

mmen-on-tgelegt 12). enbüte nz diese fiel in den

eb musste en. ch kühler

d somit wir bisher

rieden. 6

7

Anders als im Vorjahr (2006) herrschten im Frühjahr sehr hohe Durchschnittstemperaturen, welche die Wachstumsprozesse im See schon früh beschleunigten. Im Februar 2007 entwickelte sich eine Blaualgenblüte mit fast 80 μg Chlorophyll a/L. Im Jahr 2008 sollte die Situation im See weiter beobachtet werden. Auch im Sommer 2006 kam es direkt über dem Sediment des Sees zu sauerstofffreie Bedingungen. Dieser Zustand wird sich auch in Zukunft nicht vermeiden lassen. Die Sedimentbakterien verbrauchen beim Abbau organischen Materials zunächst den Sauerstoff. Danach schalten sie ihre Atmungsprozesse auf Nitratnutzung um. Daher verringert sich der Stickstoffpool im Seewasser (Abbildung 11), was wiederum dazu führt, dass z.B. Grün- und Kieselalgen nicht mehr wachsen können. Blaualgen dagegen können ihren Bedarf über den Luftstickstoff ergänzen. Sie sind von dem Stickstoff im Wasser, vorliegend als Ammonium und Nitrat, unabhängig. Daher haben diese unter diesen Bedingungen enorme Vorteile und können massenhafte Blüten ausbilden. Es ist daher wichtig, den Phosphorpool weiterhin zu kontrollieren. Wird dieser kleiner, ist auch der mikrobielle Abbau organischer Substanz geringer, was dazu führt, dass die sauerstofffreien Zeiträume kürzer werden und sich Bedingungen für Blaualgenwachstum verschlechtern. Anzeichen dafür gibt es schon in diesem Jahr. Das bedeutet, dass die mikrobielle Sauerstoffzehrung im Sediment ist dieses Jahr deutlich kleiner ausgefallen ist. Das kann nur eintreten, wenn die Nährstoffressourcen wie Phosphor stark limitiert sind.