Seesedimente als Phosphor-Senke und Ansatzpunkt für Maßnahmen zur Eutrophierungsverminderung

Phosphor für die Landwirtschaft-Strategien für eine endliche Ressource

Michael Hupfer

Potsdam-Bornim 11. Juni 2014

Zwei Drittel der Seen in Brandenburg werden bis zum Jahr 2015 den guten ökologischen Zustand gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinienicht erreichen.

1- sehr gut2- gut3- mäßig4- unbefriedigend5- schlecht

Seen in Brandenburg (> 50 ha)

Der P-Eintrag in Oberflächengewässer konnte in Deutschland seit 1985 um ca. 70% reduziert werden. Reduktion Punktquellen: 85% Reduktion diffuse Quellen: 30%

Phosphoreintrag und Eutrophierung

UBA 2009

Entwässerungsmaßnahmen in der Landschaft: Gräben, u nterirdische Dränagen

Beispiel wiedervernässtes Moor: Beestland bei Demmin (M-V)

Erhöhung der Senkenfunktion in der Landschaft

Puffersysteme- End of Pipe

Anwendung seeinterner Maßnahmen

A

A- Kosten-Nutzen Verhältnis steigt

B

B- Vorverlagerung des Zielzustandes

C- Ausnutzung von Rückkopplungs-mechanismen (Hysterese)

C

Import I Export E

gelöster P partikulärer P

BruttosedimentationBSRücklösung

RL

P-Inhalt PSee

Nettosedimentation NSWASSER

SEDIMENT

Dia

gen

ese

(Jah

re)

BS

NS

mgP/m 2

temporär permanent

cPstat= I

(( / ) ) *Vβ τ σ+

I= (β/τ+σ)* cPstat * V

Kenngrößen P -Bilanz und Sedimente

β− Stratifikationsfaktor

τ− Verweilzeit

Nettosedimentationsrateσ−

Erhöhung des P-Exportes

TiefenwasserableitungSedimententfernung

Entfernung von Makrophyten

Erhöhung der P-Retention

Oxidation der Sedimentoberfläche

Phosphor-FällungSedimentabdeckung

Technologien zur Beeinflussung des P-Haushaltes

Ziel: Verminderung der P-Verfügbarkeit im Wasserkörper

Wasser

Sediment

Dia

gene

se [J

ahr]

Hupfer & Zippel (1998)

Sediment

Dia

gene

se [J

ahr]

SedimentD

iage

nese

[Jah

r]

BelüftungNitratzugabe

Fällung

Abdeckung

Beeinflussung der Phosphor-Retention

Prinzip/Ziel Bindung von Phosphor im Wasserkörper und Einlagerung im Sediment

Technologie Wasseroberfläche, Eis, Tiefenwasser

Beständigkeit der P-Bindung Versauerung

Fällmittel

Eisen (FeSO4, FeCl2 , FeCl3)

Aluminium (AlCl3 , Al2(SO4)3 , Na2Al2O4)

Calcium (CaCO3, Ca(OH)2 )

Lanthan(La-Bentonit)

VersauerungToxizität

EffizienzGeochemische Randbedingungen

KostenEffekte auf Organismen

Fällungen

Seentherapie

Korrespondenz Wasserwirtschaft 2013 (6) Nr. 12. hupfer@igb-berlin.de

Groß-Glienicker See A 0,67 km2, zmax10,8 m, τ 16 Jahre580 µg P/L (vorher)

Maßnahmen (1992) Zugabe von Fe-hydroxid und Fe(III)-chlorid Hypolimnische Belüftung

ArendseeA 5,1 km2, zmax 49 m, τ 40 Jahre 180 µg P/L

Maßnahme (geplant 2015)Fällung mit Polyaluminiumchlorid

Fallbeispiele

Groß Glienicker SeeFällung und Belüftung

0

50

100

150

200

250

300

0 5000 10000 15000 20000 25000

Fe (cps)

Sed

imen

t dep

th (

mm

)

Fe (cps)

Sed

imen

t dep

th (

mm

) 1992

0

50

100

150

200

250

300

0 1000 2000 3000 4000

Tie

fe [m

m]

Gesamt-P (µg g-1)

2008

Groß-Glienicker See: Sedimente als Archiv

Groß-Glienicker See: Langzeitwirkung durch Mobilität

nach Kleeberg et al. (2013)Wat. Res. 47

aus Rothe et al. (2014)Biogeosciences Discussion

Groß-Glienicker See: Bildung von stabilen P- Verbindungen

Thiomargarita nambiensis

(Ca5[(F,OH,CO3)/(PO4)3](Karbonatfluorapatit)

Phosphorit im Sediment, Auftriebsgebiet vor Namibia

(Quelle: IOW)

Fallbeispiel Arendsee

Interne P-Fällung:schnelle Wirkung, Nachhaltigkeit eingeschränkt

nur Überdosierung und Mehrfachfällung sinnvoll (bei anhaltender externer Last)

Einmalige FällungÜberdosierung

Mehrfachfällung(mit leichter Überdosierung)

Fallbeispiel Areendsee: Reduzierung der Nährstoffe

Kleine Zuflüsse 170 kg/a

P-Eintrag aus Bilanz 1.400 -2.100 kg/a

Badegäste 40 kg/a

Atmosphärische Deposition 300 kg/a

Nordische Gänse 200 kg/a

Summe 710 kg/a

Fallbeispiel Arendsee: Externe Lastquellen

Fallbeispiel Arendsee: Grundwasser

1. Grundwasserleiter

GW-Neubildung:1,4 Mio m3/Jahr

Arendsee: Grundwasser

Lewandowski et al. (2013)IR Aufnahme (Überflug 22. März 2012)

Grundwasseruntersuchungen: Phosphor

Meinikmann et al (in Vorb.)

Grundwasseruntersuchungen : P-Frachten

Aktuelle Fracht: 900 kg P/a

Natürliche Fracht: 40 kg P/a

Aktuelle GW-Fracht: 50% der gesamten Belastung

Meinikmann et al (in Vorb.)

Einrichtung eines Testfeldes

Tauchwände

Fazit

Modernes Seenmanagement sollte die Steuermög-lichkeiten durch interne Maßnahmen einschließen.

Der Eintrag über das Grundwasser ist eine für Seen bislang unterschätzte Belastungskomponente. Technologien zur Verminderung stehen noch nicht zur Verfügung.

Bei genauer Kenntnis der Pool-und Fluxgrößenund Mechanismen kann die P-Retention gezielt erhöht werden.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!