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. [email protected]
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!