Kapitelverzeichnis

22. Widersprüche beim Gewässerschutz
22.1 Phosphorkreislauf verhindert nachhaltige Selbstreinigung
22.2 Nitrat stört den Phosphorkreislauf
22.3 Schwarze Flecken im Watt
22.4 Stickstoffelimination durch die Abwasserreinigung
22.5 Stickstoffeintrag in Gewässer durch die Abwasserreinigung
22.6 Stickstoff ist grundsätzlich kein Schadstoff
22.7 Denitrifikation nur in besonders begründeten Fällen – Was wäre wenn?
22.7.1 Jährliche Energieeinsparung im Gigawattstundenbereich?
22.7.2 Belebtschlammanlagen sind als „Energiefresser“ klimabelastend

22.5  Stickstoffeintrag in Gewässer durch die Abwasserreinigung

Stickstoffminimierung – von Trinkwassereinzugsgebieten abgesehen – ist dann sinnvoll, wenn damit die Eutrophierung verhindert werden kann. Zur Verhinderung der Eutrophierung müssen die Stickstoffeinträge in die Gewässer soweit minimiert werden, dass ein kritisches Nährstoffverhältnis N : P unterschritten wird. Sowie ein Nährstoff limitiert ist, sind keine Algen-Massenentwicklungen mehr möglich.

Da aber bereits Spuren von Phosphat eine Algenblüte verursachen können, ist – von Ausnahmen abgesehen – in deutschen Gewässern immer das Phosphat der limitierende Faktor.

Nach UHLMANN [33] sind bereits bei einer Phosphorkonzentration im Gewässer von 0,05 mg P/l ausdauernde Massenentwicklungen von Planktonalgen zu erwarten. Teilweise liegt die kritische Konzentration bei 0,005 mg P/l[1] sogar noch darunter.

Etwa eine 16-fach [Q1] höhere Konzentration von Stickstoff[2] – 0,8 mg N/l bei 0,05 mg P/l – ist dagegen ausreichend, um das Leben einer „durchschnittlichen“ Alge zu gewährleisten.

Bei den Stickstoffeinträgen handelt es sich also um sehr erhebliche Größenordnungen, teils auch aus sog. diffusen[3] Quellen. Das führt insgesamt dazu, dass in sehr vielen Gewässern die notwendige Konzentration von Stickstoff für eine Eutrophierung erreicht wird, unabhängig davon, ob deutsche Kläranlagen nun denitrifizieren oder nicht. Es ist demzufolge allein aus diesem Grund viel zweckmäßiger, weil wirkungsvoller, sich auf die Phosphorreduzierung zu konzentrieren, anstelle Stickstoff zu eliminieren, weil diese Praxis einem „Fass ohne Boden“ gleicht.

1987 wurde der Stickstoffeintrag in deutsche Gewässer in einer Größenordnung von 688,2 ktN/a geschätzt. 35 % (241 ktN/a) davon waren diffuse (schwer beeinflussbare) Einträge (Diagramm 56). Dabei ist Diagramm 56 zu entnehmen, dass 42 % der Einträge kaum beeinflussbar sind.

Diagramm 56: Diffuse Stickstoffeinträge in Gewässer nach [31]

 

Eine Auswertung der späteren Bezugsjahre 1995/1998 führte zu dem Ergebnis, dass der Eintrag in die Oberflächengewässer in einer Größenordnung von 584 ktN/a [32] anzusetzen ist, wobei es offensichtlich gelang, den Stickstoffeintrag aus der Abwasserbeseitigung von 352,6 ktN/a auf 155 ktN/a um 56 % zu reduzieren. Im Verhältnis zu den Gesamteinträgen von 584 ktN/a werden aber immer noch 73 % von anderen Quellen verursacht.

Röske schreibt:

Auf Grund der sehr guten Wasserlöslichkeit des Nitrats sind die NO3-Verluste aus landwirtschaftlichen Nutzflächen weitaus größer, als die von gelöstem Phosphat, obwohl in Gebieten mit hohem Viehbestand auch diese nicht vernachlässigbar sind.

Röske: „Immerhin ergeben sich im Wasserkörper von Talsperren des Erzgebirges N/P-Relationen von teilweise mehr als 1000 : 1 (Uhlmann und Paul 1994). Dies ist eine Erhöhung des N-Angebotes gegenüber dem durch den P-Gehalt der Biomasse gesetzten N-Bedarf um den Faktor 63. Selbst wenn die Phytoplankter[4] Phosphor speichern, was häufig der Fall ist, entspricht das „Überangebot“ an Stickstoff dann noch immer einer Zehnerpotenz. In einigen Talsperren Thüringens und Sachsens wurde zeitweise sogar der Nitrat-Grenzwert für Trinkwasser überschritten.“

Diese Ausführungen lassen bei weiterer Überlegung Fragen an der Effektivität der betreffenden Gewässerschutzmaßnahmen entstehen. In solchen und in vergleichbaren Fällen ist eine Zielvorgabe von Stickstoff als Minimumfaktor unrealistisch.

Es ist seit Jahrzehnten bekannt, dass eine Unterschreitung der kritischen Minimalkonzentration nach dem Liebigschen Minimumgesetz beim Stickstoff nur in ganz seltenen Fällen erreicht werden kann. Stickstoff gibt es in fast jedem Gewässer in Mitteleuropa im Überfluss und dort wo er fehlen könnte, wird er durch mikrobielle Prozesse (N2-Bindung) oder aus der Atmosphäre in die Gewässer eingetragen.

Die meisten Gewässer in Deutschland weisen einen Stickstoffüberschuss auf. Dieser Überschuss ist aufgrund der vielfältigen und sehr umfangreichen Eintragsquellen wasserwirtschaftlich nicht mehr hinreichend zu minimieren.

Abschließend wird zu diesem Kapitel festgestellt, dass in vielen Fällen eine Stickstoffelimination für die Gewässer dem „Fass ohne Boden“ entspricht.

Entwässert aber die betreffende Kläranlage in ein Trinkwassereinzugsgebiet, dann ist auf jeden Fall eine Denitrifikation für die Kläranlage vorzusehen.


[1] Mit einer üblichen Phosphorelimination sind Kläranlagen in der Lage im Anlagenablauf im Mittel 1 mg P/l zu gewährleisten.

[2] (P : N = 1 : 16)

[3] d. h. nicht punktförmig oder nur schwer beeinflussbar

[4] nach Uhlmann  [58] Plankton = Gesamtheit der pflanzlichen und tierischen Kleinlebewesen in der Freiwasserzone; Zu den
Phytoplanktern gehören vor allem Kieselalgen, Cyanobakterien (Blaualgen), Grünalgen und Geißelalgen.

[Q1]In Glucose sind enthalten 16 N und 1 P Atomgewicht 31 und 14 bzw. 31 und 224 bzw. 1: 7,2 = P : N


Literatur:

[31] Stickstoff und Phosphor in den Fließgewässern
Arbeitsbericht des ATV-Fachausschusses 2.1 „Grundsätze der Abwasserreinigung hinsichtlich der Einleitung in Gewässer und deren Nutzung“
Korrespondenz Abwasser 1987, Heft 11

[32] Stickstoffbilanz in Deutschland
Bezugsjahre 1995 – 1998
Arbeitsbericht des ATV-DVWK Fachausschusses AK-9 „Stoffflüsse“ 2.1 „Grundsätze der Abwasserreinigung hinsichtlich der Einleitung in Gewässer und deren Nutzung“
Korrespondenz Abwasser 2001 (48), Nr. 11

[33] Uhlmann, D.
Hydrobiologie – Ein Grundriß für Ingenieure und Naturwissenschaftler
1. Auflage
VEB Gustav Fischer Verlag Jena, 1975

[34] Besch, W.-K.; u. a.
Limnologie für die Praxis – Grundlagen des Gewässerschutzes
3. Auflage
ecomed Fachverlag, Landberg, 1984

[35] Röske, I; Uhlmann, D.
Die Nährstoffelimination bei der Behandlung häuslicher Abwässer aus der Sicht der Wasserbeschaffenheit
Wasserkalender 2000, 34. Jahrgang
Erich-Schmidt-Verlag, 2000

Auszug:
Handbuch Kommunale Abwasserbeseitigung
Normative Kosten und Risikoabbau
Institut für Wasserwirtschaft Halbach
Ausgabe 2003, Werdau
ISBN-Nr. 3-00-011255-3

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