Nitrat im Gewässer

Prolog, denn es ist Theater!

Hm? Was passt zur Einleitung? Beginnen wir mit Nicolás Gómez Dávila. Bei ihm kann zwischen verschiedenen Intensitäten der Erkenntnis gewählt werden, für deren Einstufung mir aber das Werkzeug fehlt. Beginnen wir mit einer kleinen Auswahl:

  •  „Die Kosten für den Fortschritt lassen sich in Dummköpfen berechnen.
  • „Die Menschheit sieht mit Schrecken, dass der Fortschritt dabei ist, unheilbar zu werden.“
  • Um jedes Mysterium abzuschaffen, genügt es die Welt mit den Augen eines Schweins zu betrachten.“ Das mit dem Mysterium ist gut! Verdammt, warum muss ich da an den gemenschelten Klimawandel denken. Mir ist nämlich nicht klar, mit welchen Maschinen es die Grönländer vor einigen hunderttausend Jahren schafften, ihr Land so zu erwärmen, dass es ergrünte? Aber lassen wir das. Kein gutes Thema.

Zurück zu Dávila! Ein selten kluger Mann. Wer aber Michel de Montaigne mag, für den findet sich am Schluss des Artikels ein Leckerbissen für selberdenkende Nachdenker. Ein Edelmann im wahrsten Sinne des Wortes, dieser Montaigne. Schade, dass es solche klugen Köpfe heute nicht gibt. Oder kennt man sie nur nicht? OK, zwei kenne ich von neueren Werken: Erstens vom Philosophen Peter Sloterdijk. Der wird ja aus dem putzigen Grunde gehasst, weil er die Akkumulation des Zorns (es sind auch andere Emotionen in das Modell substituierbar) durch Parteien und Verbände offenlegte. Starkes Werk von ihm: „Zorn und Zeit“. Der Zorn auf ihn ist unnötig. Jene, die sein Buch zur Revolution nutzen könnten, haben das Buch nicht gelesen und die anderen, die es gelesen haben, können als winzige Minderheit auch nicht viel ausrichten. Und genauso wird es mit der Nutzung diese Beitrages sein, weil der nicht den Konsens stützt mit dem so schön Geld verdient wird. Nicht auszudenken, wie viele Arbeitsplätze frei würden, wäre man gezwungen, ab sofort nur noch vernünftige und nützliche Dinge zu tun. Man ärgert sich anfangs über eine Wahrheit, besonders dann, wenn sie im Widerspruch zu den scheinbar edlen Gesellschaftsnormen steht, aber schwupp, morgen ärgert man sich über etwas anderes und schon sind diese Zeilen vergessen.

Ach ja, ich muss noch den zweiten Vordenker erwähnen: Ein geborener Sachse, der Herr Michael Klonovsky! Seine Aphorismen verführen zum Aha und diese stehen bei mir im Bücherregal gleich neben jenen von Nicolás Gómez Dávila. Eine Kostprobe von Klonovsky: „Auf ein Gewissen bei unseren Staatsbürgern verzichten wir gern, solange sie sich als moralisch erpressbar erweisen.“ Und was schreibt z. B. Dávila? „Dem modernen Menschen ist es gleichgültig, in seinem Leben keine Freiheit zu finden, wenn er sie in den Reden jener verherrlicht findet, die ihn unterdrücken.“ Die Herren passen doch zusammen in ihrer kritischen Denkweise! Aber wie das so ist, Leute die die Wahrheit sagen, bleiben einsam. Wahrheit? Nietzsche hat eine Antwort: „Wahrscheinlichkeit, aber keine Wahrheit: Freischeinlichkeit, aber keine Freiheit, – diese beiden Früchte sind es, derentwegen der Baum der Erkenntnis mit dem Baum des Lebens verwechselt werden kann.“ Und wenn Sie Geduld aufbringen, den Beitrag bis zum Ende zu verfolgen, werden Sie vielleicht feststellen, dass diese Unterscheidung von Nietzsche die Abweichung zwischen Wissenschaft und Praxis nicht nur bei der Nitratbewertung erklärt. Ob zu Beginn des Artikels erzeugte philosophische Abdampfrückstand auch und wenn ja in welchem Maße auf den Umwelt- und Gewässerschutz zutrifft, mag der Leser im Verlaufe des Beitrages selbst entscheiden. Dazu nun folgende Anregungen:

Ich habe als Wasserwirtschaftler zwei Wasserwirtschaften erlebt. Und wenn ich diese beiden heute auf den Punkt bringe, so bin ich der Meinung, dass die ostdeutsche Wasserwirtschaft über eine wissenschaftliche Grundlage verfügte, wobei man bemüht war, diese in der Praxis umzusetzen. Allein es fehlten die Mittel, oder wie man damals sagte, die Bilanzen. Markant, üblich und zwingend wegen der fehlenden Bilanzen war die Beachtung und Nutzung von heute in Vergessenheit geratenen Naturgesetzen z. B.

  1. Beachtung und Anwendung des Liebigschen Gesetzes vom Minimum
  2. Beachtung und Anwendung des Gesetzes von Paracelsus
  3. Nutzung der Selbstreinigungskraft der Gewässer
  4. Akzeptanz des Wasserkreislauf bei der Bewertung vermeintlicher Schäden

All diese Naturgesetze – die Grundlage eines kostenlosen Nutzens – spielen im Wasserhaushaltsgesetz oder in der Abwasserverordnung keine Rolle.  Unser diesbezügliches Handeln und Denken ist krank. Es vergleichbar mit einem willkürlichen Verbot, den Wind beim Segeln zu nutzen (z.B. weil das Sparen von Dieselkraftstoff, oder das Bauen von Segelschiffen bestimmen Industriezweigen schadet und die Buße des Menschen wegen seiner konstruierten Schuld als Schmutzfink schadet. Dieser Unfug keimt aus der Vorstellung, dass der Mensch nicht natürlich ist. Wer aber dem Argument folgt, dass der Mensch genauso ein Teil der Natur wie die Baualge ist, dann ist die Gewässerverschmutzung des Menschen eine Naturselbstverschmutzung, genauso wie eine Blaualgenblüte oder der Laubfall im Herbst in einen See.  Das wäre eine vernünftige Basis für eine wirkliche Wasserwirtschaft. Die Akzeptanz

  • der Naturselbstverschmutzung und
  • dass der Mensch Teil der Natur ist,

muss und soll natürlich nicht die Folge haben, dass z.B. Zyankali in Gewässer gekippt wird, weil dies so natürlich wäre, wie ein Vulkanausbruch.  Hier hilft Karl Georg Büchner (1813-1837, Dantons Tod) weiter:

Geht einmal euren Phrasen nach bis zu dem Punkt, wo sie verkörpert werden.

So etwas wie Technokommerz, also die absichtliche, den Kunden täuschende Verwechslung vom Mittel und Zweck war zu der Zeit, als ich noch jung war, schon finanziell unmöglich. Deshalb war damals die Technik noch logisch.

Heute haben wir auch ein höheres wissenschaftliches Niveau, nur es darf – wie noch bewiesen wird – dann nicht angewendet werden, wenn es unsere Vorstellung von der Natur, wie sie zu sein hat, stört, oder wenn wasserrechtliche Regelungen dies nicht zulassen.

Wasserrecht bricht (scheinbar) Naturgesetz.

Da sich die Natur nun nicht (immer) an wasserrechtliche Vorschriften hält, ist die Effizienz mancher wasserwirtschaftlicher Investitionen vom Zufall abhängig.

Ein Beispiel ist die Denitrifikation in Kläranlagen. Die Natur ist völlig unbeeindruckt davon, wie verbissen, edel, sorgfältig, gut meinend und gründlich oder gar vermeintlich nachhaltig wir das böse Nitrat eliminieren. Wenn die Natur ein Nitratdefizit verspürt, dann beseitigt sie dieses umgehend und ohne Rücksicht auf unsere Befindlichkeiten. Beispiel: Blaualgenblüten in der Ostsee bei Nitratmangel.

Die Natur ruft bei Mangel den blauen Algengeist (der in Wirklichkeit ein Bakterium ist), dem auch wir unser Leben verdanken.

So komisch sind die Sachen, die wir manchmal so machen. Wer kann als Wasserwirtschaftler mit Berufung bei der heutigen „Wasserwirtschaft“ noch ernst bleiben? Nach zwei oder drei Fragen über den Grund des wasserwirtschaftlichen Handelns ist man von der Natur beim Geschäft. Auch 2015 ist das Märchen „Des Kaisers neue Kleider “ des dänischen Schriftstellers Hans Christian Andersen hochaktuell. Als ich noch geschätzte 100 Haare mehr auf dem Kopf hatte und nicht nur diese auch noch etwas jugendlicher aussahen, gab es in der TU Dresden, Sektion Wasserwesen, einen kleinen – sagen wir mal – Studentenprotest wegen eines Widerspruchs zwischen Wissenschaft und Praxis. Die Studenten hörten nämlich über die Stickstoffbewertung bei der Abwasserbehandlung in zwei Fächern gegensätzliche Standpunkte über die gleiche Sache. Ich denke, daran hat sich auch heute nichts geändert. Die betroffenen Fachbereiche verabredeten sich zu einer öffentlichen Tagung in der TU Dresden und erörterten ihre Standpunkte. Das war vor über 20 Jahren, genau am 3. Juni 1997.

03_Holzbach_U_Halbach_Februar_2015

 Denitrifikation im Belebtschlammverfahren dient der Begrenzung technischer Probleme

Herr Prof. Lützner wies damals auf die Notwendigkeit der Denitrifikation für einen stabilen Kläranlagenbetrieb hin und führte u. a. fol­gende Argumente an:

  • Blähschlammbekämpfung durch anoxische Selektoren und die Notwendigkeit des Mi­lieuwechsels
  • verstärkte pH-Wert-Proble­me, insbesondere bei wei­chen Wässern, wenn nur nitri­fiziert wird
  • Nutzung des Nitratsauerstoffs für den BSB5-Abbau und da­mit wesentliche Senkung des Energiebedarfs für die Ab­wasserreinigung
  • Vermeidung von Grenzwert­überschreitungen infolge ei­ner wilden Denitrifikation in der Nachklärung.

Des Weiteren wies er darauf hin, dass bei einstufigen Bele­bungsanlagen die biologische Phosphorelimination ohne zu­sätzliche Maßnahmen nicht möglich ist. Auch wirkt Nitrat störend im Faulbehälter. Schließlich sei aus praktischer Sicht festzustellen, dass die in jüngster Zeit gebauten Kläranla­gen bis 20.000 EW im Regelfall über eine simultane aerobe Schlammstabilisierung ver­fügen und durch alternierende Belüftung die geschilderten ne­gativen Betriebsauswirkungen vermindert werden. Und es wurde festgehalten:

Wenn Biologen der Meinung sind, dass für die Gewässer Nitrat keine Belastung darstellt, dann sollte auch auf die Festsetzung von Überwachungswerten ver­zichtet werden und die Denitrifi­kation nur soweit erfolgen, wie sie für den Betrieb der Kläranlage notwendig ist.

Fragwürdig wird es, wenn nur zur Einhaltung der Überwachungswerte externe Kohlenstoffquellen (vorzugsweise auch Ethanol und Methanol) zugegeben werden müssen, wie es bereits jetzt in vielen Kläranla­gen praktiziert wird.

Nitrat als Nutzstoff

In seinen Ausführungen stellte Herr Prof. Uhlmann die von Herrn Prof. Lützner angeführte Notwendigkeit einer Denitrifika­tion für die Stabilität des Reini­gungsprozesses in Kläranlagen nicht infrage. Er wies jedoch nachdrücklich auf sehr gut gesi­cherte Forschungsergebnisse hin, die belegen, dass Nitrat auch als Sauerstoffspender für das Gewässer eine wichtige Rolle spielt. Herr Prof. Uhlmann erläuterte in anschaulicher Wei­se, in welchen Fällen Nitrat als Pflanzennährstoff wirkt, aber auch, dass Nitrat besonders wertvoll für die Sauerstoffver­sorgung von Sedimenten, die Schlammablagerungen in Seen und Meeren, ist.

Der gelöste Sauerstoff wird auf­grund der natürlichen Zeh­rungsprozesse an der Wasser- und Schlammgrenzschicht häufig schnell verbraucht. Allein das Nitrat diffundiert in die tiefe­ren Schlammschichten, so dass dort eine anoxische Nitratat­mung ermöglicht wird. Analog, wie dies in der Denitrifikations­stufe der Kläranlage erfolgt. Eine Sauerstoffversorgung der oberen Schlammschichten ver­hindert z. B., dass sedimentierte Phosphorverbindungen rück­gelöst werden, ähnlich wie dies technisch mit der biologischen P-Eliminierung praktiziert wird.

Fazit:

Stickstoff in der Nitratform ist wohl kaum als eutrophierender Faktor zu werten.

 Verzicht auf Denitrifikation?

Im Resümee verständigten sich die Teilnehmer dazu, dass einer­seits eine Denitrifikation für den störungsfreien Kläranlagenbe­trieb notwendig ist, andererseits aber Nitrat für die Sauerstoffver­sorgung der Sedimente in den Gewässern eine sehr wichtige Rolle spielt, und man deshalb nur soweit denitrifizieren sollte, wie es betrieblich erforderlich ist.

Die Notwendigkeit einer ge­setzlich vorgeschriebenen und behördlich kontrollierten Denitri­fikation in Kläranlagen wurde von den Gesprächsteilnehmern nicht gesehen.

Im Verlauf der Tagung wurde damals weiter disku­tiert, dass in Anwendung der Er­gebnisse das Tropfkörperver­fahren eine Renaissance erle­ben könnte, weil mit Einführung der neuen Abwasserverord­nung seit 01.04.1997 für Kläranla­gen 10.000 EW die Denitrifika­tion nicht mehr erforderlich ist.

Als Fazit hatte ich 1997 formuliert:

Einen kleinen Wermutstropfen wird es aber geben, denn die Deutschen sind reaktionsträge in der politisch-administrativen Umsetzung zweckmäßiger Din­ge; und so wird man sich wohl noch einige Zeit gedulden müs­sen, bis an der richtigen Stelle gespart werden kann.

Heute stelle ich fest, dass die Wertung „einige Zeit“ nicht zutrifft. „Bis in alle Ewigkeit“ wäre sicher genauso falsch. Und diese Studenten von 1997 – heute wohl Ingenieure – warten immer noch auf die wasserrechtliche Akzeptanz, dass Nitrat kein Schadstoff sei und es deshalb keinen sachlichen Grund gibt für Nitrat Überwachungswerte festzusetzen oder gar eine Abwasserabgabe zu erheben. Nur am Rande sei erwähnt: Das Gleiche gilt auch für den CSB, mit dem ohne weiteres kein Schadstoffbeweis zu führen ist. Ob Handeln ohne sachlichen Grund in wasserrechtlichen Fällen Willkür ist, mögen Juristen entscheiden.

Irgendwann kann der Eindruck entstehen, dass es uns noch viel zu gut geht, als dass ein goldenes Kalb um sein Leben fürchten muss.

Und täglich wiederbelebt die Hoffnung der Defibrillator:

Die Signale der Wissenschaft­ler der TU Dresden und der Sächsischen Akademie der Wissenschaften sind hochinter­essant und werden hoffentlich bald in den Wassergesetzen vergegenständlicht. Sollten sich in der Gesetzge­bung einschließlich dem EU-Wasserrecht, bei den Ingenieu­ren und Behörden diese Er­kenntnisse durchsetzen, könn­te sich in der Abwasserbehand­lung und Gewässerpolitik das Reglement vereinfachen.

Gebänderte Prachtlibelle

Schädliches Weltbild

Wenn Investitionen wider besseren Wissens mit falschen Vorstellungen und falschen Begriffen begründet werden, dann entstehen Schäden. Genannt seien nur fünf Auswüchse:

  1. Fehlinvestitionen wegen mangelhaften oder fehlenden Nutzen
  2. Schäden durch Verbot effizienterer Investitionen
  3. Fehlurteile in der Rechtsprechung
  4. Minimierung von sonst vermeidbaren nachteiligen Prozessen im Gewässer (Blaualgen, Phosphorrücklösung, Mobilisierung von Schwermetallen)
  5. Wenn Nitrat ein Nutzstoff ist, dann darf bei Nitrateinleitung in ein Gewässer (von Trinkwassertalsperren abgesehen) keine Abwasserabgabe erhoben werden.

Im ersten Fall handelt es sich um Aufwendungen zur Denitrifikation, die in dem Umfang nicht notwendig wären, gäbe es keine Nitrat-Doktrin.

Im zweiten Fall werden Verfahren mit deutlich niedrigerem Energiebedarf verhindert. Alle sollen doch Energie sparen? Wann darf damit richtig begonnen werden?

Im dritten Fall kann eine Überschreitung von Stickstoffüberwachungswerten im Ergebnis zu hoher Nitratkonzentrationen zu einer  Verurteilung der Abwasserbeseitigungspflichtigen führen, obwohl ihnen dafür in der Regel die Verdienstmedallie verliehen werden müsste.

Und der vierte Fall ist ein Paradoxon von bedeutender Tragweite:

Der Gesetzgeber verursacht mit seiner Nitrat-Doktrin tatsächliche und beachtliche Gewässerschäden bzw. wasserwirtschaftliche Effizienzeinbußen.

Was dann geschah…

Einige Jahre nach der Veröffentlichung des Tagungsberichtes „Fragwürdige Stickstoffgrenzwerte bei der Abwasserbehandlung“ verfasste ich zu dem Thema ein Kapitel in einem Fachbuch, in dem u. a. die Effizienzverluste infolge der Negierung der erwähnten wissenschaftlichen Ergebnisse dargestellt wurden. Herrn Prof. Uhlmann verdanke ich die kritische Durchsicht. Siehe dazu Stickstoffelimination durch die Abwasserreinigung und Nitrat stört den Phosphorkreislauf.

Hin und wieder gibt es ein paar Querdenker.

Mit Amüsement ist zu lesen, dass in Deutschland das Unmögliche natürlich in einem Einzelfall gelang – eine Erlaubnis dafür zu erhalten, um den „Gewässerschadstoff“ Nitrat in einen See zu kippen. Nicht nur ein klein wenig. Sondern richtig ordentlich! Ziel war die Bekämpfung der Blaualgen in einem See durch Nitrat.

Nichts neues, nur in Deutschland strengstens verboten!

Wie man das wasserrechtlich gedeichselt hat, ist mir ein Rätsel.

Damit stellt sich nun die Frage, ob manche bisherigen Sanierungsmaßnahmen für Seen falsch waren?

Also konsequente Herausnahme des gereinigten Abwassers.

Ich hatte beispielsweise zur Sanierung eines  größeren eutrophen Sees mit ausgeprägtem Phosphorkreislauf vor gut 10 Jahren in einem Gutachten vorgeschlagen, die Kläranlagen, die dort damals einleiteten, mit einer Nitrifikationsstufe auszurüsten. Auf diese Weise sollte Nitrat in den See eingeleitet werden, um Blaualgenblüten sowie den Phosphorkreislauf zu minimieren. Das ist immer noch Stand der Wissenschaft!

Der Fakt und das Gutachten wurde von der Gewässerverwaltung ignoriert und man gab anstelle einer wirklich effizienten Lösung lieber einige Millionen mehr vom Geld der Bürger aus, ohne schließlich das Problem des Sees zu lösen.

Ein unbequemer Nichtwasserwirtschaftler brachte es in einer ähnlichen Situation auf den Punkt:

„Also, mit Millionenaufwand wird heute in den Klärwerken in speziellen Denitrifikationsanlagen der Nitratgehalt des Abwassers stark gesenkt und als Folge schmeißt man den energieintensiv erzeugten Nitrat-Kunstdünger hinter den Kläranlagen wieder in die Gewässer.“

Der diesbezügliche Beitrag Fischqualen als Kollateralschaden eines dogmatischen Gewässerschutzes ist im Internet zu finden. Auf jeden Fall amüsant geschrieben und der Autor trifft den Nagel auf den Kopf.

Nitrat-Doktrin wackelt:

Die Nitrat-Doktrin wackelt, wenn die Bauindustrie erkennt, dass sich z.B. mit dem Bau von Tropfkörpern auch schönes Geld verdienen lässt.

Als Resümee und zur Heilung geistiger Wunden lesen oder tanzen 😉 wir Michel de Montaigne:

Drittes Buch, dreizehntes Kapitel „Über die Erfahrung“!

„Überhaupt halten sich ja Gesetze nicht deshalb, weil sie gerecht sind, sondern weil es Gesetze sind. Dies ist die geheimnisvolle Begründung ihrer Gültigkeit; sie haben keine andere; rund das ist gut für sie. Gesetze werden oft, von Dummköpfen geschaffen; öfter noch von Menschen, denen gleichmäßiges Abwägen zuwider ist und die deshalb in dem, was recht und billig ist, versagen; aber jedenfalls immer von Menschen, deren Schöpfungen, wie die aller Menschen, eitel und unklar sind. Nichts anderes ist so schwer und so weitgreifend mit Fehlern belastet wie Gesetze; nirgends treten sie so regelmäßig auf. Wer sie befolgt, weil sie gerecht sind, befolgt sie nicht recht; nicht deshalb ist er ihnen Gehorsam schuldig. …
Man soll der Natur folgen; je einfacher ich mich ihr anvertraue, um so weiser handle ich. Unwissenheit und Sorglosigkeit, ach, was bilden sie doch für ein weiches, angenehmes und zugleich gesundes Kissen zum Ausruhen für einen Menschen mit guten Anlagen.“




Denitrifikation nur in besonders begründeten Fällen?!

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

22.7 Denitrifikation nur in besonders begründeten Fällen – Was wäre wenn?

„Was wäre, wenn die Abwasserabgabe für Stickstoff und der Überwachungswert für Gesamtstickstoff aufgehoben werden würde und wenn es dafür nur einen Überwachungswert für Ammonium gäbe?

Dann ist zunächst festzustellen, dass wir eine ganze Menge falsch gemacht haben. Wissenschaft und Technik wurden falsch orientiert. Ein Mangel ist, dass bestimmte Verfahren nicht in dem Maße weiterentwickelt wurden, wie es notwendig gewesen wäre. Die Verbesserung der Zweckmäßigkeit z. B. des Tropfkörperverfahrens bei gleichzeitiger Senkung der Jahreskosten stagniert über 10 Jahre. Es wurden falsche Schwerpunkte gesetzt. Mancher wasserwirtschaftliche Rahmenplan und manches Abwasserzielkonzept ist teilweise unzweckmäßig oder sogar in Teilen falsch. Mancher Kläranlagenablauf wurde z. B. um Seen herumgeleitet, obwohl er im See zu einem großen Gewässernutzen führen würde. Die Kosten für die Umleitung sind gesetzlich sanktionierte Fehlinvestitionen. Privates und staatliches Eigentum wurde teilweise unzweckmäßig und für einige Gewässer schädlich verwandt.

Wenn Belebtschlammkläranlagen nicht mehr denitrifizieren brauchen, dann ergeben sich auch bei diesen Verfahren völlig neue Aspekte, die zu untersuchen sind.

Außerdem würde es sehr zweckmäßig sein, energiesparende Tropfkörperverfahren besonders zu fördern, weil diese neben dem Gewässerschutz außerdem noch durch ihren sehr geringen Energieverbrauch eine besonders günstige Wirkung auf das Klima haben (Treibhausgas CO2, siehe Abschnitt „Belebtschlammanlagen sind als „Energiefresser“ klimabelastend“ ab Seite 205).

Viele Kläranlagen sind Belebtschlammkläranlagen und viele davon haben eine Denitrifikationsstufe. Können wir diese Anlagenstufe einfach abschalten? Das ist ohne weiteres nicht möglich, weil für die sichere Funktion des Belebungsverfahrens die Denitrifikation notwendig ist. Beim Belebtschlammverfahren kommt es sonst zu Störungen und Kläranlagenausfällen durch eine sog. „wilde Denitrifikation“ in der Nachklärung.

Das ist aber kein Grund für die Berechtigung der Denitrifikation in der Perspektive oder bei künftigen Neubauten. Im Ergebnis der garantiert weiter steigenden Energiepreise und der Notwendigkeit zu drastischen Energiesparmaßnahmen, im Hinblick auf den Klimaschutz, wird die Perspektive des Belebungsverfahrens fragwürdiger (vergleiche Abschnitt 22.7.2). Hier kommt es darauf an, Leistungen der Wissenschaft für die Entwicklung oder Weiterentwicklung besonders energiesparender Abwasserbehandlungsverfahren zu fordern und zu fördern.

In den folgenden 2 Kapiteln werden anhand von Annahmen die Vorteile schätzungsweise bewertet. Zunächst wird im folgenden Abschnitt analysiert, welche Vorteile eine teilweise Neuorientierung, z. B. zu Tropfkörperkläranlagen möglicherweise hätte. Tropfkörperkläranlagen sind nämlich Kläranlagen, die besonders niedrige Energiekosten aufweisen.

Ein niedriger Energieverbrauch belastet unser Klima in geringerem Maße, weil mittelbar weniger CO2 bei der Energieerzeugung entsteht. Mit diesem Problemkreis befasst sich der Abschnitt „Belebtschlammanlagen sind als „Energiefresser“ klimabelastend“, Seite 205.

Insgesamt wird in den zwei Kapiteln deutlich, dass Tropfkörperverfahren doch zu erheblich niedrigeren Energiekosten führen. Dies sollte hinsichtlich der zu erwartenden Energiepreissteigerungen und in Vorsorge des Klimaschutzes neu bewertet werden. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass bei dem Tropfkörperverfahren oder einem energetisch vergleichbaren Verfahren für die Umwelt ein dreifach nützlicher Effekt entsteht:

  1. Reinigung des Abwassers
  2. Produktion von Nitrat, sofern sich dies im betreffenden Fall als gewässernützlich herausstellt
  3. selten umweltfreundliches Abwasserreinigungsverfahren (Klimaschutz)

Diese Feststellungen mögen wenig erfreulich sein. Mit jedem Tag aber, den wir ab jetzt länger brauchen, um diese Widersprüche zu lösen, schaden wir der Umwelt und uns selbst.

22.7.1 Jährliche Energieeinsparung im Gigawattstundenbereich?

Im Folgenden wird ein Teil des Schadens kalkuliert, der durch unzweckmäßige Abwasserbehandlungsverfahren entstanden ist oder solange entstehen wird, wie eine Stickstoffeliminierung gesetzliche Vorschrift ist.

In der Regel muss die Abwasserbehandlung nach dem Belebtschlammverfahren vorgenommen werden, weil dieses Verfahren vorzugsweise für die gesetzlich vorgeschriebene Denitrifikation geeignet ist. Verfahren, die nur nitrifizieren, also Nitrat produzieren, dass dem Gewässer als zusätzliche Sauerstoffquelle dienen könnte, sind, bis auf Ausnahmen,
(£ 10.000 EW) verboten. Dazu zählt z. B. das Tropfkörperverfahren. Tropfkörperverfahren durften etwa bis 1989 in großen Kläranlagen uneingeschränkt betrieben werden.

Mit der Einführung eines Überwachungswertes für den Gesamtstickstoff, würden alle Kläranlageneigentümer, welche Kläranlagen ab der Größenklasse 4 (> 10.000 EW) betreiben, gezwungen, den Stickstoff zu Nitrat zu oxidieren und in der Denitrifikation biologisch zu entfernen. Mit dieser Gesetzesänderung wird also die Nutzung besonders umweltfreundlicher Verfahren, die nur nitrifizieren, auf kleine Kläranlagen beschränkt. Hierbei handelt es sich insbesondere um Verfahren, die mit festsitzenden Mikroorganismen arbeiten (Tropfkörperverfahren, Scheibentauchkörperverfahren…). Diese Verfahrensgruppe hat neben dem Vorteil einer Nitratproduktion für die Abwasserreinigung auch den Vorteil, dass sie mit einem Minimum an Elektroenergie auskommt, die vergleichsweise für das weitverbreitete Belebtschlammverfahren erforderlich wäre.

Wenn Deutschland jährlich 1 Terawattstunde[1] Energie sparen will, dann müssen etwa 70 % der Bevölkerung an moderne energiesparende Kläranlagen angeschlossen werden bzw. die Anlagen müssten umgebaut werden (Tabelle 33[2]).

Das Belebungsverfahren wäre auf Ausnahmen zu beschränken!

Tabelle 33: Mögliche Energieeinsparung

Der Tabelle 34 ist eine Gegenüberstellung der Energiekosten für den biologischen Reinigungsprozess (einschließlich der erforderlichen Rückführungen) beim Belebtschlammverfahren und der Energiekosten beim Tropfkörperverfahren zu entnehmen.

Das Abschalten der Denitrifikation ohne Abschaffung des Belebtschlammverfahrens führt zwar zur Bereitstellung von Sauerstoff aus dem Nitrat für das Gewässer, gleichzeitig steigt aber der Energieverbrauch der betreffenden Belebtschlammkläranlagen um etwa
2…2,5 %. Zu berücksichtigen ist, dass die Denitrifikation nicht ohne weiteres außer Betrieb genommen werden kann. Es kann dann zum Zusammenbruch der Nachklärung und zum Ausfall der Gesamtanlage kommen.

Nach Tabelle 34 würden im Falle einer Gesetzesänderung und bei Eintreten der getroffenen Annahmen jährlich Energiekosten in Höhe von 2,4 €/Einwohner gespart werden.

Tabelle 34: Technologieabhängige Energiekosten bei der Abwasserbehandlung

Die Tabelle 35 veranschaulicht die mögliche Energiekosteneinsparung in Abhängigkeit des Umfanges des Kläranlagenumbaus. Es wurden verschiedene Fälle analysiert. Für sehr große Kläranlagen wird die energiekostensparende Alternative möglicherweise weniger infrage kommen. Kläranlagen bis 100.000 EW wären aber auf jeden Fall umrüstbar.

Letztlich wäre die Umstellung auch davon abhängig, wie schnell die Energiekosten steigen und welche neuen Prämissen dann in der Umweltpolitik gesetzt werden[3].

Tabelle 35: Fallunterscheidung zur Energieeinsparung bei Gesetzesänderung

Der Effekt bei Abschaffung der Denitrifikationspflicht wäre so gewaltig, dass schätzungsweise jährlich 600…1.000 GWh[4] an Elektroenergie eingespart werden können – je nachdem wie umfänglich die Kläranlagen umgebaut werden könnten.

Der Effekt bei Abschaffung der Denitrifikationspflicht wäre so gewaltig, dass schätzungsweise jährlich 600…1.000 GWh[4] an Elektroenergie eingespart werden können – je nachdem wie umfänglich die Kläranlagen umgebaut werden könnten.

Es ist natürlich klar, dass die Umstellung Geld kostet. Wenn aber unsere in Deutschland brachliegenden Reserven durch die Politik, Wissenschaft und Technik erschlossen werden, dann werden wir auch Geld für die Errichtung energiesparender Kläranlagen haben, egal welches Verfahren es sein wird.

Wer Magnetschwebebahnen bauen kann und sich als Staat manches teure unnütze Ding oder Vergnügen leistet, der sollte auch Geld für eine bessere Klärtechnik haben, denn wo ein Wille ist, ist auch ein Weg. Allerdings braucht man für solche Umsetzungen etwas „Abwasserfrieden“ im Land und vielleicht hilft dieses Buch dabei manches in einem anderen Licht zu sehen.

Grundsätzlich ist die Motivation des Deutschen beim Gewässerschutz Weltspitze. Er will nur nicht von denen – die ihm beim Gewässer schützen „helfen“ – am Ende „verkauft“ und verraten werden. Und genau hier liegt unser eigentliches Problem.“

22.7.2  Belebtschlammanlagen sind als „Energiefresser“ klimabelastend

Energiekostensenkung oder die Unterbrechung des Phosphorkreislaufes durch Verzicht der Denitrifikation ist nur ein Teilerfolg. Nachhaltiger Gewässerschutz erfordert die Einbeziehung der Anforderungen des Klimaschutzes, denn jede bei der Abwasserreinigung nicht verbrauchte Kilowattstunde an elektrischer Arbeit reduziert die Emission des Treibhausgases um gut 300 l CO2.

Allein bei einem 50 %-igen entsprechenden Umbau aller Belebtschlammkläranlagen würde der jährliche CO2-Ausstoß um 231.000.000 m³ sinken.

Dies würde – um es zu veranschaulichen – dem gleichzeitigen Betrieb von 378 Windkrafträdern (WKR) entsprechen, wenn eine Erzeugung von 2 GWh/aWKR zu Grunde gelegt wird (Tabelle 36). D. h. 378 Windkrafträder müssen gebaut, gefördert und betrieben werden, um den eigentlich unnötigen Energiemehrverbrauch des Belebungsverfahrens – verglichen mit dem weitaus niedrigeren Energiebedarf einer Abwasserbehandlung, z. B. mit dem Tropfkörperverfahren – abzusichern.

Tabelle 36: Zusammenhang zwischen Energieeinsparung und Leistung der WKR


[1] 1 Terawattstunde sind 1.000.000.000 kWh. In kWh oder Ws wird die elektrische Arbeit gemessen. 1 kWh bringt eine 100 W-Glühbirne 10 Stunden lang zum Leuchten.

[2] Die Kalkulation ist im Einzelnen dem Internet zu entnehmen: http://www.institut-halbach.de.

[3] Die Bauindustrie würde diesen „fortschrittlichen Rückschritt“ möglicherweise begrüßen.

[4] 1 Gigawattstunde = 1.000.000 kWh


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




Stickstoffelimination durch die Abwasserreinigung

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

22.4 Stickstoffelimination durch die Abwasserreinigung

Die Abwasserreinigung soll u. a. hygienische Bedingungen schaffen und sie soll unsere Gewässer vor Verschmutzung schützen. Dabei umfasst die Abwasserreinigung nicht nur die Entfernung der sichtbaren[1] Abwasserbestandteile, sondern auch die Minimierung[2] der gelösten, meist nicht sichtbaren Abwasserinhaltsstoffe. Ein Reinigungsziel besteht in der Vermeidung von Sauerstoffarmut im Gewässer. Unbehandelte kommunale Abwässer, die in Gewässer eingeleitet werden, enthalten u. a. Kohlenhydrate und Eiweißstoffe, die für ein Massenwachstum der Fäulnisbakterien sorgen. Diese Bakterien verbrauchen dabei den gelösten Sauerstoff im Gewässer und können damit u. a. Fischsterben und die Auslöschung vieler weiterer Arten von Wassertieren auf Grund des Sauerstoffmangels verursachen. Tote Bakterien sowie abgelagerte Schwebe- und Sinkstoffe des Rohabwassers bilden Schlammbänke, die nach kurzer Zeit faulen und dabei Fischgifte, wie Ammoniak oder Schwefelwasserstoff freisetzen.

Etwa bis 1989 beschränkte sich der Gewässerschutz bei Fließgewässern[3] auf die Eliminierung der biologisch abbaubaren Stoffe – gemessen durch den BSB5. Dies ist auch heute noch der wichtigste Schritt bei der biologischen Abwasserreinigung.

Trotz sehr guter BSB5-Abbauleistungen mussten die Gewässerschützer aber feststellen, dass es weiterhin zu Gewässerschäden kam[4]. Als Ursachen wurden Algen in Verbindung mit den Abwasserinhaltsstoffen und Pflanzennährstoffen (Phosphat, Ammonium, Nitrat) ermittelt.

In fast allen Gewässern gibt es Algen. Diese Algen benötigen zur Lebenstätigkeit keinen organischen Kohlenstoff (z. B. keinen Zucker). Sie sind Pflanzen und daher in der Lage, Biomasse mit Sonnenenergie, Stickstoff und Phosphor zu produzieren.

Um diese Eutrophierungsprozesse zu vermeiden, konzentriert sich der Gesetzgeber auf die Entfernung der Stickstoff- und Phosphorverbindungen. Nur viele betroffene Gewässer wurden dennoch nicht sauberer. Die Ursache lag nun meistens darin, dass mehrere längst bekannte Naturgesetze, Zusammenhänge und Gegebenheiten nicht beachtet wurden:

  1. die fortgeschrittene Überdüngung der Gewässer mit Nitrat aus landwirtschaftlichen Nutzflächen bzw. aus Drainabläufen und die übermäßige Einlagerung des Phosphors sowie des Stickstoffes im Sediment
  2. das Gesetz vom Liebigschen Minimum
  3. der natürliche  Phosphorkreislauf
  4. Stickstofffixierung[5] durch die Natur selbst (Leguminosen[6] und bestimmte Blaualgen)

Tatsächlich genügt es bei der Nährstoffeliminierung für Gewässer – die Oxidation des Ammoniums[7] vorausgesetzt – nur einen Nährstoff zu eliminieren.

Der deutsche Professor Justus Liebig (1803-1873) stellte fest, dass für die Förderung des Pflanzenwachstums (im Sinne einer Düngung) der Nährstoff entscheidend ist, dessen Angebot am weitesten unter dem Bedarf liegt. Das ist der sog. Minimumfaktor. Für die Abwasserreinigung genügt es in vielen Fällen, wenn von den zwei Nährstoffen Phosphor und Stickstoff nur ein Nährstoff minimiert wird. Wachstumsbegrenzung ist gleichzeitig Ziel der Eutrophierungsvermeidung.

Wasserwirtschaftlich nachhaltig handeln, bedeutet sich auf den Nährstoff zu konzentrieren, bei dem überhaupt eine Chance zur Wachstumsbegrenzung besteht.

Haben wir eine Chance zur Wachstumsbegrenzung, wenn der Stickstoff eliminiert wird? Auf diese Frage wird im nächsten Kapitel eingegangen.


[1] Trübstoffe

[2] Eine vollständige Beseitigung ist aus Kostengründen unmöglich und unrealistisch.

[3] In den Einzugsgebieten von Seen und Trinkwassertalsperren wurde, ausgehend von der Schweiz und Österreich, schon seit 50 Jahren Phosphor vor allem durch Fällung aus dem Abwasser eliminiert, in der ehemaligen DDR und in der BRD auch durch Vorsperren.

[4] Diese Erkenntnisse liegen aber nunmehr schon länger als 40 Jahre zurück.

[5] Bindung von Luftstickstoff

[6] Leguminosen leben zwar nicht im Gewässer, aber der Anbau von Leguminosen führt auch zu einer Nitratbelastung der Gewässer.

[7] Ammonium ist ein bevorzugter Pflanzennährstoff, der sich bei bestimmten pH-Wert-Verhältnissen in fischgiftiges Ammoniak umwandeln kann.


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




Schwarze Flecken im Watt

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“ klimabelastendd

22.3  Schwarze Flecken im Watt

In diesem Abschnitt wird aufgezeigt, dass sich Nitrat nicht nur zur Sanierung von Seen als nützlich erweist, sondern dass es in der Nordsee die Bildung der schwarzen Flecken im Watt erschwert und zum Schutz der Wattwürmer beiträgt.

Wer schon einmal eine Wattwanderung erleben durfte, wundert sich über die kleinen Sandhäufchen auf dem Watt, einige Zentimeter im Durchmesser und von geringer Höhe. Es sieht so aus, als hätte jemand nassen bindigen Sand durch einen Fleischwolf gedreht, bei dem die Lochscheibe nur eine Öffnung hat.

Wer macht denn so etwas? Nun, es sind Wattwürmer[1], die in Röhren unter dem Sand leben.

Wattwürmer haben eine ähnlich belebende Funktion für das Watt, wie der Regenwurm, der auch den Boden durchlüftet und pflanzliche Reste dabei vertilgt. Die Abbildung 37 veranschaulicht wie der Wurm „wohnt“.

 

Abbildung 37: Wohnröhre des Wattwurms (Arenicola)

 

Die Wattwürmer sorgen durch ihr Graben von Röhren für die Belüftung des Watts, denn durch die Wohnröhren gelangt sauerstoffreiches Meerwasser und bei Ebbe auch Luftsauerstoff verstärkt in das Watt.

Der Sauerstoff, egal ob er im Wasser gelöst ist oder ob es sich um Luftsauerstoff handelt, verhindert Fäulnis im Watt. Er ist zur aeroben[2] oder auf der Wattoberfläche notwendig. Die gleiche Funktion erfüllt der als Nitrat gebundene Sauerstoff. Zersetzung organischer Stoffe im Watt

Im Sommer bei steigender Temperatur, wird durch Phosphate öfter ein verstärktes Algenwachstum ausgelöst. Diese Phytoplankton-Zellen sinken nach einiger Zeit auf den Meeresgrund und beginnen zu faulen. Dabei wird Schwefelwasserstoff H2S gebildet. Schwefelwasserstoff ist ein starkes Gift, das schon in sehr geringen Konzentrationen die Atmungsfermente lähmt und natürlich auch die Wattwürmer und Muscheln tötet.

Das Absterben der Wattwürmer kann verhindert werden, wenn der Schwefelwasserstoff entgiftet wird, bevor er den Wattwürmern und Muscheln schaden kann.

Die Denitrifikationsreaktion im Gewässer ist die gleiche, wie in der Kläranlage. 2 Moleküle Nitrat werden zu 3 Molekülen Sauerstoff und einem Molekül Stickstoff umgewandelt:

2NO3 → N2 + 3O2

Der Stickstoff entweicht in die Atmosphäre und der Sauerstoff kompensiert H2S bzw. er oxidiert den im H2S gebundenen Schwefel auf mikrobiellem Wege.

Bessere Lebensbedingungen entstehen im Watt nicht nur für Wattwürmer, wenn es gelingt den Denitrifikationsprozess aus den Kläranlagen in das Watt zu verlagern.

Nitrat wirkt als wichtiges Entgiftungsmittel und damit werden Verluste an Wattwürmern reduziert, wenn nicht vielleicht sogar verhindert.

Neben dem Schutz der Wattwürmer bringt Nitrat durch seine entgiftende und sauerstoffspendende Wirkung grundsätzlich zahlreiche Vorteile für viele Gewässer und auch für das Watt, wie im Folgenden bewiesen wird.

Vor einigen Jahren geriet des Wattenmeer in das Blickfeld des öffentlichen Interesses. Das Watt – ein naturgeschütztes Objekt – wies plötzlich schwarze Flächen auf.

Könnte es nun etwa sein, dass Stickstoffeliminierung in deutschen Kläranlagen die schwarzen Flecken im Watt wesentlich mit verursacht?

Die schwarzen Flecken sind Merkmale von Fäulnisvorgängen im Watt. Es wird schwarzes Eisensulfid gebildet. Die Reaktion lautet vereinfacht:

Fe3+ + H2S →  FeS + H2

Das H2S beispielsweise in Abwasserteichen durch Nitrat entgiftet werden kann, ist schon seit über 50 Jahren bekannt ([59] bis [61]). Auch im RANDOLF [36][11] (Veröffentlichung von O’ Connor und Eckenfelder aus dem Jahre 1960) war zu lesen:

„Gegen Fäulniserscheinungen am Einlauf nützt auch… die Zugabe von Nitraten.“

Ebenso ist schon seit knapp 50 Jahren bekannt (OHLE [37]), dass Sauerstoffmangel den Phosphor im Sediment mobilisiert. Das Wissen über die genannten Zusammenhänge liegt vor und wird auch gelehrt.

Abbildung 38

Abbildung 38: Ursachenkomplex der schwarzen Flächen im Wattenmeer nach [35]

Wie der Abbildung 38 zu entnehmen ist, verhindert die Anwesenheit von Nitrat die Bildung von schwarzen Flächen. Die schwarze Färbung entsteht durch die Bildung von Eisensulfiden (FeS und FeS2)[3]. Schwefeleisen ist schwarz. Ursache für die schwarzen Flächen ist nach [35] das erhöhte Angebot von Phosphat aus Abwassereinleitungen in die Flüsse.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass Nitrat im Nordseewasser sehr positiv auf das Watt wirkt und insbesondere den „Schwefelwasserstoff“ zu unschädlichen Verbindungen umwandelt.“ [1]


[1] Der Friese nennt sie Schlick- oder Wattwürmer. Sie werden auch als Köderwurm oder Pier bezeichnet.

[2] Abbau mit Luftsauerstoff

[3] Sulfid kann durch atmosphärischen Sauerstoff rein chemisch als auch mikrobiell oxidiert werden.

[11] S. 296


Literatur:

[36] Randolf, R.
Kanalisation und Abwasserbehandlung
VEB Verlag für Bauwesen Berlin; 1974

[37] Ohle in Uhlmann [33]

[57] Randolf, C.; u. a.
Marktdaten Abwasser 2002
Korrespondenz Abwasser 2003 (50), Nr. 4

[58] Uhlmann, D.; Horn, W.
Einfluß des Menschen auf die Gewässer-Ökosysteme
Sonderdruck aus „Umwelt und Mensch – Langzeitwirkungen und Schlussfolgerungen für die Zukunft“
Band 59, Heft 5
Abhandlungen der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, 2000

[59] Schulze, E.
Über die Ursachen der Verschmutzung von Wasserbecken in Zoologischen Gärten und Wege der Reinhaltung
1956

[60]  Schulze, E.
Biologisch-chemische Vorgänge bei der Nitratbehandlung von Abwässern.
Verh. Internat. Ver. Limnol. 13, 624-627
1958

[61] Buswell, A. M.
Reaction of sodium nitrate in stabilizing organic wastes.
Sewage Works J. 19, 628
1947

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

 




Widersprüche beim Gewässerschutz

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. Widersprüche beim Gewässerschutz

Seit vielen Jahren gibt es beachtliche Widersprüche beim Gewässerschutz. Diese Widersprüche betreffen jedoch nur einen Teil unserer Maßnahmen zur Reinhaltung des Gewässers und sind nicht allen Experten bekannt. Diese Problematik ist der Allgemeinheit weniger zugänglich, weil zum Verständnis ein wenig Grundlagenwissen der Hydrobiologie[1] notwendig ist. Trotz der mitunter etwas komplizierten Materie wird es aber sicherlich dem interessierten Leser gelingen, die betreffenden Widersprüche nachzuvollziehen.

In diesem Kapitel wird zunächst ansatzweise der Phosphorkreislauf vorgestellt und dabei aufgezeigt, dass einmal in einen See gelangter Phosphor im Jahreszyklus in dem Gewässer kreist und teilweise auch zweimal im Jahr gewässerschädlich wirkt. In weiteren Schritten wird festgestellt, dass Nitrat diesen schädlichen Kreislauf ganz oder teilweise zu unterbrechen vermag. Das ist für den interessierten Leser schon eine fundamentale neue Erkenntnis, da bislang die Allgemeinheit, viele Ingenieure, insbesondere die Umweltpolitiker und der Gesetzgeber davon ausgehen, dass Nitrat grundsätzlich schädlich ist. Vielmehr ist es so, dass es nicht nur nicht schädlich ist, sondern in vielen Fällen ist sogar die Anwesenheit von Nitrat für das Gewässer sehr nützlich!

Nitrat – so wird im Folgenden bewiesen – ist grundsätzlich kein Schadstoff.

(Beabsichtigt der Gesetzgeber diesen Widerspruch zu lösen, so muss er die Abwasserverordnung und das Abwasserabgabengesetz ändern.)

Interessant dürfte in diesem Zusammenhang sein, dass selbst die Wattwürmer bei Anwesenheit von Nitrat in der Nordsee einige Vorteile von diesem vermeintlichen Gewässerschadstoff haben. Außerdem beeinträchtigt die Anwesenheit von Nitrat die Bildung der berüchtigten schwarzen Flecken im Watt. Weiteres zu den Ausnahmen und Regeln sind den Unterabschnitten zu entnehmen.

In diesem Kapitel wird außerdem auf die oft für das Gewässer nachteilige Denitrifikation in deutschen Kläranlagen und auf die Alternativen zum Belebtschlammverfahren eingegangen. Gelänge es energiesparende Kläranlagen, wie beispielsweise das Tropfkörperverfahren verstärkt wieder einzuführen, so würde es zu einem beachtlichen Synergieeffekt zwischen dem Gewässer- und dem Klimaschutz kommen.

Den ganzen umweltökonomischen und -technischen Komplex – der sich mit der Akzeptanz des eigentlich alten, aber nicht beachteten Grundlagenwissens der Wasserwirtschaft erschließt – kann das vorliegende Werk nur ansatzweise aufzeigen und keineswegs komplett darstellen. Auf jeden Fall werden sich in der Aufarbeitung beträchtliche Reserven für einen wirklich nachhaltigen Gewässerschutz aufzeigen.

Insofern sollten auch die wasserwirtschaftlichen Vorhaben, insbesondere jene, die auf eine Stickstoffeliminierung zielen, schnell (um Kosten zu sparen und um Gewässerschaden zu vermeiden) auf den Prüfstand gestellt werden und von Hydrobiologen unter Berücksichtigung der positiven Wirkungen des Nitrates auf die betreffenden Gewässer untersucht werden.

Die in der Vergangenheit oft praktizierte kostenaufwendige Fernhaltung von gereinigtem nitratreichem Abwasser aus manchen unserer Seen ist dann falsch, wenn mit dem Nitrat aus dem Abwasser der Phosphorkreislauf im Gewässer unterbrochen werden kann. Das betrifft natürlich auch die Flutung ehemaliger Seen über phosphatreichem Sediment.

Dieser spezielle Gewässerschutz sollte künftig verstärkt in die Hände erfahrener Hydrobiologen gelegt werden. Gesetzlich lassen sich die von Gewässer zu Gewässer unterschiedlichen Anforderungen nämlich nicht regulieren, weil Gewässer Organismen sind, die sich unseren dogmatischen Regulativen und teils naiven Vorstellungen nie unterwerfen werden. Die dogmatische Bewertung des Gewässers nach der Abwasserverordnung und dem Abwasserabgabengesetz ist in aller Regel für das Gewässer schädlich, wenn es um die Entfernung von Nitrat[2] geht. Das Denkmuster gemäß der gesetzlichen Entscheidung zur Stickstoffeliminierung in Kläranlagen:

„Keine Nährstoffe im Kläranlagenablauf, also auch keine Eutrophierung von Gewässern!?“

war schon immer falsch. Hier scheint es ein Defizit von Grundlagenwissen in der Wasserwirtschaft zu geben oder es handelt sich schlicht und einfach nur um Ignoranz. Das mag aber der Leser bewerten.


[1] kritische Durchsicht von Herrn Prof. Dr. D. Uhlmann, Dresden

[2] Ausnahme – Trinkwassereinzugsgebiete


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




Sichere Denitrifikation in Teichkläranlagen

Teichkläranlage mit verschärften Überwachungswerten

Seit 1994 wird in Nordheim an der Rhön eine zielgerichtete Denitrifikation in einer Mischwasserteichkläranlage für 9.000 EW von dem Abwasserzweckverband Obere Streu betrieben.

Der aktuelle Ablaufwert beträgt 15 mg Gesamtstickstoff.

Die Anlage besteht u. a.:

  • 2 künstlich belüftete Teiche parallel geschaltet, zur Entschlammung wird ein Becken stillgelegt.
  • 2 Nachklärteiche leicht belüftet
  • Scheibentauchkörper zur Nitrifikation
  • 2 Rezirkulationpumpen  zu je 25 l/s; im Hochsommer laufen 2 Pumpen
  • Rezirkulation in den Zulauf
  • 1 Schönungsteich

Siehe auch pdf-Datei der Veröffentlichung in „der gemeinderat“.




Denitrifikation in natürlich belüfteten Teichkläranlagen

Bemessung, Bau und Betrieb:

„Zu Nitrat oxidierter Stickstoff ist in unbelüfteten Teichen über 3 m²/EW fast immer nachweisbar, jedoch nur in wenigen mg/l, da das gebildete Nitrat auch simultane Denitrifikation an der aeroben/anaeroben Grenzschicht des abgelagerten Schlammes zu gasförmigem Stickstoff denitrifiziert wird.

Höhere Werte an Nitrat im Winter auf.“

Quelle: http://www.wasser-wissen.de/




Leuchtkraft wissenschaftlicher Erkenntnis fremdgedimmt!

Auch auf die Gefahr hin, mich unbeliebt zu machen: 2014 gab der Bund für Bildung und Forschung (BMBF) wohl rund 15,3 Milliarden Euro aus. Das sind drei Prozent des gesamten Bundeshaushalts. Wenn dann aber die Forschung – hier die TU Dresden – mit viel Aufwand absicherte Ergebnisse der wissenschaftlichen Ökologie vorlegt, die nicht in das Weltbild der politischen Ökologie passen und die zudem Voraussetzung für eine Effizienzsteigerung der Wasserwirtschaft sind,  dann werden diese Erkenntnisse durch Ignoranz entwertet bzw. es werden keine gesetzlichen Voraussetzungen (u. a. Änderung des Wasserrechtes, des Abwasserabgabengesetzes und der EU-WRRL) geschaffen, die eine Nutzung dieser fortschrittlichen Erkenntnisse straffrei erlauben. Die Starrheit der Gesetzgebung und die teils einfältige Gewässerbewertung verhindert die Umsetzung wichtiger Forderungen der EU-WRRL, z. B. nämlich, dass die Abwässer nach dem Stand der Technik – hier effizient zu behandeln sind. Der Weg ist nicht eine Denitrifikation in Form eines blinden Aktionismusses.

Nitrat ist ein Gewässernutzstoff und ein sekundärer Sauerstofflieferant von besonderer Bedeutung. Seine kompromisslose Eliminierung in Kläranlagen beruht auf Wissensdefiziten, ideologischen Anschauungen und auf Zwang.

Die Lähmung sowie der Schaden durch Effizienzverhinderung dauert in diesem Fall nun schon 26 Jahre!

Die Nitrat-Doktrin und ebenso die CSB-Doktrin kostet also täglich eine sachlich nicht begründbare Abwasserabgabe, die über die Abwassergebühr von Kommunen oder Verbänden eingezogen werden muss.

Für die abwasserverursachende Industrie ist dies ein Kostenfaktor.

Wenn das Merkmal einer Willkür fehlende Sachlichkeit ist, dann sind Straftatbestände einer unerlaubten Gewässerverschmutzung durch Nitrat willkürlich, es sei denn, es handelt sich um ein besonderes Schutzgut, wie z. B. eine Trinkwassertalsperre.

Straftatbestände einer unerlaubten Grundwasserverschmutzung durch Nitrat sind dann sachlich nicht nachvollziehbar, wenn eine Diskriminierung des Angeklagten gegenüber der landwirtschaftlichen Nitrat-Belastung vorliegt. Die Diskriminierung des Bürgers, seiner Kommune oder seines  Abwasserzweckverbandes ist hier aber die Regel.

Doch bilden Sie sich Ihre eigene Meinung:

Fragwürdige Stickstoffgrenzwerte – Sinn der Denitrifikation bei der Abwasserbehandlung

Kurzbericht einer vergessenen Veranstaltung der Fachrichtung Wasserwesen der TU Dresden am 3. Juni 1997

Sinnfälligkeit der Denitrifikation bei der Abwasserbehandlung – so lautete der Titel einer Veranstaltung am 3. Juni 1997, der Eingeweihten Spannung versprach; wurde doch dieses Thema Gegenstand einer interdisziplinären Vortragsveranstaltung zweier Professoren der TU Dresden, Fachrichtung Wasserwesen – Prof. Dr. Lützner und Prof. Dr. Uhlmann -, die im fachlichen Disput ihre Standpunkte vor Studenten und Gästen erläuterten und verteidigten.

Pro

Herr Prof. Lützner verwies auf die Notwendigkeit der Denitrifikation für einen stabilen Kläranlagenbetrieb und führte u. a. folgende Argumente an:

  • Blähschlammbekämpfung durch anoxische Selektoren und die Notwendigkeit des Milieuwechsels;
  • verstärkte pH-Wert-Probleme, insbesondere bei weichen Wässern, wenn nur nitrifiziert wird;
  • Nutzung des Nitratsauerstoffs für den BSB5-Abbau und damit Senkung des Energiebedarfs für die Abwasserreinigung;
  • Vermeidung von Grenzwertüberschreitungen infolge einer wilden Denitrifikation in der Nachklärung.

Des Weiteren wies er darauf hin, dass bei einstufigen Belebungsanlagen die biologische Phosphorelimination ohne zusätzliche Maßnahmen nicht möglich ist. Auch wirkt Nitrat störend im Faulbehälter. Schließlich sei aus praktischer Sicht festzustellen, dass die in jüngster Zeit gebauten Kläranlagen bei über 20.000 EW im Regelfall über eine simultane aerobe Schlammstabilisierung verfügen und durch alternierende Belüftung die geschilderten negativen Betriebsauswirkungen vermindert werden.

Wenn Biologen der Meinung sind, dass für die Gewässer Nitrat keine Belastung darstellt, dann sollte auch auf die Festsetzung von Überwachungswerten verzichtet werden und die Denitrifikation nur soweit erfolgen, wie sie für den Betrieb der Kläranlage notwendig ist. Fragwürdig wird es, wenn nur zur Einhaltung der Überwachungswerte externe Kohlenstoffquellen (vorzugsweise auch Ethanol und Methanol) zugegeben werden müssen, wie es bereits jetzt in vielen Kläranlagen praktiziert wird.

…und Kontra

Während das Fachgebiet von Herrn Prof. Lützner die Abwasserbehandlung ist, hat sich Herr Prof. Uhlmann (als Verfasser des Standardwerkes „Hydrobiologie“ bekannt) darauf spezialisiert, die Probleme zu analysieren, die nach der Abwasserbehandlung im Gewässer zu beobachten sind.

In seinen Ausführungen stellte Herr Prof. Uhlmann die von Herrn Prof. Lützner angeführte Notwendigkeit einer Denitrifikation für die Stabilität des Reinigungsprozesses in Kläranlagen nicht in Frage. Er wies jedoch nachdrücklich auf sehr gut gesicherte Forschungsergebnisse hin, die belegen, dass Nitrat auch als Sauerstoffspender für das Gewässer eine wichtige Rolle spielt. Herr Prof. Uhlmann erläuterte in anschaulicher Weise, in welchen Fällen Nitrat als Pflanzennährstoff wirkt, aber auch dass Nitrat besonders wertvoll für die Sauerstoffversorgung von Sedimenten – die Schlammablagerungen in Seen und Meeren – ist.

Der gelöste Sauerstoff wird aufgrund der natürlichen Zehrungsprozesse an der Wasser- und Schlammgrenzschicht häufig schnell verbraucht.

Allein das Nitrat diffundiert in die tieferen Schlammschichten, so dass dort eine anoxische Nitratatmung ermöglicht wird.

Analog, wie dies in der Denitrifikationsstufe der Kläranlage erfolgt.

Wozu ist nun Sauerstoff – einschließlich Nitratsauerstoff – im Schlamm erforderlich?

Eine Sauerstoffversorgung der oberen Schlammschichten verhindert zum Beispiel, dass sedimentierte Phosphorverbindungen rückgelöst werden, ähnlich wie dies technisch mit der biologischen P-Eliminierung praktiziert wird.

So gesehen, ist Stickstoff in der Nitratform wohl kaum als eutrophierender Faktor zu werten.

An dem Disput beteiligten sich – neben zahlreichen Gästen und Studenten – auch Frau Professor Röske, Herr Professor Hackenberger sowie Herr Professor Benndorf, der die Veranstaltung moderierte.

Im Resümee verständigten sich die Teilnehmer dazu, dass einerseits eine Denitrifikation für den störungsfreien Kläranlagenbetrieb notwendig ist, andererseits aber Nitrat für die Sauerstoffversorgung der Sedimente in den Gewässern eine sehr wichtige Rolle spielt und man deshalb nur soweit denitrifizieren sollte, wie es betrieblich erforderlich ist.

Die Notwendigkeit einer gesetzlich vorgeschriebenen und behördlich kontrollierten Denitrifikation in Kläranlagen wurde von keinem Gesprächsteilnehmer gesehen.

Im Verlaufe wurde weiter diskutiert, dass in Anwendung der Ergebnisse das Tropfkörperverfahren eine Renaissance erleben könnte, weil mit Einführung der neuen Abwasserverordnung seit 01.04.1997 für Kläranlagen <= 10.000 EW die Denitrifikation nicht mehr erforderlich ist.

Fazit

Die Signale der Wissenschaftler der TU Dresden und der Sächsischen Akademie der Wissenschaften sind hochinteressant und werden hoffentlich bald in den Wassergesetzen vergegenständlicht.

Sollten sich in der Gesetzgebung einschließlich dem EU-Wasserrecht, bei den Ingenieuren und Behörden diese Erkenntnisse durchsetzen, könnte sich in der Abwasserbehandlung und der Gewässerpolitik das Reglement vereinfachen.

Einen kleinen Wermutstropfen wird es aber geben, denn die Deutschen sind reaktionsträge in der politisch-administrativen Umsetzung zweckmäßiger Dinge und so wird man sich wohl noch einige Zeit gedulden müssen, bis an der richtigen Stelle gespart werden kann.

Auf jeden Fall ist aber die TU Dresden eine gute Adresse, wenn es gilt, neue Wege zu beschreiten.

(Uwe Halbach ö.b.u.v. Sachverständiger für Abwasserbeseitigung)

Erschienen in der wwt 5 / 1997

___________________________

Kommentar nach 13 Jahren:

Inzwischen sind 13 Jahre vergangen und aus dem kleinen Wermutstropfen

Einen kleinen Wermutstropfen wird es aber geben, denn die Deutschen sind reaktionsträge in der politisch-administrativen Umsetzung zweckmäßiger Dinge; und so wird man sich wohl noch einige Zeit gedulden müssen, bis an der richtigen Stelle gespart werden kann.

ist ein Fass Wermut geworden.

Ist dies nun ein Beweis oder ein Indiz dafür, dass bei der Nitrat-Doktrin die Gewissenhaften über die Verständigen siegten?

Ich glaube, hier wirkt die Bildung störend und wird deshalb einfach ignoriert. Der Ökologe und Buchautor, Herr Gärtner hat über diese fragwürdigen Methoden ein Buch geschrieben: Öko-Nihilismus. Zudem erlebe ich es als Gutachter recht häufig, dass Zusammenhänge, Verhältnisse und die Logik immer dann ausgeklammert werden, wenn es um gewissenhafte Vorsorge geht oder wenn Vorstellung und Glauben, die bzw. den man von der Natur hat, nicht den Tatsachen in der Natur entsprechen. Dann wird nicht etwa die Vorstellung von der Natur angepasst , sondern die das Weltbild störenden Tatsachen werden einfach ignoriert. Philosophisch gesehen ist die Leugnung unbequemer Tatsachen eine Tatsache und dem Menschen immanent. Platon mit seinem Höhlengleichnis bis hin zu Schopenhauer mit seinen Werk „Die Welt als Wille und Vorstellung“ können als Beweis dafür dienen. Man muss diese menschlichen Bedürfnisse nur kennen. Für die Jugend dagegen ist es ein Frust, wenn sie ihre mühsam erarbeitete Bildung gegen Geschäftsinteressen und Ideologien entwertet sehen. Allerdings ist der Desillusionierungsprozess ein schleichender. Mancher erarbeitet ihn sich früher, mancher später, aber die meisten werden es nie begreifen. Und das ist aus bestimmten Gründen auch gut so…

Uwe Halbach am 23.03.2010




Abwasserabgabe – Teilweise Gewässerschädlich

Abwasserabgabe – Teilweise Gewässerschädlich

Dipl.-Ing. (FH); Dipl. Ök. Uwe Halbach, Institut für Abwasserwirtschaft Halbach – Werdau (Sachsen)

Vor 10 Jahren veröffentlichte eine Arbeitsgruppe der Abwassertechnischen Vereinigung e.V. einen Bericht, nach dem der Gewässerschadstoff Stickstoff keineswegs so gewässerschädlich ist, wie allgemein vermutet wird. Ganz im Gegenteil – Stickstoff, im Verlauf der Abwasserbehandlung zu Nitrat oxidiert, ist als Sauerstoffquelle sogar äußerst nützlich für das Gewässer.

Ziel der modernen Abwasserbehandlung ist es aber meistens, gerade dieses Nitrat zu minimieren. Die Planer und Betreiber von Kläranlagen werden dazu nicht nur durch überholte Regelungen im Wasserhaushaltsgesetz gezwungen. Auch in Anwendung des Abwasserabgabengesetzes wird die Stickstoffentfernung (Denitrifikation) in Kläranlagen maximiert und führt damit ebenso zu bedeutenden Nachteilen in den Gewässern, u. a. wird die Rücklösung des für das Gewässer viel gefährlicheren Phosphors ermöglicht.

Werden die Themen in Fachzeitschriften verfolgt, so entsteht der Eindruck, dass die Interessen und umweltpolitischen Bemühungen sich zu stark auf die Steigerung der Reinigungsleistung der Abwasserbehandlung konzentrieren und dabei die nutzbaren Effekte im Gewässer weniger im Brennpunkt des Interesses und der Forschungsmittelvergabe stehen.

Dogmatische und starre Regulative verhindern jedoch auch in diesem Fall zweckmäßige Lösungen.

In Dresden dagegen stellt man sich der Herausforderung eines besseren Gewässerschutzes und verfügt über abgesicherte Forschungsergebnisse . Im Juni wurde durch Herrn Professor Uhlmann (Sächsische Akademie der Wissenschaften) und Herrn Professor Lützner (TU Dresden) auf die Unzweckmäßigkeit der Denitrifikation in üblichem Umfang und damit einer unnötigen Abwasserabgabe für Stickstoff hingewiesen.

Die Abwasserabgabe ist finanziell nicht unerheblich. So werden für 25 kg Stickstoff 70 DM Abgabe angesetzt. Insgesamt zahlt z. B. ein 4-Personen-Haushalt jährlich etwa 80 DM Abgabe für alle abgabepflichtigen Schadstoffe, falls die Abwasserabgabe teilweise nicht verrechnet werden kann.

Das Abwasserabgabengesetz ist so widersprüchlich und fragwürdig, dass es den Rahmen des Beitrages sprengen würde, alle „Wenn und Aber“ hier zu erörtern.

Teilweise wird Personal beschäftigt, das sich nur mit der Abwasserabgabe befasst, da der Vollzug so kompliziert und aufwendig ist. So konnte sich mancherorts fast ein eigenständiger Dienstleistungszweig herausbilden. Ein Kritiker des Abwasserabgabengesetzes, Herr Dedy, Referent des Deutschen Städte- und Gemeindebundes, Bonn, bemängelt in einem Fachbeitrag den hohen Verwaltungsaufwand – in einem Fall wurde eine Zahl von 65 % Verwaltungsaufwand – für die Erhebung der Abwasserabgabe genannt. Dabei sind aber noch nicht die Kosten für die Kontrolle der Abwasserabgabe durch die Kommunen, Verbände und Unternehmen enthalten.

Fachlich nicht nachvollziehbar ist, warum der Stand der Technik bzw. der Wissenschaft nicht schon längst im Wasserhaushalts- und im Abwasserabgabengesetz berücksichtigt wurde und wird. Aufgrund dieses Mangels werden seit Jahren Bürger und Unternehmen mit einer teils sinnlosen und kontraproduktiven Abwasserabgabe veranlagt.

Im Rahmen der Streichung der Abwasserabgabe für Stickstoff sollte man sich auch überlegen, ob es nicht noch besser wäre, wenn das ganze Abwasserabgabengesetz ersatzlos außer Kraft gesetzt wird. Die Streichung der Abwasserabgabe für Stickstoff wäre ein Beispiel, wie die Anwendung des Standes der Technik keine Kosten verursacht, sondern Kosten senkt.

Das Institut für Wasserwirtschaft Halbach schätzt den Schaden für Kommunen und Abwasserzweckverbände in einer Größenordnung von wenigstens 100 Millionen DM, sollte der Gesetzgeber noch ein Jahr mit der Streichung der Abwasserabgabe für Stickstoff zögern. Zu viele Jahre sind schon unnütz vergangen, wobei man heute rückblickend fragen darf, ob denn die letzte gesetzlich erzwungene Kläranlagenerweiterung und die sehr kostenintensive Verlagerung manches alten Kläranlagenstandortes aus vermeintlichen Gewässerschutzgründen tatsächlich eine fachliche Grundlage hatte und hat? Genau das dürfte aber zu selten der Fall sein!

Uwe Halbach

QUELLE: Aktuelle Pressemitteilung, veröffentlicht in der Presseschau im Sachsenlandkurier 4/98.

Kommentar vom 20.09.98:

Die Zusammenhänge sind einigen Fachleuten seit langem bekannt, werden wohl auch nicht bestritten.

Unternommen wird aber nichts, um diesen umweltpolitisch sehr brisanten Widerspruch zu beseitigen. Warum wohl? Nach Ansicht des Autors wird sich an der Lösung dieses Problems zeigen, wie ehrlich wir es tatsächlich mit dem Stand der Technik meinen und ob es wirklich um effektiven Umweltschutz geht, oder ob möglicherweise die Interessen des „Technokomerz“ der zentrale dunkle Punkt unserer tatsächlichen Motivation sind.

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