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Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW) Leiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen Seite 1/42
Studie „MiLa“ – Mikroschadstoffe Lahn
(Arbeitspaket 1) Auftraggeber:
RP Gießen/HMUKLV Bearbeitungszeitraum:
09/2016 – 02/2017
Dr.-Ing. Wernfried Schier Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Universität Kassel
Informationsveranstaltung für die hessischen Wasserbehörden 25. Oktober 2017, Regierungspräsidium Gießen
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Kurze Einführung Struktur des Lahn-Einzugsgebietes Punktuelle Einträge Diffuse Einträge
Auswertung des vorhandenen Datenmaterials
4. Reinigungsstufe Zusammenfassung
Empfehlungen für das Arbeitspaket 2
Gliederung
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LIFE-IP-Projekt „LiLa - Living Lahn“ Inhaltliche Stichworte: umweltverträglicher Hochwasserschutz nachhaltiger Tourismus Regionalentwicklung an der Lahn Projekte zur Reduzierung der stofflichen Belastung der Lahn sind bislang nicht berücksichtigt
Hessen: Ertüchtigung/Optimierung der Kläranlagen Marburg und Gießen (beide GK 5) hinsichtlich der Phosphorelimination erforderlich
Nationale und internationale Diskussion des Themas „Mikroschadstoffe, Mikroverunreinigungen“ mit der Perspektive einer 4. Reinigungsstufe
Frage nach der Situation der Mikroschadstoff-belastung der Lahn
Projektgenese
Die Lahn bei Lahntal (http://www.gastlandschaften.de/fileadmin/_processed_/csm_Lahntal_Limburg_III_f8dd9eb6a1.jpg; 2016)
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August 2016: Beauftragung des FG SWW mit dem Arbeitspaket 1 der FuE-Studie MiLa – Mikroschadstoffe Lahn Medien- und Literaturrecherche zu aktuellen
Studien sowie wissenschaftlichen Arbeiten im Umfeld der Lahn
Sammlung, Sichtung, Bewertung von Daten Darstellung der Immissionssituation der Lahn
bezüglich Mikroschadstoffen Darstellung möglicher Maßnahmen und
Umsetzungsstrategien zur Reduzierung der Belastungen
März 2017: Abschlusspräsentation
FuE-Studie
Die Lahn bei Lahntal (http://www.gastlandschaften.de/fileadmin/_processed_/csm_Lahntal_Limburg_III_f8dd9eb6a1.jpg; 2016)
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Als Mikroschadstoffe, Mikroverunreinigungen oder Spurenstoffe werden Substanzen bezeichnet, die in den Gewässern in sehr tiefen Konzentrationen (µg/L bis ng/L) nachgewiesen werden. Diese Stoffe sind teilweise schon in tiefen Konzentrationen hoch wirksam und haben negative Effekte auf die aquatische Umwelt (Beispiele: Diclofenac, Carbamazepin). Stoffgruppen sind
Allgemeines
Pestizide Arzneimittelwirkstoffe (Hormone, Röntgenkontrastmittel) Industriechemikalien Korrosionsschutzmittel Süßstoffe Schwermetalle u.a.m.
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Eintragspfade
Diffuse Einträge
Kommunale Kläranlage • Arzneimittelwirkstoffe • Süßstoffe • Duftstoffe • Biozide • Industriechemikalien
Direkteinleiter • Industriechemikalien • Schwermetalle
Punktuelle Einträge
Mischwasserentlastungen • Arzneimittelwirkstoffe • Süßstoffe • Biozide
Oberflächenabfluss, Drainagen • Pflanzenschutzmittel • Biozide • Tierarzneimittel
Regenwasserkanäle • Biozide • Pflanzenschutzmittel • Schwermetalle
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Rechtliche Regelungen gibt es bislang nur für einige dieser Stoffe; Umweltqualitätsnormen (UQN) für 45 prioritär und prioritär gefährliche Stoffe (WRRL/OGewV) und für 67 flussgebietsspezifische Schadstoffe (OGewV), Beobachtungsliste für eine unionsweite Überwachung (10 Stoffe)
UQN-Vorschläge (Umweltbundesamt) Predicted No Effect Concentration (PNEC) No Observed Effect Concentration (NOEC) Gesundheitliche Orientierungswerte (GOW) toxikologisch abgeleitete Leitwerte Einzelbetrachtungen vorgegebene Zielwerte Zielwerte des Donau-, Maas- und Rhein-Memorandums (DMR) …
Qualitätskriterien
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Relevanz
Pestizide 24%
Arzneimittel 22%
Röntgenkontrastmittel 8%
Hormone 5%
Korrosionsschutzmittel
5%
Süßstoffe 3%
Duftstoffe 3%
PFC 14%
Flammschutzmittel/Weichmacher
8%
Komplexbildner 5%
Sonstige Industriechemika
lien 3%
Auswertung von 19 Studien zu Mikroverunreinigungen in Oberflächengewässern Kläranlagenabläufen
…darunter „Reine Ruhr“,
IKSR-Studien, UBA, SpSt-Inventar (KomS), Komz NRW, Mikro_N (RLP), OgRe Berlin, Micropoll/CH, …..
insgesamt 316 Stoffe positive Befunde (Werte über der
Bestimmungsgrenze) nähere Betrachtung
der 60 am häufigsten untersuchten Spurenstoffe (untersucht in mind. 4 Studien)
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Nachweis in den Gewässern
0102030405060708090
100Ca
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[%]
Arzneimittel
Flamm-schutz-mittel
Hormone
Industrie-chemikalieKorrosions-
schutzmittel Röntgenkontrastmittel
PFC
SüßstoffPestizide
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Nachweis in den Gewässern
0102030405060708090
100Ca
rbam
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Befu
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[%]
Arzneimittel
Flamm-schutz-mittel
Hormone
Industrie-chemikalieKorrosions-
schutzmittel Röntgenkontrastmittel
PFC
Süßstoff
Pestizide
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Das Lahneinzugsgebiet
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Lahn
• 245 km lang
• Quelle: Lahnkopf (NRW)
• Fließlänge in Hessen: 166 km
• mündet in Rheinland-Pfalz in den Rhein
• Lahneinzugsgebiet: 5.925 km2
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Punktuelle Einträge (1)
• Kirchhain 99.000 EW • Wetzlar 80.000 EW • Selters 68.000 EW • Limburg 60.000 EW • Taunusstein 50.000 EW • …….
0
10
20
30
40
50
60
Anzahl der Kläranlagen
Verteilung der Kläranlagen nach Kategorie
0 %
10 %
20 %
30 %
40 %
50 %
60 %
Angeschlossene Einwohner nach Kategorie
• Gießen 300.000 EW • Marburg 155.000 EW
• Lahn-EZG 1.735.000 EW
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Punktuelle Einträge (2) Indirekteinleitungen aus: Chemische Industrie Eisen-, Stahl- und Tempergießerei Textilherstellung, Textilveredlung Metallbe- und –verarbeitung
Direkteinleitungen aus: Metallbe- und –verarbeitung
Fa. Kamax, Homberg/Ohm (1) Fa. Seidel, Marburg (2) Fa. Seidel, Fronhausen (3)
Eisengießerei Fa. Bosch Thermotechnik, Lollar (4)
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Abwasseranteile
abgeschätzt an den Pegelmessstellen des Lahn-EZG
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Abwasseranteile
abgeschätzt an den Pegelmessstellen des Lahn-EZG
Auszug aus Vortrag Prof. J. Oehlmann (Goethe-Universität Frankfurt a.M.) am 16. März 2017, Projekt NiddaMan): „Bereits bei 12 % Abwasseranteil sinkt die Abundanz (Populationsdichte) empfindlicher Arten im Nidda-Einzugsgebiet.“
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Kliniken/Krankenhäuser
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Diffuse Einträge - Mischwasserentlastungen
(HLNUG, 2017)
Abschätzung anhand der EW/Fläche
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Messstellen
1. Josbach, Halsdorf 2. Wadebach, Halsdorf 3. Rulfbach, Amöneburg, obh. Alte
Ohm 4. Marienbach, Grossseelheim 5. Allna, Argenstein 6. Wenkbach, Roth 7. Zwester Ohm, Hassenhausen 8. Kleebach, Allendorf Lahn 9. Lahn, Oberbiel,
(Überblicksmessstation) 10. Tiefenbach, Steeden 11. Emsbach, Ennerich, Brücke
Ortslage 12. Emsbach, Eschhofen, Brücke
L3448 13. Lahn, Staffel
(Überblicksmessstation)
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1. Einzelstoffbewertung der Jahresdurchschnittskonzentrationen (JD) nach Qualitätskriterien für Oberflächengewässer (OGew) Umweltqualitätsnormen (UQN) andere Qualitätskriterien
nach Qualitätskriterien für das Trinkwasser (TW)
2. Einzelstoffbewertung der Maximalkonzentrationen (ZHK)
3. höchste Jahresdurchschnittskonzentrationen je Messstelle
Bewertungsansätze der Belastungssituation
48 potentiell relevante Stoffe, davon mind. 22 relevant (Nichteinhalten von UQN und anderen QK)
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4 (21) Arzneimittel 4 (8) Pestizide 5 (5) PAK 4 (4) Röntgenkontrastmittel 2 (3) Metalle 1 (3) PFC 2 (2) Süßstoffe 0 (1) Flammschutzmittel 0 (1) halogenierter Kohlenwasserstoff
Bewertung der Belastungssituation
48 potentiell relevante Stoffe, davon mind. 22 relevant (Nichteinhalten von UQN und anderen QK)
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Überschreitungen - UQN
2 ) Isoproturon (35 %)
4) Bentazon (26 %) Isoproturon (26 %)
7) Isoproturon (56 %)
10) Triclosan (77 %) PFOS (47 %)
13) Benzo(a)pyren (100 %) Fluoranthen (100 %) Benzo(ghi)perylen (100 %)
• 3 Pestizide • 1 Perfluorierte Chemikalie
(PFOS) • PAK
• Stoffgruppe PAK (5 PAK) • Fluoranthen
• Fluoranthen hält aktuell
gültige UQN ein
• Relevanteste Stoffe
Fett = JD-Überschreitung Normal = ZHK – Überschreitung Fett umrandet = Letzte ÜW 2013/15
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Überschreitungen anderer QK - Arzneimittelwirkstoffe
• An drei Messstellen keine Überschreitungen (Nr. 2, 6, 8)
1) Ibuprofen (27 %)
3 ) Diclofenac (97 %)
4) Diclofenac (94 %) Ibuprofen (34 %)
9) Diclofenac (92 %) Ibuprofen (75 %)
7) Diclofenac (100 %) Ibuprofen (40 %)
12) Diclofenac (100 %) Ibuprofen (35 %)
10) Diclofenac (100 %) Erythromycin (53 %)
5) Diclofenac (75 %) Ibuprofen (35 %)
11) Diclofenac (94 %) 13) Diclofenac (100 %) Ibuprofen (58 %)
Fett = JD-Überschreitung Normal = ZHK – Überschreitung Fett umrandet = Letzte ÜW 2013/15
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Überschreitungen anderer QK - Arzneimittelwirkstoffe
RQ-Abschätzung (MNQ) für Diclofenac an den Einleitstellen kommunaler Kläranlagen (QK = PNEC = 0,1 µg/L)
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Überschreitungen anderer QK - Arzneimittelwirkstoffe
RQ-Abschätzung (MNQ) für Diclofenac an den Pegelmessstellen (QK = PNEC = 0,1 µg/L)
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Überschreitungen anderer QK - Arzneimittelwirkstoffe
RQ-Abschätzung (MNQ) für Diclofenac an den Pegelmessstellen (QK = PNEC = 0,1 µg/L)
Nr. Pegel Flussgebiet Konzentration in [µg/l] für
Risikoquotient
NQ MNQ MQ NQ MNQ MQ 1 Aßlar Dill 1,96 0,90 0,11 19,6 9,0 1,1 2 Bartenhausen Wohra 2,12 0,93 0,36 21,2 9,3 3,6 3 Biedenkopf Lahn 0,71 0,15 0,01 7,1 1,5 0,1 4 Bonbaden Solmsbach 3,77 0,77 0,11 37,7 7,7 1,1 5 Dillenburg1 Dill 20,19 5,46 0,48 201,9 54,6 4,8 6 Dillenburg2 Dietzhöhe 1,30 0,21 0,01 13,0 2,1 0,1 7 Essershausen Weil 2,69 0,79 0,08 26,9 7,9 0,8 8 Etzelmühle Salzböde 12,36 0,71 0,06 124,6 7,1 0,6 9 Gemünden Wohra 0,60 0,22 0,06 6,0 2,2 0,6 10 Herbornseelbach Aar 36,29 5,38 0,52 362,9 53,8 5,2 11 Kalkhofen Lahn 1,41 0,44 0,09 14,1 4,3 0,9 12 Leun Lahn 1,46 0,54 0,10 14,6 5,4 1,0 13 Lollar Lumda 0,83 0,25 0,07 8,3 2,5 0,6 14 Marburg Lahn 1,18 0,53 0,11 11,8 5,3 1,1 15 Michelbach Aar 0,63 0,23 0,03 6,3 2,3 0,3 16 Niederbrechen Emsbach 0,12 0,03 0,01 1,2 0,3 0,1 17 Niederwetter Wetschaft 0,55 0,19 0,05 5,5 1,9 0,5 18 Oberkleen Kleebach 1,26 0,19 0,02 12,5 1,9 0,2 19 Ober-Ofleiden Ohm 1,94 0,97 0,21 19,4 9,7 2,1
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Überschreitungen anderer QK - Röntgenkontrastmittel
• Iopromid in den höchsten Konzentrationen
• Iopromid Maximalkonzentration von 12,0 µg/l (Nr. 2)
• Gesamte Stoffgruppe relevant
Fett = JD-Überschreitung Normal = ZHK – Überschreitung Fett umrandet = Letzte ÜW 2013/15
3 ) Iopamidol (53 %)
4) Iopromid (41 %)
2) Iopromid (35 %) Iopamidol (6 %)
7) Iopromid (88 %) Iopamidol (53)
10) Iopamidol (94 %)
5) Iopromid (59 %)
13) Iopromid (100 %) Iopamidol (92 %) Amidotrizoesäure (83 %) Iomeprol (100 %)
9) Iopromid (100 %) Iopamidol (58 %) Amidotrizoesäure (83 %) Iomeprol (83 %)
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Überschreitungen anderer QK - Pestizide
• Keine Überschreitungen an der Lahn
• Tendenziell geringere positive Befunde, Ausnahme: Chloridazon-Desphenyl
• Metazachlor und Diuron halten UQN ein
Fett = JD-Überschreitung Normal = ZHK – Überschreitung Fett umrandet = Letzte ÜW 2013/15
1) Chloridazon- Desphenyl (50 %)
3 ) Chloridazon- Desphenyl (85 %)
4) Chloridazon- Desphenyl (73 %)
7) Chloridazon- Desphenyl (37 %)
12) Metazachlor (12 %) Metazachlor
10) Chloridazon- Desphenyl (67 %) Metazachlor (20 %) Triclosan (77 %) Diuron (14 %)
5) Chloridazon- Desphenyl (35 %) Triclosan (41 %)
2) Chloridazon- Desphenyl (57 %)
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JD-Konzentrationen
* = Letzte ÜW 2013/15
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Überschreitungen von QK für Trinkwasser
Keine (vollständig) ökotoxikologisch abgeleiteten Grenzwerte geringere Relevanz
20 Stoffe überschreiten Grenzwerte für den Trinkwasserbereich 15 Arzneimittelwirkstoffe 2 PFC 2 Süßstoffe 1 Pestizid
3 Stoffe (Oxipurinol, Acesulfam, Sucralose) als relevant aufgrund der hohen JD-Konzentration eingestuft, 17 als weniger relevant
Bei den hier verwendeten Qualitätskriterien handelt es sich um allgemeine Grenzwerte des Donau-, Maas- und Rhein-Memorandums (DMS), in dem u.a. für Pestizide und Arzneimittelwirkstoffe ein Wert von 0,1 µg/l je Stoff empfohlen wird.
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JD-Konzentrationen
* = Letzte ÜW 2013/15
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Stand zur 4. Reinigungsstufe
Aktuell befinden sich bundesweit ca. 50 bis 60 Anlagen in Betrieb oder Planung.
Angestrebt wird eine allgemeine Eliminationsrate von 80 %.
Wesentliche Verfahren sind die: Aktivkohleadsorption (PAK/GAK) Ozonung Kombination beider Verfahren
Situation in Hessen
Pilotierungsversuche auf der Kläranlage Langen (TU Darmstadt) aktuell (KA 2017 (64) Nr. 10):
Verbandskläranlage Bickenbach des AV Bickenbach-Seeheim-Jugenheim Zentralkläranlage Büttelborn der Gemeinde Büttelborn
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Stand zur 4. Reinigungsstufe
Es erscheint möglich, dass es im Laufe dieser Legislaturperiode zu Veränderungen der rechtlichen Anforderungen kommt. (Verweis auf: Klärschlammausbringung zu Düngezwecken)
Aus diesen Empfehlungen ergibt sich der Bedarf für einen bundeseinheitlichen Orientierungsrahmen zur Auswahl von Kläranlagen, bei denen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kriterien eine weitergehende Behandlung sinnvoll ist. Zur Unterstützung des Ausbaus der kommunalen Abwasserinfrastruktur zur zielgerichteten Reduzierung von Spurenstoffen ist ein strukturierter Informations- und Erfahrungsaustausch zwischen allen Akteuren zu fördern. Begleitend sind für weitergehende Fragestellungen Forschungs- und Demonstrationsmaßnahmen durchzuführen. (Policy Paper, Empfehlung 4.3)
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Zusammenfassung Haupteintragspfad: Kommunale Kläranlage, MW-Entlastungen, Landwirtschaft besonders relevant sind Arzneimittelwirkstoffe, Röntgenkontrastmittel und
Pestizide Nebenflüsse weisen z.T. einen sehr hohen Abwasseranteil auf (bis zu 70 %) fünf Messstellen mit UQN-Überschreitungen der Tiefenbach (Messstelle 10) weist die häufigsten Überschreitungen auf relevante Stoffgruppen
- OGew: - TW: Pestizide (8) PAK (5) Arzneimittelwirkstoffe (21) Röntgenkontrastmittel (4) Metalle (3) Süßstoffe (2) PFC (3) Flammschutzmittel (1) halogenierter Kohlenwasserstoff (1)
Arzneimittelwirkstoffe (15) PFC (2) Süßstoffe (2) Pestizide (1)
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Empfehlungen für das Arbeitspaket 2
„Unterteilt man die im Wasserkreislauf vorkommenden anthropogenen Spurenstoffe in verschiedene Gruppen wie beispielsweise Industriechemikalien, Haushaltschemikalien, Körperpflegemittel, Humanpharmaka, Veterinärpharmaka, Biozide und Pestizide, werden die vielfältigen Eintragswege in die Gewässer in einer Industrie- bzw. Wohlstandsgesellschaft nachvollziehbar. Deutlich wird aber auch, dass zur effizienten Verminderung dieser Stoffe in der aquatischen Umwelt eine einzelne Maßnahme wie beispielsweise eine weitergehende Abwasserreinigung auf kommunalen Kläranlagen nicht allein zum Erfolg führen kann. Für ein zielgerichtetes Vorgehen zur Verminderung von Spurenstoffen in den Gewässern ist eine Bilanzierung der Stoffströme bzw. das Aufstellen von Einleitungskatastern sinnvoll.“ (W. Firk (Sprecher der DWA-KG, KA 2017 (64) Nr. 10)
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Empfehlungen für das Arbeitspaket 2
fundierte Belastungsermittlung der Lahn mit Spurenstoffen durch ein deutlich zu intensivierendes Datenmonitoring bezüglich der Lahn und seiner Nebengewässer mit Hilfe
abflussproportionaler Probenahme- und Messprogramme, der punktuellen Einleitungen aus der kommunalen
Abwasserreinigung (größenklassenübergreifend), der punktuellen Einleitungen aus der industriellen
Abwasserreinigung (Direkteinleiter und ggf. die Kläranlage Kirchhain mit ca. 70 % Industrieanteil),
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Empfehlungen für das Arbeitspaket 2
fundierte Belastungsermittlung der Lahn mit Spurenstoffen durch ein deutlich zu intensivierendes Datenmonitoring bezüglich der diffusen Einleitungen aus Mischwassereinleitungen (an
ausgesuchten Standorten exemplarisch für die ca. 1.000 MW-Einleitungen im Lahn-EZG) zur Identifizierung weiterer spurenstoffbelasteter Gewässerabschnitte
Mit Blick auf das Entwässerungssystems eines Gebietes ist zu berücksichtigen, dass die vorhandenen Techniken zur Behandlung von Mischwasserüberläufen und von Regenwassereinleitungen aus der Trennkanalisation bisher noch keine weitgehende Spurenstoffelimination erreichen. In diesem Bereich besteht weiterer Forschungsbedarf. (W. Firk, KA 2017 (64) Nr. 10)
Die Bedeutung von Niederschlags- und Mischwassereinleitungen für die Belastung der Gewässer mit relevanten Spurenstoffen ist zu untersuchen, um ggf. geeignete Maßnahmen entwickeln zu können. Zur Ermittlung der Wirkung von bestehenden und neuen Maßnahmen ist die Forschung zu intensivieren und zu fördern. (Policy Paper, Empfehlung 4.2)
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fundierte Belastungsermittlung der Lahn mit Spurenstoffen durch ein deutlich zu intensivierendes Datenmonitoring bezüglich der diffusen Einleitungen aus der Landwirtschaft, der Grundwasserqualität von Trinkwasserbrunnen.
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Empfehlungen für das Arbeitspaket 2
Ergänzung der Messstellen 1. Josbach, Halsdorf 2. Wadebach, Halsdorf 3. Rulfbach, Amöneburg, 4. Marienbach, Grossseelheim 5. Allna, Argenstein 6. Wenkbach, Roth 7. Zwester Ohm, Hassenhausen 8. Kleebach, Allendorf Lahn 9. Lahn, Oberbiel, (Überblicks-MSt) 10. Tiefenbach, Steeden 11. Emsbach, Ennerich, 12. Emsbach, Eschhofen, 13. Lahn, Staffel (Überblicks-Mst)
1. Ohm, Cölbe-Bernsdorf, Mündung 2. Lahn, Cölbe-Bernsdorf, oberhalb Ohm-Mdg. 3. Lahn, Lollar 4. Dill, Wetzlar, Mündung 5. Weil, Weilburg, Guntersau 6. Aar, oberhalb Aubach-Mündung
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Berücksichtigung zusätzlicher Spurenstoffparameter, die sich in anderen Gewässerstudien als besonders relevant erwiesen haben Komplexbildner
(Indikatorsubstanzen dieser Stoffgruppe: NTA und EDTA)
Hormone (gelten aufgrund ihrer endokrinen Wirkung generell als relevant)
Guanylharnstoff (Metabolit von Metformin (Antidiabetikum), der in zahlreichen Studien vermehrt und in hohen Konzentrationen nachgewiesen wurde)
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Empfehlungen für ein Arbeitspaket 2
Parallel zum angesprochenen Datenmonitoring Aufnahme konzentrationsbasierter Längsverläufe ausgesuchter Spurenstoffparameter und daran sich anschließende hydrodynamische Stofffluss-Modellierung und Simulation in Teileinzugsgebieten der Lahn, bspw. der Gewässer- bereich der Ohm im nördlichen Lahn-EZG und zum anderen der Gewässerbereich nordwestlich des Lahnabschnittes zwischen Weilburg und Limburg.
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