Schwermetallbilanzen für Lahn und Neckar

Institut für Siedlungswasserwirtschaft

Universität Karlsruhe (TH)

Vortrag bei der Abschlusspräsentation des BMBF-Verbundprojektes NIEDERSCHLAG

Die gesammelten Vorträge sind veröffentlicht in : Schadstoffe im Regenabfluss IV- Abschlusspräsentation des BMBF-Verbundprojektes NIEDERSCHLAG, Schriftenreihe des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft Universität Karlsruhe (TH), Band 96, Oldenbourg Verlag, München.

Systeme, Subsystem e und Schnittgrößen in der S iedlungsentwässerung

ATV-A217.skd geändert am 12.04.99 von Std

RÜB 3 (P lanung)Fangbeckenim Hauptschluss,derzeitRegenüberlauf

System I Kanalisation und natürliches G ewässer

Klär-anlage

ober

irdis

cher

Abf

luss

System II K analisation

System 0 F lussgebiet

System III cunvorentlastetes E inzugsgebiet

Trinkwasserim port

Gewerbe-gebietTrennsystem

Gebiet 1

Diffuse Quellen

RÜB 1 (Bestand)Fangbeckenim Hauptschluss

RÜ

Gebiet 3

Gebiet 2

Fre

mdw

asse

r

Exf

iltra

tion

Durch-fluss-messung

Diffuse Quellen

Gewässer

System 00 Strom gebiet

Nordsee

Fernwirkeingriff

System III aK läranlage

Nieder-schlag

System III bSchlüsselbecken

Gebiet 4RÜB 4 (Bestand)Durchlaufbecken im Hauptschluss

Wasserstands-messung

M

Klär-anlage

Abbildung übernommen von Brombach 1999

Tre

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Hofabläufe und Abdrift

Erosion

Oberflächenabfluß

Kläranlagenabläufe

Trennkanalisation

Mischw. ungekl.

Mischw.-überl.

Drainagen

Direkteintrag

Nicht angeschl. Einwohner

Landwirtschaft

Atmosphärische Deposition

Verkehr Baumaterialien

Gewerbe

Haushalte

Kommunale Kläranlagen

Geogene Quellen Geogener Background

SchiffahrtDirekteintrag Schiffahrt

Direkteinleiter Industrieeinleitungen

Zu berücksichtigende Eintragspfade nach IKSR

Ve

rsie

ge

lte

Flä

che

Dichte SiedlungsbereicheLockere SiedlungsbereicheIndustrieAckerfläche GrünlandLaubwaldNadelwald

Satellitenbild zur Flächennutzung im Neckareinzugsgebiet

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Anteil an der Gesamtfläche [%]

Sonstige

Siedlungs- undVerkehrsflächen

Ackerland

Grünland

Wald

Neckar (EZG gesamt 13.957 km²)Lahn (EZG gesamt 5.927 km²)

Gebietsgrößen und aggregierte Flächennutzung für Lahn und Neckar

Merkmale Lahn Neckar

Einwohnerdichte [E/km²] 197 373

Anschlußgrad Kläranlage [%] 93 99

Ausbaugrad Mischwasserbehandl. [%] n. bekannt 78

Anteil Mischsystem [%] 90 97

Anteil Trennsystem [%] 10 3

Anteil Einwohner ohne KA mit SK [%] 6 0,3

Jahresniederschlag [mm] 580 - 970 800 - 1600

Bilanzierungsrelevante Kenngrößen der Einzugsgebiete von Lahn und Neckar

8772

6637

1369

5268

3036

1566

555 112

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Pb

[kg/

a]

Imm

ission

Gesam

t Em

ission

Diffuse

Em

ission

en

Gesam

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unkte

miss

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KA-Abla

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Regen

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satio

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A

23964

15894

5248

106467569

2792

258 28

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Imm

ission

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ission

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Em

ission

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KA-Abla

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Regen

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sse

Kanali

satio

n oh

ne K

A

Lahngebiet Neckargebiet

Bleifrachten

11297

12498

604

11893

7326

3114

1124328

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

Cu

[kg/

a]

Imm

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ission

Diffuse

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KA-Abla

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W +

RW

Misc

hwas

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Regen

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sse

Kanali

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n oh

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A

48639

28818

4198

24621

18315

5595

622 89

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

Imm

ission

Gesam

t Em

ission

Diffuse

Em

ission

en

Gesam

te P

unkte

miss

ionen

KA-Abla

uf T

W +

RW

Misc

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Regen

auslä

sse

Kanali

satio

n oh

ne K

A

Lahngebiet Neckargebiet

Kupferfrachten

Spezifische Einträge aus den Siedlungsgebieten im Lahn und Neckargebiet

CuPb

Lahn [kg/(km²·a)] 2,010,89

Neckar 1,760,76[kg/(km²·a)]

Flächenspezifische Jahresfracht

Lahn 9,864,37

Neckar [g/(E·a)] 4,682,02

[g/(E·a)]

Einwohnerspezifische Jahresfracht

8772

6637

1369

5268

3036

1566

555 112

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Pb

[kg/

a]

Imm

ission

Gesam

t Em

ission

Diffuse

Em

ission

en

Gesam

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miss

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KA-Abla

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W +

RW

Misc

hwas

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Regen

auslä

sse

Kanali

satio

n oh

ne K

A

23964

15894

5248

106467569

2792

258 28

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Imm

ission

Gesam

t Em

ission

Diffuse

Em

ission

en

Gesam

te P

unkte

miss

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KA-Abla

uf T

W +

RW

Misc

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sere

ntlas

tung

en

Regen

auslä

sse

Kanali

satio

n oh

ne K

A

Lahngebiet Neckargebiet

Bleifrachten

1. Die Einträge aus unbefestigten Einzugsgebietsanteilen konntengebietsspezifisch nur für den Pfad Erosion ermittelt werden.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

[kg/

a]

Pb Cu Cd x10

diffuse Einträge nach Mohaupt et al. 1998 (Oberfläche, Dränage, Grundwasser)diffuse Einträge nach Vink et al. 1998 (Oberfläche, Dränage, Grundwasser)

2. Zur Berechnung industrieller Direkteinleiter fehlt für die Schwermetalle eine zuverlässige Datenbasis.

Kühlwasserverbrauch im Neckareinzugsgebiet 1.733 ·106 m³/a Mittlerer Kupferkonzentration im Kühlwasser 7 µg/L

Resultierende Jahresfracht ~ 12.000 kg/a

Kläranlagenabläufe im Neckareinzugsgebiet 904 ·106 m³/a

Mittlerer Kupferkonzentration im Kläranlagenablauf 11 µg/L

Resultierende Jahresfracht ~ 10.000 kg/a

3. Die Eingangsdaten für einen Emissions-/Immissionsvergleich sind bei Schwermetallen mit einem unterschiedlichen Zeitbezug versehen.

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

Sch

we

bst

off

e [

t/a

]

1994 1995 1996

4. Die Eingangsdaten für eine Emissionsberechnung sind auf Aktualität zuprüfen.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Kanalisation ohne KA 28 89 1 28 89 1

Regenauslässe 258 622 30 258 622 30

Mischwasserentlast. 2792 5595 305 2792 5595 305

KA-Ablauf TW + RW 7569 18315 339 2537 9921 373

Pb[kg/a]

Cu [kg/a]

Cd [kg/a]

Pb[kg/a]

Cu [kg/a]

Cd [kg/a]

a) Kläranlagenpfad auf Basis von einwohnerspezifischen Frachten

b) Kläranlagenpfad auf Basis von Ablaufkonzentrationen

Frachten im Neckargebiet unter Berücksichtigung der diffusen Einträge und der aktuellen Ablaufkonzentrationen kommunaler Kläranlagen

BleiP

b [

kg/a

]

23964

15894

5248

10646

7569

2792258 28

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Imm

ission

Gesam

t Em

ission

Diffuse

Em

ission

en

Gesam

te P

unkte

miss

ionen

KA-Abla

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W +

RW

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Regen

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ne K

A

Bilanz alt Bilanz neu23964

15798

10184

56142537 2792

258 28

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Imm

ission

Gesam

t Em

ission

Diffuse

Em

ission

en

Gesam

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unkte

miss

ionen

KA-Abla

uf T

W +

RW

Misc

hwas

sere

ntlas

tung

en

Regen

auslä

sse

Kanali

satio

n oh

ne K

A

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Cd Cu Pb

Kanalisation ohne KA

Regenauslässe

Mischwasserentlastungen

KA-Ablauf TW + RW

Diffuse Emissionen

Bedeutung der verschiedenen Eintragspfade im Neckareinzugsgebiet

Zielsetzung der durchgeführten Arbeiten:

„Quantifizierung des Austrags anthropogener Schadstoffe aus Stadtgebieten vor dem Hintergrund der Regenwasserbehandlung und der

integralen Gewässerbewirtschaftung“

Zusammenfassung:

Die grundsätzliche Eignung der entwickelten Berechnungsansätze konntenachgewiesen werden.

Die Übertragbarkeit der aus urbanen Räumen abgeleiteten und regionalisierten Befunde der Phasen I und II konnte anhand der Testgebiete Lahn und Neckar nachgewiesenwerden.

Beim gegenwärtigen Stand der Erkenntnisse bleiben Schwermetallbilanzierungen jedoch mit erheblichen Unsicherheiten verbunden.

Einträge aus den unbefestigten Einzugsgebietsteilen und durch industrielle Direkteinleiter sind bis heute nicht zuverlässig quantifizierbar.

Durch das Projekt NIEDERSCHLAG konnte ein wesentlicher Baustein zu schlüssigen Flußgebietsbilanzierung erarbeitet werden.

Die für die urbanen Eintragspfade vorgelegten Berechnungsansätze liefern Ergebnisse, die in eine zielführenden Maßnahmenplanung eingebunden werden

können.