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Herbizide und Grundwasser

Seit den 1980er Jahren verwendet die Landwirtschaft immer mehr Herbizide auf Basis von Sulfonylharnstoffen (SHS). Weil SHS für Säugetiere nur gering toxisch sind und schon bei niedrigen Mengen effizient wirken, sind SHS beim Maisanbau mittlerweile das zweitwichtigste Pflanzenschutzmittel.

Bisher wusste man überwiegend aus Modellversuchen, wie sich die Stoffe im Boden verhalten. Nachdem neuere Untersuchungen SHS im Trink- und Oberflächenwasser nachwiesen, untersuchte badenova zusammen mit dem Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe, ob und wie stark sechs SHS-Stoffe ins Grundwasser auswaschen. Dazu untersuchten die Forscher neben den Laborversuchen eine Testfläche bei Bruchsal sowie zwei weitere in den Wasserschutzgebieten Hausen und Donauried bei Langenau.

Nach Projektende 2008 stand fest, dass die Herbizide in sehr unterschiedlichen Mengen ins Grundwasser gelangen, wobei die Standortbedingungen eine bedeutende Rolle spielen. Besonders nach Starkregen ist es möglich, dass sich mittlere Konzentrationen an SHS im Grundwasser finden. Zusätzlich wiesen die Forscher darauf hin, dass sich die Stoffe im Boden anreichern und so in Zukunft für stärkere Konzentrationen sorgen könnten.

Daher empfehlen die Wissenschaftler, dass Behörden und Wasserversorger künftig vier der untersuchten Stoffe in ihrem Grund- und Rohwassermonitoring überwachen.

Besonders für die Oberrheinregion, wo Mais bereits knapp ein Viertel der Anbauflächen ausmacht, tragen die Ergebnisse dazu bei, dass die Landwirte SHS-Herbizide bewusster und umweltfreundlicher einsetzen können.

Projektdaten

Projektnummer 2005-05
Projektart Forschung und Studien
Projektträger badenova AG & Co. KG, Freiburg
Laufzeit Juli 2005 bis Juni 2008
Zuschuss 246.500

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Keramische Membranen für die rückstandsminimierte Herstellung von Kalkwasser
Freiburg

Kalkwasserherstellung mit Keramikmembranen

Pro Jahr versorgt das Wasserwerk Ebnet die Freiburger mit mehr als neun Millionen Kubikmetern Trinkwasser. Das Wasser aus dem Schwarzwald ist natürlich reich an Kohlensäure und wird deshalb bisher durch Zugabe von Kalkwasser chemisch entsäuert. Beim Mischen von Kalkmilch und Rohwasser fällt jedoch ein Sediment aus ungelösten Kalkhydratteilchen an. Das Sediment gelangt in ein Absetzbecken, wo sich die Kalkteilchen weiter vom Wasser absetzen. So entstehen pro Jahr 4.700 Tonnen Abwasser und 500 Tonnen Sediment, die aufwändig entsorgt werden müssen. Zusammen mit dem Karlsruher Technologiezentrum Wasser erprobt bnNETZE als Betreiber des Wasserwerks deshalb keramische Membranen, um Kalkwasser herzustellen. Das Projekt analysierte zwei Szenarien: Das erste ergänzt die bestehende Struktur um eine Filteranlage für das Kalksegment. Die Anlage mischt das Segment erneut mit Rohwasser und filtert es anschließend durch eine Keramikmembran, so dass erneut Kalkwasser entsteht. Dabei nimmt der Anteil an Sediment kontinuierlich ab, bis schließlich ein unlöslicher Rest übrig bleibt. Im zweiten Szenario erprobten die Betreiber eine Anlage, die Kalkmilch aus Weißfeinkalk herstellt. Weißfeinkalk hat ein geringeres Volumen als das bisher verwendete Kalkhydrat, ist damit ressourcenschonender und spart Transportkosten. Auch bei dieser Anlage filtern keramische Membranen die Kalkmilch, um so trübstofffreies Kalkwasser zu erhalten. Im Laufe des Projektes ermitteln die Experten unter anderem die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Wasser- und Kalkgemische, die optimale Betriebsdauer verschiedener Filterprozesse und bei welcher Wassertemperatur die Membranen am effizientesten arbeiten. Beide Verfahren schonen die natürlichen Kalkressourcen, reduzieren die Menge an Kalksegment und Abwasser stark und verringern somit auch Transportkosten und CO2-Emissionen. Die Daten des Ebneter Projektes dienen als Grundlage, um keramische Membranen zukünftig deutschlandweit in Wasserwerken zu verwenden. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Bei der Kalkwasserherstellung führt die Vorbehandlung des Lösewassers mit Umkehrosmose und mechanischer Entsäuerung zu einem deutlich geringeren Sedimentan-fall gegenüber der derzeitigen Vorgehensweise mit unbehandeltem Rohwasser. Die Abtrennung unlöslicher Bestandteile aus dem Kalkwasser durch Mikro- oder Ultrafiltrationsmembranen erlaubt ein kompaktes Anlagendesign und einen hohen Automatisierungsgrad. Fouling wird begrenzt durch einen angepassten Flux und Spülungen mit Filtrat, teilweise unter Zugabe von Salzsäure. Das neuartige Verfahrenskonzept basiert auf Kreislaufführung und nutzt dadurch den angelieferten Kalk weitestgehend aus. Während der Pilotversuche wurde gegenüber dem derzeitigen großtechnischen Betrieb der Anfall von Sediment um 80 % und der Anfall von Abwasser um 100 % vermindert.

Machbarkeitsstudie Kalte Fernwärme, Steinen
Lörrach

Kalte Fernwärme für Steinen

In Steinen untersuchte eine Machbarkeitsstudie, ob die Abwärme der dortigen Verbandskläranlage zur Kälte- und Wärmeversorgung zweier Neubaugebiete – Alte Weberei und Gewerbegebiet an der Wiese III – nutzbar ist. Anders als beispielsweise in der Schweiz hat sich die Nutzung von Abwärme aus Abwasser in Deutschland noch nicht durchgesetzt. Insbesondere die Abwärme aus Kläranlagen bleibt noch ungenutzt. Momentan wird das warme Abwasser der Kläranlage Steinen ungenutzt in den Fluss Wiese geleitet, was dessen Ökosystem verändert. Mit circa 10-15 °C liegt die Abwassertemperatur in einem Bereich, der bisher nur sehr aufwändig als Wärme- oder Kältequelle genutzt werden kann, jedoch bei einem Trockenwetterabfluss von 7.500 Kubikmeter pro Tag aber immer noch etwa 1 MW potentielle Wärmeleistung enthält. Neben dem Model eines konventionellen Fernwärmenetzes mit zwei Leitungen für Vor- und Rücklauf, untersuchte die Studie auch ein innovatives 1-Leitersystem. Dabei durchfließt das gereinigte Abwasser zunächst einen Feinstfilter und Entkeimer bevor es direkt zu den Abnehmern geleitet wird, wo Wärmepumpen die Abwärmeenergie nutzen. Danach fließt das ausgekühlte Reinwasser über die Regenwasserkanäle in den Vorfluter, also die Wiese. Die Studie kam zum Ergebnis, dass ein solches System rechtlich und technologisch machbar und ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Umsetzung liegt nun bei der Gemeinde Steinen oder anderen Interessierten. Drei Haupterkenntnisse: Die Studie zeigt einen innovativen, bisher unrealisierten Weg auf, Abwärme in einem 1-Leitersystem zu nutzen. Um Erfahrungswerte zu sammeln, ist eine Versuchsanlage notwendig. Die Frage, ob sich ein Biofilm im Leitungssystem und auf den Wärmepumpen bildet, und inwieweit dieser den Reinigungs- und Wartungsaufwand beeinflusst lässt sich ohne Versuchsanlage noch nicht abschätzen. Die Zeitschiene für eine Realisierung muss sehr früh in der Bauplanung ansetzen und es müssen Erfahrungen (siehe 1. und 2.) vorhanden sein.

Anorganische Zuschlagstoffe in Biogasanlagen
Offenburg

Anorganische Zusatzstoffe für mehr Biogas

Biogas gehört zu den wenigen speicherbaren erneuerbaren Energien und ist damit ein wichtiger Bestandteil für eine nachhaltige Energiewirtschaft. Um Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion zu verhindern, setzen Biogasanlagen vermehrt auf Abfall- und Reststoffe. Dazu gehören beispielsweise Speisereste, Schlachtabfälle oder Molke. Diese Reststoffe möglichst effektiv zu Biogas zu vergären stellt die Anlagenbetreiber aber vor Schwierigkeiten. Oft fallen dabei Stoffe an, die den Fermentationsprozess verlangsamen. Der Innovationsfonds förderte bereits mehrere Projekte zur Vergärung verschiedener Abfallstoffe. Bei einem dieser Projekte, der Molkebiogasanlage der Käserei Monte Ziego in Teningen, fanden Forscher der Hochschule Offenburg heraus, das anorganische Zuschlagstoffe die Effizienz der Anlage deutlich steigerten. Anorganische Zuschlagstoffe sind natürliche Mineralien, die der Betreiber in kleinen Mengen im Gärtank zugibt. Im Fall der Teninger Anlage war das Bentonit, ein Tonmineral gemischt mit weiteren Begleitmineralien, andere Zuschlagstoffe bestehen aus Silikaten (Vermikulite), oder vulkaniertem Glas (Perlite). Die Erfahrung aus Teningen weitete das Projekt aus und testete, wie sich verschiedene Zuschlagstoffe auf die Biogasproduktion auswirken. Letztere werden nicht von den Biogasbakterien aufgenommen, sondern wirken stattdessen in der Biogasbrühe stabilisierend und bieten den Bakterien die Möglichkeit, sich anzulagern. Im Projekt testeten die Wissenschaftler, welche Stoffe die Biogasproduktion verlangsamen, und welche Zuschlagstoffe sich am besten eignen, um dem entgegenzuwirken. Gleichzeitig überprüften sie, wie sich die zugesetzten Stoffe auf die gesamte Anlage auswirken, beispielsweise auf Filter und Pumpen. Sie konnten dabei auf eigene Testanlagen und langjährige Erfahrung in der Biogasforschung zurückgreifen. Mineralische Zuschlagstoffe sind preiswert und bieten einen innovativen Weg, um die Biogasproduktion aus Reststoffen effizienter und wirtschaftlicher zu machen. Der Abschlussbericht folgt Anfang 2018 und gibt einen detailierten Einblick in die Foruschungsergebnisse. Drei Haupterkenntnisse: Die Zuschlagstoffe Bentonit StabiSil P7, Braunkohlekoks C85 zeigten sich als geeignet, einer Versäuerung in kontinuierliche gefütterten Biogasanlagen entgegenzuwirken. Bentonit StabiSil P7 kann mit einer Konzentration von 0,1 % bis 1,0 % und Braunkohlekoks C-85 bis zu einer Konzentration bis 1,5 % bei versäuernden Substraten eingesetzt werden, um die hydraulische Belastung einer Biogasanlage deutlich zu erhöhen. Überdosierungen der anorganischen Zuschlagstoffe können zu einer Verminderung der Biogasausbeute führen. Allgemeingültige Voraussagen können nicht getroffen werden. Voruntersuchungen sind entsprechend der Paarung „anorganischer Zuschlagstoff/Biogassubstrat“ in jedem Fall dringend anzuraten.