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Fließgewässerökologie (Fach) / Klausurvorbereitung (Lektion)

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• Wir ist das globale Wasserdargebot verteilt? 97,5 % Salzwasser und 2,5 % Süßwasser (ca. 69% Gletscher im ewigen Eis, 30% sauberes Grundwasser, 0,27% Frischwasser in Flüssen und Seen und 0,98% Bodenfeuchte und Grundeis) Fließgewässer enthalten nur 0,006% (= 5 000 km3) des Süßwassers der Erde (Seen 0,26 %, Eis & Schnee 69,5%, Grundwasser 30,1%)
• Biologische Indikation der Saprobie? mittels Makrozoobenthos
• Definition makrozoobenthos? Die Organismen, die hauptsächlich das Benthal besiedeln, bezeichnet man als Benthos. Am Gewässergrund wachsende Pflanzen bezeichnet man als Phytobenthos und dort lebende Tiere als Zoobenthos. Als Makrozoobenthos (Makroinvertebraten) bezeichnet man alle wirbellosen Tiere der Gewässersohle ab ca. 1 mm Größe, alle dort vorkommenden noch kleineren Tiere fasst man als Meiozoobenthos zusammen. Zum Makrozoobenthos werden die Tiere gezählt, die entweder während ihres gesamten Lebens ans Wasser gebunden sind (z.B. Strudelwürmer, Muscheln, Schnecken, Egel, Krebse, Wassermilben, einige Hornmilben, Wasserkäfer) oder die nur einen Teil ihrer Entwicklung, nämlich das Larvenstadium, im Wasser verbringen (z.B. Eintagsfliegen, Steinfliegen, Zweiflügler,  Libellen, Köcherfliegen).
• Güteklasse 1? Güteklasse I (unbelastet bis sehr gering belastet):Reines, stets annähernd sauerstoffgesättigtes Wasser, nährstoffarm, geringer Bakteriengehalt. Nur in Quellbächen und anthropogen unbeeinflussten Gebieten. Saprobienindex kleiner 1,5. Sauerstoffsättigung in der Regel 95–105 %, BSB5 ca. 1 mg/l.Arten: Quellschnecken (Amnicolidae), Alpenstrudelwurm (Crenobia alpina), Steinfliege
• Güteklasse 1- 2? Güteklasse I–II (gering belastet)Geringe organische oder anorganische Nährstoffzufuhr, keine nennenswerte Sauerstoffzehrung. Vielfältige und dichte Besiedlung. In der Regel Oberläufe von Gebirgs- und Mittelgebirgsbächen. Saprobienindex 1,5–1,8, Sauerstoffsättigung in der Regel 85–95 %, BSB5 1,0–2,0 mg/l, Ammonium bis 0,1 mg/l. Arten: Hakenkäfer, Flussschwimmschnecke, Lepidostoma hirtum (Köcherfliegenlarve), Ephemera (Eintagsfliegenlarve), Leuctra (Steinfliegenlarve)
• Güteklasse 2? Güteklasse II (mäßig belastet)Mäßige Verunreinigung und noch gute Sauerstoffversorgung. Sehr große Artenvielfalt und Individuendichte: Algen, Schnecken, Kleinkrebse, Insektenlarven, insbesondere große Flächen mit Wasserpflanzen. Ertragreiche Fischgewässer. Mittel- und Unterläufe großer Flüsse und sommerwarme Flachlandbäche. Saprobienindex 1,8–2,3, Sauerstoffgehalt mehr als 6 mg/l, BSB5 2–6 mg/l, Ammonium bis 0,3 mg/l. Arten: Kegelschnecke, Posthornschnecke, Köcherfliegenlarve , großer Schneckenegel, gemeiner Flohkrebs, Teichnapfschnecke, Flussmuschel, Hydropsyche (Köcherfliegenlarve), Anabolia nervosa (pilzkopf- Köcherjungfer)
• Güteklasse 2-3? Güteklasse II–III (kritisch belastet)Belastung mit organischen sauerstoffzehrenden Stoffen bewirkt kritischen Zustand. Fischsterben wegen Sauerstoffmangels möglich, Artenrückgang bei Makroorganismen, Massenentwicklungen auch von Algen. Saprobienindex 2,3–2,7, Sauerstoffsättigung zum Teil weniger als 50 %, BSB5 5–10 mg/l, Ammonium bis 1,0 mg/l.Arten: Zweiäugiger Plattegel Helobdella stagnalis,Eiförmige Schlammschnecke, Flussflohkrebs
• Güteklasse 3? Güteklasse III (stark verschmutzt)Starke organische sauerstoffzehrende Verschmutzung und dadurch meist niedriger Sauerstoffgehalt. Örtlich Faulschlammablagerungen und Kolonien von fadenförmigen Abwasserbakterien. Populationen von Schwämmen, Egeln, Wimpertierchen und Wasserasseln größer als der Algen. Geringe Fischereierträge, periodisches Fischsterben. Saprobienindex 2,7–3,2, Sauerstoffgehalt zum Teil unter 2 mg/l, BSB5 7–13 mg/l, Ammonium über 0,5 mg/l; kann bis zu mehreren mg/l erreichen.Arten: Rollegel (Erpobdella octoculata),Wasserassel
• Güteklasse 3-4? Güteklasse III-IV (sehr stark verschmutzt)Weitgehend eingeschränkte Lebensbedingungen durch Verschmutzung und geringen Sauerstoffgehalt; verstärkt durch toxische Stoffe. Zeitweilig totaler Sauerstoffschwund. Trübung durch Abwasserschwebstoffe, Faulschlammablagerungen mit Zuckmückenlarven und Schlammröhrenwürmer. Abwasserpilz bedeckt Gewässergrund, deutlicher Abwassergeruch. Kaum Fischpopulationen. Saprobienindex 3,2–3,5, Sauerstoffgehalt unter 1 mg/l, BSB510–20 mg/l, Ammonium mehrere mg/l, oft auch toxische Stoffe.Arten: Zuckmückenlarve (Chironomidae)
• Güteklasse 4? Güteklasse IV (übermäßig verschmutzt)Übermäßige Verschmutzung durch organische sauerstoffzehrende Abwässer, Fäulnisprozesse vorherrschend. Sauerstoff über lange Zeiten nur in sehr niedrigen Konzentrationen oder nicht vorhanden. Besiedlung nur durch Bakterien und Geißeltierchen, zeitweilige biologische Verödung. Abwasserpilz und Schwefelbakterien lassen Gewässer weiß erscheinen. Saprobienindex größer 3,5, Sauerstoffgehalt gegen 0 mg/l, BSB5 mehr als 15 mg/l, Ammonium mehrere mg/l, auch toxische StoffeArten: Rattenschwanzlarve (Estralis tenax), Schlammröhrenwurm (Tubifex tubifex)
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• Neozoen? Die Einwanderung von 42 Arten aquatischer Neozoen nach Westeuropa zum Beispiel die Dreikantmuschel (Dreissena polymorpha) oder Tigerflohkrebs (Gammarus Tigrinus); Aquatische Neozoen stellen im Rhein 99% der Wirbellosen-Besiedlung.
• Wieso “Guten Ökologischen Zustand” gemäß EG Wasserrahmenrichtlinie bis 2015 nicht erreicht ? 1) Hydromorphologie inkl. Längdurchgängigkeit2) Nährstoffbelastung3) spezifische Schadstoffe
• Exfiltration und Infiltration? Exfiltration: GW- spiegel ist höher als Fluss, Wasser fließt in fluss ab Infiltration: GW- spiegel niedriger als Fluss, Wasser fließt aus fluss in uml. Beoden ab => Fluss wird kleiner
• Ausfluss Formel? Ausfluss = Niegerschlag- Verdunstung +/- Speicherung( als Eis, Schnee, Oberfl.- oder Grundwasser) Q= N-V +/- S
• größte Seen der Welt? kaspisches Meer, Baikalsee, Tanganjikasee
• Virtuelles Wasser ? Für einzelne Landwirtschaftsprodukte listet die UNESCO folgende Zahlen auf: Die Produktion von1 kg Reis benötigt 3000 Liter (l) Wasser, 1 kg Mais 900 l Wasser, 1 kg Weizen 1330 l und 1 kg Rindfleisch 15.000 l. 140 l Wasser werden benötigt um die Kaffeebohnen für eine Tasse Kaffee wachsen zu lassen, für die Erzeugung von 1 l Milch werden 1000 l Wasser benötigt. Deutschland ist hinsichtlich seines virtuellem Wasserbedarfsein Wasserimportland: Der gesamte Niederschlag, der auf Deutschland niedergeht,würde nicht ausreichen, unseren virtuellen Wasserbedarf zu decken. 80 % dieses virtuellen Wasserflusses entstehen durch Handel mit landwirtschaftlichen Produkten, der verbleibende Rest von 20 % entfällt auf den Handel mit industriellen Gütern.
• blauer/ grüner Fußabdruck? Der „blaue Fußabdruck“: Menge des Grund> und Oberflächenwassers, das bei der Produktion direkt verdunstet wird. > Der „grüne Fußabdruck“: Wassermenge, die durch die Vegetation selbst verdunstet und ist somit vor allem in der Landwirtschaft von Bedeutung.
• Ziele der Gewässerbewirtschaftung? • Gewinnung von Trinkwasser und Brauchwasser (für Landwirtschaft, Kraftwerkskühlung), • Vorflut für Abwasserbeseitigung • Hochwasserschutz• Schifffahrt • Fischerei • Schutz aquatischer Lebensgemeinschaften und der Auen• Sedimentqualität (Schadstoffarmut)• Freizeit und Erholung
• Gewässerökologische Wirkungsketten In Einzugsgebieten? •Wald- hat höchste Verdunstung (Evapotranspiration)(Nadelwald >Laubwald) und höchste Infiltrationskapazität. Fortschreitende Verringerung dieser Größen bei Umwandlung in Wiese, Weide, Acker, unbefestigte Wegfläche, Versiegelungsfläche •Bodenversiegelung- in Siedlungsgebieten sowie Verdichtung von Ackerböden durch schwere landwirtsch. Maschinen -> Verringerung der Sickerkapazität -> schnelleres Auftreten von Oberflächenabfluss, Bodenerosion und HochwässernGewässerökologische WirkungskettenIn Uferzonen und Auen -Vegetationsbedeckte, ungenutzte Uferzonenbewirken eine erhebliche Stoffretention im Übergangsbereich Land/Wasser• Dynamische Auen sind Zentren der Biodiversität und Bioproduktion, u.a. von Fischen
• Beispiel: Theiß / Ungarn, Gewässerbeeinträchtigungen:? -Flussbegradigung, Tiefenerosion-Abwasserbelastung-Diffuse landwirtschaftl Einträge, keine Pufferzone-Landw. Bewässerung, Grundwasserabsenkung, Bodenversalzung-Sommerliche Austrocknung der Aue, Überalterung der Auenvegetation
• Abtrennung von Fluss und Überflutungsgebieten und folgen? - Begradigung von Flussläufen - Wegnahme von Inseln- Vertiefung des Flussbettes (künstliche und induzierte natürliche Erosion)- Aggradation of Floodplains through dominating sedimentation- oft zusätzliche Aufstauung- Deichbau ->Separation of rivers from their floodplains->More static landscape elements->Reduction of ecosystem services->Increase of management needs and costs
• Auen? Uferzonen, die zumindest periodisch überschwemmt werden, verkleinern Wasserspiegel und Schwemmwelle flussabwärts, gute Wasser& Nährstoffversorgung zB Weich(pappel) - und Hartholzauen (eiche)Laterale ökologische Konnektivität ( Fluss wird von Aue beeinflusst und andersrum)Fossile Auen (wurden eingedeicht und zB als Industriegebiet genutzt)
• Turbinierungsschäden bei Flusskraftwerken? An Fischen bei Stromabwärts-Passage: An der Mainstaustufe in Dettelbach wurde festgestellt, dass 45% der Brachsen, Güster und Giebel, 28 % der Aale und 15 % der Forellen getötet wurden.
• Staudämme- Bestand? Weltweit existieren ca. 800 000 Staudämme,davon 45 000 Großstaudämme mit einer Dammhöhe > 15 m, über 100 Talsperren haben Bauwerkshöhen von 150 m- 330 m. • Die Großstaudämmeproduzieren 19% des gesamten Strombedarfs. • Hierdurch wird eine Wassermenge von 8 400 km3 bewirtschaftet, das entspricht dem 7-fachen des natürlichen Flussvolumens und 1/6 der Jahresabflüsse der Flüsse.• Etwa 2/3 des abfließenden Süßwassers trifft in seinem Lauf auf Querbauwerke, was zu einer Erhöhung der Aufenthaltszeit im Flusssystem um im Mittel 1 Monat führt. • Zum Bau der Großstaudämme wurden 40-80 Mio Menschen umgesiedelt oder vertrieben.
• Schwallbetrieb an Staudämmen- Auswirkungen auf? Folgen? - Wasserspiegel-Wassertemperatur-Sauerstoffgehalt-erhöhte Trübung durch Ablagerung und Wiederaufwirbelung von Feinsediment ->Verminderung des Artenbestands und der Biomasse von Fischen und Makrozoobenthos->Abdrift und Stranden v.a. von Jungfischen->Biologische Verödung der Wasserwechselzone
• Verringerung der ökologischen Auswirkungen der Wasserkraftnutzung? Dynamisches Mindestwasserregime Beispiel: Erzeugung künstliche Hochwässer in der ‘Spöl (Schweiz) führte zur deutlichen Steigerung der laichenden Fische! (Hochwasser kann bei einigen Arten das Laichen triggern). Fischumgehungstreppen Unterirdische turbinen (halten kein sediment zurück, fische kommen nicht zu schaden)
• „moderne“ Stressoren im Wasser? Neobiota= nicht-einheimische Organismen, Neozoen (Tiere), -phyten (Pflanzen) und –myceten (Pilze)Seit 1492 Vorsicht vor „invasiven“ Arten! Algenbürtige Toxine =Blaualgen können Cyanotoxine (Leber- und Neurotoxine) bilden Hormonwirksame Stoffe= Aus Klärwerksabflüssen, meist östrogene Wirkungen (Verschiebung des Geschlechterverhältnisses, Missbildungen, hohe Embryonensterblichkeit)
• EU-WRRL (WFD)? Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der WasserpolitikDie Europäische Union (EU) schafft einen Rahmen für den Schutz:-der Binnenoberflächengewässer,-des Grundwassers,-der Übergangsgewässer und-der Küstengewässer. Ziel ist es, bis 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand aller Gewässer in der Gemeinschaft zu erreichen. Verschmutzung der Gewässer verhindern bzw. reduzieren, Nachhaltige Nutzung des Wassers fördern,Umwelt schützen, Zustand der aquatischen Ökosysteme verbessern undAuswirkungen von Überschwemmungen und Dürren abschwächen.
• Integrierter Gewässerschutz? Schutz von Grundwasser, Oberflächengewässern und aquatischen Lebens gemeinschaften (traditionell technisch- naturwissenschaftliche Belange + ökonomische, soziale und partizipative Fragen)
• Ergebnisse der Bestandsaufnahme D Häufigste Ursachen für die Zielverfehlung in Oberflächengewässern? Häufigste Ursachen für die Zielverfehlung in Oberflächengewässern:(1) Gewässerstruktur einschließlich Durchgängigkeit(2) Nährstoffe(3) Sauerstoffhaushalt und Spezifische Schadstoffe (Anhang VIII)(4) Prioritäre Stoffe und andere Stoffe mit Qualitätszielen auf EU-Ebene (Anhang IX und X)
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• Hydromorphologische Degradation in Seen? SteinschüttungenBadesträndeBootshäuser/SteganlagenUfermauernTrophiemessung einfach mit Chlorophyll A gehalt
• Seentypen? Voralpen, Alpenseen; Seen den Tieflandes; Flussseen des Tieflandes Indikatoren f. Seentypen: Sedimentfresser, Räuber, aktve/ passive filtierer, Zerkleinerer, Weidegänger, Minierer ETO- Taxa: störungssensitive Arten (seen)EPT- Taxa: -„- (fließgewässer)
• Renaturierung Fließgewässer und Seeufer? zB Laufstruktur, Substrat, Gewässerprofil, Prall und Gleitufer, Gewässerflora und faunaUfervegetation: Makrophyten, Totholz, wurzeln -> HabitatvielfaltNaturnaher Wasserbau wird angestrebt= Möglichkeit, Nutzungen an Gewässern mit deren ökologischer Funktion in Einklang zu bringen Ingenieurbiologische Bauweisen wiegt momentan vorHauptsächlich für Schutz der Uferböschungen und Ökologische Aufwertung des Gewässers und des Umfeldes Vorteile:Keine Verschlechterung des ökologischen GewässerzustandesUnterhaltungsarm bis –frei →langfristige Kostenvorteile Fähigkeit zur Anpassung an veränderte Randbedingungen, Teilweise selbst regenerierend
• Benthal? Das Benthal ist der Lebensbereich (Biotop) am, auf und im Boden eines Gewässers. In Binnengewässern wird das Benthal in das Litoral (das durchlichtete, sommerwarme obere Stockwerk) und in das Profundal (das dunkle, kalte untere Stockwerk) eingeteilt.
• Saprobie? Die Saprobie oder Saprobität ist ein Maß für den Gehalt von organischen, leicht unter Sauerstoffverbrauch abbaubaren Substanzen im Wasser. Eine gängige Definition ist: „Saprobie ist im Rahmen der Bioaktivität des Gewässers die Summe aller der Primärproduktion gegenüberstehenden Umsatzprozesse, also der mit einem Verlust an potentieller Energie verknüpften Vorgänge. (...) Aus ihr ergibt sich in Kombination mit dem biogenen und dem physikalischen Sauerstoffeintrag der Saprobitätsgrad des Gewässers. Dieser kann sowohl durch stoffwechseldynamische Messungen wie durch die Analyse der Lebensgemeinschaften ermittelt werden.“[1] Der Ansatz wird (nach einer hydrobiologischen Konferenz) als „Prager Konvention“ bezeichnet. Die Saprobie des Gewässers steht in umgekehrtem Verhältnis zur Sauerstoffsättigung, weil durch den Abbau (die Oxidation) organischer Substanz Sauerstoff verbraucht wird. Ein gängiges Maß für die Saprobie ist der BSB. Gelangen organische Substanzen, z.B. mit Abwasser, in ein Gewässer, verringert sich seine erhöhte Saprobie durch den biologischen Abbau nach und nach wieder. Dies wird als biologische Selbstreinigung bezeichnet. Komplementär dazu steigt der Nährstoffgehalt (Phosphat, Stickstoffverbindungen) aus der mineralisierten Biomasse an. Der Gehalt an diesen Nährstoffen definiert die Trophie des Gewässers.Meist wird die Saprobie eines Fließgewässers anhand von Indikatororganismen (Saprobionten) gemessen. Verschiedene Stufen der saprobiellen Belastung definieren die biologische Gewässergüte, sie werden als Gewässergüteklassen bezeichnet. Das Verfahren zur Bestimmung der Saprobie mittels Indikatororganismen wird als Saprobiensystem bezeichnet.
• Saprobionten? oder Folgezersetzer sind heterotrophe Organismen, die von toter organischer Substanz leben. Bei einigen Autoren schließt dieser Begriff auch die in diesem Substrat lebenden Jäger und Parasiten mit ein, nicht nur die sich vom toten Material ernährenden Organismen. Saprobionten kann man funktionell in zwei Gruppen unterteilen:Mineralisierer: Fäulniserregende (saprogene), Sauerstoff benötigende (aerobe) Bakterien und Pilze bauen die organischen Nährstoffe zu anorganischen Stoffen wie Kohlenstoffdioxid oder Nitraten ab, die von den Pflanzen als Primärproduzenten für die Umwandlung in organische Stoffe (Assimilation) benötigt werden. Zerkleinerer: Durch Zerkleinern des toten organischen Materials und Ausscheiden von nährstoffhaltigem Feinmaterial (Kot) sorgen diese Tiere für eine vergrößerte Oberfläche für den Angriff der Bakterien und Pilze und damit für einen beschleunigten Abbau und Stoffkreislauf. Hierzu gehören Aasfresser (Nekrophagen) wie Aaskäfer, Krebstiere oder Geier, Totholzfresser wie die Termiten oder die Totenuhr, Substratfresser wie der Wattwurm und Regenwurm, Filtrierer wie die Muscheln und Kotfresser (Koprophagen) wie der Pillendreher. Saprobionten sind Teil von Organismengemeinschaften (Biozönosen), die an Land (terrestrische Ökosysteme) für die Humusbildung sorgen und in Gewässern (aquatische Ökosysteme) für die Bildung von Faulschlammschichten (Sapropele) verantwortlich sind.
• Trophie? Vor allem Gewässer lassen sich bestimmten Trophiestufen, die nach der Menge des Nährstoffangebotes charakterisiert werden, zuordnen (siehe Trophiensystem, Gewässergüte):oligotroph: nährstoffarm mesotroph: mittleres Nährstoffangebot eutroph: nährstoffreich polytroph: sehr nährstoffreich hypertroph: extrem nährstoffreich Das Trophiesystem eines stehenden Gewässers charakterisiert seinen Zustand hinsichtlich der Nährstoffe. Der ideale Ernährungszustand der Wasserpflanzen wird als Eutrophie bezeichnet. Die Klassifizierung eines Trophiesystems basiert auf dem Gehalt an Nährstoff-Elementen (P, N, C, S), wobei sich (mit Ausnahme von absichtlich gedüngten Gewässern wie Karpfenteichen) der Phosphorgehalt als der entscheidende und begrenzende Faktor (Minimumfaktor) herausgestellt hat. Es spielt dabei keine definitorische Rolle, dass diese Elemente meist in organischem Material gebunden vorliegen. In der Limnologie werden die Gewässer anhand der Jahresdurchschnittswerte an Chlorophyll- und Gesamtphosphorgehalt in vier Trophiestufen eingeteilt. Daneben werden sekundär auch Sauerstoffsättigung, Wasserfärbung, Sichttiefe und andere Parameter zur Beurteilung genutzt, die sich als Folgen der durch die Nährelemente verursachten Intensität organischer Produktion ergeben: z. B. bio- und chemischer Sauerstoffbedarf (BSB und CSB) oder die Bakterienzahl. Generell gilt, je weniger Sauerstoff zur Verfügung steht, desto mehr Pflanzennährstoffe enthält das Gewässer. Bei Überdüngung (hypertroph, s.a. Eutrophierung) bildet sich nach dem Sommer eine extrem sauerstoffarme Bodenschicht aus. Das Trophiesystem der stehenden Gewässer ist nicht mit dem für Fließgewässer entwickelten Saprobiensystem zu verwechseln, welches ebenfalls vier Stufen, die Gewässergüteklassen, definiert. Diese beruhen auf der Belastung mit organischem, biologisch abbaubarem Material.
• Biozönotisches Grundgesetz? Je extremer die Lebensbedingungen, um so geringer die Artendiversität und umso höher die Individuendichten.
• Erste Reinigungsstufe - Mechanische Abwasserreinigung? • Vorraussetzung für zentrale Abwasserbehandlung ist die Sammlung des Abwassers in einem Kanalnetz, in dem die Abwässer der Kläranlage zufließen. Eine Kläranlage kann aus mehreren Stufenbestehen.• Bei der mechanischen Abwasserbehandlungsstufe werden rund 30% der Schmutzstoffe dem Abwasser durch Rechen, Sandfang und Vorklärbecken entzogen.• 1. Das Abwasser passiert zunächst einen Rechen, der groben Unrat (Papier, Flaschen, Äste usw.) zurückhält und mit einem automatischen Abstreifer entfernt.• 2. Im Sandfang verbreitert sich der Abflusskanal, wodurch die Fließgeschwindigkeit des Abwassers abnimmt und grobe mineralische Sinkstoffe wie Kies und Sand sich am Boden ablagern.• 3. In den Vorklärbecken wird das Wasser etwa zwei Stunden zurückgehalten. In diesen großen rechteckigen oder runden Becken können sich die feinen Schwimm- und Schwebstoffe als Schlamm am Boden absetzen. Dieser Schlamm wird abgesaugt, eingedickt und in einen Faulraum befördert.
• Zweite Reinigungsstufe - Biologische Abwasserreinigung? • 4. Das vorgereinigte Abwasser aus der Vorklärung wird in der zweiten Reinigungsstufe einer biologischen Reinigung unterzogen. Hier macht man sich einen natürlichen Vorgang zu Nutze, indem man in einem Belebungsbeckendurch Sauerstoffzufuhr günstige Lebensbedingungen für Bakterien schafft. Diese assimilieren gelöste organische Abwasserstoffe und veratmen sie bei Anwesenheit von Sauerstoff zu anorganische Verbindungen (Kohlendioxid, Wasser, Salze), wobei sie sich unter Schlammbildung vermehren. Nach einer bestimmten Zeit wird das Schlamm-Wasser-Gemisch ins Nachklärbecken geleitet.• 5. Die Schlammflocken sinken im folgenden Nachklärbecken zu Boden und werden entweder noch einmal in das Belebungsbecken zurückgepumpt (Rücklaufschlamm) oder zur Schlammbeseitigung in den Eindicker befördert (Überschussschlamm). Nach Passieren der mechanischen und biologischen Reinigungsstufen ist das Abwasser jetzt zu etwa 90% von biologisch abbaubaren Stoffen gereinigt.
• Dritte Reinigungsstufe –Phosphatentfernung I • Da die Abwässer Pflanzennährstoffe (z.B. Phosphat und Stickstoffverbindungen) enthalten, die in den Gewässern zu Sekundärverunreinigung führen, ist noch eine weitere Abwasserreinigungsstufe anzustreben.• Das noch Phosphathaltige Abwasser gelangt aus dem Nachklärbecken zunächst in ein Flockungsbecken. In einer Fällmitteldosierstation wird dem Abwasser unter starker Durchmischung gleichzeitig ein Fällmittel (Kalk, Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat) zugesetzt.• Der "Restschmutz" flockt hierdurch aus und kann sich in einem Nachklärbecken als Schlamm absetzen, der eingedickt dem Faulturm zugeführt wird. Diesen Vorgang der "chemischen Reinigung" nennt man Nachfällung (im Anschluss an biologische Stufe).
• Dritte Reinigungsstufe –Phosphatentfernung II? • Heute geht die Abwassertechnik zunehmend auf biologische Verfahren zur Verminderung des Phosphats im Abwasser über. Dadurch kann die Zugabe von Fällungschemikalien stark eingeschränkt werden.•Biologische Phosphatentfernung: Einige Bakterien nutzen gelöstes Phosphat im Abwasser als Energieträger. Die energiereichen Polyphosphatbindungen werden von ihnen als „Batterie“ genutzt. Setzt man die Bakterien "Stress" aus, so nehmen die Bakterien mehr Phosphat auf, als sie eigentlich müssten. Um diesen"Stress" zu erzeugen, lässt man das an sich sauerstoffreiche Nitrifikationsbecken in Abständen anaerob werden. • Der wiederholte Wechsel vom sauerstoffreichen- zum sauerstoffarmen Bereich erzeugt also den "Stress" den die Bakterienbenötigen, um mehr Phosphat aufzunehmen als nötig.
• Dritte Reinigungsstufe –Stickstoffentfernung? • Stickstoff gelangt ins Abwasser hauptsächlich durch den menschlichen Urin in Form von Harnstoff: CH4N2O• Dieser Harnstoff "zerfällt" allerdings schon im Kanal zu Ammonium (NH4) und andere Stoffe. Der Stickstoff der auf einer Kläranlage ankommt, liegt also überwiegend als Ammonium(NH4).• Zur Entfernung von Stickstoffverbindungen wird das Belebtschlammbecken in Zonen unterschiedlichen Sauerstoffgehaltes aufgeteilt. In der sauerstoffreichen Zone werden die Amoniumverbindungen in Nitrat überführt (Nitrifikation). Zur eigentlichen Stickstoffentfernung wird das Nitrat in sauerstoffarmen Zonen mikrobiologisch zu Luftstickstoff(N2) veratmet (Denitrifikation), d.h. es entweicht. In Schwerpunkten der Abwasserbelastung sind weitere Reinigungsstufen (z.B. Filtration) notwendig.
• Nachklärung? • Die im Belebungsbecken gewachsenen Schlammflocken sinken im folgenden Nachklärbecken zu Boden und werden entweder noch einmal in das Belebungsbecken zurückgepumpt (Rücklaufschlamm) oder zur Schlammbeseitigung in den Eindicker befördert (Überschussschlamm). • Nach Passieren der mechanischen und biologischen Reinigungsstufen ist das Abwasser jetzt zu etwa 90% von biologisch abbaubaren Stoffen gereinigt.
• Vierte Reinigungsstufe – Weitergehende Reinigung? • Eine Möglichkeit zur Reduzierung von Stoffen, die sich biologisch entweder sehr schwer oder gar nicht abbauen lassen ist die adsorptive Reinigung z. B. durch Aktivkohlefilter (sehr kostenaufwändig). Im bereits biologisch behandelten Abwasser noch vorhandene Schwebstoffe (Suspensa) können mittels Filtration(z. B. Sandfilter oder Membranfiltration) entfernt werden.• Vor der Einleitung in sensible Vorfluter wird das gereinigte Abwasser manchmal in Schönungsteichen weiter biologisch gereinigt. Sie sind ein einfaches Verfahren zur Ablaufverbesserung hinsichtlich Schwebestoffe, organische Restbelastung (BSB5, CSB), Stickstoff,Phosphor und Krankheitskeime. Algenwachstum in der warmen Jahreszeit kann allerdings dazu führen, dass der Ablauf des Schönungsteiches eine schlechtere Beschaffenheit hat als sein Zulauf(Sekundärverschmutzung)• Das gereinigte Wasser kann nun in ein natürliches Gewässer (Vorfluter) eingeleitet werden.
• Schlammbehandlung und -beseitigung? • Der Belebtschlamm besitzt einen Wassergehalt von etwa 98%.• Mit Hilfe von Eindickern wird dieser Gehalt auf 96%gesenkt und dadurch das Volumen halbiert.•Nun wird der Schlamm in einen Faulbehälter befördert, wo unter Luftabschluss Fäulnisbakterien in einem Gärprozeß bei 35° C ein Faulgas erzeugen, das zu etwa zwei Drittel aus Methan und zu einem Drittel aus Kohlendioxid besteht.• Dieses Gas kann in einem Behälter gespeichert und zur Deckung des Energiebedarfs der Kläranlage verwendet werden.• Nach etwa vier Wochen ist der Schlamm ausgefault, geruchlos und kann entweder maschinell durch filtrieren oder Zentrifugieren oder auf natürliche Weise in Trockenbeeten entwässert werden. Falls der Schlamm nicht zuviel Schwermetalle enthält, kann er zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft verwendet werden. Vielfach wird er auch in Wärmekraftwerken - allein oder mit Hausmüll verbrannt.
• Funktionsweise einer Pflanzenkläranalage? • 1. Vorklärung der Pflanzenkläranlage (z.B. eine Mehrkammerabsetzgrube):• Hier trennen sich die Feststoffe im Abwasser von der Flüssigkeit, indem sie auf den Boden absacken.• Vorgeschriebene Größe der Vorklärung nach ATV Arbeitsblatt A 262:• * unter 6 EW (Einwohnerwerte) 1,5 m³/EW | mindestens 6 m³• * von 7-10 EW +0,75 m³/EW über 6 EW | mindestens 9 m³• * von 11-50 EW +0,5 m³/EW über 10 EW | mindestens 12 m³ • Beispiel: Für eine 8 EW-Anlage wird mindestens ein 10,5 m² Behälter gefordert.• 2. Von einem Pumpenschacht aus wird das Wasser intervallweise in das Pflanzenbeet eingeleitet. Dieses ist durch Folie nach unten hin abgedichtet.• 3. Durch die Bakterien die im Boden des Pflanzenbeets vorhanden sind, wird das Abwasser biologisch gereinigt.• 4. Das gereinigte Abwasser gelangt in einen Kontrollschacht, und kann von dort aus in den Untergrund eingeleitet werden.
• Vor- und Nachteile einer Pflanzenkläranalage? Geringe Investitionskosten, oft Erstellung durch private Eigenleistung möglich Geringer laufender Energieverbrauch• Niedrige Betriebskosten•Weiterverwendung des geklärten Wassersvor Ort teilweise möglich, keine Wegleitung von Wasser aus der Landschaftversus• Großer Platzbedarf (4-5 m² pro Einwohnerwert; mind. 16 m²)• Erstellung erfordert umfangreiche Erdarbeiten• Erfordern gärtnerische Pflege
• Limitierung der Eutrophierung von Fließgewässern? Limitierendes Element für die Primärproduktion in Oberflächengewässern: PhosphorIn Einzugsgebieten mit hohem organischem Anteil in Böden, Untergrund und Gewässersedimenten und daraus resultierender starker Denitrifikation in Grund- und Oberflächenwasser, v. a. in Nordostdeutschland und im Sommer: Stickstoff

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