Entwicklungsvorhaben Abwasserversickerung Nach Verregnung, Hiltpoltstein, Landkreis Forchheim
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Universität Bayreuth Lehrstuhl für Hydrologie Entwicklungsvorhaben Abwasserversickerung nach Verregnung, Hiltpoltstein, Landkreis Forchheim – Abschlussbericht – Auftraggeber: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft München Bayreuth, August 2001 Durner W. und B. Schultze (2001): Entwicklungsvorhaben Abwasserversickerung Hiltpoltstein, Landkreis Forchheim. Abschlussbericht zum Entwicklungsvorhaben. Lehrstuhl für Hydrologe, Universität Bayreuth, 95440 Bayreuth, 243 Seiten. ii Inhalt Kurzfassung Abstract 1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung....................................................................................................... 1 1.2 Untersuchungen zur Abwasserverregnung und -versickerung Hiltpoltstein .......... 2 1.3 Zielsetzungen der vorliegenden Untersuchungen ................................................... 3 2 Standort, Untersuchungsprogramm und Untersuchungsmethoden 5 2.1 Charakterisierung des Untersuchungsgebiets ......................................................... 5 2.2 Bestehende abwassertechnische Anlagen ............................................................... 7 2.2.1 System der Ortsentwässerung ...................................................................... 8 2.2.2 Kläranlage .................................................................................................... 9 2.2.3 Verregnungsfeld ......................................................................................... 12 2.3 Arbeitsplan und Untersuchungsprogramm............................................................ 16 2.3.1 Zeitlicher Ablauf des Entwicklungsvorhabens........................................... 16 2.3.2 Arbeitsplan ................................................................................................. 17 2.3.3 Messprogramm........................................................................................... 17 2.3.4 Verwendete Analysenmethoden................................................................. 18 2.4 Ausstattung der Messstelle.................................................................................... 20 2.4.1 Wiederherstellung der Stromversorgung.................................................... 20 2.4.2 Installation von Lysimetern........................................................................ 20 2.4.3 Einbau der Tensiometer und Temperatursensoren..................................... 26 2.4.4 Inbetriebnahme der Saugkerzen ................................................................. 27 2.4.5 Probenbezeichnungen................................................................................. 28 3 Untersuchungsergebnisse 31 3.1 Begleitende Versuche............................................................................................ 31 3.1.1 Markierungsversuche ................................................................................. 31 3.1.2 Färbeversuche............................................................................................. 33 3.1.3 Standzeitversuch......................................................................................... 33 iii 3.1.4 Paralleluntersuchungen............................................................................... 34 3.1.5 Stoffwechselaktive Zellen.......................................................................... 35 3.2 Hydrologische und meteorologische Bedingungen............................................... 36 3.2.1 Wetter, meteorologische Daten und Vegetation......................................... 36 3.2.2 Bodentemperatur ........................................................................................ 39 3.2.3 Pumpenleistung .......................................................................................... 40 3.2.4 Beregnungsplan .......................................................................................... 42 3.2.5 Verregnete Abwassermengen..................................................................... 43 3.2.6 Hydrologische Situation............................................................................. 43 3.2.7 Angefallene Sickerwassermengen.............................................................. 44 3.3 Chemische, biochemische und mikrobiologische Parameter ................................ 46 3.3.1 pH, Leitfähigkeit, Temperatur.................................................................... 48 3.3.2 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB5), Phosphat (PO4–P)......................................................................... 51 3.3.3 Ammonium (NH4–N), Nitrat (NO3–N), Nitrit (NO2–N)............................ 54 3.3.4 Chlorid (Cl), Sulfat (SO4), Bor (B) ............................................................ 57 3.3.5 Kupfer (Cu), Zink (Zn)............................................................................... 61 3.3.6 Mikrobiologische Untersuchungen............................................................ 62 3.3.7 Aerosole...................................................................................................... 62 3.4 Bilanzen und Frachten........................................................................................... 64 3.4.1 Berechnung der Einträge ............................................................................ 64 3.4.2 Berechnung der Sickerwasser-Frachten ..................................................... 65 3.4.3 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB5)......................................................................................................... 67 3.4.4 Phosphat (PO4–P) ....................................................................................... 70 3.4.5 Ammonium (NH4–N), Nitrat (NO3–N), Nitrit (NO2–N)............................ 72 3.4.6 Chlorid (Cl), Sulfat (SO4), Bor (B) ............................................................ 75 3.4.7 Kupfer, Zink............................................................................................... 77 3.4.8 Stickstoff-Entzug durch die Vegetation ..................................................... 78 4 Zusammenfassende Diskussion und Bewertung der Abwasserverregnung 79 4.1 Ergebnisse ............................................................................................................. 79 4.2 Bewertung der Abwasserverregnung in Hiltpoltstein ........................................... 90 4.2.1 Rechtlicher Rahmen und lokale Gegebenheiten......................................... 90 iv 4.2.2 Bewertung des Status Quo der Abwasserverregnung ................................ 91 4.2.3 Bewertung einer Verregnung nach besserer Vorreinigung ........................ 94 4.2.4 Gesamtbeurteilung und Fazit...................................................................... 99 5 Literatur 103 Anhang A Tabellen der Messergebnisse 113 Anhang B Abbildungen der Messergebnisse 143 Anhang C Frachtberechnungen 183 Anhang D Bilder vom Herrichten und Ausstatten der Messstelle 197 Anhang E Färbeversuch 211 Anhang F Wasserqualität des Teiches 219 Abbildungsverzeichnis 223 Tabellenverzeichnis 228 v Kurzfassung Ausgangspunkt des Entwicklungsvorhabens "Abwasserversickerung Hiltpoltstein" war die Frage, ob die Versickerung nach Verregnung von vorgereinigtem Abwasser in Karstgebieten, in denen keine Vorfluter vorhanden sind, ein geeignetes Verfahren der Abwasserentsorgung ist, ohne das Grundwasser nennenswert zu gefährden. In der Gemeinde Hiltpoltstein in der Fränkischen Schweiz wird dieses Verfahren seit nahezu 30 Jahren praktiziert. Sie ist daher ein geeigneter Teststandort, um zu prüfen, ob die Verregnung von Abwasser mit den Zielen des Grundwasserschutzes verträglich ist. Das Vorhaben bildete eine Fortführung verschiedener in der Vergangenheit auf dem Verregnungsfeld der Kläranlage der Gemeinde Hiltpoltstein durchgeführter Untersuchungen. Es war unser Ziel, zusammenhängende Aussagen über die Reinigungswirkung des Bodens im Verregungsfeld der Kläranlage in verschiedenen Horizonten über einen längeren Zeitraum zu gewinnen. Hierzu wurde über ein Jahr hinweg wöchentlich Sickerwasser aus verschiedenen Tiefen (0,25 - 0,5 - 1,0 - 2,5 - 3,5 m) mit verschiedenen Beprobungstechniken (8 Saugkerzen, 10 Lysimeter) gewonnen und auf ausgewählte physikalische (Temperatur, el. Leitfähigkeit), chemische (pH, Nitrat, Nitrit, Ammonium, Chlorid, Sulfat, Phosphat, Bor, Kupfer und Zink), biochemische (CSB, BSB5) und mikrobiologische (Koloniezahl, E. coli, coliforme Keime, Fäkalstreptokokken) Parameter hin untersucht. Zusätzlich wurden Tensiometer zur Messung der Saugspannung in sechs Tiefen (0,25 - 0,5 - 1,0 - 1,5 - 2,5 - 3,5 m) sowie Temperatur- sensoren in vier Tiefen (0,1 - 0,25 - 0,5 - 1,0 m) im Schacht eingebaut. Dies erlaubte die Abklärung des Einflusses von Bodentemperatur (Gegensatz Sommer-Winter), Boden- hydrologie und Vegetationszustand auf die Abbauleistung. Für CSB, BSB5, Stickstoff (Nitrat, Nitrit, Ammonium), Chlorid, Sulfat, Phosphat, Bor, Kupfer und Zink wurden Stoffbilanzen aufgestellt. Alle Untersuchungen konnten im geplanten Umfang durchgeführt werden. Es zeigten sich folgende grundlegende Ergebnisse: • Aufgrund der nur mechanischen Trennung im vorhandenen Emscherbecken war die Belastung des zu veregnenden Abwassers mit organischen Stoffen sehr hoch (CSB im vi Mittel über 500 mg/l; BSB5 bei 300 – 400 mg/l). • Besonders in der ersten Jahreshälfte, als mit dem Abwasser auch Teichwasser des nahegelegenen Teiches mit Oberflächenabflusswasser verregnet wurde, kam es zu sehr hohen hydraulischen Belastungen mit Beregnungshöhen