Fachartikel · Gewässer
Franziska Aumer · 2025
Kläranlagen - Hauptverursacher von Phosphateinträgen?
Problemanalyse, Status Quo Check und Lösungsansätze
Eine kurze Metaanalyse: Studien aus Hessen, Saarland und Tschechien
Medien und Politik sind sich einig: Hauptverursacher der Phosphateutrophierung ist die Landwirtschaft.
Aber eine neue Studie aus Saarland nennt die Kläranlagen als größten Faktor bei Phosphateinträgen in Gewässer. Und bestätigt somit die Studienergebnisse aus Hessen und aus Tschechien. Wie kann das sein?
Ich gehe dem nach und zeige auf woher die Unterscheide kommen und was wir mit den neuen Erkenntnissen schaffen können.
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Das Thema Phosphateutrophierung ist komplex - deshalb ist auch diese Analyse hier dementsprechend umfassend. Wer nun nur nach einem bestimmten Aspekt sucht findet hier die direkten Einstiege in die einzelnen Themenkomplexe:
Seel & Hessen Fazit - Hauptverursacher? Neuster Stand - Saarland Fazit - Die Lösung aus der Praxis? Kontext? Fazit - Die Lösung? schmitt
Neu in dem Thema
Damit das kommende leichter verständlich ist, hab ich hier die wichtigsten Definitionen für das Thema zusammen gefasst
Phosphat, Phosphor, Eutrophierung...?
Seel
in HESSEN
Prof. Dr. Peter
An den Anfang der Analyse möchte ich Peter Seel stellen. Prof. Dr. Seel hat sich jahrzehntelang mit Gewässereinträgen an der HLNUG Wiesbaden (Hessischen Landesamts für Naturschutz, Umwelt und Geologie) beschäftigt. Bereits Anfang 2000wies er in einem Vortrag darauf hin, dass seine bisherigen Messreihen die Phosphateinträge auf die Kläranlagen zurückführen können. Er vertiefte seine Arbeit in diesem Gebiet weiter und stellte sie immer wieder in Vorträgen vor. Einige seiner Arbeiten und Vorträge davon möchte ich hier aufgreifen.
2019 (Quelle s.u.) war er zum Vortrag DWA Landesverbandstagung Nord geladen, und sprach auch dort über das Thema Phosphateutrophierung. Dort zeigte er u.a. auf, dass in den zahlreichen Messreihen von 2010-2016, die Messstellen bei den Kläranlagen "ein deutlich höheres Konzentrationsniveau [haben] als Messtellen ohne Kläranlageneinfluss" (siehe Bild).
Letztere überschritten nur ca. 10% die Orientierungswerte - weitere Nachforschungen ergaben, dass diese 10% aus der Abwasserentsorgung stammen: maroden Mischwasserentlastung, Kanalrohren im Siedlungsgebiet und nicht erfasste gewerbliche Einleitungen.
Bereits 2009 begann das Land Hessen ihre Kläranlagen nachzurüsten, mit Erfolg! Die Grenzwerte wurden nicht nur einhalten sondern sogar unterschritten!
"Als dominierende Eintragsquelle von gelöstem Phosphor (Ortho-P) im Gewässer konnten anhand der hessischen Daten kommunale Kläranlagen identifiziert werden. Durch die Umsetzung des WRRL- Maßnahmenprogramms in Hessen 2015–2021 ergaben sich deutliche Reduktionen der Phosphor Einträge kommunaler Kläranlagen" [S.50]
"Ergebnisse in Abbildung 50 zeigen die Entwicklung von Ortho-Phosphat im Vergleich zu den Untersuchungszeiträumen 2007–2011 und 2018–2023. Der Anteil der regelmäßig untersuchten 391 Wasserkörper mit Einhaltung des Orientierungswertes Ortho Phosphat ist gestiegen. Um die Orientierungswerte künftig einhalten zu können, besteht jedoch noch weiterer Handlungsbedarf."
[S.52], Stand 2023
Hauptverursacher sind die Kläranlagen
Programm zur Reduzierung der Phosphoreinträge in hessische Fließgewässer
– Hintergründe und Ergebnisse
Dr. Peter Seel, Niedernhausen, Vortrag DWA Landesverbandstagung Nord
Vorgehensweise zur
Ermittlung von Phosphorbelastungen in Hessen
Dr. Peter Seel, 2016
Saarland Studie
Neuster Stand
"Es konnten keine Unterschiede zu den Zusammenhängen gefunden werden, wie sie
vom Autor anhand 10-jähriger umfangreicher Messungen und Auswertungen von
hessischen Gewässern (Seel 2019) und von den tschechischen Autoren (Rosendorf et
al. 2018) festgestellt worden sind."
- Fazit Schlussbericht, 2021
Hauptverursacher sind die Kläranlagen
KI-Bild"Schlussbericht: Studie zur Ermittlung der Eintragspfade und -mengen von Phosphat aus der Landwirtschaft in dem Einzugsgebiet Theel und Ill"
Die Studie wurde vom Ministerium für Umwelt und Verbraucherschutz (Saarland) in Auftrag gegeben.
Umgesetzt und Veröffentlicht wurde die Untersuchung von Institut für ZukunftsEnergie-und StoffstromSysteme (IZES gGmbH)
Veröffentlichung: 09. Dezember 2021
Verfasser:
Anna Maria Bur
Katharina Laub
Dr. Joachim Pertagnol
Bernhard Wern
Dr. Peter Seel
Im folgenden habe ich markante und zentrale Stellen des Schlussberichts für euch ausgewählt.
"Die detaillierte Auswertung der umfangreichen Messwerte zeigt jedoch, dass durch die landwirtschaftlichen Maßnahmen keine nennenswerte Verbesserung in Hinblick auf die zu hohen ortho-Phosphatkonzentrationen erreicht werden kann." (S.1)
Kontext?
Der Kontext in dem ein Zitat steht ist immer entscheidend. So auch hier. Die Ergebnisse des IZES (Saarland) passen nicht in unser aktuelles Konzept was die Gewässereutrophierung und ihre Bekämpfung angeht.
Doch wie kommt das?
Was soll DüV sein? was bedeutet es?
Unsere aktuelle Düngeverordnung (DüV) und die landeseigenen Ausführungsverordnung DüV (AVDüV) beruhen auf einer Ausarbeitung von Schmitt et al. 2018
Die Studie von Schmitt et al. (2018) wurde mit dem Ziel beauftragt, Erkenntnisse zur
Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie zu gewinnen und konkret dadurch die
phosphorbedingten ökologischen Defizite in den Fließgewässern zielgerichtet reduzieren zu können.
Oder kurz gesamt: Schmitt et al. sollte herausfinden, wie man die Grenzwerte in den Gewässer einhalten kann, und wo die Hebel spricht Verursacher liegen.
Die Modellierungsrechner dazu heißen MONERIS, MePhos und More. Diese Modelle werden aktuell in den Bundesländern eingesetzt um geeignete Maßnahmen zur Phosphoreintragsminderung zu planen.
Ihnen allen ist gemein, dass die Einträge der Landwirtschaft deutlich über- und die der Kläranlagen deutlich unterschätzt wird (Manuskript, 2019 s.o., sowie hier)
Bildquelle: https://www.lfl.bayern.de/rote-gebiete/
Das Problem?
Die Studie von Schmitt basiert auf rein theoretischen Modellberechnungen welche sich in vielen Fällen auf Schätzungen stützen. Betrachtet man diese Datengrundlage ist es nicht überraschend, dass keine Messreihe dieses Modell bisher belegen konnte.
Man konnte es bisher nicht belegen, aber mehrfach widerlegen. Seel konnte in Hessen mit seiner jahrelangen Forschungsarbeit und zahlreichen Messreihen beweisen, dass das Modell von Seel nicht stimmen kann - und dass die Hauptverursacher nicht die Landwirte sind.
Die Ergebnisse wurden auch in Messungen im Saarland bestätigt (IZES, 2021)
Das bedeutet aber, dass wir unsere Strategie was den Gewässerschutz angeht ändern müssen. Denn die aktuellen Maßnahmen bringen nachweislich keine Verbesserung, fordern dafür aber viele Kosten ein.
Nicht nur, dass die bisherigen Maßnahmen keinen Erfolg nachweisen können - sie schränken die "gute fachliche Praxis" erheblich ein. Neben einen enormen Dokumentationsaufwand gehen damit auch Kosten und Produktionseinschränkungen einher. Das schwächt die heimischen Landwirte auf dem europäischen sowie internationalen Markt und stellt eine "hausgemachten Wettbewerbsverzerrung" dar ohne einen Nutzen für Umwelt und Bevölkerung darzustellen.
& Co.
Schmitt?
Was sagt denn nun ...
Hauptverursacher ist die Landwirtschaft.
"Erarbeitung einer Handlungsanleitung zur Ermittlung der Herkunft von Nährstoffbelas- tungen im Einzugsgebiet von Ill und Theel"
Abschlussbericht,
Im Auftrag des Zweckverbandes Natura Ill-Theel
Veröffentlichung: Juli 2018
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt
Dr.-Ing. Henning Knerr
Junjuan Zhou, MSc.
Dipl.-Ing. Oliver Gretzschel
"Modellierung von Landnutzungsszenarien zur Abschätzung der wassergebundenen Nährstoffemissionen in einem Einzugsgebiet der rural-urbanen Landschaft Mitteleuropas"
Veröffentlichung: Januar 2014
Verfasser:
U. Honecker
G. Weber
J. Kubiniok
"Auch hier ist die Landwirtschaft jedoch der Hauptemittent der drei betrachteten Belastungspfade. Handlungsoptionen für Maßnahmen ergeben sich somit primär im Bereich der Kläranlagen und der Landwirtschaft." [S.28]"In (Kubiniok et al. 2015) werden u. a. als „wasserwirtschaftliche Zielsetzung“ Maßnahmen zur Senkung der P- und N-Einträge aus der Landwirtschaft im Untersuchungsraum gefordert. Die obige Ist-Zustandsanalyse unterstreicht jedoch auch das Optimierungspotenzial im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft i. b. für den Parameter Pges." [S.36]
Nach der Studie von Schmitt et al. ist der Hauptverursacher für Gewässereinträge die Landwirtschaft.
Dennoch erkennen die Autoren auch einen Beitrag der Kläranlagen an und nennen die "Optimierung der P(ges)-Elimination" u.a. als sinnvolle Maßnahme.
Schmitt et al. beziehen sich in ihrer Ausarbeitung auch immer wieder auf Kubiniok und Honecker 2015, in denen ihrer Arbeit sie ihre Ergebnisse bestätigt sehen. Allerdings basieren die Berechnungen zum großen Teil auch auf den Zahlen von Kubiniok und Honecker 2015 - somit keine Überraschung dass die Ergebnisse der theoretischen Rechnungen sich nahe liegen.
Als Lösung für die Eutrophierung formuliert Schmitt et al. folgendes:
"In Abstimmung mit dem Auftraggeber sowie dem Landesumweltamt wurden die folgenden Szenarien zur
Anpassung der landwirtschaftlichen Nutzung ausgewählt:
- Grünlandextensivierung
- Ökologischer Landbau
- N-min-Beprobung
- Gewässerschonender Biomasseanbau" [S.40]
Wer sich mit der DüV befasst hat, dem wird spätestens hier klar dass sich die Düngeverordnung auf diese Studie von Schmitt stützt.
[S.28]
Die Suche nach dem Verursacher.
Haupt- verursacher?
Quelle: Manuskript 2019, s.o.
"Die Eintragsbilanzierung in der Studie von Schmitt et al. (2018) enthält jedoch mehrere unzutreffende Ansätze, sodass sie hinsichtlich der Bedeutung der Landwirtschaft für die Gewässereutrophierung von Theel und Ill nicht verwertbar ist.
Dies liegt insbesondere an - der Vorgabe des Auftraggebers, ausschließlich den Parameter Gesamtphosphor und nicht das bioverfügbare ortho-Phosphat zu betrachten, - der Vorgabe, die von Kubiniok und Honecker (2015) kalkulierten Einträge aus der Landwirtschaft zu verwenden, - dem Ansatz, die Phosphorjahresfrachten und nicht die Beiträge zu den allein ökologisch relevanten Gewässerkonzentrationen zu kalkulieren sowie - bei der Frachtkalkulation eine Retention von 50 % im Gewässer zugrunde zu legen. Dies sind Vorgehensweisen, die in der Summe nicht nur zu quantitativ, sondern auch zu qualitativ falschen Aussagen führen und die den Erkenntnissen von vergleichbaren Fließgewässern in Hessen widersprechen.
Die Messdaten des LUA (Landesamt für Umwelt und Arbeitsschutz) und der UdS (Universität des Saarlandes) zeigen dagegen in Übereinstimmung mit in Hessen und Tschechien aus umfangreichen Messdaten und Auswertungen gewonnenen Erkenntnissen, dass die hohen mittleren ortho-Phosphat-Konzentrationen und damit die biologischen Eutrophierungseffekte weitgehend auf die Einleitungen der Kläranlagen zurückgeführt werden können. Verbesserungen der Ablaufkonzentration an einzelnen Kläranlagen in den vergangenen Jahren haben bereits zu Verbesserungen bei den mittleren Gewässerkonzentrationen geführt.
" IZES Abstract
Lösung?!
"Die Verbesserung der Phosphor-Ablaufkonzentrationen an den Kläranlagen sollte daher Priorität haben."
- Fazit Schlussbericht, 2021
Die Wissenschaftler finden in ihrer neuesten Untersuchung (IZES 2021, s.o.) klare Lösungsansätze:
Durch eine gute Steuerung der Fällmittelzugabe in Verbindung mit einer Zweipunktfällung, ggf. flankiert durch konventionelle Maßnahmen zur Verbesserung der Nachklärung wie hydraulische Berechnungen und der Installation von Einlaufbauwerken, ist es anhand der Erfahrungen in Hessen innerhalb von ca. zwei Jahren normalerweise möglich, die mittlere P-Ablaufkonzentration auf Werte von 0,2 bis 0,3 mg/l zu begrenzen. Dies sind die kostengünstigsten Maßnahmen, um die Gewässerkonzentrationen deutlich zu reduzieren (Theilen 2015). Solche Ablaufwerte sind im Hinblick auf die relativ hohen Abwasseranteile in den Gewässern auch mindestens notwendig.
Parallel sollten verstärkt Maßnahmen zur Sanierung bzw. zum Ausbau von MWE sowie zur Reduzierung des Fremdwassersweitergeführt werden.
Dies ist allein schon aufgrund des erheblich größeren Kostenvolumens, aber auch der notwendigen Untersuchungen und Planung nur mittel- und langfristig leistbar.
Je nach fachlicher Einschätzung zum Zeithorizont dieser Maßnahmen ist es ggf. notwendig, schon jetzt die Ausstattung einzelner Kläranlagen mit einer Flockungsfiltration zu planen. Dadurch ist es möglich, die P-Ablaufwerte auf 0,1 mg/l bis 0,2 mg/l zu begrenzen. Von weiteren Maßnahmen in der Landwirtschaft ist kein positiver Effekt auf die Eutrophierung von Theel und Ill zu erwarten.
KARL
Die neue EU-Abwasser-Richtlinie
Die Verbesserungen der P-Ablaufkonzentration an einzelnen Kläranlagen in den
letzten neun Jahren haben analog zu Feststellungen aus Hessen zu einer signifikanten
Verringerung der Gewässerkonzentrationen mit ortho-Phosphat geführt.
- Fazit Schlussbericht, 2021
Nicht schuldig? Dann müssen die "Gelben Gebiete" in den Mittelgebirgsregionen weg!
Hessen, Tschechien und Schlussendlich das Saarland haben gezeigt: Die Maßnahmen an der Landwirtschaft zeigen keinen Erfolg.
Kubiniok und Honecker 2015 und Schmitt et a. 2018 bilden die Grundlage der DüV und der AVDüV - somit die Grundlage für die Einschränkungen der Landwirtschaft. Schmitt et al. hat seine Studie auf das Theel Einzugsgebiet im Saarland ausgerichtet. Und in diesem Gebiet konnten die Wissenschaftler der Studie des IZES 2021 nachweisen, dass die theoretischen Modelle fehlerhaft sind und konnten zudem mit Messungen und neuen Modellen nachweisen dass auch die Landwirtschaft nicht der Hauptverantwortliche ist.
Trotz der neuen Erkenntnisse handeln wir aber immer noch nach dem veralteten Wissen.
Nun geht es drum auch danach zu handeln. Denn ehrlicher Gewässerschutz erfordert ein ehrliches Verursacherprinzip.
Viele der oben vorgeschlagenen Maßnahmen wurden in Hessen schon durchgeführt. Auf die Details möchte ich hier nicht weiter eingehen, euch aber Einblicke und weiterführende Quellen gerne bereitstellen:
Bildquelle: https://www.lfl.bayern.de/rote-gebiete/
DüV Was ist das woher kommt es?
DüV? Gelb rot?
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Am 1. Mai 2020 tritt die Änderungsverordnung zur Düngeverordnung (DüV) 2017 in Kraft. Grundlage dafür ist die Wasserrahmenrichtlinie der EU (WRRL).
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Der Bund hat die DüV beschlossen, die Länder setzen sie mit der AVDüV um - das heißt die Ausweisung von gelben und roten Gebieten
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Das bedeutet konkret striktere Auflagen für die Landwirtschaft welche die gute fachliche Praxis und die Bewirtschaftung einschränken. Das führt u.a. zu Erwerbsverlusten.
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Gelbe Gebiete = "eutrophierten Gebiete", umg.: Phosphorüberschuss im Gewässer
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Rote Gebiete = "Nitrat belastet", vermeintlich (*) Nitratüberschuss im Grundwasser
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Die Ausweisung der Gebiete sowie die gesamte DüV basiert auf der Annahme dass die Landwirtschaft der Hauptverursacher der Phosphateinträge in Gewässer ist. Das wurde aber nie nachgewiesen und fußt alleine auf dem theor. Modell von Schmitt 2018
Worüber reden wir eigentlich?
Phosphor (P) kommt in Wasser als negativ geladenes Phosphat-Ion vor und ist ein chemische Element.
Während Phosphat (PO₄³-) die gebundene Form des Phosphors ist, die in der Natur und im Körper vorkommt. Phosphat wird von Lebewesen als Nährstoff gebraucht.
Zu viel Phosphat in Gewässern führt zu übermäßigem Algenwachstum, verbunden mit Sauerstoffmangel für Fische und alle anderen Wasserorganismen.
Eutrophierung ist die unerwünschte Zunahme u.a. eines Gewässers an Nährstoffen und damit verbunden schädliches Pflanzenwachstum (z.B. übermäßigem Algenwachstum) sowie Sauerstoffmangel für Fische und alle anderen Wasserorganismen.
Phosphat-Eutrophierung ist somit eine Überdüngung von Gewässern durch zu viel Phosphat.
Zum Weiterlesen · Originalquellen