Innovatives Forschungsprojekt zur Optimierung der Gewässerqualität in der Schussen

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Die 60 Kilometer lange Schussen durchquert die Landkreise Biberach,
Ravensburg und den Bodenseekreis, bevor sie bei Eriskirch in den Bodensee
mündet. In einem Bestreben, die Gewässerqualität im Verbandsgebiet zu
verbessern und die EU-Wasserrahmenrichtlinie im Einzugsgebiet der Schussen
zu erfüllen, hat der Abwasserverband Unteres Schussental (AUS) ein
gewässerökologisches Gutachten beauftragt. Dieses wurde 2020 abgeschlossen
und zeigt die Notwendigkeit ingenieurtechnischer Maßnahmen auf den letzten
17,5 Kilometern vor der Mündung. Die wissenschaftliche Konzeption dieser
Maßnahmen wird in Zusammenarbeit mit der Hochschule Biberach (HBC) und
anderen Projektpartnern umgesetzt.

Die Schussen durchquert auf ihrem etwa 60 Kilometer langen Weg die drei
Landkreise Biberach, Ravensburg und den Bodenseekreis und mündet bei
Eriskirch in den Bodensee. Auf den letzten 17,5 Kilometern vor ihrer
Mündung ins schwäbische Meer nimmt die Schussen etwa 20 Zuflüsse auf. Im
Bestreben, den Zustand der Gewässer im Verbandsgebiet zu verbessern und
die Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie im Einzugsgebiet der Schussen im
Bodenseekreis zu erreichen, hat der Abwasserverband Unteres Schussental
(AUS) ein umfassendes gewässerökologisches Gutachten in Auftrag gegeben.
Dieses wurde 2020 abgeschlossen und zeigt, dass ingenieurtechnische
Maßnahmen notwendig sind. Für die wissenschaftliche Konzeption dieser
Maßnahmen erhält der Verband Unterstützung von der Hochschule Biberach
(HBC) und weiteren Projektpartnern.

Unter der Leitung von Professorin Dr.-Ing. Ulrike Zettl und dem Team des
Instituts für Geo und Umwelt (IGU) arbeitet die HBC an einem innovativen
Forschungsprojekt zur Verbesserung der Wasserqualität durch die
Entwicklung eines Retentionsbodenfilters zur weitergehenden
Regenwasserbehandlung, der gezielt Mikroschadstoffe entfernen kann. Die
innovative Komponente des Projekts liegt in der Nutzung von
Aktivkohleverfahren zur Spurenstoffelimination. Durch die gezielte
Anwendung von Aktivkohle soll die Effizienz der Retentionsbodenfilter zur
Rückhaltung von Mikroschadstoffen wie TCPP, Diclofenac, Carbamazepin und
Metoprolol erhöht werden. „Ein erheblicher Anteil schlechter
Wasserqualität ist auf die Siedlungsentwässerung zurückzuführen“, erklärt
Prof. Zettl. Das Problem: „Während bei trockenem Wetter sämtliches
Abwasser zur Kläranlage abgeleitet und dort gereinigt wird, gelangt bei
Regen hingegen ein Teil der Siedlungsabflüsse direkt in die Gewässer“.

Um die Belastung der Gewässer zu reduzieren, werden Speicherbecken
errichtet, dadurch werden Schmutz- und Regenwasser seltener und in
geringerem Umfang in die Gewässer entlastet. Trotzdem reiche das nicht
aus, weshalb Bodenfilter zur weitergehenden Behandlung eingesetzt werden.
Durch die Bodenpassage werden Feststoffe zurückgehalten und es zeigt sich
eine biologische Reinigungswirkung. Jedoch bleiben problematische Stoffe,
insbesondere wasserlösliche und schwer abbaubare Mikroschadstoffe, die
sich nicht an Feststoffe binden, weiterhin im Wasser und gelangen in die
Gewässer. Um diesem Umstand zu begegnen, untersucht das Forschungsteam der
HBC zunächst den im Einzugsgebiet der Schussen eingesetzten
konventionellen Bodenfilter (Baujahr 2004) in der Gemeinde Tettnang um ihn
im nächsten Schritt weiterzuentwickeln. Entscheidend für den
Forschungsprozess ist die Auswahl von Leitsubstanzen. Das Team
identifiziert dabei relevante Substanzen für die beiden Eintragswege aus
Schmutzwasser und Niederschlagsabflüssen und stimmt diese mit bereits
bekannten Spurenstofflisten aus der Literatur, unter anderem der Liste B
des Kompetenzzentrum Spurenstoffe Baden-Württemberg (KomS BW) ab. Die
Untersuchung der Eliminationsleistung des bestehenden Filters bildet einen
weiteren Schwerpunkt der Forschung. Hier analysiert das Team gezielt die
ausgewählten Leitsubstanzen sowie das Adsorptionsverhalten der
unzureichend eliminierten Stoffe an verschiedenen marktgängigen
Aktivkohleprodukten.

„Aus den Betriebsdaten dieses bestehenden Retentionsbodenfilters der
letzten 5 Jahren werden die Anzahl der Einstauereignisse bestimmt, sowie
deren Dauer berechnet und mit der zu erwartenden Wasserbeaufschlagung des
zu konzipierenden Filters verglichen. Des Weiteren werden Spurenstoffe aus
Abwasserproben am Zulauf und Ablauf des bestehen Filters identifiziert und
bilanziert, um das Eliminationsverhalten des Filters zu evaluieren. Die
Stoffe, die nicht von diesem gewöhnlichen Bodenfilter zurückgehalten
werden, sind besonders für dieses Projekt interessant. Sie sollen durch
den Einsatz von Aktivkohle, die im „neuen“ Bodenfilter geplant ist, weiter
reduziert werden, um so den Spurenstoffeintrag in die Gewässer weiter zu
reduzieren.“, beschreiben die Forscherinnen ihre Vorgehensweise. Die
gewonnenen Erkenntnisse zum Eintrags- und Eliminationsverhalten der
Leitsubstanzen sollen in das bestehende Schmutzfrachtmodell des AUS
integriert werden.

Unterstützung erhalten Ulrike Zettl und ihre Mitarbeiterin Birgit Kornmann
bei ihrer Arbeit sowohl von Studierenden der Fakultät Bauingenieurwesen
und Bau-Projektmanagement als auch von Prof. Dr. Chrystelle Mavoungou und
ihrem Mitarbeiter Tim Hamann vom Institut for Applied Biotechnology (IAB).
Denn das Pilotprojekt wird an der HBC interdisziplinär behandelt. Das IAB
stellt hierfür u.a. hochmoderne Messgeräte wie z.B. Py-GC-MS
(Gaschromatograph mit Pyrolyse und einem MS-Detektor,
Fluoreszenzmikroskopen, UV-Sonden und HPLC etc. für die
Spurenstoffanalytik bereit und ist an der Optimierung und ggfs. der
Erweiterung der Screeningverfahren beteiligt. Die AG von Prof. Mavoungou
war von Anfang an in die Gewässeruntersuchungen eingebunden. „Alle
Beteiligten setzen sich nachdrücklich für eine Verbesserung der
Gewässergüte und des Umweltschutzes ein. Wir freuen uns umso mehr auf die
hochschulinterne Zusammenarbeit und den Austausch mit allen anderen
Expert*innen in unserem Projektteam“, freut sich die Projektleiterin über
die Kooperation.

Neben den Expert*innen der Hochschule Biberach sind noch weitere
Partner*innen an der Entwicklung des Bodenfilters beteiligt. Kern ist die
Zusammenarbeit mit Fachleuten, die lokale Kenntnisse zum
Entwässerungssystem des Abwasserverbands (Wasser-Müller Ingenieurbüro GmbH
in Biberach) und dem Gewässer haben (Büro Gewässerplan in Kressbronn a.B.)
sowie große Erfahrung mit der Anwendung von granulierter Aktivkohle in der
Abwasserreinigung mitbringen (Ingenieurbüro Jedele und Partner in Wangen
im Allgäu). Ebenso ist die Einbindung der Wasserwirtschaftsbehörde
(Landratsamt Bodenseekreis) und des Betriebspersonals vor Ort
(Abwasserverband Unteres Schussental) für die Projektbeteiligten von
großer Bedeutung.

Zudem ist das KomS BW am Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und
Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart involviert, um das
Forschungsteam bei der Beprobung und der Spurenstoffanalytik zu
unterstützen, genauso wie das Lehr- und Forschungslabor des Instituts für
Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft (ISWA, Universität
Stuttgart).

Grundsätzlich soll die innovative Filtertechnologie zur weitergehenden
Regenwasserbehandlung eingesetzt werden, aber auch im Ablauf von kleineren
Kläranlagen in Gebieten, in denen eine gezielte Spurenstoffelimination
erforderlich ist. Die langfristigen Perspektiven dieses Ansatzes umfassen
die mögliche Integration solcher Bodenfilter in die landesweite
Wasserinfrastruktur, um die Wasserqualität zu verbessern und den
Herausforderungen im Zusammenhang mit Mikroverunreinigungen zu begegnen.
„Der Bau eines Retentionsbodenfilters mit einer zusätzlichen gezielten
Spurenstoffelimination gilt als Schlüssel für eine nachhaltige
Verbesserung der gewässerökologischen Situation. Gleichzeitig stellt die
Verwendung eines mit Aktivkohle ausgestatteten Retentionsbodenfilters zur
weitergehenden Regenwasserbehandlung eine technische Neuerung dar, die
bislang nur in Versuchsanlagen zur Anwendung kam“, betont das Projektteam
die Relevanz und Innovation seiner Arbeit.

Das Forschungsprojekt wird vom Regierungspräsidium Tübingen sowie dem
Umweltministerium Baden-Württemberg gefördert.