Der Phosphor-Grenzwert für Indiana ist sehr streng - Können Sie ihn einhalten?

Sitzt Ihr Unternehmen in Indiana und leitet Abwasser in eine öffentliche Kläranlage ein? In diesem Fall sollten Sie darauf vorbereitet sein, zum Thema Phosphor-Grenzwert kontaktiert zu werden. Sind Sie nicht darauf vorbereitet, die strengen Auflagen zu erfüllen, kann es schnell teuer werden.

Diese Grenzwerte sind Teil einer regionalen Reaktion auf die übermäßige Nährstoffbelastung der lokalen Wasserläufe, die letztendlich den Golf von Mexiko erreicht. Wie belastet Phosphor, der aus kommunalen Kläranlagen in Indiana stammt, das Wasser des Golfs? Phosphor spielt eine zentrale Rolle dabei, dass Gewässer aufgrund einer viel zu geringen Menge an gelöstem Sauerstoff umkippen.

Hypoxie im Golf von Mexiko

Hypoxische Zonen in aquatischen Ökosystemen entwickeln sich, wenn die Sauerstoffkonzentration im Wasser auf weniger als 2 mg/l fällt. Bei dieser Konzentration fliehen frei schwimmende Organismen aus diesem Gebiet oder meiden es. Bei 1 mg/l sterben sauerstoffabhängige Organismen.

Obwohl aquatische Ökosysteme auch auf natürliche Weise umkippen können, ist die Anzahl der hypoxischen Zonen durch menschliches Handeln dramatisch angestiegen. Im Jahr 1972 wurde eine große hypoxische Zone im Golf von Mexiko erkannt. Ihre Entwicklung wurde seitdem jedes Jahr im Sommer aufgezeichnet. Sie ist mittlerweile zur zweitgrößten hypoxischen Zone weltweit nach der Ostsee herangewachsen.

Der primäre Auslöser für Hypoxie in Küstengewässern ist die Eutrophierung, die zu einem massiven Anstieg der Primärproduktion führt.

Eutrophierung

Stickstoff und Phosphor sind unerlässliche Nährstoffe für das Pflanzenwachstum an Land und in aquatischen Ökosystemen. Durch menschliches Handeln gelangten jedoch immer mehr dieser Nährstoffe in Wasserläufe, bis die natürlichen Systeme davon überfordert waren. Die wichtigsten Quellen für Nährstoffe in Wasserläufen sind:

• landwirtschaftliche Abflüsse,
• Abflüsse aus der Abwasseraufbereitung und
• die Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Nährstoffe in Wasserläufen fördern das Algenwachstum. Ist ein System im Gleichgewicht, werden Algen von Zooplankton gefressen und somit in ihrem Wachstum verlangsamt. Wenn der Nährstoffeintrag jedoch die Aufnahmekapazitäten eines Systems übersteigt, kommt es zu einer Algenblüte. Algenblüten schwächen das Sonnenlicht ab und verstopfen die Kiemen der Fische. Einige Algenarten produzieren Toxine, die für Menschen gesundheitsschädlich und für Fische tödlich sind. Wenn die Algen absterben und auf den Grund sinken, werden sie von Mikroorganismen zersetzt, die dabei gelösten Sauerstoff verbrauchen.

Nährstoffbasierte Entstehung einer Hypoxie

Die Eutrophierung allein führt nicht zu einer hypoxischen Zone. Damit eine Hypoxie entsteht, ist eine Schichtung in der Wassersäule erforderlich. Im Golf von Mexiko beginnt die Schichtung mit weniger dichtem Süßwasser aus den Flüssen, das über das kältere, dichtere und salzigere Meerwasser fließt. Durch die Schichtung wird die untere Schicht von der Oberfläche und somit von frischem Sauerstoff aus der Atmosphäre abgeschnitten.

Die obere Schicht, die warm und nährstoffreich ist, fördert wiederum ein exzessives Algenwachstum, eine Algenblüte. Wenn die Algen absterben, sinken sie zum Grund, wo sie von Mikroorganismen zersetzt werden. Bei der Zersetzung wird im Wasser gelöster Sauerstoff verbraucht, was zu einer Hypoxie führt.

Hypoxische Zone im Golf von Mexiko

Geschichte und Ausdehnung

Im Jahr 1992 wurde zum ersten Mal erkannt, dass die Größe der hypoxischen Zone von Jahr zu Jahr aufgrund des Klimas und unterschiedlicher Wetterlagen schwankt. Die Entwicklung der hypoxischen Zone ist saisonal. Sie beginnt im Frühling, wenn die Flüsse aufgrund der Schneeschmelze und Regenfälle mehr Wasser führen.

Messungen der National Oceanic and Atmospheric Administration im Golf von Mexiko ergaben 2017 eine hypoxische Zone von ca. 23.000 km², was in etwa der Größe von New Jersey entspricht. Das war die größte Totzone seit Beginn der Messungen im Jahr 1985.

Auswirkungen von Hypoxie

Abgesehen von den offensichtlichen Umweltauswirkungen einer Totzone leiden auch die Wirtschaft und die betroffenen Gemeinden. Hypoxie kann der wichtigen Fischereiwirtschaft im Golf von Mexiko langfristig schaden, da das Nahrungsnetz gestört und Organismen aller trophischen Ebenen betroffen sind. Die Anzahl der Fische, Garnelen, Krabben, des Zooplanktons und anderer wichtiger Beutetiere der Fische ist auf dem Gewässergrund einer hypoxischen Zone stark reduziert.

Algenblüten haben negative Auswirkungen auf den Tourismus, da das Bootfahren, Fischen, Schwimmen und andere Wassersportarten in Küstennähe beeinträchtigt werden. Die National Oceanic and Atmospheric Administration schätzte im Jahr 2014, dass die hypoxische Zone im Golf von Mexiko zu einem Verlust von 82 Mio. USD in der Fischerei und im Tourismus geführt hatte.

Taskforce und Maßnahmenplan

Da sich die hypoxische Zone von Jahr zu Jahr ausdehnte, begannen Stakeholder damit, nach Möglichkeiten zur Verkleinerung und Abschwächung zu suchen. Es wurde eine Taskforce zusammengestellt, um die Prozesse einzuleiten.

Die Mississippi River/Gulf of Mexico Watershed Nutrient Task Force

Die Mississippi River/Gulf of Mexico Watershed Nutrient Task Force (Hypoxia Task Force oder HTF) wurde 1997 gegründet. Es handelt sich um eine Kooperation von Vertretern des Bundes, aus Bundesstaaten und Stammesvertretern mit dem Ziel, die Ursachen und Auswirkungen der hypoxischen Zone im nördlichen Golf von Mexiko besser zu verstehen. Die Taskforce wurde ins Leben gerufen, um Maßnahmen zur Verkleinerung, Abschwächung und Verkürzung der hypoxischen Zone zu koordinieren.  

Die Hypoxia Task Force besteht aus Vertretern von Bundesbehörden und der 12 Bundesstaaten im Mississippi/Atchafalaya River Basin (MARB). Zu den Mitgliedern der HTF gehören:

• fünf Bundesbehörden:
  • die United States Environmental Protection Agency oder U.S. EPA,
  • das United States Department of Agriculture,
  • die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA),
  • das United States Department of the Interior und
  • das United States Army Corps of Engineers;
• 12 Bundesstaaten: Arkansas, Illinois, Indiana, Iowa, Kentucky, Louisiana, Minnesota, Mississippi, Missouri, Ohio, Tennessee und Wisconsin sowie
• ein Vertreter des National Tribal Water Council.

Die HTF legte 2001 das Ziel fest, die Ausdehnung der hypoxischen Zone im Golf von Mexiko bis 2015 auf weniger als 5.000 km² zu verringern. Damit dieses Ziel erreicht werden konnte, schätzte die HTF, dass die Gesamtmenge von Stickstoff und Phosphor, die in den Golf von Mexiko gelangt, um 45 % reduziert werden musste. Das Ziel wurde 2008 neu bewertet und das Zieldatum zur Reduzierung der Ausdehnung der hypoxischen Zone wurde auf 2035 verlegt.

Maßnahmenplan

Nach der Veröffentlichung des ersten Maßnahmenplans im Jahr 2001 bewertete die HTF diesen 2008 erneut und aktualisierte den Plan für die Reduzierung des Nährstoffeintrags in den Golf von Mexiko. Der Maßnahmenplan basiert auf der Verpflichtung der Bundesstaaten, Strategien umzusetzen, die die Ziele der Taskforce unterstützen. Die Bundesbehörden verpflichten sich, die Bundesstaaten dabei zu unterstützen, Wasserscheiden durch Überwachung und Modellierungen zu priorisieren.

Eine zentrale Maßnahme des Plans ist die Entwicklung und Implementierung einer Strategie zur Verringerung des Nährstoffeintrags in Wasserläufe im MARB. Die USEPA veröffentlichte als Unterstützungsmaßnahme für die Entwicklung der Strategien der Bundesstaaten im Jahr 2011 ein Memorandum, in dem sie acht Elemente für das bundesstaatliche Rahmenwerk zur Verringerung des Stickstoff- und Phosphoreintrags empfahl.

Ein wichtiges Element der Strategie zur Verringerung des Nährstoffeintrags sind Grenzwerte für Punktquellengenehmigungen für kommunale und industrielle Kläranlagen, die für eine hohe Nährstoffbelastung der priorisierten Wasserscheiden verantwortlich sind.

Indianas Reaktion auf das Phosphorproblem

Während die Strategie zur Reduzierung des Nährstoffeintrags entwickelt wurde, implementierte Indiana 2014 eine NRP (nonrule policy), die von kommunalen Kläranlagen, die mehr als 1 MGD (million gallons per day) Abfluss erzeugen, verlangt, einen Monatsdurchschnitt von 1,0 mg/l TP einzuhalten. Außerdem verlangt die NRP, dass eine TN-Überwachung in die Genehmigungen aufgenommen wird. Wenn die Erneuerung der Genehmigungen der kommunalen Kläranlagen ansteht, werden die neuen Grenzwerte und Überwachungsanforderungen aufgenommen.

Im Jahr 2018 veröffentlichte Indiana die Indiana State Nutrient Reduction Strategy. Die Strategie steht für die Verpflichtung des Bundesstaats, den Nährstoffeintrag in die Wasserläufe von Indiana aus Punktquellen und diffusen Quellen zu reduzieren.

Abschnitt 6 der Strategie behandelt die Eindämmung des Punktquelleneintrags von kommunalen Kläranlagen mithilfe von Optimierungsmethoden und Analysen des Betriebs und der Wartungsprozesse, um eine bessere Nährstoffentfernung zu erreichen. Eine wichtige Optimierungsmethode ist die Vorbehandlung von Wasser aus industriellen Quellen, um Schadstoffe wie Phosphor zu entfernen oder deren Konzentration zu reduzieren, bevor sie in die Kläranlage gelangen.

Da Führungskräfte von kommunalen Kläranlagen 1,0 mg/l P einhalten müssen, gilt als Best Practice, den industriellen Anwendern Grenzwerte an der Punktquelle aufzuerlegen. Industrielle Anwender könnten hohe Gebühren auferlegt bekommen, wenn sie die Grenzwerte im Wasser nicht einhalten.

Erneuerungen von Abwassereinleitungs­genehmigungen
für industrielle Anwender in Indiana

Die gestiegene Bedeutung von Nährstoffen im Abfluss von kommunalen Kläranlagen hat das Interesse an industriellem Abwasser gesteigert. Für die Führungskräfte dieser kommunalen Kläranlagen ist es bedeutend einfacher, den industriellen Anwendern Grenzwerte aufzuerlegen, als die eigenen Abwasseraufbereitungsprozesse für die Entfernung von Nährstoffen zu optimieren.

Wenn in Indiana die Abwassereinleitungsgenehmigungen erneuert werden, werden strenge Phosphorgrenzwerte auferlegt. Sind Sie bereit? Abhängig von der Zusammensetzung Ihres Abwassers kann es schwierig sein, Phosphor zu entfernen. Sie benötigen eine maßgeschneiderte Lösung für Ihren Betrieb und Ihr Abwasser. MacDermid Envio entwickelt bereits seit fast 50 Jahren solche kundenspezifischen Abwasseraufbereitungssysteme.

Der erste Schritt ist die Probennahme und Analyse Ihres Abwassers oder Prozesswassers. Danach formuliert MacDermid Envio die effizienteste und kosteneffektivste Lösung für Ihre Anforderungen, was proprietäre Chemikalien für die Abwasseraufbereitung beinhaltet, die an die entsprechenden Prozesse und Aufbereitungssysteme angepasst sind.

Die Systeme von MacDermid Envio Solutions werden durch das individuell anpassbare Serviceprogramm EnvioCARE unterstützt, das Ihnen verschiedene Serviceoptionen bietet, aus denen Sie die für Sie passende Lösung zusammenstellen können. 

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Autor: Fachexperte, MacDermid Envio Solutions