Untersuchung der Sickerwässer aus der Deponie Silberbuck


Der Themakomplex "Sickerwasser aus Deponien" wurde in der Vergangenheit intensiv diskutiert. Die hieraus gezogenen Schlußfolgerungen waren jedoch in sich nicht stimmig. So wurde auf der einen Seite die Umweltgefährlichkeit von Deponiesickerwässern angeführt, um die Müllverbrennung zu fördern; andererseits wurde die Problematik der Deponiesickerwässer verharmlost, indem man die Selbstreinigungskraft von Boden, Grund- und Oberflächenwasser stark überschätzte (STEGMANN 1979).

Deponiesickerwässer entstehen im wesentlichen durch das Eindringen von Oberflächenwasser, Grundwasser und Niederschlagswasser in den Deponiekörper, aus dem es anschließend -- mit Schadstoffen angereichert -- an der Sohle und seitlich wieder austritt. Diese Sickerlösungen stellen oftmals eine nachhaltige Beeinträchtigung der Grundwasserqualität dar.

Bei den anorganischen Komponenten im Grundwasserabstrom von Deponien weisen v.a. Ammonium, Nitrat, Sulfat und Sulfid hohe "Konzentrationsfaktoren" auf und stellen langfristig eine nachhaltige Belastung der Grundwasserqualität dar. Bei den Metallen sind u.a. Arsen, Blei, Cadmium, Chrom und Eisen im Grundwasserabstrom vieler Deponien angereichert.

Einen Sonderfall stellen die in fast allen Deponiearten enthaltenen chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKW) dar, die aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften sowohl Beton als auch natürliche Gesteine wie Ton durchdringen können. Die chlorierten Kohlenwasserstoffe benötigen etwa einen Tag, um eine 20 cm dicke Betondecke zu durchsickern. Von dort aus durchsickern sie zuerst die wasserungesättigte, dann die wassergesättigte Bodenzone. Da die chlorierten Kohlenwasserstoffe sogenannte Sinker sind, setzen sie sich vor allem an der tiefsten Stelle von grundwasserleitenden Schichten ab und kontaminieren aufgrund ihrer stark wassergefährdenden Eigenschaften nachhaltig das Grundwasser. Aus Deponien treten häufig die chlorierten Kohlenwasserstoffe wie Trichlorethen und die aromatischen Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol sowie Phenole aus. Alle Kohlenwasserstoffe haben ein hohes Mobilitätspotential (hohe Wasserlöslichkeit und hoher Dampfdruck) und werden in der Bio- und der Geospäre nur wenig gebunden.

Die Menge des Sickerwassers ist abhängig vom Niederschlag, der Verdunstung und dem Oberflächenabfluß. Eine gewisse Menge des einsickernden Wassers wird im abgelagerten Müll festgehalten, während durch die biologischen Abbauprozesse andererseits auch Wasser freigesetzt wird. Infolge des großen Einflusses der sommerlichen Verdunstung muß mit erhöhtem Sickerwasseranfall in den Winter- und Frühjahrsmonaten gerechnet werden. Je nach Verdichtung des abgelagerten Materials kann bezüglich der Menge des anfallenden Sickerwassers von Größenordnungen zwischen 15 und 50 % der Niederschlagsmenge ausgegangen werden (STEGMANN 1979): Das sind im Jahresmittel ca. 5 bis 10 m3 pro Hektar und Tag bzw. 3 bis 6 Liter pro Minute und Hektar.

Die Zielsetzung der -- zusammen mit vielen Studentinnen und Studenten des Instituts für Geologie und Mineralogie Erlangen durchgeführten -- Untersuchungen im Silberseegebiet war die qualitative und quantitative Ermittlung der Grund- und Oberflächenwasserkontaminationen und die Einschätzung des hiervon ausgehenden Gefahrenpotentials in Raum und Zeit.

Um den Nachweis einer Grundwasserverunreinigung eindeutig führen zu können, ist es unumgänglich, Angaben über die "normale" Zusammensetzung des Grundwassers im Untersuchungsgebiet in die Interpretation einzubeziehen, gewissermaßen als Bezug der Meßwerte auf das Umfeld. Zu diesem Zweck wurde (bis zu seiner Zerstörung Ende 1999) bei jeder Analysenreihe der im Anstrombereich abgeteufte, sogenannte "Null-" oder Referenzbrunnen B 05 mit beprobt und untersucht.

Aus dem Vergleich der Grundwasserzusammensetzung im Anstrom (Nullbrunnen) und im Abstrom einer Altablagerung lassen sich Grundwasserbelastungen durch Deponiesickerwässer nachweisen. Es ist bei diesem Untersuchungsschritt nicht die besondere Gefährlichkeit bestimmter Substanzen (z.B. PCB, Dioxin u. ä.) maßgeblich für die Auswahl, sondern ihre Eignung als Kenngröße für Deponieeinflüsse (Leitparameter).

Zur Untersuchung der Grundwasserbelastungen durch die Deponiesickerwässer im Silberseegebiet wurde eine Parameterkombination gewählt, von denen aussagekräftige Meßreihen im Folgenden vorgestellt werden soll; diese umfaßt für fünf signifikant ausgewählte Beobachtungstermine die Messungen auf physikalische Vor-Ort-Parameter sowie auf chemische Leit- und Summenparameter.

Die Bestimmung der Vor-Ort-Parameter

erfolgte mit WTW-Präzisionsmeßgeräten unter Verwendung geeichter Elektroden. Die Meßgeräte wurden unmittelbar vor dem Einsatz sowie im Tagesverlauf nachkalibriert.

Die Probennahmen für die anschließenden Laboranalysen erfolgte mittels horizontierter Schöpfproben. Zur Überführung der Probenwässer in das Labor wurden 1000 ml-Braunglasflaschen mit Schliffstopfen bzw. 250 ml-Karlsruher Flaschen verwendet. Die Laboranalysen umfassten Bestimmungen von

elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit ist ein Maß für die Gesamtheit der in einer Probe gelösten Elektrolyte. So ergeben deutlich erhöhte Leitfähigkeiten bereits einen Hinweis auf eine Beeinflussung des Grundwassers durch kontaminierte Wässer. In fränkischen Grundwässern sind i.a. natürliche, d.h. geogen bedingte Leitfähigkeiten zwischen 300 µS/cm und 600 µS/cm zu beobachten. Höhere Werte >750 µS/cm deuten auf anthropogene Einflüsse hin. Die Trinkwassergrenze liegt bei 2000 µS/cm.

Die Leitfähigkeitswerte des Silberseewassers und der Grundwässer in den Bohrungen sind zum größten Teil stark überhöht. Die hohen Salzgehalte des Deponiesickerwassers führen auch zu hohen Salzgehalten im See (Leitfähigkeiten von ca. 2000 µS/cm bis 2500 µS/cm). In den Grundwässern der Deponie konnten -- je nach Grundwasserfließrichtung -- Werte zwischen 100 µS/cm im Anstrombereich und 5000 µS/cm beim Abstrom in den Silbersee beobachtet werden. Die etwas unterschiedlichen Leitfähigkeitswerte in den Grundwässern unter der Deponie Silberbuck sind darauf zurückzuführen, daß bisweilen eine Verdünnung des Deponiesickerwassers mit Regenwasser oder mit von Süden her zuströmenden, relativ unbelasteten Grundwasser stattfindet.

Leitfähigkeitsmeßwerte 02/99 - 03/01

Die höchsten Meßwerte wurden in den Flachpegeln FP 01 bis FP 03 am Südostufer des Silbersees beobachtet; deren stark überhöhte Leitfähigkeitswerte korrellieren gut mit den hohen Sulfatkonzentrationen in den Wässern der Flachpegel. Dies ist bereits ein deutlicher Hinweis auf die oberflächennahen Wasserwegsamkeiten von der Deponie in den See. Hingegen zeigt die -- in unmittelbarer Nähe der Flachpegel abgeteufte und nahe am Seeufer gelegene -- tiefe Bohrung B 06 nur relativ geringe Leitfähigkeitswerte um 1000 µS/cm und vergleichsweise geringe Sulfatgehalte. Der Wasserzustrom von der Deponie in den Silbersee und zurück findet am Südostufer also hauptsächlich über das Litoral statt.

Die im nördlichen Abstrom des Silbersees gelegenen drei Oberflächengewässer des Flachweihers sowie des Kleinen und großen Dutzendteiches weisen deutlich geringere Leitfähigkeitswerte auf. Dies deutet zusammen mit den hohen Meßwerten der dazwischen liegenden Bohrungen B 04 und B 07 auf eine Unterströmung dieser Stillgewässer durch das schadstoffbelastete Silberseewasser hin. Lediglich in den Frühjahrsmonaten konnten bei Detailmessungen im Wasser des Kleinen Dutzendteiches -- etwa in der Mitte seines Südufers -- stellenweise signifikant erhöhte Leitfähigkeitswerte registriert werden, was auf lokale Wasserwegsamkeiten zum Silbersee hinweist.

Grund- und Oberflächenwassertemperaturen

Die Messungen der Wassertemperaturen in den Bohrungen sowie in den Fließgewässern des Untersuchungsgebietes erbrachten zunächst sehr uneinheitlich erscheinende Ergebnisse.

Die Oberflächengewässer weisen im Dutzendteichgebiet stark differenzierte, von den Jahreszeiten abhängige Wassertemperaturen auf. Mag dies für die seichten Stillgewässer des Flachweihers und der Dutzendteiche zwanglos erklärbar sein, überrascht zunächst doch die starke sommerliche Oberflächenerwärmung des tiefen Silbersee-Wasserkörpers.

Künstlich geschaffene Gewässer wie der Silbersee stellen eine Grundwasserblänke dar. Nach der Freilegung des Grundwassers ist dieses unter anderem den von Tages- und Jahreszeiten abhängigen Temperatureinflüssen ausgesetzt. Hinsichtlich ihres thermischen Verhaltens entsprechen künstlich angelegte tiefe Seen größtenteils natürlich entstandenen Seen.

Die Schichtungserscheinungen im Seewasserkörper zeigen den von natürlichen Seen bekannten Verlauf mit sommerlicher Differenzierung der Wassermassen in Epi-, Meta- und Hypolimnion. Diese Schichtungserscheinungen entstehen bei größeren, tiefen Seen dadurch, daß sich im Laufe des Frühsommers der Wasserkörper unter dem Einfluß der Sonneneinstrahlung von der Oberfläche her erwärmt. Bei ausreichender Wassertiefe entwickelt sich eine Sprungschicht (Metalimnion), welche warmes Epilimnion und kaltes homothermes Hypolimnion während des ganzen Sommers trennt. Im Herbst und im Frühjahr werden nach Abkühlung bzw. Erwärmung des Oberflächenwassers die verschiedenen Schichten im See infolge der Dichteunterschiede der verschieden temperierten Wassermassen durchmischt; durch diese Konvektionsvorgänge werden im Silbersee u.a. auch die schwefelwasserstoffreichen Tiefenwässer vom Hypolimnion ins Epilimnion transportiert, was in jüngerer Vergangenheit regelmäßig u.a. zu massenhaften Fischsterben führte.

Wassertemp.-Meßwerte 02/99 - 03/01

Die normale Grundwassertemperatur beträgt im Nürnberger Raum +8°C. Die Grundwässer unter der Deponie Silberbuck weisen deutlich erhöhte Temperaturen auf. Bei den -- mit dem Silbersee im direkten Kontakt stehenden -- Flachpegeln FP 01 bis FP 03 mag dies noch durch Einströmen von Seewasser erklärbar sein. Hingegen müssen die relativ hohen Grundwassertemperaturen in den tiefen Bohrungen B 01 bis B 07 als direkte Folgen des thermischen Geschehens in den Deponieablagerungen aufgefasst werden. Der Vergleich zwischen den Temperaturen der Deponiewässer zu den Wassertemperaturen der geringer kontaminierten Oberflächengewässer belegt die auch heute noch aktiven exothermen Vorgänge gerade auch in den tieferen Bereichen des Deponiekörpers: So weisen z.B. die im September 1999 in den Bohrungen beobachteten Wassertemperaturen um +14°C auf die Rolle des Silberbucks als auch heute noch aktiven "chemischen Reaktor" hin.

Flächenmodell Wassertemp. 09/99 u. 03/01

Die Flächenmodellierungen der Wassertemperaturen im Silberseegebiet zeigen, daß die -- durch chemische Reaktionen hervorgerufenen -- Reaktionsenthalpien unabhängig von den Jahreszeiten beobachtet werden können:

Im hochsommerlichen September 1999 betrugen die Wassertemperaturen in den Deponiegrundwässern etwa zwischen +12°C und +18°C. Selbst in den -- durch verhältnismäßig geringe Deponieablagerungen gekennzeichneten -- Bereich nördlich des Silbersees wurden Grundwassertemperaturen von +11°C (B 04) und +15°C (B 07) registriert, wobei der Meßwert in Bohrung B 07 wiederum auf einen direkten Grundwasserabstrom vom Silbersee in den Kleinen Dutzendteich hindeutet.

Im noch winterlichen März 2001 machten sich die - durch chemische Reaktionen hervorgerufenen -- hohen Grundwassertemperaturen besonders stark bemerkbar. Während in den Oberflächengewässern in etwa den Lufttemperaturen entsprechende Wassertemperaturen auftraten, betrugen die Grundwassertemperaturen in den Deponieablagerungen bis ca. +10°C. Selbst im kurzen Anstrombereich vom Silbersee in den Kleinen Dutzendteich überstieg die Grundwassertemperatur jene der Oberflächengewässer um rund 5 Kelvin.

pH-Werte

Der pH-Wert von unbelastetem Grundwasser sollte im neutralen bzw. sehr schwach sauren oder alkalischen Bereich liegen. Je nach Art der abgelagerten Stoffe können sich die pH-Werte des Grundwassers durch eindringende Deponiewässer deutlich verändern. Der pH-Wert wirkt sich außerdem auf die Wasserlöslichkeit einiger Schadstoffe aus. Die Trinkwassergrenzen liegen im Bereich pH >6,5 bis pH <9,5.

pH-Meßwerte 02/99 - 03/01

Die in den Grundwässern im Anstrombereich des Silbersees beobachteten pH-Werte liegen durchweg im schwach sauren Bereich, was den natürlichen Verhältnissen des Nürnberger Grundwassers entspricht. Bei der Passage durch die Deponieablagerungen werden die Grundwässer jedoch u.a. sehr stark mit Sulfat belastet, wobei im sauerstoffarmen Milieu des Deponieabstroms durch anaerobe Bakterien eine Reduktion des Sulfat-Ions stattfindet; hierbei entsteht letztlich Schwefelwasserstoff und ein basisches Wassermilieu. Diese starken pH-Erhöhungen sind selbst im Oberflächenwasser des -- während des gesamten Jahres -- basischen Silbersees zu beobachten. Durch den weiteren Grundwasserabstrom in nördliche Richtungen scheint ein Teil des Silberseewassers in die beiden Dutzendteiche verfrachtet zu werden, was sich zu einigen Beobachtungsterminen in auffälligen pH-Erhöhungen im Wasser dieser Stillgewässer äußerte.

Redoxpotentiale

Das Redoxpotential beschreibt das Konzentrationsverhältnis von oxidierten und reduzierten Stoffen und damit die elektrochemischen Bedingungen im Wasser. Noch heute ist dieser Parameter im Grundwasser mit vielen Probenahme- und v.a. meßtechnischen Problemen behaftet, so daß er nur im Zusammenhang mit weiteren Kenngrößen vorsichtig interpretiert werden sollte.

Die Potentiale können zwischen +800 mV (stark oxidierendes Milieu) und -300 mV (stark reduzierendes Milieu) variieren; mit steigenden Redoxpotential sinkt der pH-Wert um etwa 59 mV pro pH-Einheit. Hohes Potential herrscht im sauerstoffreichen Milieu vor: Hier enthält das Wasser viele oxidierende Verbindungen wie Fe- und Mangan-Oxide, Nitrat und Sulfat). Niedriges Potential weist auf Sauerstoffmangel hin: Im Wasser herrschen reduzierende Verbindungen wie Fe2+, Mn2+ oder organische Substanzen vor.

Flächenmodell Redox. 03/00

Bei "normalen" Grundwasserständen im Silberseegebiet (wie im März 2000) konnten die höchsten Redoxwerte von +66 mV im Anstrombereich an Bohrung B 01 beobachtet werden. Dieser Wert dürfte dem "normalen", relativ unbelasteten Grundwasserdaten in diesem Gebiets entsprechen und korrespondiert mit niedrigen pH-Werten um 6 sowie einer relativ hohen Sauerstoffsättigung des Grundwassers von ca. 65 %. Beim Durchfluß durch den Deponiekörper verschiebt sich das Konzentrationsverhältnis von oxidierten und reduzierten Stoffen in den Grundwässern zugunsten der reduzierenden Bedingungen: Dies äußert sich auch in höheren pH-Werten und niedrigen Sauerstoffgehalten und ist ein deutlicher Hinweis auf die Reaktionsfreudigkeit bei der bakteriellen Reduktion des Sulfats. Im Wasser des Silbersees herrschen bereits in geringer Wassertiefe reduzierende Bedingungen vor. Lediglich im Oberflächenwasser des Sees bedingt die künstliche Sauerstoffbelüftung bei sehr hohen pH-Werten eine deutliche Verringerung des reduzierenden Milieus und somit einen zumindest temporären Erfolg bei den administrativen Bestrebungen zur Aufrechterhaltung lebensfreundlicher Bedingungen in diesem See.

Sauerstoffgehalt und Sauerstoffsättigung

Der Sauerstoffgehalt des Grundwassers ist u.a. von den biochemischen Umsetzungsprozessen abhängig: Im Inneren einer Altablagerung herrscht aufgrund der dort stattfindenden biochemischen Vorgänge häufig Sauerstoffarmut oder Sauerstoff-Freiheit. In durch Sickerwässer beeinflußten Grundwässern kommt es zu beträchtlichen Keimzahlerhöhungen und -- als Folge von Abbauprozessen -- zu einem Aufzehren des Sauerstoffs (Reduktionszone). In weiterer Entfernung von der Deponie steigt der Sauerstoffgehalt im Grundwasser an, bis er in der Oxidationszone wieder grundwasserübliche Werte annimmt. Die sich mit zunehmender Entfernung normalisierenden Sauerstoffgehalte besagen allerdings nicht, daß dort keine Beeinflussung durch Sickerwasser mehr stattfindet: Biologisch nicht oder nur sehr schwer abbaubare Stoffe können im Grundwasser kaum entfernt, sondern nur verdünnt werden.

Bei Oberflächengewässern führt der mikrobiologische Abbau von eingetragenen Wasserinhaltsstoffen zu einem Sauerstoffschwund, der so weit gehen kann, daß Lebensmöglichkeiten (z. B. für Fische) nicht mehr gegeben sind. Auch geht das bisweilen reichlich vorhandene Ammonium zum Teil in Ammoniak über, das für Fische und Kleinlebewesen tödlich sein kann.

Die Sauerstoffsättigung des Wassers ist physikalisch von der Wassertemperatur abhängig: Kaltes Wasser kann (in einer expontentiellen Funktionsweise) mehr Sauerstoff aufnehmen als warmes Wasser. Bei einer Wassertemperatur von +5°C entspricht eine 100 %-O2-Sättigung etwa 13 mg/l O2, während sie bei einer Wassertemperatur von +25°C auf 8 mg/l zurückgeht. In praxi entscheidend ist somit die Sauerstoffsättigung (angegeben in % bei Wassertemp.): Sie sollte bei oberflächennahen, durchlüfteten Zuflüssen hoch (>70%) sein. Niedrige Sauerstoffgehalte (<50%) sind häufig in Wässern aus tiefen Aquiferen zu beobachten; hier treten oft Eisengehalte über 0,1 mg/l auf, was auf reduzierendes Milieu hindeutet. In schadstoffbelasteten Grundwässern weist eine geringe Sauerstoffsättigung des Wassers deutlich auf die O2-verbrauchenden Abbauvorgänge hin.

Im Silberseegebiet fällt zunächst die starke Sauerstoffarmut des Grundwassers unter der Deponie sowie im Abstrombereich auf. Lediglich in den "Anstrombohrungen" B 01 und -- zeitweise -- in B 05 konnten Sauerstoffgehalte beobachtet werden, die sich im Rahmen dessen bewegen, was in diesem Gebiet für einen oberflächennahen Aquifer gelten mag. Die in den übrigen Bohrungen beobachteten, z.T. extrem niedrigen Sauerstoffgehalte belegen deutlich die stark O2-zehrenden biochemischen Umsetzungsprozesse, welche auch mit den entsprechend niedrigen Redoxpotentialen korrespondieren.

O2-Sättigungsmeßwerte 02/99 - 03/01

Das Oberflächenwasser des Silbersees ist meistens mit Sauerstoff stark angereichert, was als Erfolg der künstlichen Belüftungsanlage gewertet werden darf; allerdings konnte im September 1999 im Nordostteil des Sees eine sehr starke Sauerstoffarmut im Oberflächenwasser registriert werden, obwohl dieser Beobachtungspunkt in unmittelbarer Nachbarschaft der "auf Hochtouren laufenden" Belüftungsanlage lag. Dies ist ein deutlicher Hinweis darauf, daß der Sauerstoffverbrauch durch die Oxydation reduzierter Verbindungen wesentlich höher ist als die durch die Belüftungsschläuche in das Seewasser eingebrachte O2-Menge. In Verbindung mit hohen Wassertemperaturen und evtl. aufsteigenden Schwefelwasserstoffgasen sowie anderen Schadstoffen bedingt dies ein schlagartiges Umkippen des Gewässers und das Auftreten von Massenfischsterben.

Ammonium, Nitrit und Nitrat

Die Stickstoffverbindungen Ammonium, Nitrit und Nitrat sind nicht nur ein Maß für die Stickstoffbelastung eines Grundwassers. Wenn in einem Deponiewasser reduzierende Verhältnisse vorliegen, äußert sich dieses in hohen Ammonium- und niedrigen Nitratwerten.

Die Nitratreduktion wird v.a. durch Bakterien und Pilze (Streptomyceten) bewirkt. Die Mikroben reduzieren im sauerstoffarmen Milieu (O2 < 5 mg/l) das NO3- zunächst zu Nitrit (NO2-), welches dann mikrobiell zu elementaren Stickstoff-Gas abgebaut werden kann. Andere Bakterien bilden aus Nitrit durch Reduktion Ammonium-Ionen (NH4+). Im unbeeinflußten, aeroben Grundwasser ist es genau umgekehrt: Hier werden Ammonium- und Nitrit-Ionen durch Stickstoffbakterien (Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrobacter) zu Nitrat oxidiert. Das Verhältnis Ammonium -- Nitrit -- Nitrat gibt somit Hinweise auf die elektrochemischen Verhältnisse in den untersuchten Wässern.

Der Nachweis von Ammonium-Ionen deutet i.a. auf hygienisch bedenkliche Verunreinigungen hin; diese mögen generell durch Gerbereien, Foto-, Kunststoff- u. Textilindustrie, Gülle, Stallmist und Kompost, aber auch durch häusliche, industrielle und gewerbliche Abwässer verursacht sein. So wird z.B. aus Deponien Ammonium reichlich ausgeschwemmt, welches dann in Oberflächengewässern zum Teil in Ammoniak übergeht und -- bei Überschreiten kritischer Grenzen -- auf Fische und Kleinlebewesen tödlich wirken kann. Der Trinkwassergrenzwert von Ammonium liegt bei 0,5 mg/l NH4+.

Nitrit gilt als Verschmutzungsindikator im Wasser. Von den in Wässern durch den Abbau lebender Materie anzutreffenden Stickstoffverbindungen stellt Nitrit eine metastabile und vergleichsweise toxische Zwischenstufe in der bakteriellen Oxidation Proteine - Ammonium - Nitrit - Nitrat dar. Hierdurch wird Nitrit zu einem wichtigen Verschmutzungsindikator, durch den eine noch nicht abgeschlossene Nitrifikation angezeigt wird. Die im normalen Nitrifikationsablauf nur kurze Verweilzeit des Stickstoffs als Nitrit führt meist zu geringen Nachweiskonzentrationen.

 Die bakterielle Oxidation setzt die Entfaltung von zwei Bakterienstämmen voraus:

 1.) NH4+ + 3/2 O2 --> Nitrosomonas --> NO2- + 2 H+ + H2O

 2.) NO2- + 1/2 O2 --> Nitrobacter --> NO3-

Normalerweise entwickelt sich nach einiger Zeit ein Bakterienbestand, der die kontinuierliche Nitrifikation durch gleich schnelle Ammonium- und Nitrit-Oxidation sicherstellt. Auf Grund der langsamen Verdopplungszeit der Bakterien (13 bis 14 Stunden) können bei kurzfristig erhöhtem Anfall von Stoffwechselprodukten jedoch "Stausituationen" entstehen, die einen erhöhten Nitritgehalt zur Folge haben.

Nitrithaltige Grundwässer weisen auf Verrottungs- oder Verwesungsherde im Boden (Müllhalden, Sickergruben usw.) hin. Durch industrielle und kommunale Abwässer belastete Flüsse können oft 0,5 bis 1 ppm NO2- enthalten. Im allgemeinen enthalten verschmutzte Gewässer 0,1 bis 0,5 ppm Nitrit. In besonderen Fällen mögen auch nicht verschmutzte Gewässer relativ hohe Nitritgehalte aufweisen: So enthalten Moorwässer oft 0,1 bis 1 ppm und Gewitter-Regenwässer bis 0,3 ppm Nitrit. Auch eine nachträgliche Reduzierung von Nitrat in Böden ist möglich. Die Trinkwassergrenze für Nitrit liegt bei 0,1 mg/l NO2-.

Der Nitrat-Gehalt ist ein Maß für die Stickstoffbelastung eines Grundwassers. In Franken sind Nitrat-Gehalte <10 mg/l i.a. durch geogenen Ursprung bedingt, während Gehalte von 15-50 mg/l bereits auf anthropogene Beeinflussung hindeuten.

Als Nitrat-Haupteinträge gelten organische und anorganische Stickstoffdünger (Gülle, Ammoniumnitrat), Deponiesickerwässer sowie die Abwasserversickerung. Ein weiterer Teil des Stickstoffgehaltes im Boden stammt aus dem Abbau pflanzlicher Eiweiße: So entsteht zunächst Ammonium, welches kurzfristig zu Nitrat oxidiert wird.

Nitrat ist für den Menschen primär nahezu nicht toxisch (Magenentzündungen treten meist erst bei Gehalten > 500 mg/l NO3- auf). Im Magen wird jedoch das Nitrat sekundär durch Bakterien zum toxischen Nitrit reduziert, welches bei Kleinkindern und Säuglingen zur Blausucht (Metämoglobinämie) führen kann: Hierbei ist der Sauerstoff-Transport im Blut behindert, so daß die "innerliche Erstickung" zum typischen Krankheitsbild gehört. Als tertiäre Umwandlungsprodukte des Nitrats treten nitrose Verbindungen auf, die als cancerogen angesehen werden; sie entstehen im menschlichen Körper aus Nitrit und Aminen. Der EG-Richtwert für Nitrat beträgt 25 mg/l, die Trinkwassergrenze liegt bei 50 mg/l NO3-.

Nitrat-Meßwerte 02/99 - 03/01

Der Ablauf der Denitrifikationsreihe ist im Gebiet des Silbersees geradezu lehrbuchhaft ausgebildet. Die Nitratgehalte im von Süden her anströmenden Grundwasser bewegen sich im Rahmen der üblichen, durch Düngemaßnahmen verursachten Grundwasserbelastungen. Eine Ausnahme hiervon bildet die Bohrung B 03, in deren Nachbarschaft ein Ablagerungsplatz für biologische Abfälle sowie der Grundwasserzustrom aus einer südöstlich (in der Nähe des Fußballstadions) gelegenen Kleingartenkollonie als spezifische Nitratquellen angenommen werden dürfen; hierauf deuten auch die relativ hohen Nitratgehalte des Langwasserbaches hin.

Bei der Passage der Grundwässer durch die Deponie wird das Nitrat unter den sauerstoffarmen und reduzierenden Bedingungen mikrobiell zu Nitrit und Ammonium umgewandelt: Dies äußert sich v.a. in hohen Nitritgehalten in den Flachpegeln FP 01 bis FP 03 sowie in den Tiefbrunnen im nördlichen Abstrom des Silbersees. Die bisweilen auffällig hohen Nitritgehalte im Flachweiher sowie in den beiden Dutzendteichen mögen durch den Eintrag und Zerfall von Laub sowie v.a. durch die reichliche Defäkation der dort lebenden Wasservögel sowie durch den hohen Karpfenbesatz verursacht sein.

Das Ammonium konnte nur in den reduzierenden Wässern der Tiefbrunnen sowie der Flachpegel im Abstrom des Silberbucks beobachtet werden. Beim Eintritt in den Silbersee wird es offenbar infolge der künstlichen Belüftung sofort wieder zu Nitrit und Nitrat oxidiert, so daß es hier zumindestens im Oberflächenwasser nicht mehr nachzuweisen war.

Nitrit-Meßwerte 02/99 - 03/01 Ammonium-Meßwerte 02/99 - 03/01

Sulfat, Sulfit und Sulfid

Sulfat hat seine eigentliche Bedeutung als Leitparameter für eingelagerten Bauschutt, wobei z.B. das im Putz oder Gips enthaltene Calciumsulfat als Quelle gilt. Hierbei gilt allerdings, eine geogen bedingte Sulfaterhöhung z.B. durch Gipsvorkommen im geologischen Untergrund durch Voruntersuchungen auszuschließen. In Franken sind Sulfat-Gehalte um 20 mg/l meist geogenen Ursprungs. Höhere Gehalte (um 70 mg/l) deuten auf anthropogene Beeinflussung hin, vor allem, wenn in den Wässern auch erhöhte Chlorid, Nitrat und Phosphatgehalte beobachtet werden. Ein weiterer Eintrag kann aus sulfathaltigen Düngern und Spritzmitteln erfolgen.

Beim Menschen führt die Zufuhr von schwer resorbierbaren Wasserinhaltsstoffen wie Sulfat über eine osmotische Wasserbindung im Körper zu einer Verflüssigung des Darminhaltes mit anschließender Beschleunigung der Darmpassage und erhöhter Spülwirkung. Gleichzeitig werden dabei die Aufnahmebedingungen für die im Darm enthaltenen Substanzen verschlechtert. Die Trinkwassergrenze liegt bei 240 mg/l SO42-.

Ähnlich wie das Ammonium und das Nitrat stehen die Schwefelverbindungen Sulfid (H2S), Sulfit (SO32-) und Sulfat (SO42-) entlang eines Sauerstoffgradienten in charakteristischen Verhältnissen zueinander, wobei unter anaeroben Bedingungen das Sulfat fast völlig fehlen kann: In diesen sauerstoffarmen Grundwässern erfolgt die SO4-Reduktion durch die -- nur im anaeroben Milieu lebende -- Bakterienspezies Desulfovibrio desulfuricans, die ihren Stoffwechsel-Energie aus der Zerlegung des Sulfat-Ions gewinnt, wobei über das metastabile Sulfit letztlich Schwefelwasserstoff und ein basisches Wassermilieu (wie im Silbersee) entsteht:

8 H+ + SO42- --> H2S + 2 H2O + 2 OH-

Einige Subspezies dieser Bakterien können noch bei NaCl-Gehalten über 200 g/l und Wassertemperaturen bis +80°C überleben.

Bei Sulfid tritt -- nach Modellversuchen mit Hefezellen -- bei einer H2S-Konzentration von 0,3 mg/l eine vollständige Atmungshemmung ein. Vermutlich hemmt Sulfid die Oxydationsfermente durch Blockierung des Eisens in ähnlicher Weise wie Zyanid. Eine entsprechende Reaktion mit dem Oxy-Hämoglobin führt zur irreversiblen Bildung von Sulf-Hämoglobin. Sulfid hat eine entscheidende stoffwechselblockierende und somit letztlich tödliche Wirkung. Der Abwasser-Grenzwert liegt bei 2 mg/l H2S.

Dieser Ablauf der Desulfurikationsreihe kann am Silberbuck und Silbersees beispielhaft beobachtet werden. In den "Anstrombohrungen" B 01 und B 05 bewegten sich die Sulfatgehalte des Grundwassers in relativ geringen Belastungswerten zwischen 10 mg/l und 200 mg/l. Beim Durchgang durch die Deponie werden die Wässer durch die im Silberbuck abgelagerten, immensen Bauschuttablagerungen hochgradig mit Sulfat angereichert. Die Zone der größen Auslaugung scheint sich im Bereich der natürlichen Grundwasserspiegelschwankungen zu befinden, was vergleichbar zur Karsthydrogeologie dem "phreatisch-vadosen Bereich" entsprechen würde: Hier ist der Bereich der stärksten vertikalen Grundwasserbewegungen, der größten horizontalen Fließgeschwindigkeiten sowie ein ständiger Wechsel zwischen Wasserbenetzung und Lufterfüllung.

Sulfat-Meßwerte 02/99 - 03/01

In den Bohrungen äußert sich dies in extrem hohen Sulfatgehalten in den Wässern der Flachbohrungen. Über das Litoral strömt das sulfathaltige Deponiewasser direkt in den Silbersee ein. In den Tiefbohrungen am Silberbuck sowie nördlich des Silbersees konnte das Sulfat in immer noch sehr hohen, im Vergleich zu den Flachpegeln jedoch deutlich geringeren Konzentrationen beobachtet werden. Auch im Oberflächenwasser des Silbersees wurde stets ein deutlich überhöhter Sulfatgehalt zwischen 200 mg/l und 500 mg/l gemessen, welcher in der vertikalen Wassersäule wohl zunehmend in Schwefelwasserstoff übergeht. Die Kontaminationsfahne des Sulfats ließ sich deutlich über den Silbersee hinaus bis zur Bohrung B 07 verfolgen, aus deren reduzierenden Wässern stets ein deutlich wahrnehmbarer Schwefelwasserstoffgeruch festzustellen war.

Flächenmodell Sulfit u. Sulfid 03/01

Das Flächenmodell der Sulfit und Sulfidgehalte im Untersuchungsgebiet zeigt die räumliche Verteilung dieser toxischen Wasserinhaltsstoffe. Die Bereiche der hohen Sulfit- und Sulfidkonzentrationen konnten im März 2001 v.a. im westlichen Abstrombereich der großen Bauschuttkörper des Silberbucks beobachtet werden. Ein zweiter, überaus hoher Konzentrationsbereich trat im nördlichen Grundwasserabstrom des Silbersees auf: Hier scheinen die hohen Sulfatfrachten des Silberseewassers im Grundwasser großenteils reduziert zu werden.

Chlorid

Chloride zeigen hohe Salzbelastungen u.a. durch Deponiewässer an. Generell ist zu berücksichtigen, daß hohe Chloridkonzentrationen im Grundwasser auch geogen bedingt sein können wie bei einigen natürlichen Mineralwässern. Chloridgehalte <10 mg/l sind in Franken meist durch "geogenen Background" bedingt. Gehalte von 15-50 mg/l deuten auf anthropogene Beeinflussung hin, wobei die Ursachen im Silberseegebiet im abgelagerten Bauschutt zu suchen sind. Die Trinkwassergrenze für Chlorid liegt bei 250 mg/l.

Chlorid-Meßwerte 02/99 - 03/01

Die Chloridgehalte in den "Anstrombrunnen" B 01 und B 05 zeigten während des Beobachtungszeitraumes trotz ihrer geringen Werte um 25 mg/l bereits anthropogene Beeinflussungen auf; diese sind vermutlich in Düngemaßnahmen der Kleingärten im Stadtteil Neusselsbrunn und in der winterlichen Salzstreuung von Straßen zu suchen. Beim weiteren Grundwasserabstrom durch die Deponie steigen die Chloridgehalte um ein Vielfaches an, wobei als Emmisionsquellen v.a. die großen Bauschuttablagerungen zu vermuten sind. Die höchsten Werte von 1640 mg/l konnten im September 1999 im Wasser des Flachpegels FP 01 beobachtet werden; der damit korresponierende Chloridgehalt im nordöstlichen Silbersee weist wiederum auf die direkte hydraulische Verbindung zwischen See und Deponie hin. Die relativ geringen Chloridwerte im Flachweiher und den beiden Dutzendteichen zeigen hingegen, daß diese Stillgewässer von den Silbersee-Abstromwässern wohl größtenteils unterflossen werden.

Phosphat

Phosphat-Gehalte von <0,05 mg/l sind in Franken meist geogenen Ursprungs. Höhere Werte deuten i.a. auf anthropogene Beeinflussungen hin. Die Ursachen hierfür können z.B. in landwirtschaftlichem Gülle- sowie Kunstdüngeraustrag oder auch infolge Waschmittel-Abwasserversickerung durch z.B. defekte Kanalisationsabschnitte begründet sein. Die Trinkwassergrenze liegt bei 6,7 mg/l PO43- (=5 mg/l P2O5).

Gerade die vergleichsweise hohen Phosphatwerte in den "Anstrombrunnen" B 01 und B 05 werden vermutlich durch die Abwassersickerung infolge alter und z.T. defekter Kanalisationsanschlüsse und -rohre in den südlich gelegenen Stadtteilen Neusselsbrunn und Langwasser verursacht. In den Grundwässern des Silberbucks halten sich die Phosphatgehalte im eher unauffälligen Rahmen; lediglich im Wasser des Flachpegels FP 01 konnten im September 1999 und im März 2001 erhöhte Werte beobachtet werden.

Phosphat-Meßwerte 02/99 - 03/01

Die Oberflächengewässer wiesen eine vergleichsweise geringe Phosphatbelastung auf, welche möglicherweise durch die Defäkation der Wasservögel und Fische bedingt sein kann.

Gesamthärte, Carbonathärte

Die Wasserhärten Gesamthärte und Carbonathärte sind im Bereich von Altablagerungen oft deutlich erhöht im Vergleich mit den "normalen" Verhältnissen im Umfeld der Deponie.

Die Gesamthärte ist definiert als die Summe aller Erdalkali-Ionen; dies sind v.a. Calcium und Magnesium. In Lösung sind diese "gepaart" mit Chloriden, Sulfaten, Carbonaten und anderen Anionen. Hingegen umfasst die Carbonathärte nur die Carbonate dieser Ionen, in der Regel ist sie also niedriger als die Gesamthärte. Bei hohen Kohlensäuregehalten (bedingt durch die CO2-Produktion im Deponiekörper) kann die Carbonatkonzentration die Summe der Erdalkali-lonen überschreiten. In diesem Fall findet man die scheinbare Carbonathärte, deren Wert den der Gesamthärte übersteigt. Bei der Bestimmung der Carbonathärte gilt: 1°dH = 10 mg/l CaO = 7,14 mg/l Ca. Die Trinkwassergrenze liegt bei 400 mg/l Ca.

Carbonathärten-Meßwerte 02/99 - 03/01

Die während des zweijährigen Untersuchungszeitraumes beobachteten Meßwerte der Carbonathärtegrade zeigten, daß im "Anstrombrunnen" B 01 stets die niedrigsten Gehalte auftraten; dessen Werte um 5°dH mögen den geogenen Background im Nürnberger Keuper repräsentieren. Die südlich der Baugrube gelegene Bohrung B 05 scheint bereits von den Deponieablagerungen beeinflusst zu sein. In den Grundwässern unter dem Ostteil der Deponie, in den Flachpegeln am südöstlichen Uferrand sowie im Silbersee selbst und letztlich im nördlichen Abstrom des Sees steigen die Härtegrade sehr stark an, was auf die Auslaugungen der sehr großen Bauschuttablagerungen im östlichen Deponiegebiet zurückzuführen ist. Die wieder stark verringerten Härtegrade in den nördlich vorgelagerten Stillgewässern sind wiederum ein Hinweis auf die vorherrschende Unterströmung dieser Teiche durch die kontaminierten Deponiewässer.

Gesamt- u. Carbonathärten 03/01

Die -- in den Grund- und Oberflächengewässern des Untersuchungsgebiets -- im März 2001 beobachteten Gesamt- und Carbonathärtegrade wurden in einer Flächenmodellierung gegenübergestellt. Hier zeigt sich eindeutig, daß sich die Bereiche mit den höchsten Gesamthärtegraden auf die mächtigen Bauschuttablagerungen im Silberbuck konzentrieren. Die Bereiche der Carbonathärten zeigen ein ähnliches, wenn auch etwas diffuseres Verteiliungsmuster. Auffällig war, daß in der -- in unmittelbarer Nähe zum Silbersee gelegenen -- Tiefbohrung B 06 nur geringe Härtegrade auftraten, während das Oberflächenwasser des Sees von der Kontaminationsfahne voll erfasst wird. Die nördlich gelegenen Stillgewässer werden -- bis auf den Kleinen Dutzendteich -- von den Kontaminanten nur verhältnismäßig gering berührt, was auf eine weitgehende Grundwasserunterströmung hindeutet.

Arsen

Deponiesickerwässer enthalten oft erhöhte Arsenkontaminationen, wobei als Eintragsquellen z.B. eingelagerte Müll- und Steinkohlenaschen, Gießereischutt und metallurgische Schlacken, Farben und Chemikalienreste u.ä. angeführt werden können. Einschränkend muß allerdings bemerkt werden, daß in Deutschland in verschiedenen Grundwasserregionen auch erhöhte geogene Arsen-Konzentrationen (> 5 µg/kg) beobachtet wurden. So konnten in den Grundwässern des fränkischen Keuperbeckens hohe Arsenkonzentrationen bis über 100 µg/kg nachgewiesen werden, wobei sedimentäres Arsen in Gesteinsprofilen als eine Ursache für Grundwasser-Belastungen angesehen wird (vgl. HEINRICHS 1996, 1998).

Beim Menschen wird das durch die Darmschleimhaut aufgenommene Arsen zunächst in der Leber, später insbesondere in der Haut gespeichert und nur langsam über die Nieren wieder ausgeschieden, wobei bis 0,15 mg/l As als normale Ausscheidungsrate gelten. Bei erhöhter Zufuhr besteht Kumulationsgefahr, was neben den bekannten toxischen Arsenschäden auch zur Bildung maligner Tumore führen kann. Im Körper ist das dreiwertige Arsen beständig und wirksam, wobei aber auch fünfwertiges Arsen zu dreiwertigem reduziert werden kann. Arsen hat eine hohe Affinität zu Sulfhydrilgruppen: Im menschlichen Körper führt dies zur einer Blockade deren Funktionen im Redoxsystem und somit zu einer Minderung des Glutathions. Hierdurch wird die innere Atmung herabgesetzt und der Gewebsstoffwechsel eingeschränkt. Die Trinkwassergrenze für Asges. liegt bei 0,01 mg/l.

Flächenmodell Arsen-Meßwerte 03/01

Das Flächenmodell der Arsenbelastung in den Grund- und Oberflächengewässern im Dutzendteichgebiet im März 2001 zeigt eindeutige, starke Arsenpeaks bis 0,3 mg/l in den Grundwässern unter dem Silberbuck sowie in der Bohrung B 07 im nördlichen Abstrom des Silbersees. Im Oberflächenwasser des Silbersees und in den nördlich gelegenen Stillgewässern konnten keine Arsenbelastungen beobachtet werden.

Eisen

In Deponiewässern mit niedrigen Sauerstoffgehalten und reduzierenden Milieu treten oft Eisengehalte über 0,1 mg/l auf. Das im sauerstoffarmen Tiefenwasser enthaltene zweiwertige Eisen ist besonders empfindlich gegen Luftzutritt, wobei es in dreiwertige Eisenverbindungen umgewandelt wird und aufgrund deren geringer Löslichkeit als bräunlichflockiges Fe3+-Oxyd-Hydrat ausfällt. Hierbei können auch in Spuren enthaltene Schwermetalle infolge Komplexbildung mit ausgefällt werden. Die Trinkwassergrenze für Fe liegt bei 0,2 mg/l.

Flächenmodell Eisen-Meßwerte 03/01

Die im März 2001 beobachteten Eisengehalte in den Grund- und Oberflächengewässern des Untersuchungsgebiets sind im Flächenmodell dargelegt: Hier zeigt sich, daß sich die Areale mit erhöhten Eisengehalten im Grundwasser wesentlich diffuser verteilen als z.B. die am gleichen Tag gemessenen Arsenkontaminationen.

Sehr hohe Fe-Belastungen bis 4,6 mg/l traten v.a. im Bereich des südöstlichen Silberseeufers auf sowie in der Bohrung B 04, in deren Wasser stets große Mengen an Eisenoxidhydratflocken beobachtet werden konnten. Die hohe Mobilität der Eisenverbindungen wird dadurch unterstrichen, daß Fe-Gehalte bis 0,1 mg/l auch in den nördlich gelegenen Stillgewässern auftraten.

adsorbierbare organische Halogenverbindungen

Ein wichtiger Leitparameter für industrielle Abfälle ist der AOX-Wert (adsorbierbare organische Halogenverbindungen). Er weist als Folge der heutigen breiten Anwendung von chlororganischen Verbindungen eine allgemeine Hintergrundbelastung von ca. 10 µg/l auf. Der AOX-Wert gilt als ein Summenparameter, der die meisten Halogen-Kohlenwasserstoffe erfaßt. Um welche Stoffe es sich im einzelnen handelt, ist schwer definierbar. In den Deponieablagerungen im Silberseegebiet könnten es beispielsweise sein

Diese organischen Halogenverbindungen kommen mit wenigen Ausnahmen in der Natur nicht vor; sie stammen also in der Regel aus industriellen Prozessen. Viele dieser Stoffe haben schädliche Eigenschaften wie z.B.:

Diese Merkmale sind außerordentlich unterschiedlich ausgeprägt, vom biologisch unbedenklichen Flourchlorkohlenwasserstoff (FCKW) bis zum "Ultragift" 2,3,7,8-Tetrachlordibenzodioxin ("Seveso-Dioxin"). Wegen der Vielzahl möglicher Verbindungen gibt es aber derzeit nur für die folgenden Stoffe Grenzwerte:

Im Wasserhaushaltsgesetz sind davon nur die LHKW geregelt. Vorschriften für die anderen Stoffe sind in mehreren Umweltschutzregelungen verstreut. Um das weite Feld der insgesamt potentiell als gefährlich angesehenen organischen Halogenverbindungen abzudecken, werden diese über den Summenparameter AOX erfaßt und undifferenziert hinsichtlich ihrer individuellen Gefährlichkeit mit einem Grenzwert beschränkt. Dieses Vorgehen wurde vom Gesetzgeber aus Gründen der Praktikabilität gewählt und ermöglicht im Rahmen des AOX-Grenzwertes von 1 mg/l für Abwässser von z.B. metallverarbeitenden Betrieben das Ableiten von halogenorganischen Verbindungen im Abwasser ohne individuelle Prüfung.

Für AOX-Konzentrationen im Grundwasser gelten die folgenden Einschätzungen:

Zur Bestimmung der AOX-Gehalte in den Grund- und Oberflächenwässern des Silberseegebietes wurde das coulometrische Verfahren gemäß DIN 38409 H 14 angewandt. Hier erfolgt die Bestimmung der organisch gebundenen Halogene über die Bindung der AOX an Aktivkohle, gefolgt von Verbrennung und anschließender elektrochemischer Titration.

AOX-Meßwerte 02/99 - 03/01

Insgesamt ergibt sich im Gebiet von Silbersee und Silberbuck das Bild einer starken Kontamination von Grund- und Seewasser. Die AOX-Gehalte bewegen sich in Bereichen zwischen ca. 300 bis 900 µg/l, wobei selbst die aus dem Oberflächenwasser des Silbersees entnommenen Wasserproben keine signifikanten Unterschiede zu den Grundwässern der Deponie aufweisen. Selbst im Anstrombereich der Deponie konnte im März 1999 in der Bohrung B 05 ein AOX-Wert von > 300 µg/l beobachtet werden, wobei als Emmissionsquelle das -- ehemals auf den heutigen Gelände der "NürnbergMesse" gelegene -- Tanklager der US-Streitkräfte zu vermuten ist. Im nördlichen Abstrombereich des Silbersees treten in den Grundwässern der Bohrungen B 04 und B 07 ebenfalls hohe AOX-Gehalte auf, während die unmittelbar nördlich anschließenden Flachgewässer der Dutzendteiche nur relativ geringe AOX-Kontaminationen aufweisen; die Eigenschaft der chlorierten Kohlenwasserstoffe als "Sinker" wird hierdurch eindrucksvoll unterstrichen.


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* last Update: Donnerstag, 10. November 2011 16:25