Frischwasser marsch!

Der Meiereibach könnte wieder an den Darmbach angeschlossen werden. So ließe sich das Trockenfallen des Darmstädter Bachs in den Sommermonaten verhindern, die Wasserqualität des Großen Woogs verbessern – und dauerhaft Geld sparen. Das bisher stärkste Gegenargument, die Phosphatbelastung des Meiereibachs, scheint durch die Ergebnisse eines Projekts mit Beteiligung der Hochschule Darmstadt entkräftet zu sein.

Auch wenn die mittlerweile spätsommerlichen Temperaturen und die nun wieder häufigeren Regenfälle die Brisanz der Thematik abzumildern scheinen – die Klimaprognosen für die kommenden Sommer mahnen zu einer Lösung. Die immer länger andauernden Trockenperioden der vergangenen beiden Jahre haben die Wasserqualität des Darmstädter Badesees Großer Woog so sehr beeinträchtigt, dass das Baden immer wieder vorübergehend aufgrund einer verstärkten Konzentration mit Cyanobakterien eingestellt werden musste. Die Problematik besteht überwiegend im Sommer. In den übrigen Jahreszeiten führt der Darmbach mitunter sogar dreimal mehr Wasser als der relativ konstant viel Wasser führende Meiereibach. Seit vielen Jahren wird daher die Idee diskutiert, den Meiereibach nicht mehr wie bisher in die Kanalisation, sondern – wie ursprünglich vor 1930 – wieder in sein ursprüngliches Flussbett und damit in den Darmbach einzuleiten. Das könnte den Wasserzufluss in den Woog ganzjährig sicherstellen.

„Die Diskussion um den Phosphatgehalt des Meiereibachwassers stand der Realisierung des Vorhabens bisher im Weg“, sagt Professor Dr. Stefan Krause von der Hochschule Darmstadt. Er betreut im Fachbereich Bauingenieurwesen den Bereich Siedlungswasserwesen und Umwelttechnik – und beschäftigt sich seit 2011 mit der Wasserqualität des Meiereibachs. „Phosphor kommt in einem natürlichen Gewässer in gelöster Form als Phosphat und teils als organisch gebundener Phosphor vor, zum Beispiel aus pflanzlichen oder tierischen Rückständen. Der Meiereibach weist bereits an der Quelle einen Phosphatgehalt von etwa 0,09 Milligramm pro Liter auf“, berichtet Krause. Eine erhöhte Phosphorzufuhr störe das natürliche Gleichgewicht in einem stehenden oder langsam fließenden Gewässer. „Es kann zu einer Eutrophierung kommen, also zu einem unerwünschten Algenwachstum durch den Nährstoffanstieg“, erklärt Krause.

Gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinien für Fließgewässer wird die Grundphosphatmenge im Meiereibach in Kategorie 2 eingestuft. Das gilt als niedrig und bescheinigt einen „guten Zustand“. Mehr noch: Der Meiereibach hat sogar Trinkwasserqualität. Für ein stehendes Gewässer wie den Woog gilt die Phosphatmenge jedoch als zu hoch. Dies fasst im Wesentlichen auch die Argumentation jener zusammen, die den Wiederanschluss skeptisch sehen, dazu gehören unter anderem die Bürgerinitiative „Woogsfreunde“ oder deren befreundeter Schwimmclub „Die Schlammbeißer“.

 

  • Zuverlässige Quelle: Die Dreibrunnenquelle nahe des Darmstädter Oberfelds speist den Meiereibach konstant mit Wasser. Da Darmbach und Großem Woog in den Sommermonaten Wasser fehlt, gibt es schon lange Überlegungen, den Meiereibach an den Darmbach anzuschließen. (Alle Bilder: h_da/Britta Hüning)

  • Gewölbe mit Geschichte: Hinter der ausnahmsweise geöffneten Messingtür des Brunnens ist die Kammer mit dem Quellwasser zu sehen. Dessen Phosphatgehalt ist wegen natürlicher Gesteinsablagerungen erhöht – was gegen eine Einleitung in den Darmbach spricht.

  • Phos-pfad-finder: Stefan Krause, Professor im Bereich Siedlungswasserwesen und Umwelttechnik an der Hochschule Darmstadt (links), und Nicolas Hahn, Masterabsolvent des Studiengangs Umweltingenieurwesen, suchen nach Wegen, den Phosphatgehalt des Wassers zu senken.

  • Probenehmer: Nicolas Hahn, der die an der Quelle installierte Versuchsanlage sechs Monate lang betrieben hatte, füllt die aus dem unbehandelten Wasser entnommene Probe in ein Schraubglas. Der Phosphatgehalt soll später im Labor bestimmt werden.

  • Gruppenbild mit Probe: Nicolas Hahn und Prof. Dr. Stefan Krause treffen an der Dreibrunnenquelle zwei weitere maßgeblich am Projekt Beteiligte: den Limnologen Dr. Reiner Plasa und Sven Burk vom Straßenverkehrs- und Tiefbauamt der Stadt Darmstadt (rechts).

  • Saubere Arbeit: In einem Laborraum im ersten Stock der Wasserbauhalle auf dem Zentralcampus der h_da nimmt Stefan Krause mit einer Pipette eine Probe aus dem Schraubglas.

  • Scharfer Blick: Die leichte Färbung des in ein Röhrchen gefüllten Wassers rührt von einem zugegebenen Nachweisreagens her. Dieses bewirkt die Blaufärbung des Wassers, sofern es Phosphat enthält.

  • Leicht erhöht: Der im Fotometer bestimmte Phosphatgehalt von 0,139 Milligramm pro Liter liegt in dem Spektrum, das die zahlreichen Messungen am Quellwasser konstant ergeben haben. Die Versuchsanlage schaffte es problemlos und dauerhaft, diesen Wert unter die geforderten 0,04 Milligramm zu drücken.

  • Simpel, aber wirksam: Der Adsorptionsbehälter, Kern der Versuchsanlage, steht inzwischen in der Wasserbauhalle der h_da. Der rund einen Meter hohe Behälter war etwa zur Hälfte mit dem Granulat befüllt, an dem sich das Phosphat des Quellwassers angelagert hat. Die auf dem Boden stehende kleine Pumpe genügte, um das Wasser in den Behälter zu fördern.

  • Natürlich aufnahmefähig: Dieses granulierte Eisenhydroxid dient als Adsorptionsmittel. Eisenhydroxide sind natürliche Bestandteile in Gesteinsschichten und Gewässern. Das im Versuch eingesetzte Granulat wird zwar synthetisch hergestellt, ist aber sogar zur Aufbereitung von Trinkwasser zugelassen – und wird auch andernorts in der Gewässersanierung angewandt.

  • Steter Tropfen: Bis der Phosphatgehalt des aus diesem Hahn kommenden Quellwassers auf ein Minimum reduziert wird, muss noch einiges Wasser den Meiereibach hinunterfließen. Mehrere Planungsphasen, eine positive Magistratsentscheidung und die Genehmigung des Regierungspräsidiums sind Voraussetzung für Ausschreibung und Bau. Läuft all das flüssig, könnte 2021 mit dem Bau der Anlage begonnen werden.

Frischwasser für den Woog: Nicht der erste Anlauf

In Sichtweite des Hofguts Oberfeld – ungefähr 200 Meter stadtauswärts – liegt, durch eine unscheinbare Einfahrt erreichbar, die Quelle des Meiereibachs: die „Dreibrunnenquelle“. Von der Straße aus nicht direkt einsehbar, gelangt man über zwei Treppen links und rechts der Quelle in den tieferliegenden Bereich der Anlage. Hier, am Fuß einer hohen Wand, befinden sich die drei Brunnenkammern – versehen jeweils mit einem Bronzerelief des Darmstädter Bildhauers Gotthelf Schlotter. Auf der mittleren Platte lässt sich das Relief eines Löwenkopfes erkennen. Hier ist auch die Zapfstelle eingerichtet, an der jede und jeder sich Wasser abfüllen kann.

An diesem historischen Ort trifft Krause an einem Septembermorgen mit Sven Burk vom Straßenverkehrs- und Tiefbauamt der Stadt Darmstadt, Dr. Reiner Plasa vom Büro für Gewässerökologie aus Erzhausen und Nicolas Hahn, Masterabsolvent des Studiengangs Umweltingenieurwesen der h_da, zusammen. Die kleine Gruppe blickt auf eine längere gemeinsame Projektgeschichte zurück. Die Versuchsergebnisse von Professor Krause und seinen Studierenden und ihr im Frühjahr 2019 vorgelegter Abschlussbericht bringen das Vorhaben seiner Realisation nun einen großen Schritt näher. Die Stadt Darmstadt, die auch Auftraggeber des Meiereibach-Projekts ist, hat nun erste Planungsschritte für den Wiederanschluss an den Darmbach unternommen.

„Der mögliche Wiederanschluss des Meiereibachs an den Großen Woog begleitet uns schon eine geraume Zeit“, berichtet Sven Burk. „Den Anfang nahm alles mit der Diskussion um die Abkopplung des Darmbachs vom Kanalnetz in Verbindung mit der Einführung der gesplitteten Abwasserkosten im Jahr 2000. Wir suchten nach einer Lösung. Unter Aufforderung des Regierungspräsidiums Darmstadt keimte erstmals die Idee, den Ursprungszustand der Fließwege vor 1930 wiederherzustellen.“ Damals durchfloss der Meiereibach nach einem Grünzug am Hofgut Oberfeld, dem Gelände des Aquarien- und Terrarienvereins „Hottonia“ und dem Judenteich noch den botanischen Garten und mündete in den Darmbach, der den Großen Woog speist. Zunächst habe man prüfen müssen, ob durch die nahegelegene, bis 1967 betriebene Mülldeponie am Glasberg, auf der heute das Hochreservoir der Darmstädter Wasserversorgung steht, eine mögliche Bodenbelastung durch Schwermetalle oder Keime bestehe. Diese Befürchtungen konnten widerlegt werden.

Jedoch fand man etwas anderes im Wasser: Phosphor. Man nahm zunächst an, dass die Belastung auf die in der Nähe der Quelle betriebene Landwirtschaft zurückzuführen sei und hoffte, dass sich das Problem mit dem Ökolandbau durch das Hofgut Oberfeld von selbst erledigen würde. Dem war jedoch nicht so. Verschiedene Ansätze und Versuche, die Belastung zu senken, blieben ohne Erfolg. Später wurde der Grünzug vor der Quelle renaturiert.

Lösungsansatz im letzten Anlauf

„Das Vorhaben stand schon kurz vor dem Aus. Nichts schien zu funktionieren“, denkt Burk zurück. Dann initiierte die Stadt einen weiteren, womöglich letzten Anlauf mit Unterstützung von Dr. Reiner Plasa. Der studierte Biologe und Chemiker ist als Limnologe Fachmann für Binnengewässer als Ökosysteme. Plasa unternahm die ersten Studien zur Phosphatreduktion und erstellte für die Stadt ein Gutachten. Das legte die Adsorption des Phosphats an Granulaten als wirtschaftliche und ökologische Methode nahe. Dr. Plasa blieb auch involviert, als man 2011 mit Professor Krause die Hochschule Darmstadt ins Boot holte. „Professor Krause und ich haben gemeinsam überlegt, welche Lösungen denkbar wären, ohne dafür hier oben eine große Anlage hinzustellen. Denn die Brunnenanlage steht ja unter Denkmalschutz“, erzählt Plasa. Um unterschiedliche Ansätze zu prüfen, vergab Professor Krause anschließend mehrere Bachelor- und Masterarbeiten. Ein wichtiges Ergebnis aus den untersuchten Boden- und Gesteinsproben lautet: Der Phosphatgehalt des Meiereibachwassers ist geogenen Ursprungs, also natürlicher Herkunft und resultiert aus Gesteinsablagerungen.

„Nach diversen Versuchsreihen entlang des Bachlaufs, in denen nun auch bereits granuliertes Eisenhydroxid zum Einsatz kam, wurde deutlich, dass eine Phosphatreduzierung direkt an der Quelle sinnvoll ist, da sich der Phosphatgehalt im Verlauf des Meiereibachs nicht wesentlich verändert“, kommentiert Krause. „Das für die Kanalisation zuständige Straßenverkehrs- und Tiefbauamt beauftragte uns als h_da dann offiziell mit der Planung, dem Aufbau und Betrieb einer größeren Versuchsanlage im Quellbereich des Meiereibachs“, so der Professor weiter. Außerdem forderte das gewünschte Konzept die Vorplanung eines ersten Entwurfs einer möglichen großtechnischen Anlage inklusive einer Jahreskostenschätzung.

Projektstart im Frühjahr 2018

Im Frühjahr 2018 schließlich startet der Darmstädter Magistrat das Projekt offiziell. Die von Reiner Plasa vorgeschlagene und von den h_da-Forschenden untersuchte Methode der Adsorption an Granulat basiert auf der Adsorptionsfähigkeit von Phosphaten an Eisenhydroxid. Vorteil dieser chemischen Methode ist, dass keine weiteren Chemikalien ergänzt werden müssen und die Reststoffentsorgung unbedenklich ist. Eisenhydroxide selbst sind natürliche Bestandteile in Flüssen, Seen und Sedimenten, die bei der Verwitterung eisenhaltiger Gesteinsmineralien freigesetzt werden. Das in der Versuchsanlage eingesetzte Eisenhydroxid-Granulat wird synthetisch hergestellt, eignet sich besonders zur Phosphatentfernung und ist zur Aufbereitung von Trinkwasser zugelassen. „Laut Herstellerangaben wird es auch bereits zuverlässig in der Gewässersanierung sowie Nährstoffelimination von Natur- und Badeseen angewandt. Es besteht also kein Grund zur Sorge, dass der Woog durch die Einleitung chemischer Stoffe seinen Status als Naturbadesee verliert“, betont Krause.

„Während des gesamten Projekts standen wir regelmäßig im Austausch mit allen Interessenvertretern. Allen voran natürlich mit dem Magistrat und allen im Vorfeld beteiligten Experten, aber auch mit Gruppen, die dem Vorhaben in Teilen noch skeptisch gegenüberstehen, wie beispielsweise der Bürgeraktion ‚Woogsfreunde‘“, erläutert Krause während er die Brunnenkammer rechts des Reservoirs öffnet. Hier war die Versuchsanlage während der sechsmonatigen Versuchsphase untergebracht. Hinter der Messingtür, die Krause öffnet, zeichnet sich im Schein einer Taschenlampe ein Gewölbe ab. Unten am Boden reflektiert Wasser die Lichtstrahlen. Die Komponenten der Versuchsanlage stehen inzwischen in der Wasserbauhalle auf dem Zentralcampus der h_da.

Für Nicolas Hahn, der im Rahmen seines wissenschaftlichen Forschungsprojektes an der Anlage gearbeitet hat, ist das Treffen an der Quelle die Rückkehr zu einem wohlvertrauten Ort. Ein Kommilitone hatte die Anlage aufgebaut und seine Bachelorarbeit darüber geschrieben. Dann stieg Hahn in das Projekt ein. „Meine Aufgaben waren der Betrieb und die Analyse in den letzten sechs Monaten des Projekts zwischen Juli und Dezember 2018. In dieser Zeit war ich etwa dreimal pro Woche hier oben, um den Durchfluss zu kontrollieren und sicherzustellen, dass das Granulat sich nicht verblockt, also festsetzt. Dazu musste ich regelmäßig Rückspülungen machen. Außerdem habe ich Proben vom Zu- und Ablauf der Anlage genommen und sie im Umweltlabor der Hochschule analysiert.“

Wasserfilter im großen Maßstab

„Die Funktionsweise des in unserer Anlage eingesetzten Filtersystems muss man sich in etwa so vorstellen, wie bei einem Filter zur Wasseraufbereitung in Haushalten“, sagt Professor Krause. „Die Phosphate werden durch das Granulat im Filter adsorbiert, also gebunden, indem sie sich an die am Granulat befindlichen freien Plätze setzen. Und wie man das auch von seinem Wasserfilter zu Hause kennt: Irgendwann ist die Beladungskapazität erreicht, alle Plätze sind besetzt und der Filter muss in regelmäßigen Abständen getauscht werden. Unser Filter hielt sogar länger als vermutet – etwa sechs Monate. Die Phosphor-Elimination lag zu Anfang bei 90 Prozent, zum Versuchsende noch etwa bei 70 Prozent. Aber auch damit unterschreiten wir die Zielvorgabe des Regierungspräsidiums von 0,04 Milligramm pro Liter deutlich“, freut sich Krause.

Die Ergebnisse aus der Versuchsanlage liefern eine zuverlässige Bemessungsgrundlage für den zweiten Teil des Auftrags: die Vorplanungen zu einer möglichen großtechnischen Anlage. Neben Kapazität und Platzbedarf der Anlage haben Krause und seine Studierenden auch Faktoren wie Wirtschaftlichkeit und Kosten eruiert. Der Bericht empfiehlt klar, den dargestellten Ansatz der Phosphatreduktion weiter zu verfolgen und, auf Basis der errechneten Kapazitäten, den Einsatz von drei Adsorptionsfiltern. Diese könnten aufgrund des ermittelten Platzbedarfs entweder im Innern der Dreibrunnenquelle oder aber auf der Freifläche oberhalb des Quellbereichs untergebracht werden. Diskutiert wird zudem eine unterirdische Lösung. „Was die Kosten betrifft, so schätzen wir den Investitionsbedarf für die Anlage auf etwa 112.000 Euro mit einem zusätzlichen geschätzten jährlichen Aufwand von ungefähr 17.000 Euro ohne Personalkosten“, erklärt Krause. „Auf lange Sicht gesehen, lohnt sich die Investition aber sicher. Nicht nur, weil sie sich mit den eingesparten Abwasserkosten amortisieren könnte, sondern natürlich auch, weil der Woog weiterhin als Badesee genutzt werden kann.“

Im Februar 2019 haben Stefan Krause und sein Projektteam die Versuche abgeschlossen, im Mai dann ihren Abschlussbericht vorgelegt. Als eine Art Machbarkeitsstudie bildet dieser eine wichtige Grundlage für die weiteren Schritte: Die Stadt beauftragt nun Vor-, Entwurfs- und Genehmigungsplanung, ist mit mehreren Ingenieurbüros in Kontakt. „Dank der Versuche wissen wir jetzt, dass es technisch funktioniert“, sagt Sven Burk. Bis die Pläne so weit sind, dass sie dem Magistrat zur Entscheidung vorgelegt werden können, wird noch einige Zeit vergehen. Sollte der Magistrat das Vorhaben beschließen und das Regierungspräsidium zustimmen, folgen Ausführungsplanung und Ausschreibung. „Sofern es keine größeren Verzögerungen gibt, könnte der Bau noch 2021 beginnen“, schätzt Sven Burk. Noch seien aber die besagten Schritte zu gehen und viele Beteiligte einzubeziehen.

Knackpunkt Akzeptanz

Dr. Plasa, der den jetzt vor der Umsetzung stehenden Ansatz ins Spiel gebracht hat, ist zuversichtlich, was eine Lösung angeht: „Technisch ist das definitiv machbar. Aber die Anlage müsste relativ groß werden – und die Technik muss irgendwo untergebracht werden.“ Plasa hält die Akzeptanz einer solchen großen Anlage in der Bürgerschaft für die Gretchenfrage. „Aber das ist letztlich eine Frage der technischen Ausführung und des Standorts. Wenn das gut gemacht wird, ist es kein Problem. Ich hoffe, dass die Diskussionen darüber sachlich geführt werden.“ Die h_da würde das Bauvorhaben weiterhin als beratende Instanz partnerschaftlich begleiten und auch an der fertigen Anlage die wissenschaftliche Betreuung übernehmen.

Auch Professor Krause sieht der Umsetzung optimistisch entgegen: „Die Wahrscheinlichkeit, dass der Darmbach in den nächsten Sommern wieder trockenfällt, ist sehr hoch. In diesem war er bereits seit Mai komplett ausgetrocknet. Das hat Auswirkungen auf den Wasserstand im Woog – aktuell fehlen hier 50 Zentimeter. Das sind dann vermutlich überzeugende Argumente, die für einen Anschluss sprechen.“

Autorin

Nadine Bert
September 2019

Kontakt

Daniel Timme
Hochschulkommunikation
Tel.: +49.6151.16-37783
E-Mail: daniel.timme@h-da.de

Die „Drei Brunnen“

Die Dreibrunnenquelle, an der die Versuche des Projektes ansetzen, wurde bereits vor 1538 gefasst und als Wasserreservoir genutzt. Gegen Ende des 16. Jahrhunderts, war die sogenannte Dreibrunnenleitung die wichtigste Wasserversorgung der Stadt Darmstadt. Um die Quelle ranken sich Legenden und Geschichten. So soll der Klapperstorch hier die Kinder aus dem Wasser fischen und auch Ernst Elias Niebergall lässt eine Szene seines „Datterich“ hier spielen – beide Erzählungen finden sich auf den Bronzereliefs der Brunnenkammern wieder. 1987 wurde die bis dahin verwilderte Anlage wieder instand gesetzt. Mit ihrer baukünstlerischen und stadtgeschichtlichen Relevanz zählt die Brunnenanlage heute zu den Kulturdenkmälern Darmstadts.