Auflistung nach Autor:in "Fuchs, Stephan"

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Belastung der Umwelt mit Bioziden realistischer erfassen - Schwerpunkt Einträge über Kläranlagen
(Umweltbundesamt, 2020) Fuchs, Stephan; Toshovski, Snezhina; Kaiser, Maria; Karlsruher Institut für Technologie. Institut für Wasser und Gewässerentwicklung; Technologiezentrum Wasser (Karlsruhe); Deutschland. Umweltbundesamt; Meier, Christiane; Pohl, Korinna
In Ablaufproben von 29 kommunalen Kläranlagen wurden 26 Biozidwirkstoffe und Transformationsprodukte analysiert. An fünf Standorten wurden zusätzlich Zulauf- und Schlammproben sowie die konventionellen Abwasserparameter analysiert, um die Auswerte- und Interpretationssicherheit zu erhöhen. Weiterhin wurden zwei Regenklärbecken und sechs Regenüberlaufbecken beprobt. Über eine angepasste Probenahmestrategie (Langzeitmischproben, großvolumige Feststoffsammler) wurde die Variabilität der Einzelbefunde deutlich reduziert und aufgrund der Anwendung sensitiver Analyseverfahren konnten für die meisten der betrachteten Stoffe Bestimmungsgrenzen im Bereich der stoffspezifischen Umweltqualitätsnorm (UQN) oder der vorausgesagten Konzentrationen ohne Effekte auf die Umwelt (PNEC) erreicht werden. Aus dem Projekt resultierten über 450 Proben, in denen die Biozidwirkstoffe und Transformationsprodukte analysiert wurden. Die meisten der betrachteten Stoffe konnten oberhalb der Bestimmungsgrenzen nachgewiesen werden. Sechs Biozide wurden nie in Konzentrationen oberhalb der Bestimmungsgrenze gemessen, so dass für diese Stoffe keine fundierte Aussage über die Relevanz von Kläranlagen für die Gewässerqualität getroffen werden kann. Mittlere Rückhalteleistungen konnten für 16 Stoffe abgeleitet werden. Für 12 Einzelstoffe wurden repräsentative mittlere/mediane Konzentrationen und Emissionsfaktoren abgeleitet, die es erlauben die mittlere Emissionssituation in Deutschland zuverlässig zu erfassen. Erstmalig konnten valide mittlere Konzentrationen in Beziehung zu Umweltqualitätskriterien, wie UQN oder PNEC, gesetzt werden. Quelle: Forschungsbericht
Effizienz von Maßnahmen zur Reduktion von Stoffeinträgen
(Umweltbundesamt, 2017) Fuchs, Stephan; Weber, Tatyana; Wander, Ramona; Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (Karlsruhe); Gesellschaft für Boden- und Gewässerschutz e.V.; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Ullrich, Antje
Im Rahmen des Vorhabens wurde das Modellwerkzeug MoRE (Modelling of Regionalized Emissions) zu einem strategischen Planungsinstrument weiterentwickelt, mit dem der Ist-Zustand der Einträge in Gewässer beschrieben sowie strategische Maßnahmen bewertet werden können. Hierzu wurden die auf Ebene der Länder und Flussgebietsgemeinschaften im Rahmen der ersten Bewirtschaftungspläne der Wasserrahmenrichtlinie entwickelten Ansätze zur Eintragsmodellierung und Maßnahmenentwicklung analysiert. Bei Eignung wurden die Ansätze oder Eingangsdaten in das bundeseinheitliche Modell übernommen, teilweise wurden neue Ansätze entwickelt. Strategische Maßnahmen wurden in Zusammenarbeit mit den Ländern ausgewiesen. Zusätzlich wurde eine ökonomische Bewertungskomponente in MoRE implementiert, die eine Priorisierung verschiedener Einzelmaßnahmen oder Maßnahmenkombinationen erlaubt. Zudem wurde MoRE von technischer Seite erweitert, sodass nun die Modellierung mit Varianten von Eingangsdaten und Maßnahmen sowie mit einzelnen Punktquellen möglich ist. Die erzeugten Ergebnisse können auf Ebene von Planungseinheiten aggregiert werden. Zur Validierung der Stoffeinträge können in MoRE zudem beobachtete Gewässerfrachten ermittelt werden und diese den modellierten gegenübergestellt werden. So wurde ein Instrument geschaffen, welches zur Unterstützung der Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie und der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie insbesondere in Hinblick auf die Erstellung der zweiten Bewirtschaftungspläne beitragen kann. Quelle: Forschungsbericht
National nitrogen budget for Germany
(2021) Häußermann, Uwe; Bach, Martin; Fuchs, Stephan; Geupel, Markus
Emissions of reactive nitrogen (Nr) give rise to a wide range of environmental problems. Nitrogen budgets for various systems and on different scales are an established tool to quantify the sources and fate of Nr. The national nitrogen budget (NNB) for Germany calculates the nitrogen flows for eight pools: Atmosphere, Energy and Fuels, Material and Products in Industry, Humans and Settlements, Agriculture, Forest and Semi-natural Vegetation, Waste, and Hydrosphere, as well as for the transboundary N-flows. In Germany, in total 6,275 kt Nr a-1 has been introduced into the nitrogen cycle annually (mean 2010 to 2014), of which 43% stem from ammonia synthesis. Domestic extraction and import of nitrogenous fossil fuels (lignite, coal, crude oil) releases another 2,335 kt Nr a-1. Import of food, feed and materials contributes 745 kt Nr a-1, while biological N fixation converts 308 kt Nr a-1 into organically bound nitrogen. In terms of Nr sinks, the combustion and denoxing of fuels and the refining of crude oil converts 2,594 kt Nr a-1 to N2. In waters, soils, and wastewater treatment plants, denitrification leads to the release of 1,107 kt Nr a-1 as N2. Via the atmosphere and hydrosphere, Germany exports 755 kt Nr a-1 to neighbouring countries and into coastal waters. On balance, Germany releases 1,627 kt Nr a-1 annually to the environment. However, the NNB as a whole and the individual pool balances involve substantial uncertainties, which have to be considered when interpreting the results. ©2021 The Author(s)
Phosphoreinträge in die Gewässer bundesweit modellieren
(Umweltbundesamt, 2022) Fuchs, Stephan; Brecht, Katharina; Gebel, Michael; Karlsruher Institut für Technologie. Institut für Wasser und Gewässerentwicklung; VisDat geodatentechnologie GmbH; Deutschland. Umweltbundesamt; Ullrich, Antje
Für Oberflächengewässer kann bei partikulär transportierten Stoffen wie Phosphor die Erosion durch Wasser und der damit verbundene Feststoffeintrag eine der wichtigsten diffusen Eintragspfade sein. Diesen Pfad so genau wie möglich zu beschreiben, auch auf Bundesebene, ist daher für die Umsetzung einer notwendigen Eintragsminderung essenziell. Vor dem Hintergrund neuer bundesweit verfügbarer räumlich aussagefähigerer Datengrundlagen ist das übergeordnete Ziel des Vorhabens die Modellaussagen für den Eintragspfad Bodenerosion durch Wasser zu verbessern. Hierfür werden neben neuen Datengrundlagen auch weiterentwickelte methodische Ansätze zur Neuberechnung des Bodenabtrags und Sedimenteintrags verwendet. Die Modellierung wird in einem ersten Schritt rasterbasiert für ein Testgebiet (Kraichbach) durchgeführt. Die Ergebnisse werden validiert und die Übertragbarkeit der Ansätze auf die Bundesebene geprüft. Für die Validierung im erosionsgeprägten Kraichbach werden Daten eines langjährigen Feststoffmonitorings herangezogen. Gemessene Feststofffrachten und modellierte Sedimenteinträge zeigen eine sehr gute Übereinstimmung. Daher erfolgte in einem zweiten Schritt eine Übertragung der rasterbasierten methodischen Ansätze auf das Bundesgebiet. Für die Verarbeitung und Darstellung der Daten und Ergebnisse wurde eine Viewer-Oberfläche entwickelt. Die Ergebnisse wurden in das bundesweit genutzte Modellinstrument MoRE (Modeling of Regionalized Emissions) integriert. In MoRE wurden neben dem partikulären Eintrag über den Pfad Erosion auch die Eintragspfade Grundwasser und Oberflächenabfluss weiterentwickelt. Hier werden erstmals gelöste Phosphorkomponenten berücksichtigt. Im Ergebnis stehen bundesweite neue regionalisierte Ergebnisse für Phosphoreinträge in Oberflächengewässer zur Verfügung. Quelle: Forschungsbericht
Prioritäre Stoffe in kommunalen Kläranlagen
(Umweltbundesamt, 2020) Toshovski, Snezhina; Kaiser, Maria; Fuchs, Stephan; Karlsruher Institut für Technologie. Institut für Wasser und Gewässerentwicklung; Technologiezentrum Wasser (Karlsruhe). Abteilung Analytik und Wasserbeschaffenheit; BIOPLAN Landeskulturgesellschaft; Deutschland. Umweltbundesamt; Ullrich, Antje
Das Ziel dieses zwischen den Bundesländern koordinierten und methodisch harmonisierten Vorhabens war es, die vorhandene Datenbasis zur Quantifizierung der Einträge prioritärer Stoffe aus den urbanen Abwasserpfaden, insbesondere kommunalen Kläranlagen, zu verbessern. Hierzu wurden die Abläufe von 49 repräsentativ über Deutschland verteilten kommunalen Kläranlagen untersucht. Bei fünf der Anlagen wurden zusätzlich die Zuläufe und Schlammpfade untersucht, um Aussagen zum Stoffrückhalt auf den Kläranlagen treffen zu können. Weiterhin wurden zwei Regenklärbecken und sechs Regenüberlaufbecken beprobt. In den Zu- und Ablaufproben, die als Langzeit-Mischproben (7-Tage-Mischprobe) vorlagen, wurden 54 Einzelsubstanzen der Stoffgruppen Schwermetalle, Industriechemikalien, perfluorierte Verbindungen, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Pflanzenschutzmittel sowie typische Abwasserparameter analysiert. Hierbei kamen sensitive, teilweise neu entwickelte analytische Methoden zum Einsatz. Eine Reihe von Stoffen konnten in den Proben der unterschiedlichen Abwasserpfade an den Schnittstellen zu den Gewässern nicht oder nur in Einzelproben nachgewiesen werden. Für 20 Stoffe, die im Ablauf der Kläranlagen mit mehr als 50 % der Werte oberhalb der Bestimmungsgrenze analysiert wurden, konnten mediane und mittlere Ablaufkonzentrationen und Emissionsfaktoren abgeleitet werden. Für diese Stoffe ist eine Quantifizierung der mittleren Emissionen in Deutschland möglich. Für eine große Anzahl weiterer Parameter liegt eine solide Datengrundlage für weitere Aufgaben- und Fragestellungen vor. Quelle: Bericht
Schadstoffe aus kommunalen Kläranlagen
(2021) Fuchs, Stephan; Toshovski, Snezhina; Meier, Christiane; Sacher, Frank; Pohl, Korinna; Ullrich, Antje
Über das kommunale Abwassersystem wird eine Vielzahl von Stoffen in die Gewässer eingetragen. In einem von den Bundesländern und dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit finanzierten und koordiniert durchgeführten Untersuchungsprogramm wurden 49 Kläranlagen und ausgewählte Regenwasserbehandlungsanlagen auf prioritäre Stoffe und Biozid-Wirkstoffe untersucht. Ziel war die Schaffung einer validen Datenbasis zur Beurteilung der Relevanz urbaner Abwasserflüsse als Eintragspfade für Schadstoffe in die Gewässer. Die insgesamt 77 Stoffe waren unterschiedlich häufig im Ablauf der Kläranlagen und Regenwasserbehandlungsanlagen zu finden. Für 30 Stoffe konnten mittlere Ablaufkonzentrationen bestimmt und deutschlandweit anwendbare Emissionsfaktoren zur Quantifizierung der Stoffeinträge aus kommunalen Kläranlagen in die Gewässer abgeleitet werden. Quelle: In: Korrespondenz Abwasser, Abfall : KA ; Organ der DWA. - 68 (2021), Heft 5, Seite 357
Ubiquitäre Schadstoffe - Eintragsinventare, Umweltverhalten und Eintragsmodellierung
(2018) Fuchs, Stephan; Rothvoß, Shari; Toshovski, Snezhina; Karlsruher Institut für Technologie; Deutschland. Umweltbundesamt; Ullrich, Antje
Durch anthropogene Nutzungen ist eine Vielzahl von Stoffen ubiquitär in der Umwelt verteilt. Um festgelegte Umweltziele zu erreichen sind wirksame Maßnahmen umzusetzen. Voraussetzung ist die Kenntnis der wichtigsten Quellen und Eintragspfade. Modelle sind hier wichtige Werkzeuge. Dabei sind Modellaussagen unter anderem auf Grund von Daten- und Wissenslücken oft mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Um diese zu reduzieren, wurden basierend auf dem Umweltverhalten der Stoffe, ein systematischer Plausibilisierungsansatz für Modelleingangsdaten erarbeitet und Empfehlungen für zukünftige Arbeiten formuliert. Darüber hinaus wurde eine bundesweite Abschätzung der Einträge von Benzo(a)pyren umgesetzt.