Universität Osnabrück
Fachbereich Mathematik/Informatik

– Private Hausbrunnen –
Vergleichende Bewertung von Maßnahmen
zur Verbesserung der Trinkwasserqualität

Diplomarbeit zur Erlangung des Grades eines
Diplom-Systemwissenschaftlers
vorgelegt von: Volker Berding

29.10.1997

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Rechtsvorschriften ..... 3
2.1 Wasserhaushaltsgesetz (WHG).... 3
2.2 Trinkwasserverordnung (TrinkwV) .......... 3
2.3 Düngemittelgesetz (DMG)... 4
2.4 Düngeverordnung ..... 4
2.5 Die EU-Verordnung 2092/91......... 4
2.6 Die EU-Verordnung 2078/92......... 5

3 Aufbereitungsanlagen..........7
3.1 Einfüh 7
3.2 Aufbereitungsverfahren....... 7
3.2.1 Umkehrosmoseanlagen ..... 7
3.2.2 Ionenaustauschanlagen .....9
3.2.3 Biologische Aufbereitungsverfahren .... 10
3.3 Für diese Arbeit berücksichtigte Untersuchungen ........... 11
3.4 Ergebnisse .... 11
3.4.1 Umkehrosmoseanlagen ... 12
3.4.2 Ionenaustauschanlagen ... 15
3.5 Bewertung der Ergebnisse.......... 18
3.6 Zusammenfassung und Schlußfolgerung ..... 19

4 Anschluß an die öffentliche Versorgung ............ 23
4.1 Einf 23
4.2 Anschlußpreise der Wasserversorger... 23
4.3 Berechnung der Kosten .... 24
4.3.1 Vorgehensweise zur Kostenberechnung .... 24
4.4 Ergebnisse .... 28
4.5 Wirtschaftliche Bewertung der Maßnahme.......... 29
4.6 Ökologische und gesundheitliche Bewertung der Maßnahme ........... 30
4.7 Zusammenfassung und Diskussion ...... 31

5 Verlagerung von Brunnen und Tieferbohren........... 35
5.1 Br 35
5.2 Nitrat-Entlastungspotential .......... 35
5.3 Kosten 35
5.4 Bewertung der Maßnahme.......... 36
5.5 Zusammenfassung und Diskussion ...... 37

6 Nutzungsänderungen......... 39
6.1 Einführung ...... 39
6.2 Ursachen der Nitratbelastung des Grundwassers ........ 41
6.3 Stickstoff-Reduktionspotentiale in der Pflanzenproduktion......... 43
6.3.1 Pflanzengerechte Düngung........ 44
6.3.2 Ausbringungstermin und -technik......... 47
6.3.3 Verbesserung der Fruchtfolgegestaltung.... 48
6.4 Stickstoff-Reduktionspotentiale in der Tierproduktion........... 50
6.4.1 Begrenzung des Viehbesatzes bzw. der Höhe der Wirtschaftsdüngung...... 50
6.4.2 Verbesserung der N-Ausnutzung des Futters........... 51
6.4.3 Verteuerung von Importfuttermitteln..... 51
6.4.4 Zwischenbetrieblicher Ausgleich von Wirtschaftsdüngern............ 52
6.5 Düngepraxis und Einsparmöglichkeiten im Landkreis Osnabrück....... 52
6.5.1 Methodik der Bilanzierung bei BECKER ............ 54
6.5.2 Modifizierung des Modells von BECKER .......... 56
6.5.3 Bestimmung der Modellparameter ....... 57
6.5.4 Beschreibung des verwendeten Modells ....... 60
6.5.5 Anwendung des Modells auf den Landkreis Osnabrück.......... 61
6.6 Ökologischer Landbau ...... 70
6.6.1 Definition des Begriffs „ökologischer Landbau“..... 70
6.6.2 Verbände des ökologischen Landbaus ............ 72
6.6.3 Stickstoffbelastungen durch ökologischen Landbau....... 73
6.6.4 Anwendung des modifizierten Modells von BECKER auf den ökologischen Landbau ....... 74
6.6.5 Wirtschaftliche Folgen (Kosten, Erträge) ............ 80
6.7 Flächenstillegungen .......... 83
6.7.1 Stillegungsauflagen .......... 83
6.7.2 Stillegungsprämien........... 84
6.7.3 Stickstoff-Reduktionspotentiale ............ 84
6.7.4 Bewertung der Maßnahme......... 85
6.8 Zusammenfassung und Auswertung aller Maßnahmen zur Änderung der Flächennutzung .. 85
6.9 Schlußfolgerung und Ausblick..... 86

7 Vergleichende Bewertung aller Maßnahmen ........... 87
7.1 Halbwertszeit des Nitrats im Grundwasser .... 87
7.2 Wirtschaftlicher Vergleich der kurzfristigen Maßnahmen........... 87
7.3 Wirtschaftlicher Vergleich der langfristigen, vorsorgenden Maßnahmen ...... 90
7.4 Ökologischer Vergleich der kurzfristigen Maßnahmen ......... 90
7.5 Ökologischer Vergleich der langfristigen Maßnahmen ... 91
7.6 Schlußfolgerung und Ausblick..... 91
7.7 Zusammenfassung des Vergleichs ....... 92

8 Diskussion und Ausblick ... 93

9 Zusammenfassung ... 95

Danksagung .... 97
Literatur ........... 99
Anhang........... 103

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Stromkosten durch verschiedene Umkehrosmoseanlagen.... 14
Tabelle 2: Wasserkosten in DM bei Umkehrosmoseanlagen (UO)....... 15
Tabelle 3: Salzkosten bei verschiedenen Ionenaustauschanlagen ........... 17
Tabelle 4: Wasserkosten in DM bei Ionenaustauschern (IA) .......... 17
Tabelle 5: Zusammenfassung der Vor- und Nachteile verschiedener Aufbereitungsverfahren....... 21
Tabelle 6: Anzahl der Brunnen im Buffer und Kosten ..... 28
Tabelle 7: Vergleich der Anschlußkosten in Agglomerationen und einzeln für den Bereich des Wasserbeschaffungsverbandes Bersenbrück ...... 29
Tabelle 8: Jährliche Wasserkosten bei einem Anschluß an die öffentliche Versorgung........ 30
Tabelle 9: Wasserkosten in DM bei Tieferbohrung oder Verlagerung eines Brunnens ......... 36
Tabelle 10: Abhängigkeit der Verdunstung von der Bodenbedeckung nach ROHMANN UND SONTHEIMER (1985, S. 116) ........ 43
Tabelle 11: N-Freisetzung im Boden durch langjährige Anwendung organischer Dünger (nach DÖHLER, 1996, S. 11) ....... 46
Tabelle 12: Nitratentlastungspotentiale in der Pflanzenproduktion ......... 53
Tabelle 13: Nitratentlastungspotentiale in der Tierproduktion.......... 54
Tabelle 14: Erträge, Stickstoffgehalte und -bedarf und Anrechnung der N-Einträge von Anbaufrüchten (nach BECKER, 1996, S. 45)................. 58
Tabelle 15: N-Anfall (BECKER, 1996, 35), Nmin-Anteil (DÖHLER, 1996, S. 8 und LANDWIRTSCHAFTSKAMMER, 1997) und Volatilisation (Döhler, 1996, S. 12) nach Vieharten 59
Tabelle 16: Nmin-Gehalte in kg/ha am Ende der Vegetationszeit bei Ernten mit optimalem Ertrag (DÖHLER, 1996, S. 14) ...... 59
Tabelle 17: Ergebnisse der Szenarien ...... 66
Tabelle 18: Ökologischer und koventioneller Landbau im Vergleich (BML, 1997a) .............. 76
Tabelle 19: Umrechnungsfaktoren für den ökologischen Landbau....... 77
Tabelle 20: Viehzahlen und Anbauflächen der Öko-Szenarien im Vergleich zum konventionellen Basis-Szenario .................79
Tabelle 21: Ergebnisse der Szenarien Öko-1 bis Öko-3 im Vergleich mit dem konventionellen
Basis-Szenario und dem konventionellen Szenario 1+2 .................... 79
Tabelle 22: Betriebe des ökologischen Landbaus (Haupterwerbsbetriebe 1995/96), BML (1997) . 81
Tabelle 23: Wirtschaftlicher Vergleich von kurzfristigen Maßnahmen in einem Zeitraum von 30 Jahren .......88
Tabelle 24: Wirtschaftlicher Vergleich von kurzfristigen Maßnahmen in einem Zeitraum von 30 Jahren, nach DM/m3 sortiert ...... 89
Tabelle 25: Alle Agglomerationen in Leitungsbuffern im Nordkreis Osnabrück....... 103
Tabelle 26: Vieheinheiten für ausgewählte Tierarten (nach ALSING, 1992, S. 638) ......... 106

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Das Prinzip der Umkehrosmose....... 8
Abbildung 2: Veranschaulichung der Abstandsberechnungsformel...... 26
Abbildung 3: Brunnenagglomeration in verschiedenen Buffer-Zonen......... 27
Abbildung 4: Schema zur Berechnung der Durchschnittsradien............. 27
Abbildung 5: Stickstoffkreislauf im Boden (ROHMANN UND SONTHEIMER, 1985, S. 165) ......... 42
Abbildung 6: N-Charakteristik verschiedener Wirtschaftsdünger (nach DÖHLER, 1996, S. 8).......... 46
Abbildung 7: Stickstoffüberschüsse verschiedener Szenarien im Vergleich.......... 67
Abbildung 8: Beispieltabelle für das Berechnungsmodell von BECKER (1996)............ 107