Freistrahlanlagen im Banter See, Abschlussberichte

 

In den Jahren 2008 – 2012 wurden vom Institut für Energie-, Verfahrens- und Umwelttechnik der Jade Hochschule im Auftrag der Stadt Wilhelmshaven zwei Freistrahlanlagen im Banter See betrieben. Der Banter See in Wilhelmshaven ist ein ehemaliges Hafenbecken mit einer Fläche von rund 1 Mio m2 und einem Volumen von etwa 10 Mio m3. Er erstreckt sich grob in west-östlicher Richtung (Abb. 1) und ist nach Süden durch den Seedeich vom Jadebusen getrennt. Der See diente im 2. Weltkrieg als Reparatur- und Ausrüstungshafen u.a. für U-Boote. Nach dem Krieg wurde der Banter See vom Großen Hafen im Osten abgetrennt und zum Binnensee gemacht. In der Folge hat über die letzten Jahrzehnte der Salzgehalt seines Wassers stark abgenommen. Aus dem ehemaligen Kriegshafenbecken wurde ein Freizeitsee.

                    Abb. 1: Banter See und Positionen der Freistrahlanlagen

Der Anlass für den Einsatz der Freistrahlanlagen war ein verstärktes Auftreten von Cyanobakterien (Blaualgen), deren jährlich wiederkehrende Blüten die Nutzung des Sees als Freizeitgewässer beeinträchtigen. Blaualgen (Cyanobakterien) sind neben Grünalgen und Kieselalgen ein wesentlicher Bestandteil des Phytoplanktons. Dieses „Pflanzen-Plankton“ ist Primärproduzent von Biomasse und betreibt Photosynthese aus CO2 und Nährstoffen. Es steht in einer natürlichen jahreszeitlichen Entwicklung in Wechselwirkung mit dem Nährsalzangebot. Als eine der wesentlichen Ursachen für die Cyanobakterienblüten wird die Belastung mit Phosphaten gesehen – neben der sommerlichen Temperaturschichtung und einem Sauerstoffmangel am Seegrund. Die Destratifizierung des Gewässers ist neben einer Reihe anderer Restaurierungsansätze eine oft propagierte Möglichkeit, einem so belasteten See zu helfen. Technisch ist dies mit Freistrahlen möglich, die bei konstantem Impulsstrom eine große Reichweite haben, einen stetig wachsenden Volumenstrom aufweisen und eine große Mischwirkung entfalten. Sie finden in Verfahrens- und Lüftungstechnik ein breites Anwendungsgebiet. Es handelt sich hier um einen sanften technischen Eingriff bei geringen Investitionskosten und geringem Energieverbrauch.

Fünf Thesen werden aufgestellt, die potentiell positive Wirkung von schräg eingebrachten Freistrahlen zu erklären: 1. die Störung des momentanen ökologischen Gleichgewichts, 2. die Aufrechterhaltung einer langsamen, großräumigen Wasserbewegung, 3. die Destratifikation, 4. der Transport von oberflächennahem sauerstoffreichem Wasser in die Tiefe und 5. die Förderung der mit den Cyanobakterien konkurrierenden Grün- und Kieselalgen.

Die beiden Freistrahlanlagen wurden mit einem Propellerdurchmesser von 1.3 m bzw. 1.5 m für einen Volumenstrom von 0.63 m3/s bzw. 0.84 m3/s ausgelegt. Sie werden elektrisch angetrieben bei einer Leistungsaufnahme von 1.87 kW bzw. 2.50 kW. Die Stromversorgung erfolgt über eigens verlegte Seekabel. Für die Verankerung wurden Ankersteine im See positioniert. Die beiden Fotos (Abb. 2, 3) zeigen die konstruktiv unterschiedlichen Anlagen während eines Aussetzmanövers. Bei der Einrichtung der Infrastruktur, beim Bau der Plattformen sowie beim Ausbringen und Einholen der Anlagen gab es umfangreiche unentgeltliche Hilfe von lokalen Institutionen, Firmen und Vereinen.

                    Abb. 2, 3: Freistrahlanlagen "Bant 1" und "Bant 2"

Das fünfjährige Projekt „Freistrahlanlagen im Banter See zur Begegnung der Blaualgenproblematik“ wurde jetzt erfolgreich abgeschlossen. Technisch erfüllten die beiden eigens dafür konstruierten Anlagen die in sie gesetzten Erwartungen. Sie verfügten weitgehend über die geforderte Leistung, versahen nach kleineren Anfangsschwierigkeiten zuverlässig ihren Dienst und hielten die vereinbarten Laufzeiten ein. Organisatorisch lief das Projekt sehr erfolgreich ab. Durch den unermüdlichen Einsatz des Personals aus der Jade Hochschule und vieler freiwilliger externer Helfer gelang es, bei geringen Personalkosten die Anlagen zu bauen und stets pünktlich in Betrieb zu nehmen. Der jährlich wiederkehrende Aufwand für Montage, Ausbringen, Bergen, Demontage und Wartung war nicht unerheblich und wurde von stark motivierten Mitarbeitern klaglos erfolgreich geleistet. Die Projektverwaltung war in den bewährten Händen des Instituts für Innovationstransfer (ITI) bestens aufgehoben.

Ökologisch betrachtet haben sich einige interessante Veränderungen im See bemerkbar gemacht. Das begleitende Untersuchungsprogramm wurde von MarChemConsult, Prof. Dr. Liebezeit, durchgeführt. Die für die Ökologie des Phytoplanktons, insbesondere der Cyanobakterien relevanten biologisch-chemischen Gewässerparameter wurden den Freistrahleinsatz begleitend in Zeitreihen gemessen. Damit konnten ihre Werte und deren Veränderung über den gesamten Projektzeitraum verfolgt werden. Folgende Phänomene wurden beobachtet:

  • Eine ausgeprägte thermische Schichtung der Wassersäule trat nur sehr selten auf und nur in Fällen extremer Hitzeperioden.
  • Die natürliche erhöhte Sauerstoffzehrung in Bodennähe war stets moderat und führte nie zu einer Mangelsituation.
  • Der Phosphatgehalt des Gewässers nahm über den Untersuchungszeitraum stetig ab.
  • Auch die Cyanobakterienmasse nahm stetig ab; es kam nur zu kleinen Blüten an wenigen Tagen – im Frühjahr und bei extremen Hitzeperioden.

Beispielhaft wird die Entwicklung des über die Wassersäule integrierten Phycocyaningehalts an zwei Messstationen dargestellt (Abb. 4). Die Messstationen für Tiefenprofile befinden sich in der Nähe der Freistrahlanlagen. Phycocyanin ist ein Photosynthesepigment, das sich ausschließlich in Cyanobakterien findet und als direkter Nachweis für deren Anwesenheit angesehen werden kann.

Abb. 4: Entwicklung der über die Wassersäule integrierten Phycocyaningehalte an den beiden Tiefenmessstationen

Der Verlauf der beobachteten gewässerökologischen Parameter entspricht den Erwartungen, die an die Wirkung von Freistrahlanlagen gestellt werden. Ob die Freistrahlanlagen die wesentliche Ursache dieser Entwicklung sind, lässt sich nicht beweisen. Andere Faktoren, wie das Wetter (Temperatur, Wind) und das unbekannte Ausmaß der Nährstoffeinträge können ebenso, mehr oder weniger an diesem Erscheinungsbild beteiligt sein. Die Indizien sprechen jedenfalls eher für einen Erfolg als für einen Misserfolg des Einsatzes der Freistrahlanlagen.

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Abschlussbericht Freistrahlanlagen Banter See Technik.pdf3.13 MB
Banter See Abschlußbericht Ökologie.pdf4.78 MB