Alle 4 Klärwerke der Stadtentwässerung Stuttgart (SES) entsprechen der Größenklasse 5 (> 100.000 Einwohnerwerte) mit den strengsten Grenzwerten. Diese werden zuverlässig eingehalten und dadurch wird der Nährstoffeintrag in die Gewässer deutlich reduziert. Das Hauptklärkwerk Mühlhausen und das Klärwerk Plieningen verfügen über Sandfiltertrationsanlagen als letzte Reinigungsstufe zur Nährstoffelimination.
Neckaraufwärts, vor Stuttgart, leiten ca. 150 Kläranlagen aus sechs Landkreisen unterschiedlicher Größenklassen gereinigtes Abwasser in den Neckar ein. Der Anteil an gereinigtem Abwasser im Neckar liegt in trockenen Sommermonaten, im Bereich von Stuttgart, bereits bei 40 %.
Um die Gewässer weiter zu verbessern werden die Klärwerke in umfangreichen Ausbauprogrammen mit einer vierten Reinigungsstufe ausgestattet, um Spurenstoffe wie Arzneimittelrückstände und Haushalts-/Industriechemikalien weitgehend zu eliminieren. Hierdurch wird sich der ökologische Zustand weiter verbessern. Für das Hauptklärwerk Stuttgart-Mühlhausen sind hierfür Investitionen von über 85 Mio. Euro bis 2027 vorgesehen. Bereits im Januar 2022 wird die erste Ausbaustufe zur Spurenstoffelimination in Betrieb gehen. Für die Klärwerke Möhringen, Plieningen an der Körsch und dem Gruppenklärwerk Ditzingen an der Glems existieren Ausbaupläne für die kommenden 15 Jahre.
Neben den Verbesserungen der Einleitungen aus der Siedlungswasserwirtschaft ist es gleichermaßen notwendig, eine naturnahe und gesunde Gewässerstruktur zu etablieren. Hierzu gehören naturnahe Auen und Uferbereiche, um eine Selbstreinigung des Gewässers zu begünstigen.
In den trockenen Sommermonaten ist der Abfluss im Neckar mit weniger als 9 m3/s sehr gering. Dies führt dazu, dass zwischen den Wehren und Schleusen der Neckar nicht mehr den Charakter eines Flusses hat, sondern viel mehr mit stehenden Gewässer zu vergleichen ist. Die vorhandenen Flusselemente, hohe Temperaturen und der geringe Sauerstoffeintrag durch die stehende Oberfläche sorgen für eine Beeinträchtigung der Wasserqualität.
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