DVGW-TECHNOLOGIEZENTRUM
WASSER
Jahresbericht 2014
Karlsruhe, 31.03.2015
TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser
Karlsruher Straße 84, 76139 Karlsruhe
www.tzw.de
TZW - Jahresbericht 2014
3
Inhalt
1
Tätigkeiten des TZW - Zusammenfassung ......................................... 5
2
Arbeitsschwerpunkte der Abteilungen ............................................. 10
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Analytik und Wasserbeschaffenheit ......................................... 10
Technologie und Wirtschaftlichkeit .......................................... 11
Grundwasser und Boden ......................................................... 12
Mikrobiologie ............................................................................ 14
Umweltbiotechnologie und Altlasten ........................................ 15
Korrosion ................................................................................. 16
Prüfstelle Wasser ..................................................................... 17
Außenstelle Dresden ............................................................... 18
3
Wissenstransfer zu Versorgungsunternehmen ............................... 20
4
TZW-interne Forschungsseminare ................................................... 22
5
Internationale Kontakte ...................................................................... 24
5.1
5.2
5.3
Zielstellung............................................................................... 24
Kontakte innerhalb laufender Projekte ..................................... 24
Kontakte außerhalb laufender Projekte.................................... 25
6
Erweiterung des TZW zum DVGW Wasser Campus ........................ 29
7
Kurzfassungen von ausgewählten F&E-Vorhaben,
die im Jahr 2014 abgeschlossen wurden ......................................... 31
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
Acesulfam als Tracer für die Quantifizierung von
Abwasser- und Oberflächenwassereinfluss in Uferfiltrat
und Grundwasser .................................................................... 31
Entwicklung eines fluorspezifischen Wasserqualitätsparameters als Werkzeug zur Identifizierung
rohwasserseitiger Belastungsschwerpunkte hinsichtlich
Chemikalien ............................................................................. 32
Studie zum Einfluss von Silikontensiden auf die
Rohwasserqualität von Wasserwerken .................................... 34
Oberflächenstrukturen zur Minimierung der
Ablagerungsbildung in Trinkwasserleitungen........................... 36
Einsatz von industriellen und kommunalen Abfallstoffen
für die Biogaseinspeisung ........................................................ 37
4
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
7.11
8
Pseudomonas aeruginosa in Trinkwassersystemen Wachstumsansprüche und nachhaltige
Gegenmaßnahmen ................................................................. 38
Deutsch-Chinesische Kooperation:
Mikrobieller Abbau von chlorierten Schadstoffen .................... 40
Evaluierung und Anwendung des Yeast-Estrogen-Screen
(YES)-Assays für den summarischen Nachweis des
Vorkommens und Abbaus von endokrinen Substanzen .......... 42
Identifikation von prioritären NSO-Heterozyklen ..................... 44
Nano-Eisen-Partikel zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen (NAPASAN) – Wechselwirkungen
zwischen mikrobieller und abiotischer CKW-Dechlorierung .... 45
Entwicklung und Validierung von analytischen und
mathematischen Methoden zur Gefährdungsabschätzung
bei der Migration von organischen Spurenstoffen aus
Kunststoffmaterialien in Trinkwasser ....................................... 47
Kurzfassungen von ausgewählten internen F&E-Projekten .......... 50
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
Veranlassung .......................................................................... 50
Weltweite Erfahrungen beim Einsatz von Online-Sensoren
im Trink- und Abwasserbereich ............................................... 50
Photochemische Umsetzung von Acesulfam bei der
Trinkwasserdesinfektion .......................................................... 51
Untersuchungen zur Entstehung von Transformationsprodukten bei der Chlordesinfektion von metforminhaltigen
Wässern .................................................................................. 51
Entwicklung und Test eines GIS-basierten Ansatzes zur
Risikoabschätzung für Einzugsgebiete von Trinkwassertalsperren ................................................................................ 52
UV-Sensoren in der Trinkwasserdesinfektion ......................... 53
Anlage 1: Publikationen ................................................................................. 55
Anlage 2: GWRC Annual Review 2013/2014 ................................................. 65
TZW - Jahresbericht 2014
1
5
Tätigkeiten des TZW - Zusammenfassung
Das Technologiezentrum Wasser (TZW) ist eine organisatorisch und haushaltsmäßig verselbstständigte, gemeinnützige Einrichtung des DVGW und verfügt über Standorte in Karlsruhe, Dresden und Hamburg. Das TZW ist unter
dem Dach des DVGW die größte tragende Einrichtung. Das TZW arbeitet auf
wissenschaftlich-technischer Basis unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte Lösungsvorschläge für alle Fragen im Wasserkreislauf unter besonderer Berücksichtigung von Trinkwasser aus und begleitet auch aktiv die
Umsetzung in der Praxis im Sinne des DVGW-Regelwerkes. Dazu verfügt das
TZW über umfangreiches Wissen in den Gebieten Analytik, Technologie und
Wirtschaftlichkeit, Korrosion, Mikrobiologie, Ressourcenschutz, Verteilung sowie Umweltbiotechnologie.
Die wissenschaftlich-technischen Untersuchungen und Expertisen im TZW wiesen im Jahr 2014 folgende Schwerpunkte auf:
Die Abteilung Analytik und Wasserbeschaffenheit führte wie in den Vorjahren
in enger fachlicher Zusammenarbeit mit Wasserversorgungsunternehmen, Behörden und der Industrie eine Vielzahl von speziellen Untersuchungen zur Qualitätskontrolle von Roh- und Trinkwässern durch. Hierbei lag der Schwerpunkt
auf anthropogenen organischen Spurenstoffen wie Pflanzenschutzmitteln und
deren Metaboliten, Arzneimittelrückständen einschließlich Röntgenkontrastmitteln, per- und polyfluorierten Verbindungen, Bioziden, künstlichen Süßstoffen,
Korrosionsschutzmitteln usw. Bei den anorganischen Parametern wurden insbesondere Nachweise auf Chromat, Gadolinium, Uran, Bromid und Bromat sowie Chlorit, Chlorat und Perchlorat nachgefragt. Viele Analysen wurden an Vorfeldmessstellen und in Wassereinzugsgebieten durchgeführt, um mögliche Belastungsquellen zu identifizieren und risikomindernde Maßnahmen vornehmen
zu können. Im Bereich der Forschungsvorhaben lag der Fokus im Jahr 2014 auf
der Entwicklung von selektiven und sensitiven Analysenmethoden für „neue“
und bislang nicht beachtete organische Stoffe. Weitere Themen waren Bildung,
Verhalten und Verbleib von mikrobiellen und abiotischen Transformationsprodukten bei verschiedenen Wasseraufbereitungsverfahren oder Detektion und
Verhalten von Nanopartikeln und Mikroplastik im Wasserkreislauf.
Die Abteilung Technologie und Wirtschaftlichkeit war im Berichtszeitraum
wieder Anlaufstelle für Wasserversorgungsunternehmen wenn es galt, Aufbereitungsanlagen hinsichtlich der an sie zu stellenden Anforderungen vor dem Hintergrund der jeweils vorliegenden Wasserbeschaffenheit gutachterlich zu bewerten und Empfehlungen zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung auch
im Zusammenhang einer ganzheitlichen Betrachtung des Versorgungssystems
abzuleiten. Nach dem Auftreten mehrerer Schadensfälle mit perfluorierten Tensiden in Baden-Württemberg wurden technische Möglichkeiten zur Entfernung
solcher Substanzen aus Rohwässern, die der Trinkwasserversorgung dienen,
6
untersucht. Eine besondere Herausforderung besteht bei Vorkommen von
überwiegend kurzkettigen perfluorierten Verbindungen, die sich durch die bekannten Verfahren nur mit einem erhöhten Aufwand entfernen lassen. Hierzu
werden im Rahmen eines vom DVGW geförderten und kürzlich begonnenen
Forschungsprojektes weitergehende Untersuchungen durchgeführt. Im Zusammenhang mit der Erstellung des DVGW-Arbeitsblattes W 214-5 wurden
Messungen zur Lösekinetik von dichtem Calciumcarbonat als Grundlage für die
Dimensionierung von Vorfiltern vor einer mechanischen Entsäuerung zur Stabilisierung von Wässern durchgeführt. Mit dem Ziel einer stetigen Verbesserung
der Abscheideleistung von Schnellfiltern wurde eine Methode zur Ermittlung des
Eliminationspotentials nanoscaliger Partikel unter Einsatz der laserinduzierten
breakdown detection (LIBD)-Technik weiter vorangetrieben. Erste Messergebnisse mit dieser TZW-standardisierten Methode lassen eine weitergehende Beurteilung der Filtratqualität von Filteranlagen zu.
In der Abteilung Grundwasser und Boden stand im Berichtszeitraum die
Durchführung und Auswertung gebietsspezifischer Grundwasseruntersuchungsprogramme, etwa bei Belastungen des Grundwassers mit Nitrat, Arzneimittelwirkstoffen, per- und polyfluorierte Verbindungen, Mikroorganismen,
Pflanzenschutzmittelwirkstoffen und deren Abbauprodukten sowie Bodenuntersuchungen zur Abschätzung von Nitratauswaschungsverlusten im Mittelpunkt
der Tätigkeiten. Daraus wurden Handlungsempfehlungen zur Ursachenbeseitigung von Grundwasserverunreinigungen oder zum Umgang mit Belastungen
sowie zur Messnetzoptimierung abgeleitet. Mit Hilfe geografischer Informationssysteme (GIS) erfolgten problem- und gebietsspezifische Auswertungen. In verschiedenen Wasserschutzgebieten werden z. B. die Erstellung und Umsetzung
von Sanierungsplänen zur nachhaltigen Erniedrigung überhöhter Nitratkonzentrationen des Grundwassers fachlich begleitet. Die Grundwasserdatenbank
Wasserversorgung Baden-Württemberg (GWD-WV) wurde weiterhin wissenschaftlich begleitet. Mit Hilfe der am TZW betriebenen Rohwasserdatenbank
Wasserversorgung (RWDB) werden Daten von Wasserversorgungsunternehmen zum Vorkommen von Pflanzenschutzmitteln und deren Metaboliten erfasst. Darüber hinaus war das systematische, prozessbasierte Risikomanagement in der Trinkwasserversorgung („Water Safety Plans“, WSP) Gegenstand
mehrerer Projekte und Aufträge.
Bei der Abteilung Mikrobiologie rückte im Jahr 2014 die Begleitung von Wasserversorgern bei mikrobiologischen Kontaminationen im Leitungsnetz in den
Fokus. Neben coliformen Bakterien traten dabei auch E. coli und Enterokokken
in Erscheinung, so dass in einigen Fällen von den Gesundheitsämtern Abkochempfehlungen ausgesprochen wurden. In verschiedenen Praxisfällen wurden
die am TZW entwickelten molekularbiologischen Methoden zur Bakterienidentifizierung erfolgreich angewandt. Weiterhin wurden gemeinsam mit Wasserversorgern Handlungspläne für den Netzbetrieb ohne Desinfektionsmittelrestgehal-
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7
te erstellt. Das hygienisch relevante Bakterium Pseudomonas aeruginosa stand
auch im Mittelpunkt des im Berichtszeitraum 2014 begonnenen DVGWKleinprojektes zur Bestandsaufnahme der mikrobiellen Belastung bei Wasserzählern, das in Zusammenarbeit mit der Zählerprüfstelle der Stadtwerke Karlsruhe durchgeführt wird. Es zeigte sich, dass auch fabrikneue Hauswasserzähler
mit Pseudomonas aeruginosa belastet sein können. Dieses Thema besitzt eine
große Relevanz und führte bundesweit bei zahlreichen Wasserversorgern zu
umfangreichen Untersuchungen von Wasserzählern und vorbeugenden Maßnahmen zur Vermeidung von Kontaminationen in Trinkwasser-Installationen.
Hierbei konnte das TZW auf Basis der vorliegenden Erfahrungen Wasserversorgungsunternehmen unterstützen, den Herausforderungen erfolgreich zu begegnen. Im Rahmen eines DVGW-Forschungsvorhabens wurden Untersuchungen zum Rückhalt von Bakteriophagen in Ultrafiltrationsmembranmodulen
durchgeführt. Hierbei besteht die Zielsetzung darin, ein standardisierbares Prüfverfahren für den Rückhaltegrad von Membranen zu etablieren.
Die Schwerpunkte der Abteilung Umweltbiotechnologie und Altlasten lagen
in 2014 in den Gebieten heterozyklische Kohlenwasserstoffe, mikrobiologischer
Abbau von CKW und Teeröl-Schadstoffen, molekularbiologische Methoden zum
Nachweis von Viren, Bakterien und funktionalen Genen, Microbial Source Tracking sowie bei der Elimination persistenter Schadstoffe durch elektrochemischmikrobiologischen Abbau. Für heterozyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
wurden die existierenden Stofflisten der NSO-Heterozyklen aktualisiert und zusammengeführt. Molekularbiologische Methoden wurden im Berichtszeitraum
hinsichtlich Anzahl der nachweisbaren Organismen (Viren, Bakterien) und funktionaler Gene für den Schadstoffabbau erweitert. Molekularbiologische Methoden bieten auch die Möglichkeit, sehr spezifische Nachweise von Markergenen
zu führen. Die neuen PCR-Methoden wurden in einem ländlichen Karsteinzugsgebiet zur Identifikation fäkaler Eintragsquellen (Microbial Source Tracking)
eingesetzt. Die Detektion von molekularbiologischen Markern war geeignet, um
die Relevanz von Regenüberlaufbecken bzw. Austrägen einer Geflügelfarm zu
beurteilen. Dieser neue methodische Ansatz im Risikomanagement soll nun für
komplexere Einzugsgebiete weiterentwickelt werden. Eine neue Option zur
Transformation persistenter Verbindungen stellt die elektro-chemische Behandlung dar.
In der Abteilung Korrosion standen bei der Beratung von Wasserversorgungsunternehmen geplante Umstellungen auf die Verteilung von weicherem Wasser
im Mittelpunkt. Hierzu wurden in einer Reihe von Wasserwerken automatisierte
Korrosionsprüfstände betrieben, um die Auswirkungen der Wasserumstellung
auf Werkstoffe wie kupfergebundene Werkstoffe oder Eisenwerkstoffe abzuschätzen. Ein weiterer Schwerpunkt in der Kooperation mit Wasserversorgern
lag in der Bewertung von Auffälligkeiten bzw. Schäden an Trinkwasserspeichern. Diese standen oft im Zusammenhang mit einer nicht sachgemäßen Bau-
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ausführung, wie der Verwendung von Schalöl oder einer Betriebsweise, die die
Voraussetzungen für mikrobielle Besiedlung der Behälteroberflächen fördert.
Bei Trinkwasser-Installationen wurde eine Reihe von KorrosionsSchadensfällen untersucht. Die Bandbreite der Schäden umfasste unter anderem Lochkorrosion in Kupferinstallationen, Bauteildefekte aufgrund Spannungsrisskorrosion oder Rostwasserbildung durch Flächenkorrosion in Installationen
aus verzinktem Stahl. Im Bereich Forschung wurde im Berichtszeitraum das
von BMBF, DVGW und Plastics Europe geförderte Verbundvorhaben „Kunststoffe im Kontakt mit Trinkwasser“ erfolgreich beendet und mit der Bearbeitung
von zwei neu bewilligten Forschungsvorhaben zu Beschichtungen in Stahlbehältern sowie zur Bewertung von Geruchsschwellenwerten bei TrinkwasserKunststoffrohren begonnen.
An der Prüfstelle Wasser hielt sich der Umfang von Erstprüfungen zum Nachweis der hygienischen Eignung von Produkten und Materialien im Kontakt mit
Trinkwasser auch im Jahr 2014 auf einem unverändert hohen Niveau. Dazu
zählten insbesondere die Arbeiten zur hygienischen Eignung von metallenen
Werkstoffen. Ebenso war mit dem Entwurf der Bewertungsgrundlage für Emails
und keramische Werkstoffe des Umweltbundesamtes auch hier eine deutliche
Nachfrage festzustellen. Aus der Vielzahl der über 150 CEN-, DIN- und DVGWProduktnormen, für die die Prüfstelle Wasser akkreditiert ist, war insbesondere
ein gesteigertes Interesse bei der Prüfung von Enthärtungsanlagen, UVDesinfektionsgeräten und des Schutzes des Trinkwassers nach DIN EN 1717
zu verzeichnen. Zusätzlich war in 2014 eine weiterhin positive Nachfrage nach
Prüfungen von Armaturen für den Einsatz in der Trinkwasserversorgung gegeben. Im Bereich Forschung wurde die Kooperation mit der Industrie weiter intensiviert. Hierzu zählen zum Beispiel Forschungsarbeiten zur Wirksamkeit von
neuen Produkten und Materialien ebenso wie die Entwicklung von Technologien für eine energieeffiziente Trinkwasserdesinfektion mittels UV-LEDs.
Schwerpunkt der Außenstelle Dresden im Jahr 2014 waren Untersuchungen
zur direkten Beurteilung des Korrosionsverhaltens von metallischen Rohrleitungen im Verteilungssystem. Somit ist es möglich, die Wirkung von Inhibitoren
oder den Effekt einer Veränderung der Wasserbeschaffenheit zu beurteilen.
Weiterhin wurden wie in den Jahren zuvor zustandsorientierte Spülpläne erarbeitet und Vorhaben zur Umstellung auf einen desinfektionsmittelfreien Netzbetrieb bzw. Umstellung der Wasserbeschaffenheit begleitet. In Bereich Forschung wurde ein Verbundprojekt abgeschlossen, welches sich mit der Beeinflussung der Bildung von Ablagerungen in Trinkwasserleitungen durch strukturierte Oberflächen befasste. Hierbei wurden Strukturen entwickelt, die eine Verringerung der Anreicherung von Ablagerungen bei geringen Fließgeschwindigkeiten bewirken. In einem weiteren Projekt werden in Zusammenarbeit mit 12
Wasserversorgungsunternehmen hochaufgelöste Messungen zum Wasserverbrauch in über 250 Objekten durchgeführt. Auf dem Gebiet der Wassergüte
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wurde 2014 eine Studie zum Einsatz von Online-Sensoren für die Trinkwasserüberwachung fertig gestellt.
Zu den TZW-Kolloquien in Karlsruhe und Dresden wurden mehr als 220 Besucher von Versorgungsunternehmen, Behörden und Industrieunternehmen begrüßt. Die Print- und online-Medien des TZW erhielten im Berichtszeitraum weiteren Zuwachs. Hierbei handelt es sich beispielsweise um sechs Bände der
TZW-Schriftenreihe sowie um drei Newsletter. Die Homepage des TZW
(www.tzw.de) informiert regelmäßig über aktuelle Ereignisse.
Ein Höhepunkt bei den internationalen Tätigkeiten des TZW war die Unterzeichnung einer Kooperationsvereinbarung mit PUB, der nationalen Wasserbehörde von Singapur. Die Vereinbarung zielt auf gemeinsame Aktivitäten in der
Wasserforschung und Aufbereitungstechnologie. Weiterhin setzte das TZW
seine aktive Mitgestaltung in Führungspositionen beim europäischen Forschungsnetzwerk ACQUEAU (www.acqueau.eu) sowie bei der Global Water
Research Coalition GWRC (www.globalwaterresearchcoalition.net) fort und informierte Besucher aus dem Ausland über die Trinkwasserversorgung in
Deutschland.
Im Berichtsjahr wurden entsprechend Anlage 1 am TZW 71 Publikationen in
Fachzeitschriften sowie in Konferenzunterlagen angefertigt. Mit Stand zum
31.12.2014 befanden sich am TZW 36 Forschungsvorhaben in Bearbeitung,
die im Wesentlichen durch BMBF, BMWi, DVGW und von der EU gefördert
wurden.
In 2014 konnte ein wesentlicher Punkt zur Realisierung des TZWErweiterungsbaus durch den einstimmigen Beschluss des Gemeinderats der
Stadt Karlsruhe zur Änderung des Bebauungsplans erreicht werden. Mit dem
Beginn des durch das TZW eigenfinanzierten Erweiterungsbaus im Sinne eines
DVGW Wasser Campus in Karlsruhe ist im ersten Halbjahr des Jahres 2015 zu
rechnen.
10
2
Arbeitsschwerpunkte der Abteilungen
2.1
Analytik und Wasserbeschaffenheit
Wie in den Vorjahren wurde in enger fachlicher Zusammenarbeit mit Wasserversorgungsunternehmen (WWU), Behörden und Industriebetrieben eine Vielzahl von physikalisch-chemischen Untersuchungen zur Qualitätskontrolle von
Roh- und Trinkwässern sowie von Grund- und Oberflächengewässern durchgeführt. Neben den routinemäßigen und umfassenden Untersuchungen gemäß
Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2011) lag der Schwerpunkt der Analysen auf
verschiedensten wasserchemischen Sonder- und Spezialparametern, die ergänzend zu den üblichen Überwachungs- und Qualitätskontrollen gemessen
wurden. Der Schwerpunkt lag dabei wie in den vergangenen Jahren auf den
anthropogenen organischen Spurenstoffen wie Pflanzenschutzmitteln (PSM
und PSM-Metaboliten), Arzneimittelrückständen einschließlich Röntgenkontrastmitteln, per- und polyfluorierten Verbindungen, Bioziden, künstlichen Süßstoffen, Korrosionsschutzmitteln etc. Bei den anorganischen Parametern sind
insbesondere Chromat (ChromVI), Gadolinium, Uran, Bromid und Bromat sowie
Chlorit, Chlorat und Perchlorat zu nennen. Viele Analysen wurden an Vorfeldmessstellen und in Wassereinzugsgebieten durchgeführt, um mögliche Belastungsquellen zu identifizieren und risikomindernde Maßnahmen vornehmen zu
können.
Im Auftrag von Wasserwerksverbänden (AWBR, ARW, RIWA, IAWD) und behördlichen Institutionen wurden wiederum umfassende Monitoringprogramme
an Rhein, Elbe und Donau sowie ihren Nebenflüssen und in Seen auf eine Vielzahl von anorganischen und organischen Stoffen durchgeführt. Ziel dieser Untersuchungen ist die mittel- und längerfristige Beobachtung der Entwicklung der
Wasserbeschaffenheit insbesondere vor dem Hintergrund der Entnahme von
Rohwasser direkt oder indirekt über Uferfiltration zur Trinkwasserversorgung.
Des Weiteren wurden gezielte Untersuchungen auf prioritäre Stoffe gemäß EUWasserrahmenrichtlinie an Schwebstoffen und Sedimenten durchgeführt.
Im Bereich der Forschungsvorhaben und -projekte lag der Fokus im Kalenderjahr 2014 auf der Entwicklung von selektiven und sensitiven Analysenmethoden
für „neue“ und bislang nicht beachtete organische Stoffe (emerging substances), die in Roh- und Trinkwasserressourcen vorkommen können. Daneben
wurden in mehreren Forschungsprojekten Bildung, Verhalten und Verbleib von
mikrobiellen und abiotischen Transformationsprodukten bei technischen (Ozonung, Chlorung, UV, AOP) und natürlichen (Uferfiltration, Bodenpassage) Verfahren untersucht. In laufenden Forschungsvorhaben werden aktuelle Fragestellungen wie Bildung und Entfernung von Chromat, Detektion und Verhalten
von Nanopartikeln und Mikroplastik im Wasserkreislauf, Weiterentwicklung der
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11
Online-Analytik für organische Parameter sowie Multimethoden für Pflanzenschutzmittel, Biozide und Arzneimittelrückstände bearbeitet.
Die Leistungsfähigkeit und hohe Qualität der analytischen Arbeiten wurden
auch im Jahr 2014 durch interne und externe Audits sowie durch sehr erfolgreiche Teilnahmen an nationalen und internationalen Ringversuchen bestätigt.
Zudem beteiligt sich die Abteilung Analytik und Wasserbeschaffenheit schon
seit Jahren an den Arbeiten zur Entwicklung von Analysenmethoden im Rahmen der nationalen und internationalen Normung.
2.2
Technologie und Wirtschaftlichkeit
Auch im Jahr 2014 befasste sich die Abteilung Technologie und Wirtschaftlichkeit sowohl mit praktischen Fragestellungen, die von Wasserversorgungsunternehmen an das TZW herangetragen wurden, als auch mit wissenschaftlichen
Arbeiten im Rahmen von Forschungsarbeiten. Dabei sind neben der Erledigung
routinemäßiger Aufgaben u. a. nachfolgende Themen bearbeitet worden:
Im Zusammenhang mit der Erstellung des DVGW-Arbeitsblattes W 214-5 ergänzende Messungen zur Ermittlung der Lösekinetik von dichtem Calciumcarbonat als Grundlage für die Dimensionierung von Vorfiltern vor einer mechanischen Entsäuerung zur Stabilisierung von Wässern durchgeführt. Darin einbezogen wurden auch Pellets mit extrem hoher Reinheit wie sie bspw. bei der
Schnellentcarbonisierung anfallen. Dabei wurde durch Optimierung des großtechnischen Betriebs von Schnellreaktoren eine Verbesserung der kinetischen
Eigenschaften angestrebt. Die prinzipielle Eignung von solchen Pellets zur Entsäuerung weicher Wässer hat sich nach ersten Untersuchungen im halbtechnischen Maßstab bewährt. Weitere Optimierungsarbeiten hierzu sind in Gange.
Mit dem Ziel einer stetigen Verbesserung der Abscheideleistung von Schnellfiltern wurde eine Methode zur Ermittlung des Eliminationspotentials nanoscaliger
Partikel unter Einsatz der laserinduzierten breakdown detection (LIBD)-Technik
weiter vorangetrieben. Erste Messergebnisse mit dieser TZW-standardisierten
Methode lassen durchaus eine weitergehende Beurteilung der Filtratqualität von
Filteranlagen als dies beispielsweise mittels Trübungs- bzw. Partikelmessung
möglich ist zu. Der Vorteil der Methode liegt insbesondere darin, dass damit
bevorzugt Partikel im nm-Bereich erfasst werden. Weitere Untersuchungen unter Einbeziehung unterschiedlicher verfahrenstechnischer Randbedingungen
werden derzeit im Rahmen eines von der Arbeitsgemeinschaft Trinkwassertalsperren geförderten Forschungsvorhabens unter Beteiligung verschiedener
Versorgungsunternehmen durchgeführt.
12
Nachdem in Baden Württemberg mehrere Schadensfälle mit perfluorierten Tensiden bekannt geworden sind, befasste sich die Abteilung Technologie und
Wirtschaftlichkeit mit den technischen Möglichkeiten der Entfernung solcher
Substanzen aus Rohwässern, die der Trinkwasserversorgung dienen. Eine besondere Herausforderung bestand in einem der Fälle, bei dem mehrere Wasserversorger gleichzeitig betroffen sind, dass die Stoffpalette überwiegend aus
kurzkettigen perfluorierten Verbindungen in Form von Carbonsäuren besteht,
die sich durch die bekannten Verfahren nur mit einem erhöhten Aufwand entfernen lassen. Neben der Aktivkohleadsorption und den prinzipiellen Möglichkeiten des Einsatzes der Membrantechnik werden im Rahmen eines vom
DVGW geförderten und kürzlich begonnenen F&E-Vorhabens auch Einsatzmöglichkeiten von Ionentauschern sowie alternativer Adsorbentien geprüft. Die
Auswahl von Adsorbentien nach dem von im TZW entwickelten GCS-Test stellt
hierbei eine wesentliche Erleichterung bei der Auswahl der Adsorbentien dar.
Auch unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte ist das Verfahrenskonzept zu entwickeln. Dazu werden verschiedene Verfahrenskombinationen und Betriebsweisen im Rahmen halbtechnischer Untersuchungen in Anlagen untersucht und bewertet.
Im Bereich der Membrantechnik lag der Schwerpunkt der Forschungs- und
Entwicklungsarbeiten bei der Elektrodialyse. Im Rahmen des BMBFForschungsvorhabens PRiMaT wurde eine energieeffiziente Konfiguration auf
Basis eines neuartigen Elektrodialysemoduls im Pilotmaßstab unter Praxisbedingungen in einem Wasserwerk zur Entsalzung und zur Entfernung niedermolekularer, geladener Spurenstoffe erfolgreich eingesetzt.
Neben den F&E-Aktivitäten mit praxisnahem Hintergrund wurden im Rahmen
der Tätigkeit der Abteilung Technologie und Wirtschaftlichkeit auch im Jahr
2014 Aufbereitungsanlagen hinsichtlich der an sie zu stellenden Anforderungen
vor dem Hintergrund der jeweils vorliegenden Wasserbeschaffenheit gutachterlich bewertet und Empfehlungen zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung
auch im Zusammenhang einer ganzheitlichen Betrachtung des Versorgungssystems abgeleitet.
2.3
Grundwasser und Boden
Die Durchführung und Auswertung gebietsspezifischer Grundwasseruntersuchungsprogramme, etwa bei Belastungen des Grundwassers mit Nitrat, Arzneimittelwirkstoffen, PFC (Per- und Polyfluorierte Verbindungen), Mikroorganismen, Pflanzenschutzmittelwirkstoffen und deren Abbauprodukten sowie Bodenuntersuchungen zur Abschätzung von Nitratauswaschungsverlusten waren
ein Schwerpunkt der Tätigkeiten im Berichtszeitraum. Diese haben zum Ziel,
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Handlungsempfehlungen zur Ursachenbeseitigung von Grundwasserverunreinigungen oder zum Umgang mit Belastungen sowie zur Messnetzoptimierung
abzuleiten. Mit Hilfe geografischer Informationssysteme (GIS) erfolgten problem- und gebietsspezifische Auswertungen. In verschiedenen Wasserschutzgebieten werden z. B. die Erstellung und Umsetzung von Sanierungsplänen zur
nachhaltigen Erniedrigung überhöhter Nitratkonzentrationen des Grundwassers
fachlich begleitet. Weiterhin wurden für Wasserschutzgebiete Risiken bewertet,
die durch verschiedene weitere Aktivitäten und Einrichtungen ausgelöst werden
können (z. B. Baumaßnahmen, Biogasanlagen) und entsprechende Maßnahmen zur Risikominimierung vorgeschlagen.
Die Grundwasserdatenbank Wasserversorgung Baden-Württemberg (GWDWV) wurde weiterhin wissenschaftlich begleitet. Mit Hilfe der am TZW betriebenen Rohwasserdatenbank Wasserversorgung (RWDB) werden Daten von
Wasserversorgungsunternehmen zum Vorkommen von Pflanzenschutzmitteln
und deren Metaboliten erfasst. Anhand der Auswertungen der Befunde wählt
der Beirat der Rohwasserdatenbank, bestehend aus Vertretern der Wasserwirtschaft (BDEW, DVGW, VKU, Wasserversorgungsunternehmen) und der Pflanzenschutzmittelhersteller (Firmen- und IVA-Vertreter), mit Einverständnis der
betroffenen Wasserversorger Trinkwassereinzugsgebiete aus, die eine Rohwasserbelastung mit einem aktuell zugelassenen Pflanzenschutzmittelwirkstoff
oder einem Metaboliten eines zugelassenen Wirkstoffes aufweisen. In diesen
Gebieten werden Maßnahmen zur Verminderung der jeweiligen Belastung eingeleitet und umgesetzt.
Das systematische, prozessbasierte Risikomanagement in der Trinkwasserversorgung („Water Safety Plans“, WSP) war Gegenstand vieler Projekte und Aufträge. Für mehrere WVU wurden gemeinsam mit dem jeweiligen Wasserversorger Risikomanagementsysteme gemäß DVGW-Hinweis W 1001 erarbeitet
und umgesetzt. Im BMBF-Verbundvorhaben PRiMaT (Präventives Risikomanagement in der Trinkwasserversorgung) wurde gemeinsam mit Partnern aus
Wasserversorgung und Wasserforschung ein neues datenbankbasiertes System zur Gefährdungsanalyse in Einzugsgebieten entwickelt, das über eine GISSchnittstelle sowohl Daten des Wasserversorgers einlesen als auch die Basis
für die Risikoabschätzung ausgeben kann.
Das in 2014 abgeschlossene DVGW-Forschungsvorhaben G1/08/10 „Einsatz
von industriellen und kommunalen Abfallstoffen für die Biogaseinspeisung“
ergab, dass der Beitrag der Bioabfälle und biogenen Reststoffe zur Gasbereitstellung in Deutschland zwar begrenzt aber ökologisch sinnvoll ist. Es sind erweiterte Anforderungen an die Aufbereitung schadstoffbelasteter Gärreste zu
stellen, um diese in der Landwirtschaft ohne negative Auswirkungen auf die
Gewässer verwerten zu können. Vor der Ausbringung ist es erforderlich, die
14
Gärreste auf Schad- und Störstoffe im Sinne der Wasserwirtschaft zu untersuchen.
2.4
Mikrobiologie
Ein Schwerpunkt der Arbeiten der Abteilung Mikrobiologie im Jahr 2014 war die
Beratung und Begleitung von Wasserversorgern bei mikrobiologischen Kontaminationen im Leitungsnetz. Neben coliformen Bakterien traten dabei auch E.
coli und Enterokokken in Erscheinung, so dass in einigen Fällen von den Gesundheitsämtern Abkochempfehlungen ausgesprochen wurden. Gerade im Falle von Enterokokken oder coliformen Bakterien kann eine Identifizierung der
auftretenden Stämme hilfreich für die Ursachenanalyse sein. So wurden in einigen Praxisfällen die von der Abteilung Mikrobiologie entwickelten molekularbiologischen Methoden zur Bakterienidentifizierung erfolgreich angewandt. Die
aufgetretenen mikrobiologischen Probleme belegten auch, wie wichtig es für
Wasserversorger ist, Handlungspläne aufzustellen, um auch im Notfall schnell
reagieren zu können. Die Abteilung Mikrobiologie erarbeitete gemeinsam mit
Wasserversorgern solche Handlungspläne für den Netzbetrieb ohne Desinfektionsmittelrestgehalte.
Das DVGW-Forschungsvorhaben zu dem hygienisch relevanten Bakterium
Pseudomonas aeruginosa in Trinkwasserverteilungssystemen konnte im Jahr
2014 erfolgreich abgeschlossen werden. Dieses Bakterium stand auch im Mittelpunkt des im Sommer 2014 begonnenen DVGW-Kleinprojektes zur Bestandsaufnahme der mikrobiellen Belastung bei Wasserzählern, das in Zusammenarbeit mit der Zählerprüfstelle der Stadtwerke Karlsruhe durchgeführt wird.
Es zeigte sich, dass auch fabrikneue Hauswasserzähler mit Pseudomonas
aeruginosa belastet sein können, z. T. in einem sehr hohen Prozentsatz. Bei
einem Praxisfall in einer Hamburger Kindertagesstätte hatte sich bereits die
große Relevanz des Themas gezeigt und bundesweit bei zahlreichen Wasserversorgern zu umfangreichen Untersuchungen von Wasserzählern und vorbeugenden Maßnahmen zur Vermeidung von Kontaminationen in TrinkwasserInstallationen
geführt.
Ebenfalls
im
Rahmen
eines
DVGWForschungsvorhabens wurden Untersuchungen zum Rückhalt von Bakteriophagen in UF-Membranmodulen durchgeführt, wobei die Zielsetzung darin besteht, ein standardisiertes Prüfverfahren für den Rückhalt von UF-Membranen
zu entwickeln. Im Rahmen des BMBF-Verbundvorhabens PRiMaT wurden Laborsysteme sowohl für die Untersuchung der Desinfektionsmittelwirksamkeit
von chemischen Desinfektionsmitteln als auch für die Untersuchung der UVDesinfektion etabliert und Untersuchungen zur Desinfektionsempfindlichkeit von
bakteriellen Krankheitserregern durchgeführt. Mit diesen Systemen kann auch
die Desinfektionswirksamkeit bei Umweltisolaten überprüft und mit Laborstäm-
TZW - Jahresbericht 2014
15
men verglichen werden. Die Entwicklung molekularbiologischer Nachweisverfahren für bakterielle Krankheitserreger stand im Mittelpunkt des laufenden EUProjektes Aquavalens.
2.5
Umweltbiotechnologie und Altlasten
Die Schwerpunkte der Abteilung Umweltbiotechnologie und Altlasten lagen in
2014 auf folgenden Gebieten:
•
•
•
•
•
Vorkommen, Ökotoxizität und Abbau von heterozyklischen Kohlenwasserstoffen
Mikrobiologischer Abbau von CKW und Teeröl-Schadstoffen
Molekularbiologische Methoden zum Nachweis von Viren, Bakterien
und funktionalen Genen
Entwicklung des Microbial Source Tracking
Elimination persistenter Schadstoffe durch elektrochemisch/
mikrobiologischen Abbau
Heterozyklische aromatische Kohlenwasserstoffe werden zunehmend als relevante Kontaminanten an z. B. Gaswerks- und Imprägnier-Standorten festgestellt. Bisher fehlten validierte Methoden zur Erfassung des heterogenen Spektrums (N-,O- und S-Heterozyklen) an Verbindungen in Grundwasser und Boden
sowie belastbare Empfehlungen zur Auswahl von Leitsubstanzen. Im Rahmen
eines LABO-Projektes wurden GC-MS-Methoden systematisch validiert und die
existierenden Stofflisten der NSO-Heterozyklen aktualisiert und zusammengeführt.
Molekularbiologische Methoden (z. B. PCR-Nachweis) eröffnen neue analytische Möglichkeiten zur Beurteilung und Optimierung mikrobiologischer Reinigungsverfahren. Im Bereich hygienisch relevanter Mikroorganismen können
beispielsweise Viren nachgewiesen werden, für die kein Kulturverfahren zur
Verfügung steht oder diese sehr aufwändig sind (z. B. Noroviren). In der Abteilung Umweltbiotechnologie wurde die Anzahl der nachweisbaren Organismen
(Viren, Bakterien) und funktionaler Gene für den Schadstoffabbau ausgeweitet.
Im Rahmen des PRiMaT-Projektes wurde ein laborübergreifender Test zum
PCR-Nachweis von E. coli und Adenoviren durchgeführt. Der PCR-Nachweis
zeigte dabei eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse in unabhängigen Arbeitsgruppen.
Molekularbiologische Methoden bieten auch die Möglichkeit, sehr spezifische
Nachweise von Markergenen zu führen. Die neuen PCR-Methoden wurden in
einem ländlichen Karsteinzugsgebiet zur Identifikation fäkaler Eintragsquellen
16
(Microbial Source Tracking) eingesetzt. Die Detektion von molekularbiologischen Markern war geeignet, um die Relevanz von Regenüberlaufbecken bzw.
Austrägen einer Geflügelfarm zu beurteilen. Dieser neue methodische Ansatz
im Risikomanagement soll nun für komplexere Einzugsgebiete weiterentwickelt
werden.
Eine neue Option zur Transformation persistenter Verbindungen stellt die elektrochemische Behandlung dar. Die Umsatzraten können durch die Potentialdifferenzen und die Stromstärke gesteuert werden. Die verfügbaren Elektrodenmaterialien unterscheiden sich in Beständigkeit, Umsatzeffizienz und Kosten. Im
Rahmen eines neuen F&E-Vorhabens wurde des Weiteren mit dem Test von
mikrobiologischen Brennstoffzellen (Microbial Fuel Cells) begonnen.
2.6
Korrosion
Ein wichtiger Aufgabenbereich der Abteilung Korrosion umfasste die Beratung
von Wasserversorgungsunternehmen im Zusammenhang mit geplanten Umstellungen auf die Verteilung von weicherem Wasser. Hierzu wurden in einer
Reihe von Wasserwerken automatisierte Korrosionsprüfstände betrieben um
die Auswirkungen der Wasserumstellung auf Werkstoffe wie kupfergebundene
Werkstoffe oder Eisenwerkstoffe abzuschätzen. Anhand der Untersuchungsergebnisse kann unter anderem bewertet werden, ob aufgrund der neuen Wasserbeschaffenheit beispielsweise höhere Schadensraten an Messingbauteilen
oder das Auftreten von Rostwasser in Trinkwasser-Verteilungssystemen zu erwarten sind.
Ein weiterer Schwerpunkt in Kooperation mit Wasserversorgern lag in der Bewertung von Auffälligkeiten bzw. Schäden an Trinkwasserspeichern. Diese
standen oft im Zusammenhang mit einer nicht sachgemäßen Bauausführung
wie der Verwendung von Schalöl oder einer Betriebsweise, die die Voraussetzungen für mikrobielle Besiedlung der Behälteroberflächen fördert. Hier sind
insbesondere der Einsatz von ungeeigneten Reinigungsmitteln oder eine nicht
ausreichende Belüftung einhergehend mit Kondenswasserbildung zu nennen.
Im Bereich von Trinkwasser-Installationen wurde eine Reihe von KorrosionsSchadensfällen untersucht. Die Bandbreite der Schäden umfasste unter anderem Lochkorrosion in Kupferinstallationen, Bauteildefekte aufgrund Spannungsrisskorrosion oder Rostwasserbildung durch Flächenkorrosion in Installationen
aus verzinktem Stahl. Ebenso war die Expertenmeinung der Abteilung Korrosion in verschiedenen anderen nicht Trinkwasser führenden Systemen gefragt.
So wurden die Ursachen für auftretende Korrosion in einem Löschwassersystem eines Autobahntunnels oder in den Betriebswasserleitungen einer Groß-
TZW - Jahresbericht 2014
17
Brauerei in Afrika ermittelt. Auf Grundlage der Befunde konnten den Betreibern
geeignete Lösungsvorschläge zur Behebung der jeweiligen Problematik empfohlen werden.
Hinsichtlich der Forschungsaktivitäten wurde das vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung, dem DVGW und Plastics Europe geförderte Verbundvorhaben „Kunststoffe im Kontakt mit Trinkwasser“ erfolgreich beendet. Zwei
weitere Forschungsvorhaben wurden vom DVGW zur Förderung bewilligt, so
dass die Arbeiten an beiden Projekten begonnen werden konnten. Das eine
Projekt hat zum Ziel, ein neues Verfahren zur Überprüfung von Beschichtungen
in Stahlbehältern auf Porenfreiheit wissenschaftlich zu etablieren, um diese Untersuchungsmethode in das entsprechende technische Regelwerk aufzunehmen. Das zweite Projekt befasst sich mit erhöhten Geruchsschwellenwerten bei
Trinkwasser-Kunststoffrohren. Hier ist zu untersuchen, inwieweit DVGW zertifizierte Rohre auf dem Markt von dieser Problematik betroffen sind. Darüber hinaus soll in diesem Zusammenhang durch Migrationsuntersuchungen mit unterschiedlichen Stagnationszeiten überprüft werden, inwieweit eine Anpassung der
Geruchsschwellenwerte insbesondere im Hinblick auf eine europäische Harmonisierung innerhalb der 4 MS Gruppe zu vertreten wäre.
2.7
Prüfstelle Wasser
Der Umfang von Erstprüfungen zum Nachweis der hygienischen Eignung von
Produkten und Materialien im Kontakt mit Trinkwasser war im Jahr 2014 auf
einem unverändert hohen Niveau. Dazu zählten insbesondere auch die Arbeiten zur hygienischen Eignung von metallenen Werkstoffen. Ebenso war mit
dem Entwurf der Bewertungsgrundlage für Emails und keramische Werkstoffe
des Umweltbundesamtes auch hier eine deutliche Nachfrage festzustellen.
Aus der Vielzahl der über 150 CEN-, DIN- und DVGW-Produktnormen, für die
die Prüfstelle Wasser akkreditiert ist, war insbesondere eine gesteigertes Interesse bei der Prüfung von Enthärtungsanlagen, UV-Desinfektionsgeräten und
des Schutzes des Trinkwassers nach DIN EN 1717 zu verzeichnen. Zusätzlich
war in 2014 eine weiterhin positive Nachfrage nach Prüfungen von Armaturen
für den Einsatz in der Trinkwasserversorgung gegeben. Ebenso war unter anderem die Auftragslage für Prüfungen von Kugelhähnen und Rückflussverhinderern weiterhin gut.
Darüber hinaus waren die Mitarbeiter der Prüfstelle Wasser sehr gut ausgelastet, um die werkseigene Produktionskontrolle bei Herstellern von wasserfachlichen Produkten im Inland sowie europäischen und außereuropäischen Ausland
18
zu verifizieren. Dies ist insbesondere bei Produkten notwendig, die einer Zertifizierung durch den DVGW unterliegen.
In 2014 konnten zudem die Forschungsarbeiten zusammen mit der herstellenden Industrie weiter intensiviert werden. Hierzu zählen zum Beispiel Forschungsarbeiten zur Wirksamkeit von neuen Produkten und Materialien. Beispielsweise wurde das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt zur Entwicklung von Technologien für eine energieeffiziente
Trinkwasserdesinfektion mittels UV-LEDs weiter bearbeitet. Hierzu sind bereits
weitere Nachfolgeprojekte in Planung. Ebenso wurden wesentliche Investitionen für die Untersuchung der Möglichkeiten und Grenzen von UV-Strahlern und
UV-Sensoren getätigt. Hierzu wurde unter anderem eng mit der PhysikalischTechnischen Bundesanstalt (PTB) zusammengearbeitet.
Darüber hinaus wurden die in der Prüfstelle Wasser bereits etablierten Prüfstände für Armaturenprüfungen in ihrer Funktionalität überarbeitet und verbessert. Dies wurde möglich, da in 2014 die Personalstärke in der Prüfstelle Wasser den aktuellen Erfordernissen angepasst wurde.
Neben den vielfältigen Tätigkeiten in der Forschung und Prüfung sind die Mitarbeiter der Prüfstelle Wasser auch intensiv in der nationale und internationale
Regelsetzung und Normenarbeit aktiv eingebunden. In 2014 sind hierbei unter
anderem die intensiven Arbeiten zur Harmonisierung der Prüfnorm für UVDesinfektionsgeräte zu nennen.
2.8
Außenstelle Dresden
Schwerpunkt der Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Wasserverteilung
waren 2014 Untersuchungen zur direkten Beurteilung des Korrosionsverhaltens
von metallischen Rohrleitungen im Verteilungssystem. Im Ergebnis von Testreihen an Versuchsanlagen sowie in Verteilungssystemen zeigte sich, dass der
Effekt der Korrosion auf die Wasserbeschaffenheit unter den vorliegenden
Randbedingungen mittels kontinuierlicher Trübungsmessung detailliert erfasst
werden kann. Somit ist es möglich die Wirkung von Inhibitoren oder den Effekt
einer Veränderung der Wasserbeschaffenheit zu beurteilen.
Im Rahmen von Untersuchungen zur Anpassung von Wassergütemodellen
wurde ein 150 m langes Modellnetz inkl. Fernwirktechnik gebaut. Im Ergebnis
umfangreicher Versuchsreihen zeigte sich, dass die Mischungsprozesse in Armaturen (Kreuze und T-Stücke) erheblich von den hydraulischen Bedingungen
abhängig sind.
TZW - Jahresbericht 2014
19
In Zusammenarbeit mit 12 Wasserversorgungsunternehmen werden innerhalb
eines Forschungsprojektes hochaufgelöste Messungen zum Wasserverbrauch
in über 250 Objekten durchgeführt.
Darüber hinaus wurde ein Verbundprojekt abgeschlossen, welches sich mit der
Beeinflussung der Bildung von Ablagerungen in Trinkwasserleitungen durch
strukturierte Oberflächen befasste. Hierbei wurden Strukturen entwickelt, die
eine Verringerung der Anreicherung von Ablagerungen bei geringen Fließgeschwindigkeiten bewirken.
Im Rahmen des Teilprojektes „Einfluss des DOC auf die Aufbereitung von Talsperrenwässern“ eines vom BMBF und DVGW geförderten Forschungsvorhabens zur Huminstoffproblematik (TALKO) wurden im Jahr 2014 kleintechnische
Versuche zur Ermittlung der Leistungsgrenzen und Möglichkeiten der Leistungssteigerung der Einschicht- und Mehrschichtfiltration sowie der Ultrafiltration durchgeführt.
Auf dem Gebiet der Wassergüte wurde 2014 eine Studie zum Einsatz von Online-Sensoren für die Trinkwasserüberwachung fertig gestellt. Dabei zeigte sich,
dass durch den Einsatz der auf dem Markt verfügbaren Online-Sensoren im
Normalbetrieb eine sichere Qualitätskontrolle des Trinkwassers und die Prozesssteuerung prinzipiell möglich sind.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Beratungstätigkeit wurden wie in den Jahren zuvor zustandsorientierte Spülpläne erarbeitet und Vorhaben zur Umstellung auf einen desinfektionsmittelfreien Netzbetrieb bzw. Umstellung der Wasserbeschaffenheit begleitet. Daneben wurden in mehreren Wasserwerken
Funktionsprüfungen unter Einbeziehung von Leistungstests durchgeführt. Ein
weiterer Schwerpunkt war die Erarbeitung von Gefährdungsanalysen bzw. die
Unterstützung von Wasserversorgungsunternehmen beim Aufbau eines prozessorientierten Risikomanagements.
20
3
Wissenstransfer zu Versorgungsunternehmen
Der Wissenstransfer von Ergebnissen der TZW-Forschung in die Versorgungsunternehmen erfolgte über folgende Wege:
-
TZW-Schriftenreihe
TZW-Newsletter
TZW-Kolloquien
TZW-Diskussionsreihe
TZW-Homepage
Ergebnisse von Forschungsarbeiten werden in der TZW-Schriftenreihe abgedruckt. Im Jahr 2014 erschienen weitere Ausgaben:
-
Band 61:
Wirksamkeit der Elimination von Viren durch Filtrationsverfahren der Wasseraufbereitung
-
Band 62:
Elimination anthropogener Spurenstoffe im Zuge der Grundwasseranreicherung
-
Band 63:
Verbleib von DOC und Spurenstoffen bei der Grundwasseranreicherung in
den Langen Erlen (Basel)
-
Band 64:
DOC-Analytik mittels 2D-Fluoreszenzspektroskopie
-
Band 65:
Neue Methoden und Verfahren für die Wasserversorgung. Beiträge zum
19. TZW-Kolloquium
Ausgaben des TZW-Newsletters erschienen im April und Oktober 2014 mit
Kurzinformationen zu aktuellen Themen in der Wasserversorgung. Hierbei
standen Risikomanagement und Energie in der Wasserversorgung im Fokus.
Darüber hinaus wurde ein Newsletter in englischer Sprache gestaltet, der an
Fachleute aus dem Wasserfach aus der ganzen Welt versandt wurde. Im Mittelpunkt dieses internationalen Newsletters standen Prognosen des Wasserbedarfes zum energieeffizienten Betrieb von Wasserverteilungssystemen.
Die 6. TZW-Diskussionsreihe am 29.10.2014 war aus Anlass des 10-jährigen
Jubiläums des „Water-Safety-Plan“-Ansatzes der WHO ebenfalls dem Thema
Risikomanagement in der Trinkwasserversorgung gewidmet. Referentinnen von
DVGW und UBA stellten den Stand der nationalen und europäischen Diskussion vor, Vertreter von TZW und verschiedener Wasserversorger präsentierten
TZW - Jahresbericht 2014
21
Erfahrungen aus Forschungsvorhaben und der praktischen Umsetzung. Die
Beiträge wurden unter den Teilnehmern rege diskutiert.
Das TZW führte im Jahr 2014 die traditionellen TZW-Kolloquien fort, bei denen
Mitarbeiter des TZW aktuelle Forschungsergebnisse vorstellen. Das
23. Dresdner Trinkwasserkolloquium fand am 13.05.2014 in Dresden statt. Etwa 110 Fachleute und Entscheidungsträger aus Versorgungsunternehmen und
Behörden nahmen an dieser Veranstaltung teil. Auch das 19. TZW-Kolloquium
vom 02.12.2014 erfreute sich eines starken Interesses aus der Praxis, wie die
Anreise von mehr als 120 Fachleuten aus dem Wasserfach zum TZW nach
Karlsruhe zeigte.
Unter der Adresse www.tzw.de ist die Homepage des TZW zu erreichen, die im
Berichtszeitraum laufend aktualisiert wurde.
22
4
TZW-interne Forschungsseminare
Die TZW-internen Forschungsseminare über neue Entwicklungen der Forschung im Wasserfach dienen der Fortbildung, der Verbesserung des Informationsaustausches und der Diskussion unter den Mitarbeitern des TZW. Im Jahr
2014 wurden neun dieser Seminare zu den in Tabelle 1 gelisteten Themen
durchgeführt. Hierin ist auch eine Veranstaltung mit der Außenstelle in Hamburg enthalten, um Synergieeffekte innerhalb des TZW noch besser zu nutzen.
Tabelle 1:
Themen der TZW-internen Seminare
Datum
Vortragender
Thema
27.01.14
Dr. Robertino Turković
Geruchs- und Geschmacksprobleme in TrinkwasserInstallationen
Dr. Wolfgang Werner
Untersuchungen zur Überprüfung der Eignung
metallener Werkstoffe in Trinkwässern
25.02.14
Prof. Dr. Mathias Ernst
Auswahl aktueller Forschungsprojekte am Institut
Wasserversorgung TUHH und der DVGW
Forschungsstelle TUHH
17.03.14
Dr. Oliver Happel
Entfernungsleistung gängiger Aufbereitungstechniken
für akut toxische Chemikaliengehalte
Daniel Schumann
Erstellung von Spülplänen durch das Softwaretool
FlushPlan
Dr. Marcel Riegel
Ergebnisse des STATuS-Projekts: Hilfestellungen zum
Schutz vor Anschlägen
28.04.14
Martin Wagner
Charakterisierung und Quantifizierung natürlicher
organischer Wasserinhaltsstoffe mittels
Fluoreszenzspektroskopie
Florian R. Storck
Verbleib von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC)
und organischen Spurenstoffen bei der künstlichen
Grundwasser-anreicherung in den Langen Erlen
(Basel)
23.06.14
Prof. Dr. Andreas Tiehm
Molekularbiologische Methoden in der
Umweltbiotechnologie
Johannes Otto
Weiterentwicklung der PCR für eine lebend/totUnterscheidung bei Bakterien und Viren
Claudia Stoll
Antibiotikaresistenzen: Nachweis, Verbreitung und
Elimination in der Aufbereitung
TZW - Jahresbericht 2014
11.09.14
Martin Tröster
23
Nanopartikel in der Trinkwasseraufbereitung:
Ergebnisse des PRiMaT-Projekts
20.10.14
Joachim Janda
Neue Methoden zur Erfassung von PFCs
Dr. Wido Schmidt
Vorkommen und Bildung von Perchlorat bei der
Aufbereitung von Trink- und Badebeckenwässern
Martin Wagner
Moderne (Daten-)Analytik: Möglichkeiten der
Spektroskopie sowie der Datenanalyse in der
Trinkwasserüberwachung
17.11.14
Dr. Pia Lipp
Bestimmung des Eliminationspotentials nanoskaliger
Partikel aus Wasserproben
15.12.14
Friederike Brauer
Risikomanagement in Wasserschutzgebieten der
RheinEnergie
Thilo Fischer
Gefährdungsanalyse mit Hilfe eines
datenbankbasierten Bewertungssystems
24
5
Internationale Kontakte
5.1
Zielstellung
Internationale Kooperationen tragen dazu bei, den Bekanntheitsgrad des TZW
und des DVGW bei europäischen und außereuropäischen Partnern zu erhöhen
und entsprechende Kontakte und Netzwerke zu pflegen. Dies ist nicht zuletzt
erforderlich, um auch künftig Forschungsmittel aus internationalen Quellen einzuwerben und den deutschen Entwicklungsstand im Trinkwasserbereich im
Ausland zu dokumentieren.
5.2
Kontakte innerhalb laufender Projekte
In weiten Teilen der serbischen Provinz Vojvodina sowie im angrenzenden Ungarn und Rumänien wird zur Trinkwasserversorgung Grundwasser genutzt, das
hohe Anforderungen an die Aufbereitung stellt. Es ist durch hohe Gehalte an
Hydrogencarbonat, natürlichen organischen Substanzen, Ammonium und Arsen
gekennzeichnet. Seit Juli 2014 führt das TZW in Serbien in Zusammenarbeit
mit lokalen Partnern (Ingenieurbüro Setec E&C d.o.o., Belgrad, Universität Novi
Sad) kleintechnische Aufbereitungsversuche in der Stadt Kikinda durch. Getestet werden konventionelle Verfahren u. a. mit Ozon und biologischer Nachbehandlung sowie die Flockungsfiltration.
In 2014 wurde das fünfjährige EU-Forschungsprojekt Aquavalens fortgeführt.
Das integrierte Projekt mit einem Fördervolumen von ca. 6 Mill Euro hat u. a.
zum Ziel, molekularbiogische Methoden für Viren, Bakterien und Protozoen zur
Anwendungsreife zu entwickeln. Die Koordination des Arbeitspaketes Standardisierung und Validierung liegt beim TZW. Im Rahmen des Projektes wurden
intensive Kontakte zu etwa 40 europäischen Partnern gepflegt. Hier zählen
Universitäten (z. B. Univ. of East Anglia, TU Wien, Universität Bern), Forschungsinstitute (z. B. CETAQUA, WRC) sowie KMU (Vermicon, MicroLAN,
EPIGEM).
Eine Pilotanlage zur Grundwasseranreicherung wurde in Fuheis (Jordanien)
betrieben und die Limination von Spurenstoffen und hygienisch relevanten Mikroorganismen untersucht. Die Anlage war Teil des SMART-Projektes, in dem
neu entwickelte Konzepte zum Integrated Water Resources Management
(IWRM) in semi-ariden Gebieten erprobt wurden. Im SMART-Projekt wurden
gemeinsame Arbeiten von Instituten aus Palästina, Jordanien, Israel und
Deutschland durchgeführt.
TZW - Jahresbericht 2014
5.3
25
Kontakte außerhalb laufender Projekte
Das TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser und PUB, nationale Wasserbehörde von Singapur, unterzeichneten anlässlich der Singapore Water Week
2014 eine Kooperationsvereinbarung. Die Vereinbarung zielt auf gemeinsame
Aktivitäten in der Wasserforschung und Aufbereitungstechnologie. Hierzu zählen neben Fragestellungen zur Trinkwasserqualität und Überwachung mit modernen Online-Sensoren auch neue Entwicklungen in der Wasseraufbereitungstechnik sowie der Wasserverteilung. Singapur hat sich in den letzten Jahren als
weltweit führender Standort für innovative Wassertechnologien etabliert. Das
TZW festigt damit seine weitreichenden Kontakte zu internationalen Schlüsselpartnern, um den Herausforderungen der Wasserversorgung in der Zukunft erfolgreich zu begegnen.
Bild:
Feierliche Unterzeichnung der Kooperationsvereinbarung zwischen
dem Chief Technology Officer von PUB, Harry Seah, und dem Geschäftsführer des TZW, Dr. Josef Klinger, am 02.06.2014 in Singapur
(Foto: PUB)
Im Januar 2014 empfing das TZW auf Initiative von BADEN-WÜRTTEMBERG
INTERNATIONAL eine Delegation aus Peru, bestehend aus Vertretern aus
Wissenschaft und Forschung sowie des größten staatlichen Wasserversorgungsunternehmens SEDAPAL. Die peruanischen Vertreter präsentierten eine
26
Initiative zur Gründung eines Exzellenzzentrums für innovative und nachhaltige
Wasserwirtschaft in urbanen und ländlichen Gebieten. Im Rahmen des BMBFVorhabens Agua Gestíon besuchten daraufhin Vertreter des TZW und anderer
deutscher Forschungseinrichtungen die peruanische Hauptstadt, um mit den
peruanischen Partnern vor Ort Ideen für gemeinsame Projekte zu entwickeln
und die Gründung des Centro de Competencias del Agua (CCA) voranzubringen. Die offizielle Gründung des CCA wird voraussichtlich in 2015 vollzogen
und eine Förderung durch den peruanischen Staat wird angestrebt. Das TZW
unterstützt die Gründung des CCA, da insbesondere für schnellwachsende
Volkswirtschaften wie Peru eine gesicherte Versorgung mit Wasser von großer
Bedeutung ist und hat bereits einige Vorschläge zu Projekten skizziert.
Bild:
Wassertransport in Peru (Foto: TZW Karlsruhe, Marco Scheurer)
Am 24.02.2014 besuchte eine Gruppe von 15 Studenten und Professoren aus
Japan das TZW, um sich über aktuelle Entwicklungen im Trinkwasserbereich
zu informieren. Hierbei wurde vom TZW ein Überblick gegeben, wie das Trinkwasser in Deutschland aufbereitet und kontrolliert wird.
Vom 15. bis 16.10.2014 weilte Frau Seiko Ito vom Bureau of Waterworks, Tokyo Metropolitan Government, Japan im TZW. Vor dem Hintergrund auf die
Vorbereitung der 32. Olympischen Spiele in Tokyo im August 2020 informierte
TZW - Jahresbericht 2014
27
sich Frau Ito in persönlichen Gesprächen mit Mitarbeitern des TZW über Erfahrungen beim Risikomanagement und Online-Sensorik in Deutschland. Darüber
hinaus nahm Frau Ito am Projekttreffen des BMBF-Verbundvorhabens PRiMaT
im TZW teil.
Bild:
Das Bureau of Waterworks mit 3.900 Mitarbeitern versorgt im Großraum Tokyo 13,2 Mio. Verbraucher mit durchschnittlich 4,1 Mio. m³
Trinkwasser pro Tag (Foto: TZW Karlsruhe, Uwe Müller)
Im Rahmen der bereits mehrjährigen Zusammenarbeit mit China besuchte
Prof. Tiehm im Frühjahr die Tongji-Universität in Shanghai sowie das CRAESInstitut in Peking. Zur Vorbereitung eines Kooperationsprojektes am Tai See
fanden Workshops mit chinesischen Fachkollegen statt. Im Dezember besuchte
eine chinesische Delegation unter Leitung von Prof. Dai (Tongji Universität,
Shanghai) das TZW. Mit Vertretern des MOHURD (Ministry for Housing and
Urban and Rural Development) sowie der Wasserversorgung Kunming wurden
die Inhalte eines neuen Forschungsprojektes unter Koordination des TZW diskutiert.
28
Bild:
Besuch der Tongji-Universität im TZW im Dezember 2014
(Foto: TZW Karlsruhe)
Wie in den Vorjahren erfolgte ein internationaler Austausch zwischen den Niederlanden, Deutschland und der Schweiz im Rahmen der IAWRQualitätsgruppe, bei dem die Herausforderungen der Wasserversorger im
Rheineinzugsgebiet im Vordergrund stehen. Selbstverständlich waren die Mitarbeiter des TZW wie in den Vorjahren in verschiedenen internationalen Gremien, wie CEN, DG ENTR, ECI, GWRC, Plastics Europe oder WRF tätig, um dort
das umfangreiche Wissen der Wasserversorgung in Deutschland darzulegen.
Am 28.03.14 besuchten Mitarbeiter des PHCR - Europe (Environmental Health
Engineering Division Public Health Command Region - Europe) das TZW. Das
PHCR befasst sich mit der Inspektion und Überwachung von Trinkwasseranlagen auf dem Gelände der U.S. Streitkräfte in Deutschland und Europa. Hierbei
wurden mit Experten des TZW insbesondere Fragen der Analytik und Wasserbeschaffenheit, Korrosion und Mikrobiologie erörtert.
Das TZW ist weiterhin in der Global Water Research Coalition (GWRC) aktiv
vertreten. GWRC ist ein globaler Zusammenschluss der führenden Wasserforschungseinrichtungen, um den internationalen Wissenstransfer in der Wasserforschung im Sinne eines Forschungsradars zu unterstützen und zu fördern. Als
Beispiel für die Arbeiten von GWRC ist dem Jahresbericht der jährliche Rückblick der GWRC 2013/2014 in Anlage 2 beigefügt.
TZW - Jahresbericht 2014
6
29
Erweiterung des TZW zum DVGW Wasser Campus
Im Jahre 1991 hat der DVGW-Vorstand beschlossen, das DVGWTechnologiezentrum Wasser zur Unterstützung des Vereins in seinen satzungsgemäßen Aufgaben zu gründen, welches aus der DVGWForschungsstelle, Bereich Wasserchemie am Engler Bunte Institut der Universität Karlsruhe, dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hervorgegangen ist. Nach der Grundsteinlegung für ein neues Gebäude am 1. Juli 1993
wurde zum 1. Juli 1995 der Neubau des TZW in Karlsruhe-Hagsfeld bezogen
und in Betrieb genommen. Bereits damals war der Neubau von der engen Kooperation des TZW mit den Stadtwerken Karlsruhe getragen. Aufgrund der kontinuierlichen Ausweitung der wissenschaftlich-technischen Tätigkeiten des TZW
für das Wasserfach wurde deutlich, dass die Raumsituation für neue Arbeitsschwerpunkte in den letzten Jahren immer beengter wurde. Aus diesem Grund
wurde Anfang 2011 gemeinsam mit den Stadtwerken Karlsruhe die Möglichkeit
erörtert, ob das im Besitz der Stadtwerke Karlsruhe stehende benachbarte
Grundstück des Umspannwerkes Blöße für die Erweiterung des TZW zum Verkauf zur Verfügung gestellt werden könnte. Innerhalb kurzer Zeit wurde seitens
der Stadtwerke Karlsruhe hierzu wie bei der Gründung des TZW vollumfängliche Unterstützung zugesagt. Nach weiteren Vorgesprächen mit der Stadt Karlsruhe wurde daraufhin in 2012 eine Machbarkeitsstudie inklusive erster Kostenkalkulation abgeschlossen. Im Jahr 2013 hat das DVGW-Präsidium dem Erweiterungsbau zugestimmt. Daraufhin wurden die weiteren Planungsarbeiten angestoßen. Ebenso wurde das für die Erweiterung notwendige Grundstück von
den Stadtwerken Karlsruhe an den DVGW, vertreten durch das TZW, veräußert. Im Zuge der detaillierteren Planungsarbeiten wurde deutlich, dass ein Satzungsverfahren für einen vorhabenbezogenen Bebauungsplan gemäß Baugesetzbuch einzuleiten ist. Nach intensiven Planungs- und Gutachtertätigkeiten
sowie mehreren Anhörungsrunden wurde das gesamte Verfahren mit dem Satzungsbeschluss gemäß § 10 des Baugesetzbuches einstimmig durch den Gemeinderat der Stadt Karlsruhe am 18. November 2014 freigegeben. Seit Ende
Februar 2015 liegt nun die Baugenehmigung vor. Der Bau wurde mittlerweile in
Auftrag gegeben, so dass die Bauarbeiten im Sommer 2015 beginnen werden.
Damit wird das lange geplante Bauvorhaben zur Erweiterung des TZW nun Realität und der DVGW stärkt damit seine Wasserkompetenz am Standort Karlsruhe für die Zukunft.
30
Bild:
Zukunft DVGW Wasser Campus
TZW - Jahresbericht 2014
31
7
Kurzfassungen von ausgewählten F&E-Vorhaben, die im
Jahr 2014 abgeschlossen wurden
7.1
Acesulfam als Tracer für die Quantifizierung von Abwasser- und
Oberflächenwassereinfluss in Uferfiltrat und Grundwasser
Im Rahmen eines DVGW-Forschungsprojektes wurden künstliche Süßstoffe,
besonders Acesulfam, in Konzentrationen bis zu 10 μg/L in Oberflächenwasser
nachgewiesen. Da Acesulfam sich im aeroben Milieu als sehr stabil erwiesen
hat, in großen Mengen eingesetzt wird, eine hohe Persistenz aufweist und über
die Kläranlagen in die Vorfluter gelangt, scheint es als Tracer gut geeignet zu
sein, um den Einfluss von Oberflächenwasser in Uferfiltraten zu quantifizieren.
In der ersten Phase des Vorhabens wurden Sorptionsneigung und Stabilität von
Acesulfam in Batchversuchen und Laborsäulenversuchen bei unterschiedlichen
Redoxbedingungen gemeinsam mit dem IfW (Schwerte) untersucht. Dabei wurden sowohl Stabilität gegenüber Bioabbau als auch eine sehr geringe Sorption
bei für die Uferfiltration maßgeblichen Randbedingungen nachgewiesen. In einem Versuchsansatz mit geklärtem Abwasser erfolgte jedoch eine reproduzierbare, vollständige Transformation von Acesulfam innerhalb von 7 bis 11 Tagen.
Bild:
Uferfiltratstrecke (Foto: TZW Karlsruhe, F. R. Storck)
Feldstudien an 6 verschiedenen Uferfiltratstandorten mit Aufenthaltszeiten von
etwa 1 Tag bis > 2 Jahren erbrachten unterschiedliche Ergebnisse, die jeweils
32
durch Betrachtung weiterer Wasserinhaltsstoffe abgesichert wurden. An drei
Standorten erfolgte eine Verminderung der Acesulfamkonzentration um bis zu
66 %, die sich nicht durch Verdünnung erklären ließ. Bei kurzen Aufenthaltszeiten von wenigen Tagen erfolgte am vierten Standort nur ein geringer Rückhalt
(15 %), während dort bei längeren Aufenthaltszeiten von 36 bis zu 90 Tagen ein
Rückhalt von bis zu 49 % beobachtet wurde, der auf einer teilweisen Transformation von Acesulfam beruhen dürfte. Auch in älterem Wasser (ca. 280 Tage
Aufenthaltszeit) wurde Acesulfam noch in relativ hohen Konzentrationen bis 1,4
μg/L nachgewiesen. An einem weiteren Standort ließ sich der Konzentrationsrückgang von Acesulfam alleine durch advektiv/dispersive Effekte erklären. Am
sechsten Standort war eine Quantifizierung des Acesulfamrückhaltes nicht
möglich, jedoch wurde in Messstellen mit älterem Uferfiltrat (>2a) über etwa ein
halbes Jahr Acesulfam in gleichbleibend hohen Konzentrationen nachgewiesen,
was für eine hohe Stabilität von Acesulfam an diesem Standort spricht.
Die Resultate der Feld- und Laborstudien befinden sich im Einklang mit bisher
publizierten Erkenntnissen zum Verhalten von Acesulfam, da insbesondere in
jüngsten Studien ebenfalls ein Abbau von Acesulfam beobachtet wurde, während in vielen älteren Untersuchungen meist eine hohe Persistenz von Acesulfam festgestellt wurde. Hinweise auf mögliche Ursachen für dieses ambivalente
Verhalten von Acesulfam erbrachten die Untersuchungen eines Kläranlagenablaufes, die auf einen Zusammenhang der Acesulfamtransformation mit dem Nitratrückhalt schließen lassen. Außerdem könnten an den Uferfiltratstandorten
kurzfristige Wechsel im Redoxmilieu und/(oder) der Nährstoffversorgung eine
Transformation von Acesulfam induzieren.
Acesulfam kann daher nicht als idealer Tracer angesehen werden. Es ist jedoch
nach bisherigem Kenntnisstand im Feld stabil genug, um qualitativ einen Oberflächenwassereinfluss oder eine Kanalleckage zu belegen. Im günstigsten Fall
lassen sich sogar längerfristige Konzentrationsschwankungen von Acesulfam
im Gewässer in Uferfiltratstrecken nachvollziehen und dadurch Rückschlüsse
auf die Aufenthaltszeiten ziehen. Eine vollständige Transformation von Acesulfam wurde nur im Labor, nicht aber im Feld beobachtet.
7.2
Entwicklung eines fluorspezifischen Wasserqualitätsparameters
als Werkzeug zur Identifizierung rohwasserseitiger Belastungsschwerpunkte hinsichtlich Chemikalien
Im Rahmen eines weiteren DVGW-Forschungsvorhabens gelang es, mittels der
sogenannten Combustion Ion Chromatography (CIC), kombiniert mit der Anreicherung organischer Fluorverbindungen an einer sehr fluorarmen, synthetischen Aktivkohle ein neues Analysenverfahren zur Bestimmung des Gruppen-
TZW - Jahresbericht 2014
33
parameters adsorbierbares organisch gebundenes Fluor (AOF) zu erarbeiten.
Dieses neue Verfahren ist mit einer Bestimmungsgrenze von 1 µg/L unter Routinebedingungen etwa zwei Zehnerpotenzen empfindlicher als ein alter Normentwurf DIN 38409-29 von 1996, dessen Arbeitsbereich bei 50-500 µg/L F
lag. Damit steht nun neben der Einzelstoffanalytik mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatografie-Elektrospray-Tandem-Massenspektrometrie
(HPLC-ESIMS/MS) ein weiteres Werkzeug zur Verfügung, mit dem sich auffällige Kontaminationen mit Organofluorverbindungen im Wasserkreislauf identifizieren lassen.
Vergleichende Messungen von AOF und poly- und perfluorierten Verbindungen
(PFC), wie sie beispielhaft in diesem Projekt durchgeführt wurden, erlauben nun
eine Abschätzung, wie groß der Beitrag der analysierten PFC am AOF ist. Solche Bilanzierungen zeigen, dass in Proben aus der aquatischen Umwelt sehr
große Lücken (bis über 90 %) zwischen dem AOF und dem davon mittels PFCAnalytik erklärbaren Anteil auftreten können. Dies bedeutet, dass neben den
bekannten PFC auch andere Verbindungen eine wichtige Rolle spielen. Dies
können z. B. unbekannte Fluortenside bei Kontaminationen mit Feuerlöschschäumen, nicht analysierte PFC aus früheren legalen oder heutigen illegalen
Papierschlammablagerungen auf landwirtschaftlichen Flächen oder auch Beiträge von fluorhaltigen Pflanzenschutzmitteln, pharmazeutischen Wirkstoffen
oder anderen fluorierten, organischen Verbindungen sowie deren ─ im Falle der
PFC sehr stabilen ─ Abbauprodukte in Abwässern und Gewässern sein. Es ist
daher dringend notwendig, dass Hersteller von chemischen Produkten, z. B. die
Hersteller von fluorhaltigen Feuerlöschmitteln, die aktiven Inhaltsstoffe offenlegen. Nur so kann zu einem Schadensfall eine zielgerichtete quantitative Einzelstoffanalytik zur Beurteilung aufgebaut und herangezogen werden. Solange
dies nicht möglich ist, kann ein Gruppenparameter wie der AOF helfen, zumindest die Größenordnung der Kontamination abzuschätzen und einen Anhaltspunkt für das Ausmaß noch unbekannter Kontaminationen in den Wasserressourcen zu bekommen.
Es hat sich in jüngster Zeit gezeigt, dass PFC-Fahnen im Grundwasser sehr
schnell wandernde Fahnen mit großen Reichweiten darstellen. Häufig ist es
aufgrund der begrenzten Parameteranzahl bei der PFC-Analytik schwierig, diese Fahnen, z. B. nach einem Großbrand, zuverlässig abzugrenzen. Hierfür
könnte der AOF auch ein pragmatischer Ansatz sein, wenn man z. B. bei hoch
kontaminierten Grundwässern den Ort, an dem der AOF auf unter die Bestimmungsgrenze von 1 µg/L fällt, als Fahnenrand definiert.
Eine toxikologische oder ökotoxikologische Bewertung von Wasserverunreinigungen mit Organofluorverbindungen erfordert jedoch stets die Kenntnis der
Einzelstoffe. Insofern ersetzt der AOF für solche Fragestellungen nicht die Ein-
34
zelstoffanalytik. Er stellt vielmehr einen Indikatorparameter dar, der die Unterscheidung von belasteten und unbelasteten Wässern hinsichtlich fluororganischer Chemikalien erlaubt.
Bild:
Mikroskopische Aufnahme der für die Anreicherung der Organofluorverbindungen beim AOF-Verfahren verwendeten synthetischen Aktivkohle (Foto: TZW Karlsruhe, Frank Thomas Lange/Ingrid Eberhagen)
7.3
Studie zum Einfluss von Silikontensiden auf die Rohwasserqualität von Wasserwerken
Dem Verbraucher begegnen Silikonverbindungen im Alltag in Form von Polymeren, beispielsweise als Fugendichtungen, Backformen oder als Brustimplantate. Kleinere Silikonmoleküle sind in Körperpflegeprodukten wie Shampoos
oder in Kosmetika enthalten und werden z.T. kontrovers diskutiert.
Trotz der steigenden Bedeutung von Silikonen seit etwa einem halben Jahrhundert wurden erst in den letzten Jahren einige Verbindungen aus dieser umfangreichen Stoffgruppe hinsichtlich ihrer Umweltrelevanz in einem im Berichtszeitraum abgeschlossenen DVGW-Forschungsvorhaben untersucht. Für ein-
TZW - Jahresbericht 2014
35
zelne Stoffe aus der Gruppe der flüchtigen Methylsiloxane mit den Bezeichnungen D4, D5 und D6 gibt es inzwischen eine Reihe von Studien, in denen ihre
Persistenz, Bioakkumulierbarkeit sowie verschiedene toxische Wirkungen
nachgewiesen wurden. Aufgrund ihrer geringen Wasserlöslichkeit, ihrer Flüchtigkeit und Adsorbierbarkeit gelangen diese Stoffe überwiegend in die Atmosphäre oder adsorbieren an Feststoffe, insbesondere an Klärschlamm. Nach
derzeitigem Kenntnisstand stellen sie daher kein Problem für die Trinkwasserversorgung dar.
Hingegen war es bislang aufgrund fehlender spurenanalytischer Methoden nicht
möglich, das Vorkommen und Verhalten von polaren Silikontensiden in der
aquatischen Umwelt zu untersuchen. Eine wichtige Gruppe von Silikontensiden
sind die Trisiloxantenside, die u. a. als Hilfsstoffe in Pflanzenschutzmitteln, sogenannten Superspreader, zur Benetzung von Pflanzenteilen (Bild), eingesetzt
werden und damit potentielle Kontaminanten für die Trinkwasserressourcen
darstellen.
Im Rahmen des DVGW-Projekts wurde analytische Pionierarbeit geleistet, um
ausgewählte, wichtige Trisiloxantenside im Spurenbereich aus Wasser analysieren zu können. Mithilfe dieser neuen analytischen Methode wurden u. a.
Stabilität und Verlagerungsverhalten ins Grundwasser anhand von Laborversuchen mit einem repräsentativen Tensid getestet sowie Untersuchungen von
Oberflächenwässern durchgeführt. Adsorption und Hydrolyse wurden als wichtige Eliminationsmechanismen in der Umwelt für diese Stoffklasse abgeleitet.
Danach ist ein Eintrag von Trisiloxantensiden ins Grundwasser unwahrscheinlich. In Oberflächenwässern wurden nur im Einzelfall geringe Spuren im ng/LBereich gefunden. Durch Hydrolyse entsteht eine Reihe von Transformationsprodukten, von denen einige identifiziert wurden. Deren weiterer Verbleib in sowie ihre Wirkungen auf die Umwelt können derzeit nicht beurteilt werden, da
diese Transformationsprodukte analytisch noch schwieriger zu fassen sind als
die Tenside selbst und außerdem keine toxikologischen und ökotoxikologischen
Daten hierzu vorliegen.
36
Bild:
Rasche, gleichmäßige Benetzung eines Pflanzenblattes bei Einsatz
eines Trisiloxantensids (Foto: TZW Karlsruhe, Oliver Happel)
7.4
Oberflächenstrukturen zur Minimierung der Ablagerungsbildung in
Trinkwasserleitungen
Im Rahmen des im Berichtszeitraum abgeschlossenen AiF-Verbundprojektes
„Oberflächenstrukturen zur Minimierung der Ablagerungsbildung in Trinkwasserleitungen“ wurde der Effekt von Strukturen in Trinkwasserrohren auf die Anreicherung von losen Ablagerungen untersucht. Im ersten Schritt wurden mögliche Strukturen analysiert. Nachfolgend wurden in Frage kommende Innenstrukturen computertechnisch bearbeitet und einer Strömungssimulation unter definierten Bedingungen unterzogen, um Geschwindigkeits- und Turbulenzverteilungen zu identifizieren. Hierauf aufbauend wurden unterschiedliche Strukturtypen in Testrohre eingebracht und in Versuchsanlagen der Effekt überprüft sowie die Ergebnisse mit den aus der Simulation gewonnenen Daten abgeglichen.
Hierbei zeigten die Testreihen an den Versuchsanlagen einen deutlich positiven
Effekt der Innenstrukturen auf die Bildung und den Austrag loser Ablagerungen.
Im nächsten Schritt wurde eine fertigungstechnisch umsetzbare Struktur identifiziert, welche mit einem neu zu entwickelnden Extrusionskopf zu fertigen war.
Nach Fertigstellung des entsprechenden Werkzeugs wurden mehrere Rohrlängen mit strukturierter Innenoberfläche extrudiert.
TZW - Jahresbericht 2014
7.5
37
Einsatz von industriellen und kommunalen Abfallstoffen für die
Biogaseinspeisung
Im Jahr 2014 wurde das DVGW-Forschungsvorhaben G 1/08/10 „Einsatz von
industriellen und kommunalen Abfallstoffen für die Biogaseinspeisung“ abgeschlossen. Das Projekt wurde im Zeitraum Juni 2011 bis März 2013 zusammen
mit dem DBI - Gastechnologischen Institut gGmbH in Freiberg, dem GasWärme-Institut (GWI) in Essen und der DVGW-Forschungsstelle am EnglerBunte-Institut des KIT (Projektleitung) bearbeitet, der Abschlussbericht wurde
im Jahr 2014 abgegeben. Ziel war es, die Potentiale und die Verwendbarkeit
von kommunalen und industriellen Rest- und Abfallstoffen als Substrate für die
Biogasgewinnung und die besonderen Anforderungen bei der Aufbereitung zu
Erdgassubstitut zu erfassen, zu vergleichen und zu bewerten. Anschließend
galt es, eine geeignete Prozesskette zu definieren und die Ausbringung der
Gärreste in der Landwirtschaft zu bewerten. Ergebnisse von Analysen von Gärresten aus fünf abfallvergärenden Biogasanlagen gaben Hinweise auf eine Belastung derartiger Gärreste u. a. mit Arzneimittelwirkstoffen, Weichmachern und
PAK. Deshalb sind erweiterte Anforderungen an die Aufbereitung schadstoffbelasteter Gärreste zu stellen, um diese in der Landwirtschaft ohne negative Auswirkungen auf die Gewässer verwerten zu können.
Als Projektfazit resultiert, dass der Beitrag der Bioabfälle und biogenen Reststoffe zur Gasbereitstellung in Deutschland zwar begrenzt aber ökologisch
sinnvoll ist. Die Einhaltung des Kreislaufwirtschaftsgedankens ist nur bei ausreichend großen Flächen oder bei der Erzeugung eines transportierbaren Düngers möglich. Daher ist es erforderlich, die Gärreste vor Ausbringung auf
Schad- und Störstoffe im Sinne der Wasserwirtschaft zu untersuchen.
Bild:
Projektschema
38
Für die Nutzung von Gärresten aus biogenen Reststoffen in der Landwirtschaft
bleibt festzuhalten:
•
Bei der Ausbringung von Gärresten finden unterschiedliche Grenzwerte
aus der Düngemittelverordnung, der Bioabfallverordnung und der Klärschlammverordnung Anwendung. Dies führt zu unklaren Zuständen.
Die Grenzwerte sollten harmonisiert werden.
•
Für mehrere Stoffe sind keine anwendbaren Grenzwerte definiert. Für
eine Ausbringung unter Beachtung wasserwirtschaftlicher Belange sollten Grenzwerte definiert werden.
•
Gärreste können aufgrund der Vielfalt eingesetzter Substrate unterschiedlichste Schadstoffe aufweisen. Diese sind vor einer Ausbringung
zu identifizieren, zu quantifizieren und zu bewerten. Eine Hilfestellung
gibt die DVGW-BGK-Information „Eignung von Gärprodukten aus Biogasanlagen für die landbauliche Verwertung in Trinkwasserschutzgebieten für Grundwasser“ vom 19.06.2013. In diese Information sind die
Ergebnisse des vorliegenden Forschungsvorhabens eingeflossen.
•
Eine Abschätzung des Abbaus bzw. der Mobilisierung der Schadstoffe
im Boden ist in diesem Projekt nicht möglich gewesen. Hier besteht
weiterer Untersuchungs- und Forschungsbedarf.
•
Die Schwankungsbreite der Schadstoffkonzentrationen im Gärrest ist
bedingt durch die unterschiedlichen Substrate sehr hoch. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um statistische Aussagen bzgl. Mittelwerten und Schwankungsbreiten treffen zu können.
•
Eine Gärrestaufbereitung besteht derzeit maximal aus einer FestFlüssig-Trennung. Die definierte Entfernung von Schadstoffen aus den
Gärresten muss noch erforscht und entwickelt werden.
•
Insbesondere für stark kontaminierte Gärreste bietet sich eine thermische Nutzung an, die auch einen signifikanten Beitrag zum Wärmehaushalt des Gesamtsystems liefern kann.
7.6
Pseudomonas aeruginosa in Trinkwassersystemen - Wachstumsansprüche und nachhaltige Gegenmaßnahmen
Das Umweltbakterium Pseudomonas aeruginosa zählt zu den wichtigsten fakultativen Krankheitserregern. In der Praxis tritt dieser Mikroorganismus häufiger
TZW - Jahresbericht 2014
39
nach Baumaßnahmen im Trinkwassernetz, in neu verlegten Trinkwasserleitungen und in neu errichteten Trinkwasser-Installationen auf. Herkömmliche Beseitigungsmaßnahmen sind oftmals nicht nachhaltig. Bisher lag kein umfassendes
Prozessverständnis zum Verhalten von Pseudomonas aeruginosa in Trinkwassersystemen vor, so dass sich dementsprechend oftmals keine zielgerichteten
Maßnahmen ableiten ließen.
Im Rahmen des DVGW-Forschungsprojektes wurden daher die Wachstumsansprüche von Pseudomonas aeruginosa und Maßnahmen zur Beseitigung untersucht. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Beurteilung der Vermehrung im
Wasserkörper und auf unterschiedlichen Materialien. Darüber hinaus wurden
die Auswirkungen von Desinfektions- und Spülmaßnahmen überprüft.
Es konnte gezeigt werden, dass sich Pseudomonas aeruginosa in Reinkultur in
allen untersuchten Wässern sehr stark vermehrt. Durch eine gleichzeitig vorhandene autochthone Mischbiozönose trat jedoch ein deutlicher Konkurrenzeffekt auf, so dass die Vermehrung von Pseudomonas aeruginosa bei 20 °C um
ca. 2 Zehnerpotenzen niedriger lag als in einer Reinkultur. Bei niedrigeren
Temperaturen von 10°C und 15 °C wurde die Vermehrung von Pseudomonas
aeruginosa durch die autochthone Mischbiozönose fast völlig unterdrückt.
Die Untersuchungen auf neuen Materialoberflächen zeigten, dass alle Materialien durch Pseudomonas aeruginosa besiedelt wurden, wobei auf elastomeren
Dichtmaterialien (EPDM) die stärkste Besiedlung erfolgte. Auch hier bewirkte
ein bereits vorhandener Trinkwasserbiofilm eine Verringerung der Besiedlung
durch Pseudomonas aeruginosa. Die Konzentration auf den Oberflächen nahm
im Durchfluss allmählich ab, wobei jedoch eine sehr lange Nachweisbarkeit gegeben war.
Bei der Untersuchung von Desinfektionsmaßnahmen zeigte sich, dass die Desinfektionsmittel Chlor oder Chlordioxid auch gegen Pseudomonas aeruginosa
wirksam waren. Dies gilt sowohl für den Wasserkörper als auch für Oberflächen. Eine Ausnahme bildeten jedoch die untersuchten elastomeren Dichtmaterialien bzw. Materialien ohne W 270-Zulassung. Von diesen Oberflächen war
Pseudomonas aeruginosa durch Desinfektionsmaßnahmen nicht entfernbar.
Durch Spülmaßnahmen konnte keine Beseitigung von Pseudomonas aeruginosa auf Oberflächen erreicht werden.
40
7.7
Deutsch-Chinesische Kooperation: Mikrobieller Abbau von chlorierten Schadstoffen
Chlorkohlenwasserstoffe wurden vor allem anthropogen in die Umwelt eingebracht. Die Eintragspfade in die Umwelt sind so zahlreich wie die Anwendungsgebiete der Chlorkohlenwasserstoffe - von Pestiziden (Hexachlorcyclohexane,
Hexachlorbenzol, Pentachlorphenol) über unsauberes Arbeiten mit Lösungsmitteln (Chlorethenen) bis hin zur schlechten Entsorgungspraxis von Elektronikschrott (Polychlorierte Biphenyle). Dabei stellen die Chlorethene die am häufigsten gefundenen Schadstoffe im Grundwasser und Boden dar.
Ziel des Projektes war die Evaluierung des CKW Abbaus, der Sauerstofftoleranz und der mRNA-Expression durch Laborkulturen.
Das Untersuchungsgebiet war im Rahmen des deutsch-chinesischen YangtzeKooperationsprojektes das Three-Gorges-Reservoir in China. Zur Beurteilung
der Standortproben aus dem Three-Gorges-Reservoir wurden 19 Sedimentproben auf die fünf reduktiv dechlorierenden Mikroorganismen Dehalococcoides
spp., Desulfuromonas spp., Dehalobacter spp., Desulfomonile spp. und Desulfitobacterium spp. untersucht, die zum CKW-Abbau befähigt sind. Dabei wurde
in 17 der 19 Proben mindestens eine der fünf reduktiv dechlorierenden Mikroorganismengruppen detektiert. Zunächst wurde mit PCE als Modellsubstanz in
Mikrokosmen und Anreicherungskulturen mit und ohne Auxiliarsubstrat ein Abbau festgestellt. Dabei waren in acht der zehn durchgeführten Versuche die
Kulturen dazu in der Lage, das PCE bis hin zum Endprodukt Ethen zu dechlorieren. In drei der Kulturen wurde als Zwischenprodukt nicht nur das häufigere
cDCE, sondern auch das tDCE in einem Verhältnis von cDCE:tDCE von 1:3
detektiert. Während der Dechlorierung der Modellsubstanz PCE war ein Anstieg
der reduktiv dechlorierenden Mikroorganismengruppen Dehalobacter spp., Desulfomonile spp. und insbesondere von Dehalococcoides spp. und Desulfitobacterium spp. zu verzeichnen.
TZW - Jahresbericht 2014
Bild:
Projektpartner
projektes
des
41
deutsch-chinesischen
Yangtze-Kooperations-
Das Substratspektrum der Kultur wurde auf weitere im Sediment relevante
CKWs erweitert. Die untersuchten CKWs waren Hexachlorcyclohexane, Hexachlorbenzol, Pentachlorphenol und Polychloriertes Biphenyl 180. Bei allen Substanzen konnte ein Abbau nachgewiesen werden. Für die Substanzen Hexachlorbenzol, Pentachlorphenol und Polychloriertes Biphenyl 180 konnten Abbauprodukte identifiziert werden. Das Hexachlorbenzol wurde über Pentachlorbenzol zu Tetrachlorbenzolen, Trichlorbenzolen und Dichlorbenzolen, das Pentachlorphenol zu Tetrachlorphenolen, Trichlorphenolen und Dichlorphenolen dechloriert. Für das Polychlorierte Biphenyl 180 konnten als Abbauprodukte PCB153,
PCB138 und PCB146 identifiziert werden. Somit konnten die aus den Yangtze
Sedimenten angereicherten Kulturen alle fünf im Sediment relevanten hochchlorierten Kohlenwasserstoffe zu niedriger chlorierten Substanzen abbauen.
Um den Einfluss von wechselnden Redoxbedingungen, wie sie im ThreeGorges-Reservoir vorliegen, auf die Mikroorganismen zu evaluieren, wurden die
reduktiv dechlorierenden Mikroorganismen bezüglich ihrer Sauerstofftoleranz
untersucht. Hierbei konnte nach einem Sauerstoffkontakt der inaktiven Mikroorganismen kein Einfluss auf den Anstieg der Dehalococcoides spp., Desulfuromonas spp. und Desulfitobacterium spp. Gene während des darauffolgenden
anaeroben PCE-Abbaus festgestellt werden. Nur für den reduktiven Dechlorierer Dehalobacter spp. wurde ein Verlust der Dehalobacter spp. Kopien nach
längerfristigem Sauerstoffkontakt (72 h) nachgewiesen.
42
7.8
Evaluierung und Anwendung des Yeast-Estrogen-Screen (YES)Assays für den summarischen Nachweis des Vorkommens und
Abbaus von endokrinen Substanzen
Beobachtungen von Entwicklungsstörungen wie z. B. die Vermännlichung weiblicher Tiere und eine reduzierte Fruchtbarkeit bei aquatischen Wildtieren, ließen
in den letzten Jahren Befürchtungen aufkommen, dass über den Trinkwasserpfad aufgenommene Stoffe die menschliche Gesundheit gefährden können. Vor
diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Studie die aktuelle Literatur ausgewertet und ein Hefezell-basiertes Verfahren (Yeast Estrogen Screen, YES)
zum Nachweis estrogener Wirkungen evaluiert und zur Untersuchung des Vorkommens und Abbauverhaltens estrogen aktiver Substanzen eingesetzt.
Bild:
Schema zur Detektion von estrogen wirksamen Substanzen mittels
YES-Assay
Die Analyse von estrogen aktiven Modellsubstanzen zeigte eine gute Reproduzierbarkeit und ergab eine Bestimmungsgrenze von 11,5±2,9 ng/L für 17βEstradiol. Die gängigen Festphasen zur Aufkonzentration erwiesen sich als ungeeignet, da hohe Blindwerte auftraten. Im Rahmen der Evaluierung wurde geprüft, ob die Matrices von Umweltproben den Test stören und ob Substanzverluste bei der Inkubation auftreten können. Insgesamt zeigten die Evaluierungsergebnisse, dass mit Kläranlagenablauf oder Oberflächenwasser nur geringe
Matrixeffekte auftreten. Substanzverluste wurden bei besonders hydrophoben
Modellsubstanzen beobachtet. Im Vergleich zu Zellkulturverfahren ist die
Durchführung des YES-Tests vergleichsweise einfach. Die folgenden Maßnah-
TZW - Jahresbericht 2014
43
men zur Qualitätssicherung sind dabei einzuhalten: die Protokollierung der Zelldichte, die Mitführung von Positivkontrollen und Negativkontrollen sowie die
adäquate Lagerung und zeitnahe Vermessung der Proben. Insgesamt steht mit
dem YES-Assay ein einfacher und robuster biologischer Test zur Erfassung der
endokrinen Aktivität von Umweltproben zur Verfügung, der eine wichtige Ergänzung zur chemischen Analytik darstellt.
Der Hefezell-Estrogentest zeigte keine estrogene Wirkung in 24 Oberflächenwasserproben. Die Untersuchung von Proben aus der Kläranlage ergab Zulaufkonzentrationen von bis zu 70,3 ng/L EEQ (Estradiol-Äquivalent-Konzentration).
Insgesamt zeigten die Ergebnisse des YES-Tests einen deutlichen Rückgang
des endokrinen Potentials während der Abwasserbehandlung. Die mittels YESAssay erfasste estrogene Wirkung der Proben war dabei nicht allein auf die mittels chemischer Analytik erfassten Konzentrationen an synthetischen und natürlichen Steroiden sowie der Alkylphenole 4-tert.-Octylphenol, 4-iso-Nonylphenol
und Bisphenol A zurückzuführen. Der Vergleich der chemischen Analytik mit
dem YES-Test zeigte damit, dass der biologische Wirktest weitere, chemisch
nicht identifizierte Substanzen erfasst.
In Abbauversuchen wurde ein guter Abbau der untersuchten Substanzen unter
aeroben Bedingungen beobachtet. Ein schlechterer Abbau der natürlichen und
synthetischen Hormone sowie der Umweltchemikalien 2-Hydroxybiphenyl und
Bisphenol A wurde unter anaeroben Bedingungen beobachtet. Insbesondere
unter Fe(III)- und sulfatreduzierenden Bedingungen führte die mikrobiologische
Transformation eines spezifischen Hormons zum Anstieg anderer estrogen
wirksamer Verbindungen. Bei den Abbauversuchen wurden zum Teil noch erhöhte Werte im YES-Test festgestellt, nachdem die estrogenen Ausgangsverbindungen schon nicht mehr chemisch analytisch nachweisbar waren. Offenbar
kommt es zwischenzeitlich zur Bildung von unbekannten Abbauprodukten, die
noch estrogene Wirkung aufweisen.
Auf Basis der Ergebnisse dieser Studie und einer umfassenden Literaturauswertung wurde eine Gefährdungsanalyse und Risikoabschätzung durchgeführt.
Im Ergebnis ist eine Beeinträchtigung durch estrogen wirksame Stoffe über den
Trinkwasserpfad als gering einzustufen. Trotzdem ist aus Gründen der Vorsorge zu fordern, dass insbesondere der Eintrag von schwer abbaubaren anthropogenen Stoffen mit endokrinem Potential in die aquatische Umwelt kontrolliert
und weiter reduziert wird.
Zur Kontrolle der Wasserbeschaffenheit sind chemisch-analytische Methoden
zum Nachweis bekannter Estrogene geeignet. Eine zusätzliche Überwachung
mittels biologischer Wirktests wie dem L-YES-Test erhöht die Aussagesicher-
44
heit, da auch das Vorkommen bisher unbekannter estrogener Substanzen sowie von estrogen wirksamen Abbauprodukten erfasst wird.
7.9
Identifikation von prioritären NSO-Heterozyklen
Zur Gefährdungsbeurteilung von Teeröl-Kontaminationen tritt neben etablierten
Leitsubstanzen, wie die EPA-PAK und die BTEX-Aromaten zunehmend auch
die Gruppe der NSO-Heterozyklen (NSO-HET) in den Fokus der Altlastenbearbeitung. Aufgrund ihres hohen toxischen Potentials und ihrer relativen Persistenz bei gleichzeitig hoher Mobilität gelten sie als potentiell umwelt- und trinkwassergefährdende Schadstoffe und der Nachweis ihrer Elimination bei der
Sanierung kontaminierter Standorte ist zunehmend gefordert.
Da für viele NSO-HET nur unzureichende Informationen über das Vorkommen
an Teeröl-kontaminierten Standorten sowie ihre toxikologische Bewertung vorlagen,
wurden
im
Rahmen
eines
Projektes
der
LABO
(Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Boden) nun zusätzliche Daten zum Vorkommen und zur ökotoxikologischen Wirkung von NSO-HET erhoben und verschiedene Empfehlungen für die Untersuchung prioritärer NSO-HET in einer Liste
zusammen geführt.
Für ausgewählte NSO-HET sowie Indan und Inden wurde die aquatische Toxizität mit einem Spektrum an genormten toxikologischen Tests ermittelt, die unterschiedliche Trophiestufen und toxikologische Wirkungen repräsentieren
(Leuchtbakterienhemmtest,
Daphnienimmobilitäts-Test,
Algenwachstumshemmtest, Fischembryotoxizitäts-Test). Die Tests wurden durch eine chemische Analytik der Testsubstanzen begleitet, um Verluste während der Durchführung zu erfassen. Die so ermittelten halbmaximalen Effekt- bzw. LetalKonzentrationen (EC50, LC50) führten zu einer ähnlichen Grundwassergefährdungseinstufung wie die bereits routinemäßig untersuchten EPA-PAK und
BTEX-Aromaten.
Basierend auf den neuen ökotoxikologischen Daten sowie Literaturdaten zur
Toxizität, der biologischen Abbaufähigkeit und dem Transportverhalten der Stoffe wurde eine Stoffbewertung vorgenommen. Das Vorkommen der Stoffe und
ihre Ausbreitung in der Fahne an Altablagerungen/ Altstandorten wurden anhand konkreter Felddaten beleuchtet (Standortbewertung an neun Standorten).
Schließlich wurde in Abstimmung mit der LABO aus der Stoff- und Standortbewertung die aktualisierte Liste für prioritäre NSO-HET abgeleitet
TZW - Jahresbericht 2014
7.10
45
Nano-Eisen-Partikel zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen (NAPASAN) – Wechselwirkungen zwischen mikrobieller und
abiotischer CKW-Dechlorierung
Die Verwendung von Nano-Eisen(0) (nFe(0)) ist eine Erfolg versprechende Option zur Sanierung kontaminierter Altlasten-Standorte. Häufig auftretende
Schadstoffe wie die hoch chlorierten Ethene Perchlorethen (PCE) und Trichlorethen (TCE) können aufgrund ihres stark oxidierten Charakters reduziert und
dabei dechloriert werden. Diese reduktive Dechlorierung kann sowohl abiotisch
an elementarem/ nullwertigem Eisen (Fe(0)) als auch biologisch durch Bakterien erfolgen.
Im Rahmen eines BMBF-Verbundforschungsprojektes war das Ziel des TZWTeilprojekts daher die Untersuchung der Synergieeffekte von abiotischer mit
mikrobiologischer Dechlorierung und Wasserstoff-Zehrung sowie die Abschätzung möglicher Risiken beim Einsatz von nFe(0) in Dispergierungsmedium bei
Grundwassersanierungen.
Sowohl bei der Feldanwendung als auch bei Laborversuchen wurde gezeigt,
dass biologische Prozesse an der reduktiven Dechlorierung mit nFe(0) beteiligt
waren. Der anaerob-reduktive mikrobiologische Abbau von PCE wurde dabei
durch dispergiertes nFe(0) stimuliert. Eine quantitative Einschätzung des Anteils
biologischer Prozesse am Gesamtumsatz von PCE war nicht möglich. Inhibierende pH-Effekte durch die Fermentation organischer Substanzen traten nur
vorübergehend auf. Bleibende toxische Effekte durch nFe(0) bzw. das Dispergierungsmedium wurden nicht beobachtet. Wasserstoff-zehrende biologische
Prozesse, welche zur Vermeidung von Gasclogging beitragen können, wurden
nachgewiesen.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde somit gezeigt, dass biologische schadstoffabbauende Prozesse durch die Injektion von dispergiertem
nFe(0) stimuliert wurden. Es konnten des Weiteren biologische Prozesse nachgewiesen werden, die das Risiko von Gasclogging durch Wasserstoff-Bildung
verringern. Ökotoxikologische/ inhibierende Effekte wurden lediglich temporär
beobachtet.
Biologische Untersuchungen können zusammen mit physikalisch-chemischen
Parametern zur standortspezifischen Bewertung der synergetischen Effekte
sowie der Risiken bei der Feldanwendung von nFe(0) herangezogen werden.
Die im Projekt erprobten biologischen Parameter haben sich dabei als aussagekräftig erwiesen. Die angewandten Methoden wie z. B. molekularbiologischer
Organismen-Nachweis per PCR (Polymerase Chain Reaction) und ökotoxikologische Testverfahren stehen für den Einsatz im Feld zur Verfügung.
46
Bei der Sanierung kontaminierter Altlastenstandorte mit nFe(0)-Technologien ist
es damit möglich, synergetische Effekte mit biologischen Prozessen nachzuweisen und dadurch gezielter zu nutzen. Diese Effekte sind abhängig vom verwendeten nFe(0)-Material und den Standortbedingungen (vorhandene Mikroflora, Milieubedingungen etc.). Zur Abschätzung der Risiken sowie der Synergieeffekte von abiotischer mit mikrobieller reduktiver Dechlorierung/ WasserstoffZehrung wird empfohlen, bei der Anwendung von nFe(0) immer eine standortspezifische Prüfung vorab sowie ein begleitendes Monitoring durchzuführen.
Bild:
Säulenversuch mit Nano-Eisen(0)
(Foto: TZW-Karlsruhe, Kathrin Schmidt)
TZW - Jahresbericht 2014
7.11
47
Entwicklung und Validierung von analytischen und mathematischen Methoden zur Gefährdungsabschätzung bei der Migration
von organischen Spurenstoffen aus Kunststoffmaterialien in
Trinkwasser
Mit Veröffentlichung der KTW-Leitlinie im Jahr 2008 fand ein grundsätzlicher
Wandel hinsichtlich der Bewertung von Kunststoffen im Kontakt mit Trinkwasser
statt. So waren bis dato die maximalen Einsatzmengen von Einzelsubstanzen
bei der Kunststoffproduktion über Positivlisten begrenzt. Die Prüfung der Stoffabgabe an das Wasser erfolgte mittels Migrationsexperimenten und der Bestimmung von (kunststoffspezifischen) Summenparametern wie beispielsweise
der TOC-Abgabe. Nach dem neuen Verfahren der KTW-Leitlinie müssen zwar
die zur Kunststoffproduktion eingesetzten Substanzen auf Positivlisten gelistet
sein, die Begrenzung der maximalen Einsatzmenge entfällt jedoch. Vielmehr
wird für toxikologisch relevante Stoffe ein Maximalwert DWPLL (Drinking Water
Positive List Limit) angegeben, der im Migrationswasser eingehalten werden
muss. Die Überprüfung des Migrationsverhaltens setzt damit voraus, dass die
Konzentrationen der organischen Einzelstoffe in dem Prüfwasser durch geeignete analytische Verfahren zumindest bis zu den Migrationsgrenzwerten sicher
bestimmt werden können. Für viele der in den Rezepturen der Kunststoffprodukte genannten Einzelstoffe ist dies allerdings nicht der Fall, so dass die Entwicklung und Validierung analytischer Verfahren für die Anwendung der neuen
Prüfvorschriften von entscheidender Bedeutung war.
Die Ziele in dem vom BMBF (02WT1001/2/3), DVGW (W 10/03/05) und PlasticsEurope Deutschland e.V. geförderten Verbundprojekt waren daher die Entwicklung und Validierung der für die Durchführung der Migrationstests erforderlichen spurenanalytischen Verfahren und deren Anwendung im Rahmen von
Produktuntersuchungen. Gleichzeitig sollte, um in Zukunft die notwendigen analytischen Arbeiten auf ein vernünftiges Maß beschränken zu können, die mathematische Modellierung und Berechnung der Migrationsvorgänge vorangebracht werden.
Aufgrund der Vielzahl an Teilaspekten, die Fachkenntnisse auf verschiedenen
Gebieten erfordern (Wasseranalytik, mathematische Modellierung, Produktprüfung, Zulassungsverfahren,…), konnten diese Ziele nur im Rahmen eines Verbundprojektes mit mehreren Partnern erreicht werden. Die Projektpartner waren
das TZW (federführendes Institut), das Hygieneinstitut des Ruhrgebiets Gelsenkirchen (HY) sowie die FABES Forschungs GmbH München.
Am TZW wurden für 40 ausgewählten Einzelstoffe Analysenmethoden für die
Analyse der Stoffe aus Migrationswässern entwickelt. Die Anforderungen an die
Nachweisempfindlichkeit orientierten sich dabei zunächst an den toxikologisch
abgeleiteten Migrationsgrenzwerten (DWPLL). Im Projektverlauf zeigte sich al-
48
lerdings, dass für die Validierung der mathematischen Modellierungen deutlich
niedrigere Bestimmungsgrenzen erforderlich sind. Aus diesem Grund liegen die
im Projekt erreichten Bestimmungsgrenzen für viele Substanzen deutlich niedriger als es für die Überprüfung der Einhaltung der Migrationsgrenzwerte erforderlich wäre. Die am TZW entwickelten Analysenmethoden wurden anschließend vom HY an den dort bestehenden Gerätepark erfolgreich angepasst, so
dass eine allgemeine Anwendbarkeit der Methoden vorausgesetzt werden
kann.
Am HY wurde des Weiteren die Ermittlung der Lagerstabilität der Zielsubstanzen und Untersuchungen zur Bestimmung von Faktoren, die eine Langzeitstabilität wesentlich beeinflussen können (Temperatur, Standzeit, pH-Wert, Lichteinfluss, Material der Probenahmegefäße), durchgeführt. Es zeigte sich, dass von
allen betrachteten Einzelsubstanzen lediglich bei 6 Substanzen eine Lagerstabilität über 72 Stunden im Kühlschrank bei 4 bis 8 °C und bei Dunkelheit nicht
gewährleistet ist. Anhand dieser Befunde lassen sich zukünftig die Abläufe von
der Probengewinnung, Lagerung bis hin zur Analyse in Hinblick auf Stabilität
der Analyte im Prüfwasser weiter optimieren und standardisieren. In dem Projekt wurden insgesamt 37 verschiedene Werkstoff- und Produktproben, aus
den Materialien Epoxidharz, PA, PE, PE-X, POM , PP und PPSU berücksichtig,
die im Wesentlichen seitens der Industrie (Rohstoffhersteller und produzierendes Gewerbe) bereitgestellt wurden. Alle Material bzw. Produktproben wurden
am TZW Migrationsuntersuchungen gemäß der KTW-Leitlinie unterzogen. Teilweise wurden bei ausgewählten Proben die Prüfungen im Doppel- bzw. Dreifach-Ansatz durchgeführt, so dass sich die Gesamtzahl der Prüfansätze auf
insgesamt ca. 550 Stück mit ebenso vielen zu analysierenden Migrationswasser-Proben summierte. Unter Anwendung der innerhalb des Projekts neu entwickelten bzw. verbesserten Analysenmethoden wurden die gewonnenen Migrationswässer auf Einzelsubstanzen hin untersucht. Besonders anwenderfreundlich zeigten sich dabei die Multimethoden, deren Anwendung den Analysenaufwand deutlich reduzierte. Anhand der Untersuchungen konnte bestätigt werden,
dass im Rahmen des jeweiligen Einsatzbereichs, der überwiegende Teil der
untersuchten Produkt- und Materialproben für den Einsatz im Trinkwasserbereich geeignet sind.
Für die Modellierung der Migrationsuntersuchungen nach UBA KTW-Leitlinie
wurden im Rahmen des Projektes seitens FABES die Software
MIGRATEST©Exp-RU für planare Kunststoffproben und die Software
MIGRAPIPE© für Kunststoffrohre entwickelt. Mittels beider Softwarelösungen
wurde die Migration von Stoffen für alle Proben modelliert und mit den beim
TZW experimentell ermittelten Daten verglichen. Dabei waren die erzielten Ergebnisse in Abhängigkeit vom Material und betrachteter Einzelsubstanz
schwankend. So gab es zwischen Experiment und Modellierung nahezu über-
TZW - Jahresbericht 2014
49
einstimmende Werte (+/- 5 %) aber auch teilweise deutlich überschätze oder
unterschätzte Werte. Diese Diskrepanz wurde vor allem auf mögliche Zersetzungsvorgänge bestimmter Analyten sowie die meist unzureichenden Informationen hinsichtlich der Ausgangskonzentration der Einzelstoffe im Material zurückgeführt. Zur Klärung dieser offenen Fragen besteht weiterer Forschungsbedarf.
50
8
Kurzfassungen von ausgewählten internen F&EProjekten
8.1
Veranlassung
Um unmittelbar anstehende Fragestellungen zu bearbeiten oder um Vorkenntnisse zur Ausarbeitung von Forschungsanträgen zu ermöglichen, sind mitunter
F&E-Arbeiten erforderlich, die nicht im direkten Zusammenhang mit laufenden
Projekten stehen. Am TZW werden solche Arbeiten aus Eigenmitteln getragen.
Die nachstehenden Beispiele geben einen Überblick über entsprechende Projekte für den Berichtszeitraum.
8.2
Weltweite Erfahrungen beim Einsatz von Online-Sensoren im
Trink- und Abwasserbereich
Die Global Water Research Coalition (GWRC) und die Water Environmental
Research Foundation (WERF) hatten das Projekt Compendium of Sensors and
Monitors and Their Use in the Global Water Industry zur Erstellung einer Übersicht zu weltweit verfügbaren Online-Sensorsystemen für die Überwachung der
Wasserqualität im Trink- und Abwasserbereich initiiert.
Im Projekt wurden Informationen von Anwendern, Herstellern, aus der Literatur,
aus Datenbanken und dem Internet zusammengetragen und ausgewertet. Alle
Daten sind in ein Online-Kompendium eingeflossen, das unter der Adresse
www.wqsmc.org zu finden ist. Das DVGW-Technologiezentrum Wasser (TZW)
hat sich als Mitglied der GWRC in Deutschland aktiv bei der Akquirierung der
Daten von Wasserversorgern und Sensorherstellern beteiligt. Da sowohl die
Projektbegleitgruppe der GWRC als auch das Projektteam international besetzt
waren, stellen die Projektergebnisse eine globale Übersicht zum Stand der Online-Sensorik dar.
Die Studie hat gezeigt, dass der jetzige Stand der Sensor-Technik gut für den
Routineeinsatz geeignet ist, die jeweils richtige Sensortechnologie jedoch eng
mit der Messaufgabe abgestimmt werden muss. Für die erfolgreiche Nutzung
der Sensoren ist auch ihre Einbindung in den Gesamtprozess und das Qualitätsmanagement erforderlich. Zur Prüfung, ob eine Online-Sensorik wirtschaftlich implementiert werden kann, wurden mehrere Vorabfragen definiert und an
Fallbeispielen diskutiert. Über die WERF erhalten die GWRC-Mitglieder in den
jeweiligen Ländern Zugangsberechtigungen zur Datenbank. Für Zugangsberechtigungen in Deutschland sind Anfragen an das DVGW-Technologiezentrum
Wasser in Karlsruhe zu richten. Eine Zusammenstellung wichtiger Projektergebnisse ist als Veröffentlichung in „Vom Wasser“ geplant.
TZW - Jahresbericht 2014
8.3
51
Photochemische Umsetzung von Acesulfam bei der Trinkwasserdesinfektion
Seit einigen Jahren sind künstliche Süßstoffe als Umweltkontaminanten bekannt. Acesulfam (ACE) wird während der biologischen Abwasserreinigung
nicht eliminiert und ist ubiquitär in abwasserbeeinflussten Oberflächengewässern nachweisbar. Bei einem Wasserversorger zeigte es sich, dass die ACEGehalte während der UV-Desinfektion um ca. 30 % abnehmen. Dies war Ausgangspunkt für weitergehende Untersuchungen am TZW.
Um die Acesulfam-Umsetzung und die Bildung von Transformationsprodukten
im Prozess der UV-Desinfektion bewerten zu können, ist die Identifizierung der
Photolyseprodukte notwendig. Aus diesem Grund wurden Laborversuche in
unterschiedlichen Labor-Bestrahlungsanlagen durchgeführt. Für möglichst praxisnahe Aussagen wurden sowohl die eingesetzte Acesulfam-Dosis als auch
die Höhe der angewandten UV-Bestrahlung in weiten Bereichen variiert. Wichtige Fragen waren hierbei die Bestimmung der Reaktionskonstanten der Photoreaktion sowie die Bildung der Transformationsprodukte bei unterschiedlichen
Ausgangsgehalten und Wassermatrices.
Als Quantenausbeuten der Umsetzung von Acesulfam mit UV-Licht (254 nm)
wurden Werte zwischen Φ = 0,26 und Φ = 0,33 gefunden, was bedeutet, dass
etwa jedes dritte bis vierte absorbierte Photon zu einer photochemischen Umsetzung führt. Durch die Nutzung verschiedener analytischer Methoden gelang
die Identifizierung der Produkte (IC-ESI-TOF) und die Bilanzierung des Umsatzes (IC-ICP-MS) in Bezug auf die Bestrahlung mit UV-Licht (254 nm). Als
Transformationsprodukte konnten neben Sulfat und Amidotrizoesäure noch
zwei weitere anionische Verbindungen identifiziert werden: TP1 (m/z = 180) als
ein Wasseraddukt und TP2 (iso-Acesulfam, m/z = 162) als ein Umlagerungsprodukt des Acesulfams. Der analytische Nachweis der Bildung von TP2 nach
der UV-Desinfektionsstufe eines Wasserversorgers bestätigte die im Labor erhaltenen Ergebnisse in der Praxis.
8.4
Untersuchungen zur Entstehung von Transformationsprodukten
bei der Chlordesinfektion von metforminhaltigen Wässern
Im Zuge der am TZW betreuten Masterarbeit „Determination of the Fate of the
Antidiabetic Drug Metformin During Chlorine Disinfection of Water“ wurden zwei
zuvor unbekannte Transformationsprodukte identifiziert, die bei der Chlorung
von metforminhaltigem Wasser entstehen. Metformin wird zunächst zu einem
reaktiven, cyclischen Triazolderivat Y oxidiert, das in einer Folgereaktion unter
Abspaltung von Stickstoff zu einem chlororganischen Nitril C zerfällt. Sowohl Y
52
als auch C wurden im präparativen Maßstab hergestellt, charakterisiert und
strukturell aufgeklärt. Hierzu wurden auch Einkristallstrukturanalysen mit Röntgenstrahlung an beiden Transformationsprodukten durchgeführt, über die eine
zweifelsfreie Strukturbestimmung möglich wurde. Diese Methode in Kombination mit den üblicherweise eingesetzten analytischen Techniken (Chromatographie, Massenspektrometrie, NMR-Spektrometrie) sollte zukünftig verstärkt zur
Charakterisierung zuvor noch nicht beschriebener Transformationsprodukte
angewandt werden.
Bild:
Strukturen von Metformin und den beiden charakterisierten Transformationsprodukten Y und C, die bei der Chlorung gebildet werden
An die bisherigen Arbeiten anknüpfend sollen systematische Untersuchungen
zur Bildung und zum Verhalten beider Transformationsprodukte unter Berücksichtigung der Randbedingungen im Verteilungsnetz durchgeführt werden. Die
Ergebnisse wurden auf der Fachtagung Disinfection By-products (DBP 2014) in
einem Posterbeitrag vorgestellt und sollen in einer wissenschaftlichen Publikation veröffentlicht werden.
8.5
Entwicklung und Test eines GIS-basierten Ansatzes zur Risikoabschätzung für Einzugsgebiete von Trinkwassertalsperren
Die Trinkwassergewinnung aus Oberflächengewässern (Flüssen, Seen, Talsperren) ist möglichen Beeinträchtigungen deutlich ungeschützter ausgesetzt
als Grundwasservorkommen. Daher sollte die am TZW entwickelte Methodik
einer zweistufigen und GIS-basierten Risikoabschätzung entsprechend DVGWHinweis W 1001 für die Anwendung auf Einzugsgebiete von Oberflächengewässern übertragen werden.
Hierzu wurde ein Konzeptmodell der Gefährdungsanalyse und Risikoabschätzung im Einzugsgebiet von Oberflächenwasserressourcen entwickelt, das die
Relevanz möglicher Eintragspfade auf Grundlage der hydrologischen Zusammenhänge, Standortfaktoren und weiterer Einflussgrößen darstellt. Dieses Konzeptmodell wurde anschließend in ein Bewertungsschema für Risiken für die
Rohwasserressource Oberflächengewässer überführt, mit dem sowohl punktu-
TZW - Jahresbericht 2014
53
elle Einträge, wie etwa die direkte Einleitungen in das Gewässer, als auch diffuse Belastungsquellen, wie etwa die Freisetzung von Schadstoffen oder Krankheitserreger in der Fläche/an Land berücksichtigt werden können. Das Bewertungsschema wurde anschließend im Rahmen einer Masterarbeit auf den Anwendungsfall von Trinkwassertalsperren übertragen; modifiziert und - mit dem
Schwerpunkt auf hygienische Risiken - am konkreten Beispiel einer Trinkwassertalsperre getestet und erfolgreich auf seine Praxistauglichkeit und Plausibilität hin überprüft. Dieser GIS-basierte Bewertungsansatz steht nun zur Anwendung und Weiterentwicklung im Rahmen künftiger Projekte mit Wasserversorgungsunternehmen am TZW zur Verfügung.
Bild:
Einzugsgebiet der Talsperre, an der das neue Bewertungssystem zur
Risikoabschätzung getestet wurde (Foto: TZW Karlsruhe, Sebastian
Sturm)
8.6
UV-Sensoren in der Trinkwasserdesinfektion
Für die weitere Harmonisierung der Prüfnormen von UV-Desinfektionsgeräten
und deren Überwachung mittels UV-Sensoren ist es unerlässlich, weitere Erfahrungen zur Charakterisierung von UV-Sensoren zu sammeln. Hierzu wurde ein
54
internes Projekt mit der herstellenden Industrie sowie der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) bearbeitet, das in den Aufbau eines Arbeitsplatzes
für UV-Sensoren mündet. Dabei wurden die spezifischen, laserbasierten Untersuchungssysteme von der herstellenden Industrie aufgebaut und der PTB im
Hinblick auf Genauigkeit und Rückführung zur Prüfung und Freigabe übergeben.
TZW - Jahresbericht 2014
Anlage 1
Publikationen
55
56
TZW - Jahresbericht 2014
57
Bartelsen, T.; Müller, J.; Tiehm, A.; Müller, A.; Schad, H.; Weingran, C.: Grundwassersanierung mittels Funnel-and-Gate zum mikrobiologischen Abbau von
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58
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Happel, O.; Brauch, H.-J.; Schmidt, C. K.; Kramer, M.; Grummt, T.; Dölling, E.;
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TZW - Jahresbericht 2014
59
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Schuricht, F.; Reschetilowski, W.; Appl, H.; Schiffer, Al; Giebler, E.; Steiner, B.;
Lan-ge, F. Th.; Süß, M.; Reich, A.: Entfernung des perfluorierten Tensids PFOS
aus Ab-wasserströmen der galvanischen Industrie Teil 2. Galvanotechnik
10/2014, Eugen G. Leuze Verlag, 2277-2282 (2014)
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Book, Society of Environmental Toxicology and Chemistry Europe (SETAC Europe, ed.), Brussels, ISSN 2309-8031, 294 (2014)
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Tiehm, A.: Grundwasserbiologie – Ökosysteme im Untergrund. DVGW energie|wasser-praxis 09/2014, 80-84 (2014)
64
Tiehm, A.: Grundwasserbiologie – Ökosysteme im Untergrund. Korrespondenz
Wasserwirtschaft (KW) 9/14: 507-511 (2014)
Turković, R.: Bewertung von Korrosionsschäden im Verteilungssystem. In:
Neue Methoden und Verfahren für die Wasserversorgung. Veröffentlichungen
aus dem Technologiezentrum Wasser 65, ISSN 1434-5765, 71-80 (2014)
Wagner, M.: DOC-Analytik mittels 2D-Fluoreszenzspektroskopie. Veröffentlichungen aus dem Technologiezentrum Wasser 64, ISSN 1434-5765 (2014)
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Wricke, B.: Das DVGW-Arbeitsblatt W 557 – Reinigung und Desinfektion von
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Wricke, B.; Aigner, D.; Müller, N.: Optimierung der Kalkwassereinmischung im
Wasserwerk Gottleuba. DVGW energie|wasser-praxis 05/2014, 42-45 (2014)
Zemann, M.; Wolf, L.; Pöschko, A.; Schmidt, N.; Sawarieh, A.; Seder, N.;
Tiehm, A.; Hötzl, H.; Goldscheider, N.: Sources and processes affecting the
spatio-temporal distribution of pharmaceuticals and x-ray contrast media in the
water resources of the lower Jordan valley, Jordan. Science of the Total Environment (STOTEN) 488-489: 100-114 (DOI 10.1016/j.scitotenv.2014.04.063)
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TZW - Jahresbericht 2014
Anlage 2
GWRC Annual Review
2013/2014
65
66
IWA affiliate
Worldwide cooperation for the generation and exchange of water
knowledge through research collaborations to support safe and
sustainable water supply and sanitation for the protection of public health
and the environment.
A partnership among leading water research organisations.
Annual Review 2013 - 2014
Global cooperation for the generation and exchange of water
knowledge
In 2002 twelve leading research organisations have established an international water research
alliance: the Global Water Research Coalition (GWRC). GWRC is a non-profit organisation that serves
as a focal point for the global collaboration for research planning and execution on water and
wastewater related issues.
The Coalition focuses on water supply and wastewater issues and renewable water resources: the
urban water cycle. The function of the GWRC is to leverage funding and expertise among the
participating research organisations, coordinate research strategies, secure additional funding not
available to single country research foundations, and actively manage a centralised approach to global
issues. GWRC offers its members the opportunity to leverage resources through cooperative planning
and implementation of research.
The present members of the GWRC are:













CWN – Canadian Water Network (Canada),
KWR – Watercycle Research Institute (Netherlands),
PUB – Public Utilities Board (Singapore),
Stowa – Foundation for Applied Water Research (Netherlands),
SUEZ Environnement – CIRSEE (France),
TZW – German Water Center (Germany),
UK Water Industry Research (UK),
Veolia Environnement VERI (France),
Water Environment Research Foundation (US),
Water Research Australia Limited (Australia),
Water Research Commission (South Africa),
Water Research Foundation (USA), and
Water Services Association of Australia (Australia)
The US Environmental Protection Agency has been a formal partner of the GWRC since 2003. The
Global Water Research Coalition is affiliated with the International Water Association (IWA).
GWRC members represents the interests and needs of 500 million consumers and has access to
research programs with a cumulative annual budget of more than €180 million. The research portfolio
of the GWRC members spans the entire urban water cycle and covers all aspects of resource
management.
GWRC Annual Review 2013 – 2014
GWRC Activities in 2013 – 2014 in brief
The focus of the twelfth year was on the
development and implementation of research
strategies for the selected priority issues
including the areas pipe materials and water
quality, the review and expansion of the joint
research agenda, and the exchange of
information and discussion of emerging issues
regarding present and future developments
within the urban water cycle. In the period also
the change of the managing director position
took place. The main activities completed
during the period are summarised below.
“Water in the Chicago”, The Role of Diffuse
Pollution”, “The Future of the GWRC”, “The
PUB R&D strategy” and “The Use of Natural
Processes in Today’s Infrastructures”.
Research workshops on Sensors were held
in Melbourne (September) and London
(December), meetings and side visits of the
wastewater cluster were organised, and the
topics Disinfection Practices and Green
Infrastructure are added to the research
agenda. New projects and joint efforts on
Water Quality (EDC Toolbox – field evaluation)
and Pipe Materials (Rapid Aging of Plastic
Pipe Materials) were started in this period. The
topic Antibiotic Resistance was discussed and
a project is under development.
The projects on Desalination – Brine and
Residual Management and Sensors and
Monitoring are successfully completed.
In this period, Frans Schulting retired as MD
and Stéphanie Rinck-Pfeiffer was appointed as
the new Managing Director and took office in
May 2014.
The procedure for the inventory of new
emerging parameters identified possibilities
for new joint activities and supported the
exchange of information and the development
of common views within the membership.
Special topics of discussion in this period
included organic micro-pollutants in water and
soil, hydraulic fracturing, antibiotic resistance
and micro plastics.
The presentations by the hosting organisations
and their stakeholders gave an additional
dimension to the Board events. The
connections of the Chicago meeting with the
WEFTEC 2013 conference and the Singapore
meeting with the SIWW 2014 were very useful.
New MD (Stéphanie Rinck-Pfeiffer)
The reports “Evaluation of Analytical
Methods for Nanomaterials in Water” and
“Compendium of Sensors and Monitors
and their Use in the Global Water
Industry”– were released and the Science
Brief on “non-CO2 GHG Emissions by
Wastewater
Collection
and
Treatment
Systems” was finalised in this period.
In this period member visits and meetings with
staff were organised with CIRSEE, KWR, PUB,
Stowa, TZW, UKWIR, VERI, WERF and WRA.
The MD attended two meetings of the IWA
Strategic Council in this period. Links were
made with a number of EU and US projects
relevant to the GWRC research agenda.
The exchanges of information between
members and partners has developed into a
highly valuable part of the Board meetings.
Board meetings, workshops and topic
discussions were organised for the Board of
Directors in Chicago on 3 & 4 October 2013
and Singapore on 30 & 31 May 2014.
Workshops and topic discussions included
A number of contributions were given at
specialised conferences on e.g. the topics
water quality and innovative concepts for water
and wastewater systems.
This type of
international presence and recognition is
important in building up the credibility of the
GWRC.
GWRC Annual Review 2013 – 2014
GWRC Research 2013 – 2014
The joint research agenda of the GWRC addresses the urban water cycle and covers a number of
research areas including Water Quality, Asset Management, Wastewater Treatment, Water Reuse,
Energy, Climate Change and Resource Recovery. For each of these areas research strategies have
been developed including a set of specific projects. For the projects, tailor-made teams of experts from
GWRC members are formed and agreements are made on the joint funding and execution of the
projects.
New Research Areas
The joint research agenda was reviewed by
the GWRC members at the Bordeaux meeting
and new areas were added to the agenda:
- Antibiotic resistance
- Disinfection Practices
- Green Infrastructures
For each of the areas teams of experts of the
collaborating members will be formed to
address knowledge gaps and research needs.
Sensors
The scope of the project Guidance on Sensors
in the Global Water Industry was to develop a
compendium of case studies of real-world
experiences of the water industry with the use
of available online sensors in the urban water
cycle including the catchment areas and
receiving waters.
Water Quality
Water Quality has been one of the main
research areas from the start of the GWRC.
This research area deals with topics such as
algal toxins, endocrine disruptors (EDC),
pharmaceuticals and personal care products
(PPCP), water-borne pathogens (WBP) and
emerging substances like nitrosamines,
hardness and cardiovascular diseases, and
nanoparticles.
Endocrine Disruptors
The occurrence of estrogenic endocrine
disruptors in water is still of international
concern because of potential adverse health
effects on wildlife and humans. Bio-analytical
methods have become increasingly popular
and are seen as a possible screening tool for
measuring estrogenic activity in water.
Following the successful project Tools to
detect estrogenic activity in environmental
waters a similar GWRC project was started
which includes in addition to estrogenicity
bioassays for analysing androgen, thyroid,
glucocorticoid and progestogen activity in
environmental waters. The most relevant ED
endpoints and related bioassays are selected
for further study.
The second stage of this project by GWRC
members and associated research groups is
on its way to evaluate the application of the
selected bioassays using different water
matrices (surface, drinking water, wastewater).
Results will be available in 2015.
A large number of surveys and interviews with
utilities and manufactures in different countries
were
undertaken.
Workshops
with
representatives of members and stakeholders
are organised in Australia, Europe, South
Africa and the USA to present and discuss the
results. Based on the feedback a web based
database was developed. The final report has
been released in 2014.
Emerging Substances
An important activity of the GWRC is the
regular survey of emerging substances related
to water quality. To keep the membership
informed review papers are produced on
priority topics of common interest. Examples
are Hardness and Cardiovascular Diseases,
THM and still birth, Copper and Alzheimer,
and Avian Influenza and Risk to Water Supply.
.
A study recently published in the Proceedings
of the National Academy of Sciences
(September 2013) which claims that copper
may be an environmental trigger for
Alzheimer’s disease was reviewed.
The discussion on the link between Copper
and Alzheimer’s disease is not new (see
above) and it was concluded that there is still
no solid evidence that support the link between
low level of copper in drinking water and
Alzheimer’s disease.
To support these activities and exchange of
information within the GWRC framework the
first biennial workshop Waterborne Pathogens
was organised by the GWRC working group on
qPCR in Bordeaux (May 2013). The next event
was scheduled at the WWC 2014 in Lisbon.
Special topics on the radar screen include
Chromium VI, a range of organic micropollutants (i.e. carcinogenic volatile organic
compounds,
neonicotinoids,
biosolids),
antibiotic resistance, and micro plastics as well
as the possible impact of hydraulic fracturing
on water quality. The loss of well integrity,
subsurface transportation and surface spills
are possible routes of exposure of groundwater
to pollution by the fracking fluids used.
Waterborne Pathogens
One of the key parameters regarding the
reliability of drinking water, recreation water,
wastewater effluent and reclaimed water is the
biological quality. Despite the importance for
water quality, the majority of the biological
methods that are routinely used have a long
response time and are quite labour-intensive.
Following the expert workshop as part of the
project Harmonisation and International
Evaluation of Molecular Methods used for
the Detection of Waterborne Pathogens
(WBP), data on occurrence of waterborne
pathogens and indicators in water resources
are collected by the involved GWRC members
using qPCR methods. The results of this joint
effort demonstrate the good sensitivity and
specificity of real-time PCR methodology and
supports its status as the best methodology
since few years.
The members also regularly review and update
the WBP Map of Knowledge which gives an
overview of the priority pathogens and the
availability or absence of information on
occurrence, impact, monitoring and water
treatment.
Nanotechnology and
Nanomaterials
Among the increasing emerging contaminants
into wastewater are engineered nanoparticles
corresponding to the dramatic introduction of
consumer products and industrial applications.
The present activities by the GWRC members
are focussed on Analytical methods and
collection
of
occurrence
data
of
Nanomaterials in water. An inventory of
analytical methods used by GWRC members
and associated research organisations was
made.
TEM images by PUB of a gold nanoparticles (left) and
TiO2 cluster (right)
Test samples of nanomaterials in water have
been analysed for concentration and size
distribution with the different analytical
methods available at the laboratories
participating in this first inter-laboratory study.
The results show that the application of these
techniques for the chemical and physical
characterisation of the particles is quite robust.
The report on this study was released in this
period. In addition, a survey on the occurrence
of nanomaterials in environmental waters will
be undertaken in the next period.
Among the increasing emerging contaminants
in wastewater are engineered nanoparticles
corresponding to the dramatic introduction of
GWRC Annual Review 2013 – 2014
consumer products and industrial applications.
The scope of the project is on the fate and
behaviour of ZnO nanomaterials in wastewater
treatment plants and possible impact
Pipe Materials
Understanding the behaviour of the different
pipe materials used in the urban water cycle is
an important aspect of asset management. At
present mainly cement mortar and also epoxy
lined and plastic pipes (PVC or PE) are
applied.
Recently, plastic pipes were a topic of
discussion because of the release of organic
substances like antioxidants. Also rubber
materials used in fittings are under special
consideration because of the possible release
of nitrosamines from pipe materials.
Additionally, it was observed in the field that
with the use of disinfectants like chlorine
(inhibition) of the biological treatment
processes. Results will be available by the end
of 2014.
dioxide expected lifetime is dramatically
decreased for certain materials.
A workshop was organised in Karlsruhe (2012)
to review the present knowledge and
experiences. As a follow up of the project
“Rapid aging of Plastic Pipe Materials” with
a phase approach to collect data from case
studies and define the key parameters involved
in the deterioration process and the
development of improved test methods and a
lifetime expectancy model is ongoing.
Members have collected operational data in
different countries but coherent and conclusive
evidence is lacking so far.
Energy, Climate Change and Resource Recovery
As part of the global developments regarding the availability and cost of energy as well as the
mitigation and adaption measures needed to manage the risks associated with climate change, the
GWRC members support the water and wastewater industry in its review of their present way of
operations with a three phase approach and related set of actions including :
Implement the present State of the Art: picking the low hanging fruit;
Reduce of the energy consumption by 20%: optimisation and innovation;
Further reduction of the energy consumption with another 80%: a paradigm shift!
Joint activities and projects to support this
approach are undertaken including the projects
Compendium Energy Efficiency in the Water
Industry
and
Wastewater
Treatment
Technology in 2030. The results of the projects
indicate that a reduction of 25-50% of the
energy use is possible and even energy
neutrality is likely to be feasible in conventional
systems.
The project “Toolbox for Assessment
Energy Use and GHG emission” identified
performance indicators, including process
models and assessment methods, used by
water utilities in around the globe to evaluate
their energy use and greenhouse gas (GHG)
emissions and recommends strategies for
working toward harmonisation of the tools.
As result of the joint activity regarding GHG
emissions by wastewater treatment systems
including Methane and Nitrous oxide emissions
it was concluded that N2O emissions are highly
variable among different WWTPs and at the
same WWTP during different seasons or
during the day. A generic emission factor is not
feasible. However, it was demonstrate that
WTTPs with a good effluent quality (TN <
5mg/l) have a low risk of N2O emissions!
These overall messages are included in a
GWRC Science Brief on this topic.
In addition to the project looking at the reduction of the use and recovery of energy to reduce costs
and carbon footprint, new joint activities within the wastewater area are now focussed on promising
anaerobic treatment options including Anammox based wastewater treatment technologies and
processes for Resource Recovery like the recovery of phosphorous, cellulose and minerals, the
beneficial use of biosolids, and the production of bioplastics. Based on member’s programs and
projects an intensive exchange of information and knowledge during workshops, staff meetings and
field visits is ongoing.
GWRC Annual Review 2013 – 2014
Communication
One of the key assets of the Global Water Research Coalition is the rapid and intense exchange of
information, knowledge and know-how within the membership including GWRC members sharing
information with their stakeholders and vice versa.
The meetings of the Board of Directors play a vital role to keep the research agenda up-to-date and to
set the course for the joint activities and projects. The research strategy workshops are a unique
platform for the members staff to discuss their ongoing programs and to design research projects to
address remaining knowledge gaps and research needs of agreed highest priority. Board workshop
topics covered in this period included the Role of Diffuse Pollution (Chicago) and The use of Natural
Processes in Today’s Infrastructures’ (Singapore). Meetings of the GWRC working groups on
Wastewater treatment (Singapore) and the project teams on Sensors (Melbourne and London) and
EDC (Zurich and Basel) were organised. These face-to-face meetings are a valuable investment to
secure long lasting cooperation’s and effective collaborations between staff of the members.
A site visit was organised by PUB in Singapore to the ABC Waters project site along the Kallang
River@ Ang Mo Kio-Bishan Park as part of the Board of Directors meeting in Singapore (May 2014).
This project is a joint collaboration between the National Parks Board of Singapore (NParks) and PUB.
In this period member visits and meetings with staff were organised with the members CIRSEE, KWR,
PUB, Stowa, TZW, VERI, WERF and WRA. Links were made with a number EU and US projects
relevant for the GWRC research agenda.
A number of GWRC reports are also released as a joint edition with IWA Publishing as part the GWRC
Reports Series and in this way made available to the global water community at large.
At specialised conferences presentations are given including the topics Water Quality and Emerging
Substances, Energy Efficiency, Greenhouse Gas Emissions, and the Future of Wastewater Treatment
Systems. This type of international presence and recognition is important in building up the credibility
of the GWRC and its members.
GWRC Annual Review 2013 – 2014
GWRC Board of Directors
The GWRC Board of Directors is made up of the representatives of the GWRC members. Rob Renner
is the chair and Josef Klinger the vice chair of the Board. Frans Schulting - who served as the
managing director of the GWRC from its start in April 2002 - retired in 2014. Stéphanie Rinck-Pfeiffer
is appointed as the new managing director and took office in May 2014.
Board meetings, workshops, side visits and topic discussions were organised in Chicago and
Singapore and covered the topics “Water in Chicago”, The Role of Diffuse Pollution”, “The Future of
the GWRC”, “The PUB R&D strategy” and “The Use of Natural Processes in Today’s Infrastructures”.
The presentations by the hosting organisations and by staff of the local water supply and wastewater
utilities give an additional dimension to the Board events. The connection with WEFTEC 2013
(Chicago meeting) and with SIWW 2014 (Singapore meeting) was very productive.
Members of the Board are:
Bernadette Conant
Executive Director, Canadian Water Network
Theo van den Hoven
Director Research, KWR
Harry Seah
Director Technology & Water Quality, PUB
Joost Buntsma
Executive Director, STOWA
Philippe Gislette
Scientific, Technical and Innovation Director, SUEZ Degrémont
Josef Klinger
Managing Director, TZW (vice chair)
Hans Jensen
Executive Director, UK Water Industry Research
Marie-Renée de Roubin
Veolia Environnement – VERI research centers
Amit Pramamik
Director of Research, Water Environment Research Foundation
Dhesigen Naidoo
CEO, Water Research Commission
David Halliwell
CEO, Water Research Australia Limited
Rob Renner
Executive Director, Water Research Foundation (chair)
Adam Lovell
Executive Director, Water Services Association Australia
Stéphanie Rinck-Pfeiffer
Managing Director, GWRC (secretary/treasurer)
Suzanne van Drunick (National Program Director Safe and Sustainable Water Resources, US EPA)
and Keith Roberson (Director Operations and Congress, IWA) have an ex-officio position in the Board.
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Publikationen - Newsletter: Ausgabe 38 (April 2015)

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Technisches Datenblatt TLF 4000 "Gladbeck"

Jahreskonferenz 2015 · Jahreskonferenz 2015

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Veranstaltungskalender 2015

Projekt 122 Somaliland (PDF | 415,5 kB)

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