Karstgrundwasserleiter (Karstaquifere) tragen in vielen Regionen, Städten und Ländern wesentlich zur Wasserversorgung bei. Sie bilden sich durch chemische Lösung in Karbonatgesteinen und bestehen aus einem Netzwerk von Röhren und Höhlen, die in die geklüftete Gesteinsmatrix eingebettet sind. Karstaquifere zeichnen sich meist durch eine hohe Variabilität der Wasserverfügbarkeit und -qualität aus. Verunreinigungen, einschließlich fäkaler und pathogener Bakterien, können leicht durch dünne Böden, offene Klüfte und Schlucklöcher in den Untergrund gelangen. Innerhalb des Röhrennetzes werden sie schnell über große Entfernungen transportiert und können Brunnen oder Quellen weitgehend ungemindert erreichen. Daher wird die generell gute Wasserqualität an Karstquellen oft durch kurze, aber starke Kontaminationsereignisse unterbrochen. Suspendierte Mineralpartikel und organischer Kohlenstoff spielen entscheidende Rollen bei der Mobilisierung und dem Transport von Fäkalbakterien und anderen Verunreinigungen. Die genauen Prozesse und ihre räumliche und zeitliche Variabilität sind jedoch noch lange nicht vollständig verstanden. Das Hauptziel des vorgeschlagenen IMPART-Projekts besteht darin, vertiefte Einblicke in die Transportprozesse zu gewinnen, welche die räumliche und zeitliche Dynamik von Partikeln, organischem Kohlenstoff und Fäkalbakterien in Karstsystemen bestimmen. Das Testgebiet ist eine bedeutende Karstquelle und ihr Einzugsgebiet, in dem zwei zugängliche Wasserhöhlen die direkte Beobachtung von Strömung, Wasserqualität und Transportvorgängen innerhalb des aktiven Röhrennetzes ermöglichen. Die wichtigsten zu beachtenden Parameter umfassen die Partikelgrößenverteilung, Anregungs-Emissions-Matrizen für organischen Kohlenstoff, Enzymaktivität von E. coli, Fäkalindikatorbakterien und die Gesamtzellzahl mittels Durchflusszytometrie. Die Feldarbeit umfasst eine räumlich verteilte Wasserprobenahme in den Höhlen und an der Quelle; hochauflösendes Monitoring an der Quelle bei ausgewählten hydrologischen Ereignissen; sowie Multi-Tracer-Versuche im aktiven Röhrensystem, einschließlich vergleichender Versuche mit gelösten Stoffen und suspendierten Partikeln. Die Ergebnisse werden ein besseres Verständnis der Transportprozesse und der mikrobiellen Wasserqualitätsdynamik von Karstaquiferen ermöglichen, als Grundlage für ein verbessertes Management dieser wertvollen, aber verletzlichen Ressourcen.
Die wichtigsten Fakten Seit 2015 sollen alle Badegewässer der EU in einem mindestens ausreichenden Zustand sein. Im Jahr 2024 erfüllten 97,8 % aller Badegewässer in Deutschland die EU-Vorgabe. Damit wurde das Ziel nur knapp verfehlt. Schließt man die nicht beurteilten Badegewässer aus, erfüllten 2024 sogar 99,6 % der Badegewässer die EU-Vorgaben. Rund 91 % der Binnengewässer und gut 88 % der Küstengewässer hatten 2024 eine ausgezeichnete Qualität. Welche Bedeutung hat der Indikator? Baden in natürlichen Gewässern kann mit Risiken für die Gesundheit verbunden sein. Badegewässer werden wie alle Gewässer vielfältig genutzt und sie sind unterschiedlichen Veränderungen ausgesetzt, die das Auftreten von Krankheitserregern beeinflussen können. Der Indikator basiert auf der Feststellung der hygienischen Qualität der Badegewässer: Gemessen wird die Wasserbelastung mit Fäkalbakterien. Wenn diese Bakterien in hoher Konzentration im Badegewässer vorkommen, besteht das Risiko, dass auch Krankheitserreger vorhanden sind. Diese können beispielsweise Infektionskrankheiten mit Fieber, Durchfall und Erbrechen auslösen. Eine solche Gefahr entsteht u.a. nach Starkregen durch Mischwasserüberläufe aus Kläranlagen oder durch Abschwemmungen aus landwirtschaftlich genutzten Flächen. Hohe Temperaturen und ein hohes Nährstoffangebot (Stickstoffe, Phosphate) können die hygienische Qualität eines Badegewässers verändern und es kann zu einer Massenentwicklung von Cyanobakterien kommen. Treten diese Bakterien in Massen auf, müssen Maßnahmen ergriffen werden. Das Vorkommen von Cyanobakterien fließt jedoch nicht in die Qualitätseinstufung ein. Wie ist die Entwicklung zu bewerten? Die Badegewässer Deutschlands sind in einem guten Zustand. Im Jahr 2024 erfüllten 97,8 % aller Badegewässer die Qualitätsanforderungen der EU (Binnengewässer 97,8 %, Küstengewässer 98,8 %). Berücksichtigt man, dass nicht alle Badegewässer beurteilt werden können (z.B. weil sie neu angemeldet wurden und noch nicht bewertet werden konnten), erfüllten sogar 99,6 % der beurteilten Badegewässer die Vorgaben. Rund 91 % der Binnengewässer und gut 88 % der Küstengewässer erreichten sogar eine ausgezeichnete Badegewässerqualität. Zwischen 1992 und 2001 stieg der Anteil der richt- und grenzwerteeinhaltenden Badegewässer beständig an. Seitdem ist die Qualität der Badegewässer auf konstant hohem Niveau mit nur leichten Schwankungen. In der europäischen Richtlinie über die Qualität der Badegewässer (2006/7/EG) ist festgelegt, welche Werte Badegewässer für die verschiedenen Stufen der hygienischen Qualität einhalten müssen. Seit 2015 sollten alle Badegewässer mindestens eine ausreichende Qualität haben. Dieses Ziel wurde 2024 knapp verfehlt. Im europäischen Vergleich belegt Deutschland dennoch weiterhin einen der vorderen Plätze. Wie wird der Indikator berechnet? In allen europäischen Badegewässern müssen vor und während der Badesaison nach einem festgelegten Überwachungszeitplan Wasserproben entnommen werden. Das Vorkommen und die Häufigkeit von Fäkalbakterien der Art „Escherichia coli“ ( E. coli ) sowie der Gruppe der „Intestinalen Enterokokken“ werden bestimmt. Für die verschiedenen Qualitätsstufen sind bestimmte Kriterien einzuhalten, die im Anhang I der EU-Badegewässerrichtlinie festgehalten sind. Eine ausführliche Beschreibung der Vorgehensweise findet sich in der EU-Badegewässerrichtlinie sowie im Badegewässerbericht der Europäischen Umweltagentur. Ausführliche Informationen zum Thema finden Sie im Daten-Artikel "Qualität von Badegewässern“ .
Grundwässer können durch äußere Kontamination, zum Beispiel in Folge von Starkregen, Überschwemmungen oder raschen Kurzschlüssen mit Oberflächengewässern mit hygienisch relevanten Mikroorganismen verunreinigt werden. Beim Transport im Grundwasser können solche Mikroorganismen Brunnen der Trinkwassergewinnung erreichen. Liegt dort eine Inkrustierung vor, meist in Form von Eisen(III)-oxiden bzw. -oxyhydroxiden (Brunnenverockerung), wird den Organismen eine sehr große und poröse Oberfläche zur Ansiedlung geboten. Ziel des Projektes ist die Klärung folgender Fragen: - Kann bei Vorliegen einer Verockerung diese Matrix als Lebensraum dienen? - Können sich hygienisch relevante Mikroorganismen einnisten, halten, vermehren? - Und wenn ja, wie können diese am wirksamsten und nachhaltigsten bekämpft werden? Hierzu werden Realproben verockerter Brunnen auf das Vorkommen hygienisch relevanter Mikroorganismen untersucht, wobei neben Kulturmethoden vor allem auch kulturunabhängige Verfahren (FISH, PCR-basierte Methoden) eingesetzt werden. In Laborsystemen soll die Verockerung nachgestellt werden und durch definierte Beaufschlagung mit den Zielorganismen (Escherichia coli, intestinale Enterokokken, coliforme Bakterien, Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas spp.) deren Einnistung, Persistenz und mögliches Wachstum untersucht werden. Die Effektivität von Sanierungsverfahren, speziell unter Einsatz von Wasserstoffperoxid, soll geprüft werden.
Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur integrativen Bewertung von Aufbereitungstechniken zur indirekten Abwasserwiederverwendung, wobei der regionale Wasserkreislauf vom Abwasser über die aquatische Umwelt bis hin zum Trinkwasser betrachtet wird. Das Bewertungsverfahren berücksichtigt potenzielle Risiken für Mensch und Umwelt aufgrund chemischer aber auch mikrobieller Kontaminationen sowie die (Kosten-) Effizienz der technischen Lösungen. Im Rahmen des Projekts führt die TUM Pilotversuche durch, in denen verschiedene vor allem oxidative und biologische Verfahren und Verfahrenskombinationen untersucht werden, die bei der indirekten Abwasserwiederverwendung eingesetzt werden können. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über verschiedene Parameter, wobei die TUM für die Betriebsparameter sowie die Bestimmung pathogener Keime und Antibiotikaresistenzen verantwortlich ist. Die TUM koordiniert das AP 2 zur Entwicklung von Strategien zur Entfernung von relevanten Spurenstoffen bei indirekter Abwasserwiederverwendung. Sie ist verantwortlich für die Durchführung von Pilotstudien zur Oxidation (Ozon, weitergehende Oxidationsverfahren UV/H2O2), Biofiltration (Langsamsandfilter, Schnellfilter, Biologisch aktive Kohle), Grundwasseranreicherung und zur Kombination verschiedener Verfahren. Zudem ist sie maßgeblich an der Untersuchung von Anlagen im Vollmaßstab in Deutschland und Spanien beteiligt. Zur Bewertung von Aufbereitungsverfahren, die bei der indirekten Abwasserwiederverwendung eingesetzt werden, entwickelt die TUM Methoden für die Bestimmung von Fäkalindikatoren (z.B. E. Coli, Enterokokken), trinkwasserrelevanten Keimen (z.B. Pseudomonas Aeruginosa, Chlostridium Perfringens) und antibiotikaresistenten Genen.
Untersuchung der Übertragungswege des Ornithoseerregers Chlamydophila psittaci von Straßentauben auf den Menschen durch Luft, Wasser und Kontakte mit kontaminierten Ausscheidungen.
Die Verfügbarkeit von Wasser mit ausreichender Qualität hat eine enorme Bedeutung für die Gesundheit der Menschen. Seit den bahnbrechenden Arbeiten von Robert Koch, vor mehr als 100 Jahren, basiert die Analyse der mikrobiologischen Wasserqualität vorwiegend auf kultivierungsabhängigen Nachweisen von Indikatororganismen. In diesem Zusammenhang liefern fäkale Standardindikatoren wie etwa Escherichia coli oder Enterokokken wichtige Informationen über den generellen Grad der fäkalen Beeinflussung in Wasser. Aussagen über die Herkunft der fäkalen Verschmutzung (z.B. Tier vs. Mensch) sind in der Regel jedoch nicht möglich. Steigende Anforderungen im Bereich der mikrobiologischen Gefährdungs- und Risikoanalyse lassen die umfassende Analyse fäkaler Belastungen in Wasser und Gewässern (d.h. Quantifizierung der fäkalen Verschmutzungen und gleichzeitige Zuordnung zu möglichen Verursachern) immer bedeutender werden. Die alleinige Anwendung fäkaler Standardindikatoren wird diesem Anspruch jedoch nicht gerecht. Abundante bestandsbildende intestinale Bakterien (BIB) stellen diesbezüglich vielversprechende alternative Indikatoren dar. Erste Hinweise deuten darauf hin, dass BIB abgrenzbare phylogenetische Linien im Vergleich zu mikrobiellen Populationen in der Umwelt (z.B. in anaeroben Böden und Sedimenten) darstellen und darüber hinaus eine starke Wirtsanpassung, aufgrund co-evolutionärer Vorgänge, besitzen. Ihre überaus große genetische Diversität konnte jedoch aufgrund methodischer Restriktionen in der Vergangenheit nicht aufgelöst werden. Alternative molekularbiologische Methoden zur Detektion und Herkunftsbestimmung fäkaler Belastungen basieren daher auf einer völlig unzureichenden Datenbasis. Das ZIEL des vorgelegten Forschungsantrages ist eine molekulare öko-phylogenetische Grundlage zum Vorkommen und Verteilung von BIB Gemeinschaften in Wirbeltieren zu schaffen und ihre Eignung als molekulare Marker zur Analyse fäkaler Kontamination zu testen. Die Verwirklichung dieses Zieles wird durch Anwendung revolutionärer DNA-Sequenzierungstechniken, umfassender bioinformatischer Werkzeuge und einer durch Hypothesen geleiteten Forschung gewährleistet. In PHASE - 1 wird eine molekulare ultra-hochauflösende 16S-rRNA-Gen Sequenzdatenbank erstellt. Dabei werden Fäkalproben von Säugetieren, Mensch, Vögeln, Reptilien, Amphibien und Fischen als auch Umweltproben (vor allem Böden), aus genau charakterisierten Bereichen, analysiert. In PHASE - 2 wird eine umfassende Analyse der erhobenen Daten, die Etablierung der molekularen öko-phylogenetischen Sequenzgrundlage und die Überprüfung der Hypothesen durchgeführt (Abgrenzbarkeit, Wirtsanpassung und Co-Evolution von BIB und Wirten). Darüber hinaus wird die Möglichkeit des Designs molekularer Analysemethoden zur umfassenden Analyse fäkaler Verschmutzungen aufgrund der etablierten Datenbasis getestet. Die vorgeschlagenen Forschungsaktivitäten sollen erstmals eine systematische molekularbiologische Grundlage und ein Verständnis zu
Bei der Anwendung der Richtlinie 76/160/EWG des Rates über die Qualität der Badegewässer hat es in den letzten Jahren immer wieder Beanstandungen bei Badegewässern insbesondere in Mittel- und Südhessen gegeben. In den letzten Jahren konnte beobachtet werden, dass bei relativ flachen aber hoch frequentierten Badegewässern die Einhaltung des Parameters 'Gesamtcoliforme Keime' nicht immer gewährleistet ist. Die Studie dient der Erforschung der Ursachen dieser Grenzwertüberschreitung. Um Folgerungen für ähnlich gelagerte Fälle ableiten zu können, ist es vorgesehen, die Studie nach Abschluss derselben der Wasserwirtschaftsverwaltung in Hessen zur Verfügung zu stellen. Ferner dient die Studie als Grundlage für die weitere Vorgehensweise der Sanierung von Badegewässern.
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