Einige persistente und mobile organische Mikroschadstoffe (OMP) wurden kürzlich in aquatischen Umgebungen im Bereich von ng/L bis µg/L gefunden. Dies ist wahrscheinlich auf ihre bemerkenswert hohe Mobilität zurückzuführen, die zu einer starken Neigung zur Dispersion in Wasserressourcen führt und somit Herausforderungen bei der Sanierung darstellt. Die gesteigerten Nachweisraten dieser OMP resultieren aus den neuesten Fortschritten in quantitativen analytischen Methoden. Bewirtschaftete Grundwasseranreicherungssysteme (MAR), einschließlich Uferfiltration (BF) und künstliche Grundwasseranreicherung, werden seit über 150 Jahren erfolgreich in Europa sowie in anderen Teilen der Welt zur Trinkwasserversorgung eingesetzt. Zahlreiche aktuelle Studien haben die Schicksale (Persistenz und Biotransformation) verschiedener OMP in Laborversuchen zur Simulation von BF untersucht. Jedoch bleibt das Schicksal vieler nachgewiesener OMP in Oberflächengewässern und MAR-Systemen unbekannt, insbesondere unter realistischen und variablen klimatischen Bedingungen wie Temperaturschwankungen, UV-Strahlung und Niederschlag. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Wirksamkeit von MAR bei der Entfernung persistenter und mobiler OMP sowie die Anpassungsfähigkeit von MAR-Systemen an den Klimawandel zu untersuchen. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des Klimawandels (einschließlich Temperaturschwankungen, Fluktuationen im Wasserfluss und Niederschlag/Abfluss) auf das Schicksal neu auftretender Schadstoffe sowohl in Oberflächengewässern als auch in BF-Systemen zu untersuchen. Die Studie wird den Einfluss von partikulärer organischer Materie, verschiedenen Wasserqualitätsparametern (wie Trübung, gelöste organische Substanz, Eisen, Mangan und Nitrat), hydraulischer Verweilzeit und Redox-Bedingungen auf die Entfernung von OMP untersuchen. Darüber hinaus wird auch die Entfernung von OMP durch Pflanzen untersucht werden. Chargen, Laborversuche, Versuche unter realistischen Bedingungen und Mesokosmenexperimente werden eingesetzt, um die Schicksale von OMP in BF zu bewerten. Darüber hinaus wird die Mobilität von OMP in Oberflächengewässern durch Mesokosmen-Teichexperimente bewertet. Die aus diesen Experimenten gesammelten Daten werden systematisch genutzt, um ein Vorhersagemodell mithilfe eines maschinellen Lernansatzes zu entwickeln und Einblicke in die Schicksale von OMP zu bieten.
Ein Wasserwerk ist eine Anlage zur Aufbereitung und Bereitstellung von Trinkwasser. Wesentliche Bestandteile sind unter anderem Filter, Pumpen und oft auch ein Wasserspeicher bzw. Wasserbehälter. Dazu kommen Hochbehälter, Armaturen und Schalträume, wo die Verteilung des Trinkwassers in das Leitungsnetz gesteuert und überwacht wird. In größeren Wasserwerken werden auch Laboratorien betrieben, die die chemische und biologische Zusammensetzung des Wassers kontrollieren. Erfolgt die Wasserversorgung aus dem Grundwasser, befindet sich das Wasserwerk meist direkt bei den Brunnen. Das Gelände ist meist als Zone I eines Trinkwasserschutzgebietes ausgewiesen. Auch Grundwasseranreicherungsanlagen, welche zusätzliches Fließwasser aus Flüssen oder Bächen in das Grundwasser einbringen (Uferfiltration), sind häufig Bestandteil eines solchen Wasserwerks.
Zielsetzung: Uferfiltration ist eine gängige Methode zur Trinkwassergewinnung bei begrenztem natürlichen Grundwasserangebot und wird in vielen Regionen Deutschlands mit großen Oberflächengewässern, wie z.B. in Berlin, Düsseldorf und Hamburg eingesetzt. Rohwasser, das durch Uferfiltration gewonnen wird, ist gefährdet durch den Eintrag von Schadstoffen aus Oberflächengewässern. Schadstoffe können neben organischen Verbindungen und Schwermetallen auch Krankheitserreger, wie Viren und Bakterien, sein. Die deutsche Trinkwasserverordnung (TrinkwV) beinhaltet aktuell nur Grenzwerte für bestimmte Indikatorbakterien, wie Escherichia coli und Enterokokken. Im aktuell gesetzlich festgelegten Messprogramm für die Trinkwasserqualität sind humanpathogene Viren kein Bestandteil. Die im Jahr 2021 in Kraft getretene neue EU-Trinkwasserrichtlinie (EU-TWR) sieht vor, somatische Coliphagen als Indikatorviren für Grundwasserverunreinigungen durch humanpathogene Viren zu nutzen, da die Detektion der somatischen Coliphagen deutlich einfacher ist als die der humanpathogenen Viren, wie z.B. Adenoviren. Dabei ist zu beachten, dass somatische Coliphagen keine Krankheitserreger für Menschen sind. Auf Grund des unterschiedlichen Transportverhaltens verschiedener Viren ist jedoch davon auszugehen, dass Indikatorviren und -bakterien nur beschränkt aussagekräftig für humanpathogene Viren sind. U.a. haben unsere Untersuchungen am Rhein und im Uferfiltrat des Wasserwerks Flehe gezeigt, dass die Existenz und das Abbaupotential somatischer Coliphagen nicht in direkter Korrelation zu humanpathogenen Viren, z.B. Adenoviren, stehen muss (Knabe et al., 2023). Verschiedene Faktoren können dazu führen, dass eine erhöhte Virenbelastung im Oberflächengewässer auftreten und eine Migration in das Rohwasser zur Folge haben kann. Zum einen können hydrologische Veränderungen als Folge des Klimawandels, z.B. häufigere Extremereignisse wie Trockenperioden und besonders Hochwasser (Blöschl et al., 2019), die natürliche Reinigungswirkung der Uferfiltration verringern. Zum anderen können Bevölkerungswachstum, Urbanisierung sowie Landnutzungsänderungen dazu führen, dass die Abwasserbelastung in Flüssen zunimmt (Wen et al., 2017). Die neue EU-Trinkwasserrichtline (EU-TWR) erfordert zusätzlich zur Einhaltung von Grenzwerten risikobasierte Ansätze für die ereignis-basierte Überwachung der Wasserqualität, wie bspw. das Water-Safety-Plan-Konzept (WSP) der WHO (World Health Organization). Der WSP sieht für einen Wasserversorger die Beschreibung des gesamten Trinkwasserversorgungsystems vor, einschließlich einer Erfassung aller möglichen Eintragsquellen von Gefährdungen für die Trinkwasserqualität. Eine Risikobewertung für jede einzelne Kombination von Gefährdung und Gefährdungsereignis in Form einer Risiko-Matrix nach Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadensausmaß, liefert klare Monitoring- und Handlungsprioritäten zur Risikominimierung. Basierend auf der neuen EU-TWR werden Wasserversorger zeitnah vor dem Problem stehen, zum Teil komplexe Risikobewertungen durchführen zu müssen. Das bedeutet, dass eine Vielzahl an Gefährdungsereignissen im Hinblick auf die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Gefahrenquelle einzustufen ist. Ziel des Projektes ist es, Wasserwerksbetreibern eine wissenschaftlich fundierte Bewertung des Risikos und Transports humanpathogener Viren bei der Uferfiltration unter Berücksichtigung aktueller gesetzlicher Vorgaben (EU-TWR) und Empfehlungen der WHO zu ermöglichen. Dabei soll insbesondere der Einfluss von Extremwetterereignissen (Starkniederschläge, Hochwasserperioden, Niedrigwasser) und messtechnischen Unsicherheiten in der Risikobewertung berücksichtigt werden. (Text gekürzt)
Untersucht werden seit mehreren Jahren Bakterien, die komplexgebundene Fe(II)- und Fe-(III)-Verbindungen dadurch zur Ausfaellung bringen, das sie bei pH-Werten zwischen 6 und 7,5 den organischen Liganden verwerten. (Frueher als Gruppe der Siderocapsazeen zusammengefasst.) Umweltrelevant ist hierbei die Bildung der organischen Eisenkomplexe, z.B. bei der Uferfiltration oder nach Eindringen organisch belasteten Wassers in Grundwasserleiter. Vorliegende Eisenverbindungen werden dann mobilisiert und nach Zutritt von Sauerstoff in Zusammenwirken mit der Taetigkeit der genannten Bakterien wieder ausgefaellt.
Seit 1964 werden im Auftrag von Wasserwerken mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Uferfiltration im Rahmen von Trinkwasserversorgungsanlagen durchgefuehrt. Wird ein Uferfiltrat infolge zu grosser Belastung mit organischer Substanz anaerob, so entstehen mikrobiologische und chemische Produkte, die ihrerseits nach Mischung dieses Wassers mit sauerstoffhaltigen Hangwasser wiederum oxydiert werden und zur Massenvermehrung von Mikroorganismen fuehren.
Veranlassung Die Ziele des Verbundprojektes Grundwasser-Isoscapes für Deutschland (IsoGW) reihen sich direkt in die BMBF Strategie ‚Forschung für Nachhaltigkeit (FONA)‘ und das Forschungsprogramm 4 „Wasser: N – Forschung und Innovation für Nachhaltigkeit“ ein. Der Einfluss des Klimawandels ist heute bereits in den Isotopenverhältnissen des Niederschlags, der Lysimetersickerwässer und der Oberflächengewässer nachweisbar. Im Rahmen des Projektes können nun erstmalig Isotopendaten des Wassers verschiedener Kompartimente flächendeckend und systematisch ausgewertet werden, um diese Signale für den Klimawandel sichtbar zu machen. Zusammen stellt das Erfassen von Tritium und den stabilen Wasserisotopen ein innovatives Werkzeug dar, auf Grundlage dessen sich eine nachhaltige Grundwasserentnahme in Angesicht des sich verändernden Klimas und sich ändernder Landnutzung regional gezielt gestalten lässt. Denn anhand der ermittelten Isotopenverhältnisse lässt sich unter anderem das Grundwasseralter bestimmen, das Ausmaß der Uferfiltration quantifizieren, oder eine Abschätzung der Mischungen von Oberflächenwasser und Grundwasser, Fließwegen und Verweilzeiten vornehmen. Daraus folgt dann eine Einschätzung, wie viel Grundwasser vorhanden ist und wie schnell es sich erneuert. Daraus ergibt sich wiederum, wieviel Grundwasser entnommen werden kann, ohne das es negative Folgen auf den Grundwasserleiter hat. Weiterhin wird erstmalig eine überregionale Bewertung der Grundwässer im Hinblick auf ökohydrologische Fließwege und Verweilzeiten möglich sein. Vor allem für Anwender ohne Erfahrung im Bereich der Wasserisotope spielen die veröffentlichten Anwendungsbeispiele eine entscheidende Rolle, um einen Einstieg in die standardisierte und fachgerechte Auswertung zu ermöglichen. Langfristig ist eine Einbindung von stabilen Isotopen in die Grundwassermodellierung erstrebenswert, um eine erhöhte Modellverlässlichkeit durch die Abbildung weiterer Prozesse zu erzielen. Ziele - erstmalige Erstellung einer flächendeckenden Verteilungsübersicht (mittels Grundwasser-Isoscapes) der stabilen Wasserisotopenverhältnisse sowie der Tritiumkonzentrationen im Grundwasser - interaktive, langfristige und ausbaufähige Bereitstellung der Daten an potentielle Nutzer, die kostenlos über die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) erfolgt - Erarbeitung eines innovativen Werkzeuges für eine nachhaltige Grundwasserbewirtschaftung (z. B. Bestimmung von Grundwasseralter, Quantifizierung der Uferfiltration, Abschätzung der Mischungen von Grundwasserstockwerken, Einschätzung langfristiger klimabedingter Veränderungen der Fließwege und Verweilzeiten) - Präsentation praktischer Anwendungsbeispiele der Projektpartner im Bereich Lysimeterversuche, Uferfiltrationsuntersuchungen und Oberflächenwasser-Grundwasserinteraktionsanalysen für die standardisierte und fachgerechte Auswertung von Wasserisotopendatensätzen Das Ziel des Verbundprojektes ist es, für Deutschland erstmalig eine bundesweite Karte der stabilen Wasserisotopenverhältnisse sowie der Tritumkonzentrationen im Grundwasser zu generieren. Dies geschieht auf der Grundlage von vorhanden Daten einzelner Landesämter, Informationen aus der Literatur, von Firmen bereitgestellten Daten sowie über neue Messkampagnen im Rahmen des Projektantrages. Kontakte zu den jeweiligen Ländern kamen über das Umweltbundesamt (UBA), die Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) und dem Bund/Länder-Ausschuss Bodenforschung (BLA-GEO) zustande. Die Bereitstellung aller Daten sowie deren Visualisierung wird über eine Internetanwendung an der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) erfolgen, auf die alle Nutzer kostenlos zugreifen können. Die Daten und die daraus generierten Karten stehen den potentiellen Nutzern daher interaktiv, langfristig und erweiterbar zur Verfügung. Das System soll außerdem über historische Daten sowie zukünftige Messungen nach Laufzeitende erweiterbar bleiben. (Text gekürzt)
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