Trinkwasserverordnung und Verteilung von Bacs in der Umwelt Tag 2

Wasser Knappheit auf der Welt 2. „International IWRM“

Vorraussagen für Wasserressourcen in Europa Adapting densely populated, (currently water-rich) regions to the conditions of water scarcity 2100 2003

Wasser als strategisches Zukunftsthema Wasser essentielle Ressource für Mensch, Gesundheit, Gesellschaft Nutzung als Trinkwasser, Landwirtschaft, Industrie Wirtschaftsfaktor lokal und global (‚virtuelles Wasser‘) Quantitative und qualitative Verfügbarkeit zunehmend bedroht Klimawandel, geänderte Land-nutzung, Umweltverschmutzung, Bevölkerungswachstum

Wasserdargebot und Wassernutzung in Deutschland Quelle: Umweltbundesamt http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf

Entwicklung spezifischer Wasserverbrauchs ausgewählter Verbraucher Quelle: UBA http://www.umweltbundesamt.de/wasser/wsektor/wasserdoku/german/doku.pdf WASSERVERSORGUNG

Wasserverluste nach UN-Daten Quelle: UBA http://www.umweltbundesamt.de/wasser/wsektor/wasserdoku/german/doku.pdf WASSERVERSORGUNG

Sources of Drinking Water U.S. Environmental Protection Agency http://www.epa.gov/safewater/dwh/dw-health.pdf

Die Bedeutung des Grundwassers >70 % des Trinkwassers in D wird aus Grundwasser gewonnen ‚Verstecktes‘ Ökosystem im Untergrund ‚Ecosystem Services‘: Abbau & Rückhalt von Schadstoffen Reinigung und Speicherung des Wassers Erhalt von Ökosystemen an Oberfläche Thermische Energie, Wärme & Kühlung

Nitrat

Überblick über die Nitratgehalte im Grundwasser der Bundesrepublik Deutschland für das Jahr 2002 Quelle: BMU http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Nitratgehalt im Grundwasser

Verteilung der Nitratgehalte im Grundwasser gegliedert nach der dominierenden Landnutzung im Umfeld von Grundwassermessstellen Quelle: Umweltbundesamt http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Nitratbericht an die EG

Häufigkeitsverteilung der Veränderungen der Mittelwerte der Nitratgehalte zwischen dem Überwachungszeitraum 1992 bis 199446 und dem Überwachungszeitraum 2000 bis 2002 Quelle: BMU http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Nitratbericht an die EG

Entwicklung des Nährstoffüberschusses auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche in Deutschland 1950 - 2000 (Hoftorbilanz) UBA http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/ow_s5_2.htm <Nährstoffe> Stand: 15.09.2004

Trends in water quality in the Lake Constance Source: Federal Environment Agency 2004

Gesamt-Phosphor-Konzentration im Bodensee (Obersee) während der Durchmischungsphase (1951-2005) Quelle: Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Binnengewässer

Pestizide

Häufigkeitsverteilungen der PSM-Befunde in oberflächennah verfilterten Messstellen im Grundwasser Deutschlands in den Zeiträumen 1990 bis 1995 und 1996 bis 2000 Quelle: „ 2. Bericht zur Grundwasserbeschaffenheit – Pflanzenschutzmittel“ (LAWA, 2004) http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Pflanzenschutzmittelfunde im Grundwasser

Häufigkeitsverteilungen von Atrazin im oberflächennahen Grundwasser Deutschlands (BG = Bestimmungsgrenze) Quelle: „ 2. Bericht zur Grundwasserbeschaffenheit – Pflanzenschutzmittel“ (LAWA, 2004); http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Entwicklung der Grundwasserbelastung durch Pflanzenschutzmittel

Untersuchungsergebnisse 2003 Quelle: Umweltbundesamt http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Entwicklung der Grundwasserbelastung durch Pflanzenschutzmittel

Schwermetalle

Geogen bedingte Hintergrundwerte von Arsen für die wichtigsten hydrogeologischen Einheiten Deutschlands Quelle: Umweltbundesamt mit Daten der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), Kunkel et. al 2004 Teil 2 Pflanzenschutzmittel (PSM ): Arsen

Verteilung der Arsengehalte an den Messstellen des Grundwassermessnetzes (1999 bis 2003) Quelle: Umweltbundesamt mit Daten der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) Teil 2 Pflanzenschutzmittel (PSM ): Arsen

Verteilung der natürlichen Hintergrundgehalte von Blei in wichtigen Hydrogeologischen Einheiten Deutschlands Quelle: Umweltbundesamt mit Daten der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), Kunkel et. al 2004 Teil 2 Pflanzenschutzmittel (PSM ): Blei

Verteilung der Bleiwerte an den Messstellen des Grundwassermessnetzes (1999 bis 2003) Quelle: Umweltbundesamt mit Daten der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) Teil 2 Pflanzenschutzmittel (PSM ): Blei

Organische Schadstoffe

The discovery and production of new organic chemicals has grown exponentially

Nr. 50 000 000 der in CAS registrierten organischen Verbindungen Chemical Engineering News 09/09

Contaminant cycles: River-drinking water

Contaminant cycles: River-drinking water

Enrichment of transformation products along a german river Why Bayern? We are at the beginning of the chain But we are part of it! Scientific demand: how can we brake up the cycle?

Nicht direkt giftige Stoffe (z.B. Sulfat)

Verteilung der natürlichen Hintergrundgehalte von Sulfat in wichtigen Hydrogeologischen Einheiten Deutschlands Quelle: Umweltbundesamt mit Daten der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), Kunkel et. al 2004 Teil 2 Pflanzenschutzmittel (PSM ): Sulfat

Verteilung der Sulfatwerte an den Messstellen des Grundwassermessnetzes (1999 bis 2003) Quelle: Umweltbundesamt mit Daten der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) Teil 2 Pflanzenschutzmittel (PSM ): Sulfat

Zukünftige Gefahren Diffuse Quellen Nitrat Pestizide Micropollutants (Pharmaka, Röntgenkontrastmittel) Punktquellen BTEX (Benzen, Toluen, Ethylbenzen, Xylen) Chlorierte Kohlenwasserstoffe

Frage? Welche Bedingungen würden sie an Trinkwasserqualität stellen?

Meine Bauchantwort Welche Bedingungen würden sie an Trinkwasserqualität stellen? Oxisch (aerob?) Kein Eisen, Mangan etc. Niedriger DOC Keimfrei? (keine pathogenen Mikroorganismen und Viren) Geruch und Geschmack einwandfrei Keine Schadstoffe pH Normaler Gehalt an gelösten Mineralien (Carbonat etc.)

Trinkwasserverordnung (BGB Stand 2001) Nachweisprinzip Indikatorprinzip Auszug der einzelnen Grenzwerte aus der TW-Verordnung

Grenzwert (Anzahl(100 ml) Mikrobiologische Parameter Teil I: Allgemeine Anforderungen an Wasser für den menschlichen Gebrauch Parameter Grenzwert (Anzahl(100 ml) Escherichia coli (E. coli) Enterokokken Coliforme Bakterien Teil II: Anforderungen an Wasser für den menschlichen Gebrauch, das zur Abfüllung in Flaschen oder sonstige Behältnisse zum Zwecke der Abgabe bestimmt ist Grenzwert 0/250 ml Pseudomonas aeruginosa Koloniezahl bei 22 Grad C 100/ml Koloniezahl bei 36 Grad C 20/ml

Chemische Parameter Teil I Chemische Parameter, deren Konzentration sich im Verteilungsnetz einschließlich der Hausinstallation in der Regel nicht mehr erhöht Parameter Grenzwert /Anforderung Bemerkungen Benzol 0,001 mg/l Cyanid 0,05 mg/l 1,2-Dichlorethan 0,003 mg/l Fluorid 1,5 mg/l Nitrat 50 mg/l Die Summe aus Nitratkonzentration in mg/l geteilt durch 50 und Nitritkonzen-tration in mg/l geteilt durch 3 darf nicht größer als 1 mg/l sein Pflanzenschutz-mittel und Biozid- Produkte 0,0001 mg/l Produkte insgesamt 0,0005 mg/l Quecksilber Tetrachlorethen und Trichlorethen 0,01 mg/l Arsen Benzo-(a)-pyren 0,00001 mg/l

Parameter Grenzwert /Anforderung Bemerkungen Blei 0,01 mg/l Cadmium 0,005 mg/l Kupfer 2 mg/l Nitrit 0,5 mg/l Polyzyklische aromat- ische Kohlenwasser- stoffe 0,0001 mg/l Vinylchlorid 0,0005 mg/l Ammonium Eisen 0,2 mg/l Färbung (spektraler Absorptionskoeffizient Hg 436 nm) Geruchsschwellenwert 2 bei 12 Grad C 3 bei 25 Grad C Geschmack Für den Verbraucher annehmbar und ohne anormale Veränderung Elektrische Leitfähigkeit 2.500 myS/cm bei 20 Grad C Mangan 0,05 mg/l Oxidierbarkeit mg/l O2 Sulfat 240 mg/l

Aufbereitungsziele und Gegenstände konkreter Maßnahmen Quelle: Umweltbundesamt http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Wasseraufbereitung

Zusammenstellung der eingesetzten Verfahren und der Aufbereitungsziele Quelle: Umweltbundesamt http://www.umweltdaten.de/wasser/broschuere_wasserwirtschaft_teil1.pdf Wasseraufbereitung A = Austausch an Grenzflächen; B = Biologische Verfahren; D = Dosierung von Stoffen; F = Fällung/Flockung; S = Separation; BS = Bestrahlung

Verteilung von Bacs in der Umwelt

Transport & Fate of Microorganisms Figure 1. The subsurface microbial cycle as introduced by Stevens (1997). Geological and hydrological processes, operating on multiple time-scales, move microorganisms into the subsurface, transport them through the subsurface, and may return them to the surface environment. In the subsurface, selective pressures constrain the types of organisms that can survive there.

Where are the bacteria ? Suspended cells Attached cells Reference 20% 80% Wolters & Schwartz, 1956 Matthess, 1973 <1% >99% Marxsen, 1982 0-3.2% 96.8-100% Harvey, et al. 1984 1 101-102 Köbel-Boelke et al., 1988b 102-103 Hazen et al., 1991 103 – 105 * Pedersen & Ekendahl, 1992 <10% >90% Godsy et al., 1992 0.01% 99.99% Albrechtsen, 1994 103 Alfreider et al., 1997 103-104 DVWK, 1997

Biofilms – a complex habitat

Eine Mikrokolonie aus einem Abwassersandfilter

Besiedelung eins Sedimentkorns Der gleiche Partikel aus einem Tiefseesediment einmal im Phasenkontrast und einmal im Fluoreszenzbild. Entnommen aus www.mikrobiologischer-garten.de In einem oligotrophen Sediment gibt es keinen klassischen Biofilm!

c) Topsoil 0,2 GRAVEL 1,6 SAND 3,0 CLAY 4,3 12,4 15,6 SILT 16,0 21,6 22,2 27,4 30,00 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 3,7

An example from ecology An example from ecology. What drives and limits natural attenuation processes in aquifers? Toluene [mg l-1] Sulfate [mg l-1] bssA/16S rRNA genes Oil 10 20 30 40 50 50 100 150 200 250 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 0.0 0.25 0.5 0.75 Upper plume fringe Plume core Lower plume fringe Degradation hot spots Depth [m bls] 16S rRNA catabolic gene ratios Toluene d13C SO42- A A B B C -25 -24 -23 -22 -21 103 105 107 109 δ 13C [‰] Bacterial 16S rRNA genes [cp g-1] High resolution multi-level well

Number of microbes Group Habitat Trophy Abundance [cm-3] Bacteria Caves, Karstic systems - 102 – 104   Sediments in caves 104 – 108 Groundwater from deep granitic and basalt systems -/+ 103 - 106 Groundwater from porous aquifers + up to 107 Sediments saturated zone 106 - 108 up to 1010 Sediments unsaturated zone 104 - 108 Archaea present Flagellates 100 – 102 up to 105 103 - 105 up to 108 Amoebae 10-1 – 100 Ciliates rare Fungi Viruses

Microbial communities Adaptations & Strategies r-stragegists high low changing K-stragegists low high constant reproduction rate resource utilization efficiency migratory tendency population size i-type strategy Based on species richness and functional redundancy s-type strategy Individuals react on environmental changes

Hausaufgabe Suchen sie bitte diese Publikation raus D'Hondt, S., B. B. Jorgensen, et al. (2004). "Distributions of microbial activities in deep subseafloor sediments." Science 306(5705): 2216-2221. Interpretation: Was sind die entscheidenden Aussagen des Papers? Wo sehen sie die Relevanz? Entdecken sie Fehler? Was ist die wichtige Aussage für unsere Vorlesung?