Trinkwasserverordnung und Verteilung von Bacs in der Umwelt

Präsentation zum Thema: "Trinkwasserverordnung und Verteilung von Bacs in der Umwelt"—  Präsentation transkript:

1 Trinkwasserverordnung und Verteilung von Bacs in der Umwelt
Tag 2

2 Wasser Knappheit auf der Welt

3 Vorraussagen für Wasserressourcen in Europa
2100 2003

4 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

5 Wasserdargebot und Wassernutzung in Deutschland
Quelle: Umweltbundesamt

6 Entwicklung spezifischer Wasserverbrauchs ausgewählter Verbraucher
Quelle: UBA WASSERVERSORGUNG

7 Wasserverluste nach UN-Daten
Quelle: UBA WASSERVERSORGUNG

8 Sources of Drinking Water
U.S. Environmental Protection Agency

9 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

10 Nitrat

11 Überblick über die Nitratgehalte im Grundwasser der Bundesrepublik Deutschland für das Jahr 2002
Quelle: BMU Nitratgehalt im Grundwasser

12 Verteilung der Nitratgehalte im Grundwasser gegliedert nach der dominierenden Landnutzung im Umfeld von Grundwassermessstellen Quelle: Umweltbundesamt Nitratbericht an die EG

13 Häufigkeitsverteilung der Veränderungen der Mittelwerte der Nitratgehalte zwischen dem Überwachungszeitraum 1992 bis und dem Überwachungszeitraum 2000 bis 2002 Quelle: BMU Nitratbericht an die EG

14 Entwicklung des Nährstoffüberschusses auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche in Deutschland (Hoftorbilanz) UBA <Nährstoffe> Stand:

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

16 Gesamt-Phosphor-Konzentration im Bodensee (Obersee) während der Durchmischungsphase (1951-2005)
Quelle: Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee Binnengewässer

17 Pestizide

18 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) Pflanzenschutzmittelfunde im Grundwasser

19 Häufigkeitsverteilungen von Atrazin im oberflächennahen Grundwasser Deutschlands (BG = Bestimmungsgrenze) Quelle: „ 2. Bericht zur Grundwasserbeschaffenheit – Pflanzenschutzmittel“ (LAWA, 2004); Entwicklung der Grundwasserbelastung durch Pflanzenschutzmittel

20 Untersuchungsergebnisse 2003
Quelle: Umweltbundesamt Entwicklung der Grundwasserbelastung durch Pflanzenschutzmittel

21 Organische Schadstoffe

22 The discovery and production of new organic chemicals has grown exponentially

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

24 Contaminant cycles: River-drinking water

25 Contaminant cycles: River-drinking water

26 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?

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

28 Frage? Welche Bedingungen würden sie an Trinkwasserqualität stellen?

29 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.)

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

31 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

32 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

33 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

34 Aufbereitungsziele und Gegenstände konkreter Maßnahmen
Quelle: Umweltbundesamt Wasseraufbereitung

35 Zusammenstellung der eingesetzten Verfahren und der Aufbereitungsziele
Quelle: Umweltbundesamt Wasseraufbereitung A = Austausch an Grenzflächen; B = Biologische Verfahren; D = Dosierung von Stoffen; F = Fällung/Flockung; S = Separation; BS = Bestrahlung

36 Die letzten Meter bis zum Wasserhahn
Hans-Curt Flemming Biofilm Centre, Universität Duisburg-Essen Biofilm Centre 36 36

37 Wie kommt das Trinkwasser ins Haus?
Endverbraucher Dr. C. Donner, RWW Mülheim Biofilm Centre 37

38 Multi-Barrieren-Prinzip in der Aufbereitung
„Mülheimer Verfahren“, entwickelt zur Aufbereitung belasteter Rohwässer Inzwischen weltweit für ähnliche Situationen angewandt Man kann aus jedem Wasser Trinkwasser machen Das ist nur eine Frage des Aufwands (s. Raumfahrt) Abbildung: Dr. C. Donner, RWW Mülheim Biofilm Centre 38

39 1. Desinfektion (Chlor, Ozon, UV) Probleme: Desinfektionsnebenprodukte
Kilometerlanges Verteilungsnetz – wie kann eine Aufkeimung verhindert werden? 1. Desinfektion (Chlor, Ozon, UV) Probleme: Desinfektionsnebenprodukte Geschmack/Geruch, Resistenz Cl2 + H2O  HOCl + HCl 2. „Ohne Chemie“: Nährstoff-Elimination durch Biofiltration Probleme: Neue Nährstoffe (z.B. Werkstoffe) aufwendiger Langsamsandfilter Schmutz-decke Bakterien auf Sand Biofilm Centre 39

40 Entfernung von assimilierbarem organischem
Kohlenstoff während der Aufbereitung AOC-Entnahme durch Langsamsandfilter Gimbel, 1995 Biofilm Centre 40 40

41 Das Innere von Wasserleitungen
Korrosionspustel, Gussrohr 15 Jahre Innere Oberfläche Gussrohr, 99 Jahre PVC, 28 Jahre Prof. U. Szewzyk, TU Berlin Biofilm Centre 41

42 Wie viele Mikroorganismen sind in unserem Trinkwasser?
Trinkwasser ist nicht steril – und muss es auch nicht sein! Bakterien-Zahlen in Trinkwasser: abhängig von Methode  DEV-Methode: 1-10 KBE/ml (20/37 °C, 1 d) HPC auf R2A: KBE/ml (20 °C, 7 d) Gesamtzellzahl mit DAPI, Acridin-Orange: 103 – 104/ml Anzahl der KBE: Teilmenge der Gesamtzellzahl Biofilm Centre 42

43 Verantwortung bei der Wasserverteilung
Trinkwasser-Gewinnung, -Aufbereitung, -Verteilung Trinkwasser-installation Hausanschluss Verantwortlich: Wasserversorgungs-unternehmen (WVU) § 14 (1) TrinkwV Verantwortlich: Betreiber (Hausbesitzer) § 8 TrinkwV Wasseruhr AVBWasserV: Störende Rückwirkungen von einer Hausinstallation auf das öffentliche Netz sollen verhindert werden. Nach AVBWasserV können die Grundstücksanschlüsse (Leitung von Hauptleitung bis zur privaten Grundstücksgrenze) und Hausanschlüsse (Leitung von privater Grundstücksgrenze bis ins Haus/Wasserzähler) komplett der öffentlichen Trinkwasserversorgung zugerechnet werden. Aber: Image des WVU hängt von Wasserqualität am Zapfhahn ab! Dr. B. Bendinger, Außenstelle DVGW, TU Hamburg-Harburg Biofilm Centre 43

44 Häufigste Reaktion: „So genau will ich´s gar nicht wissen…“
Biofilm Centre 44

45 Trinkwasser-Installation: Grauzone der Überwachung
Risikofaktoren: Viele verschiedene, oft ungeprüfte Werkstoffe Totstellen Unregelmäßige Verbrauchs- Charakteristik Viel weniger Kontrolle: 4 Jahre nach Einführung der neuen TrinkWV sind immer noch weniger als 50 % der öffentlichen Gebäude überprüft Biofilm Centre 45 45

46 Beispiele für Kontaminationsfälle
 Schule, Neuinstallation: P. aeruginosa: > KBE pro 100 mL  Schule, alte Installation Legionella: > KBE pro 100 mL  Verwaltungsgebäude, Neuinstallation P. aeruginosa: ~ 200 KBE pro 100 mL  Sporthalle, alte Installation  Asyl, alte Installation Legionella: > KEB pro 100 mL  Zahlreiche Fälle aus Krankenhäusern  Betrifft nicht nur Kunststoff, sondern auch Metalle! Biofilm Centre 46 46

47 Verteilung von Bacs in der Umwelt

48 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.

49 Where are the bacteria ? Suspended cells Attached cells Reference 20%
80% Wolters & Schwartz, 1956 Matthess, 1973 <1% >99% Marxsen, 1982 0-3.2% % Harvey, et al. 1984 1 Köbel-Boelke et al., 1988b 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 DVWK, 1997

50 Biofilms – a complex habitat

51 Eine Mikrokolonie aus einem Abwassersandfilter

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

53 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

54

55 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

56 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 -/+ Groundwater from porous aquifers + up to 107 Sediments saturated zone up to 1010 Sediments unsaturated zone Archaea present Flagellates 100 – 102 up to 105 up to 108 Amoebae 10-1 – 100 Ciliates rare Fungi Viruses

57 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

58 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): Interpretation: Was sind die entscheidenden Aussagen des Papers? Wo sehen sie die Relevanz? Entdecken sie Fehler? Was ist die wichtige Aussage für unsere Vorlesung?