Projekt 18193/01

Optimierung der In-situ-Reaktortechnologie zur dezentralen Trinkwassergewinnung und Grundwasseraufbereitung durch modellhafte Untersuchungen beteiligter Biofilme

ProjekttrÀger

UniversitĂ€t StuttgartInstitut fĂŒr Siedlungswasserbau,WassergĂŒte- und AbfallwirtschaftAbt. WassergĂŒtewirtschaft
BandtÀle 2
70569 Stuttgart
Telefon: 0711/685-3711

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung dezentraler biotechnologischer In-situ-Reaktoren fĂŒr die Grundwasseraufbereitung (Enteisenung und Entmanganung) durch Lokalisierung, Isolierung und Untersuchung von Biofilmen, die bei der dezentralen In-situ-Grundwasseraufbereitung eine wesentliche Rolle spielen. Die an den Aufbereitungsprozessen beteiligten Mikroorganismen sollen identifiziert und charakterisiert werden, um Erkenntnisse fĂŒr die Praxis zu gewinnen, welche das Verfahren hinsichtlich Planung, Bemessung und Betrieb beherrschbarer machen und fĂŒr einen Einsatz unter unterschiedlichen Randbedingungen auf eine breite Anwendungsbasis stellen. Neben grundlegenden Erkenntnissen zum Betrieb der In-situ-Reaktoren sollen Hinweise gewonnen werden, auf welche Weise die AktivitĂ€ten der biologischen VorgĂ€nge erhöht werden können, um die Effizienz des Verfahrens zu steigern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenÞ Planung und Errichtung von 7 Versuchsanlagen an 5 Standorten
Þ Einfahrbetrieb der In-situ-Reaktoren, wasserchemische Analysen und Entnahme von Bodenproben
Þ Untersuchung der an der Aufbereitung beteiligten Mikroorganismen (Laser-Scaning-Mikroskopie, 16S-rDNA-Sequenzierungsansatz, Einsatz von speziell weiter zu entwickelnden Gensonden)
Þ Optimierung der EffektivitĂ€t der In-situ-Reaktoren unter Variation der Betriebsparameter auf der Grundlage der wasserchemischen und mikrobiologischen Analysen
Þ VerkĂŒrzung der Einfahrzeit der In-situ-Reaktoren durch Versuche zur Animpfung der unterirdischen Reaktionszone
Þ Diskussion der Versuchsergebnisse und Formulierung von Hinweisen zu Planung und Betrieb der In-situ-Reaktoren


Ergebnisse und Diskussion

Insgesamt wurden wĂ€hrend der Projektlaufzeit 7 In-situ-Anlagen an 5 Standorten erstellt, betrieben und durch laufende Probenahme (insgesamt 800 Einzelproben) und Analytik (insgesamt ĂŒber 63.000 Einzelanalysen) kontrolliert.
Mit molekularbiologischen und mikrobiologischen Methoden war es möglich, Eisen- und Manganoxidierende Mikroorganismen aus der Oxidationszone zu isolieren. Mit ihnen sollte eine Methode erprobt werden, um die Einarbeitungszeit zu verkĂŒrzen. ZunĂ€chst wurde die mikrobielle Population der Oxidationszone sowie verschiedener EntlĂŒftungsbehĂ€lter charakterisiert. Dabei wurden zahlreiche StĂ€mme gefunden, die in der Lage sind, Eisen und/oder Mangan zu oxidieren. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, Populationen aus einer eingearbeiteten Reaktionszone zu benutzen, um damit Brunnen an einer anderen Stelle anzuimpfen und damit die Einarbeitungszeit abzukĂŒrzen. Dabei kommt es allerdings sehr darauf an, wie die Animpfung technisch durchgefĂŒhrt wird - die Zugabe von Suspensionen aus eingearbeiteten Reaktionszonen hat sich dabei nicht bewĂ€hrt. Als einfache Möglichkeit erwies sich hingegen, das Feinsediment aus einem Brunnen mit eingearbeiteter Reaktionszone in den neuen Brunnen einzubringen; offensichtlich ist es der Biofilm auf den Sandkörnern, der die Etablierung der Organismen an der neuen Stelle erleichtert. Es bleibt zu klĂ€ren, ob dies nur in Situationen funktioniert, in denen die neuen Brunnen an Ă€hnlichen Stellen wie die alten gebohrt werden oder ob Populationen aus eingearbeiteten Reaktionszonen auch an anderen Stellen anwendbar sind. Das Potenzial dafĂŒr ist jedenfalls vor-handen, und mit den biologischen Methoden, die im Projekt angewandt wurden, konnte der Erfolg auch auf mikrobiologischer Ebene klar nachgewiesen werden. Neben der VerkĂŒrzung der Einarbeitungszeit der Entmanganung durch Animpfung der Reaktionszone, wodurch die Effizienz der In-situ-Technologie wesentlich erhöht werden kann, wurden weitere Grundlagen fĂŒr die Planung und den Betrieb von dezentralen biologischen In-situ-Reaktoren erarbeitet, indem die Aufbereitungsergebnisse sowohl unter Be-rĂŒcksichtigung der Ă€ußeren Randbedingungen wie der Wasserbeschaffenheit, der Beschaffenheit des Untergrunds und des Ausbaus der Brunnen als auch unter BerĂŒcksichtigung der Fahrweise (Betriebspro-gramme) der In-situ-Anlagen diskutiert wurden.


Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation

1. Steele, H., Meyer, C., Hansen, H., Rott, U., Flemming, H.-C.: Microbial Removal of Iron and Manganese from Groundwater. Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft, 17.-19. Mai 2002 in Bad Saarow.
2. Rott, U., Meyer, C.: Optimierung der In-situ-Reaktortechnologie zur dezentralen Trinkwassergewin-nung und Grundwasseraufbereitung unter modellhafter Untersuchung beteiligter Biofilme - Teil 1. Umweltwissenschaften und Schadstoffforschung, Band 14, Nr. 2, 2002, S. 126-127.
3. Meyer, C.: Perspektiven der unterirdischen Grundwasseraufbereitung zur kostengĂŒnstigen und rĂŒck-standsfreien Trinkwassergewinnung. Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Band 167 (2002), S. 105-128.
4. Poster Presentation Sustainable Low-Cost Drinking Water Treatment - Removal of Arsenic, Iron, Manganese and Ammonia by Decentralised Biological In-Situ-Reactors, 3rd World Water Forum, March 16th - 23rd, 2003 in Kyoto, Shiga and Osaka, Japan.


Fazit

Es lĂ€sst sich feststellen, dass die Ziele des Projekts erreicht werden konnten und dass aus der wissenschaftlichen Arbeit Ergebnisse entstanden sind, die sich in technische Lösungen umsetzen lassen. Die Wissensbasis dieses von der DBU geförderten Projekts fĂŒhrte beispielsweise zur erfolgreichen Beantra-gung eines umfangreichen EU-Projekts mit dem Titel Development of a low cost technology for in-situ treatment of groundwater for potable and irrigation purposes, in dem ein internationales Wissenschaftlerteam, u. a. mit Beteiligung der Firma Winkelnkemper GmbH (FermanoxÂź), zusammenarbeitet. Hier werden die dezentralen In-situ-Reaktoren zur Entarsenung von Grundwasser, das zu BewĂ€sserungszwecken in der Landwirtschaft dienen soll, eingesetzt. Der interdisziplinĂ€re Austausch zwischen den Partnern funktionierte einwandfrei. RegelmĂ€ĂŸige Besprechungstermine an den jeweiligen Standorten der Partner und vertiefte fachliche Diskussionen trugen dazu bei, einen sehr guten Einblick in den jeweils anderen Fach-bereich zu erlangen. Weitere gemeinsame Projekte werden geplant.

Übersicht

Fördersumme

452.519,90 €

Förderzeitraum

11.06.2001 - 31.05.2004

Bundesland

Baden-WĂŒrttemberg

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik