Transport und Verbleib von Fäkalkeimen in Fließgewässern nach Mischwasserentlastungen

• Applicants: Professor Dr. Harald Horn; Professor Dr.-Ing. Peter Rutschmann
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 145470713

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Zentrales Ziel des Vorhabens war es, den Verbleib von fäkalen Indikatorbakterien FIB nach Mischwasserentlastungen in Fließgewässern besser zu verstehen und zu charakterisieren. Dabei war ein starker Fokus der Untersuchungen, in wie weit der benthische Biofilm oder besser das Sediment einen möglichen Rückzugsraum für die FIB bilden. Die Zusammenarbeit zwischen den Lehrstühlen Siedlungswasserwirtschaft und Wasserbau/Wasserwirtschaft an der TU München hat sich als extrem hilfreich herausgestellt. Die Möglichkeit in einer sehr realitätsnahen Fließrinne in der Versuchsanstalt in Obernach Versuche mit realen Sohlschubspannungen und Flusssedimenten (hier aus der Isar) durchzuführen, ist weltweit nur an wenigen Orten zu realisieren. Aufgeklärt wurde die Assosiationsform der FIB im Rohabwasser und deren Auswirkung auf die UV-Inaktivierung. Je höher die Konzentration an abfiltrierbaren Stoffen, je geringer die UV Inaktivierung. Darüber hinaus werden bei vergleichbaren Konzentrationen an abfiltrierbaren Stoffen (TS) Escherichia coli und intestinale Enterokokken in der Fraktion dp ≤ 12 µm rund 1,5- mal schneller entfernt als die FIB, die mit der Fraktion 12 < dp ≤ 63 µm assoziiert waren. Die Experimente in der großtechnischen Natur-Rinne in Obernach zeigen für Escherichia coli und intestinale Enterokokken vergleichbare Abbaugeschwindigkeiten in der fließenden Welle. Dabei ist die UV-Inaktivierung nicht der dominierende Faktor. Zum Teil läuft die Inaktivierung in der Nacht mit gleicher Reaktionskonstante wie am Tag weiter. Die Elimination ist hauptsachlich auf natürliche Inaktivierung durch wenig attraktive Umweltbedingungen (niedrige Temperatur und nährstoffarmes Wasser) zurückzuführen. Eine signifikante Resuspension von im Sediment oder im benthischen Biofilm akkumulierten FIB konnte bei den eingestellten Versuchsbedingungen nicht nachgewiesen werden. Das war zweifellos zu Beginn des Vorhabens so nicht erwartet worden. Zwar wird bei einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit partikuläres Material vom Sediment in die fließende Welle transportiert, diese Feststoffe enthalten aber keine signifikanten Mengen an FIB und verlangsamen die Inaktivierung der FIB in der Bulkphase. Es ist anzunehmen, dass mit den Feststoffen auch Nährstoffe in die Bulkphase gelangen und damit die Überlebenschancen der Mikroorganismen verbessert werden. Eine Hypothese aus dem Antrag konnte bestätigt werden. Die FIB haben im Sediment eine deutlich höhere Überlebenschance (5-fach) als in der Wassersäule eines oligotrophen Flusses. Der Vergleich der Ergebnisse aus Labor- und Natur-Rinne zeigt, dass zusätzlich zur Inaktivierung Faktoren wie z.B. Abweidung und Sohlschubspannung den Verbleib von Escherichia coli und intestinale Enterokokken im Sediment eines oligotrophen, schnellströmenden Flusses prägen. Auch hier waren die Versuche bei sehr realitätsnahen Bedingungen in der Natur-Rinne hilfreich, den Faktor Abweidung besser abzubilden als dies im Labor möglich ist.

Publications

• 2013. Fate and transport of fecal indicator bacteria in flume systems mimicking an oligotrophic river, TU München, Dissertation
  Walters, E.
  
• 2014. Influence of Particle Association and Suspended Solids on UV Inactivation of Fecal Indicator Bacteria in an Urban River. Water, Air, & Soil Pollution, 225:1822
  Walters E., Graml M., Behle C., Müller E., Horn, H.
  
• 2014. Influence of Resuspension on the Removal of Fecal Indicator Bacteria in Large-Scale Flumes Mimicking an Oligotrophic River. Water Research, 48, 1, 466–477
  Walters E., Müller E., Schwarzwälder K., Kätzl K., Rutschmann P., Horn H.
  
• 2014. Persistence of Fecal Indicator Bacteria in Sediment of an Oligotrophic River: Comparing Large and Lab-Scale Flume Systems. Water Research, 61, 276-287
  Walters E., Kätzl K., Müller E., Schwarzwälder K., Rutschmann P., Horn H.
  
• 2015. Verbleib von fäkalen Indikatorkeimen aus Mischwasserentlastungen nach der Einleitung in Fließgewässer, gwf Wasser/Abwasser, 156 (1), 62-70
  Walters E., Rutschmann P., Schwarzwälder K., Müller E., Horn H.