Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser im Jahr 2020
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FACHBERICHT Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser im Jahr 2020 DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des KIT, Forschungsstelle für Brand- schutztechnik und TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe, Teil 4 Harald Horn, Thomas Kolb, Dimosthenis Trimis und Josef Klinger Tätigkeitsbericht, Forschung und Lehre, Ausbildung, Weiterbildung Dieser jährlich erscheinende Bericht gibt einen Überblick über die Entwicklungen und Aktivitäten am Engler-Bunte-Institut, der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des KIT sowie der Forschungsstelle für Brandschutztechnik. Darüber hinaus wird über das TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser berichtet. Wie es auch in den vergangenen Jahren gehandhabt wurde, erscheinen die gasspezifischen Beiträge in gwf Gas + Energie (Teil 1: Ausgabe 6/2021, EBI ceb; Teil 2: Ausgabe 7-8/2021, EBI vbt) und die wasserspezifischen Beiträge in gwf-Wasser | Abwasser (Teil 3: Ausgabe 6/2021, EBI WCT; Teil 4: Ausgabe 7-8/2021, TZW). Typischerweise steht die Entwicklung der verschiedenen Einrichtungen mit Beiträgen aus der universitären Lehre, der Aus- und Weiterbildung, über Forschungs- und Entwicklungsprojekte, über Beratung und Firmenkontakte im Fokus. In diesem Bericht wird aber unstrittig auch immer wieder die Corona-Pandemie thematisiert werden, da sie sehr tief in die Organisation der For- schungsarbeiten und vor allem der Lehre eingegriffen hat. Fortsetzung aus gwf-Wasser | Abwasser 6/2021. The annual report aims at giving an overview of developments and activities of the Engler-Bunte-Institut, the DVGW Research Center, the Research Center of Fire Protection Technology, and the TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser (German Water Center). As every year, the gas related parts can be found in gwf Gas + Energie (part 1: issue 6/2021, EBI ceb; part 2: issue 7-8/2021, EBI vbt) and the water related parts in gwf-Wasser | Abwasser (part 3: issue 6/2021, EBI WCT; part 4: issue 7-8/2021, TZW). The report typically highlights academic teaching, courses and advanced education, and focuses on scientific research and development projects, on consulting and contacts to business companies as well as on other activities. However, the current annual report also addresses the effects of the corona pandemic, which does significantly influence the daily work in research, consulting and of course teaching. Continued from gwf-Wasser | Abwasser 6/2021. 4. TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser Josef Klinger Am TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser stehen der sich auf die Ergebnisse von rund 50 Forschungsprojek- nachhaltige Schutz der Wasserressourcen und innovative ten, die pro Jahr von nationalen oder internationalen Lösungen für die Trinkwasserversorgung und die Industrie- Fördermittelgebern finanziert werden. und Abwassernutzung im Mittelpunkt aller Aktivitäten. Im Die über 1.000 Kunden des TZW sind Wasserversorger, In- Verbund mit international führenden Instituten der dustrieunternehmen, Fachbehörden und Hochschulen. Wasserforschung versteht sich das TZW als treibende Für sie entwickelt es in einem engen Zusammenspiel von Kraft bei der Entwicklung tragfähiger Konzepte für die Wissenschaft und Praxis neue und zukunftsfähige Konzep- Zukunft der Wasserversorgung. Seine Kompetenz stützt te. Die interdisziplinären Teams setzen sich aus Expertin- www.gwf-wasser.de 75
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nen und Experten aus den Bereichen Wasserversorgung, ber und Industrieunternehmen. Im Rahmen verschiedener
Wassermikrobiologie, Wasserchemie, Wasserverteilung Forschungsvorhaben, die am TZW oder auch bei anderen
und der Prüfstelle Wasser zusammen. Rund 180 hochquali- Forschungseinrichtungen bearbeitet wurden, fielen eben-
fizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus den Fachbe- falls zahlreiche Analysen an. Untersuchungsgegenstand
reichen Chemie, Biologie, Physik, Umweltwissenschaften, waren vor allem Roh- und Trinkwässer, aber auch kommu-
Verfahrenstechnik, Materialwissenschaft sowie Geistes- nale und industrielle Abwässer nahmen einen großen
und Sozialwissenschaften arbeiten in der anwendungsna- Raum ein. Darüber hinaus wurden feste Matrices wie Bo-
hen Forschung sowie der wissenschaftlichen Beratung. den oder Klärschlamm analysiert. Sonderproben wie Feu-
Das TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser ist eine or- erlöschschäume oder diverse Biota stellten die Mitarbeite-
ganisatorisch und haushaltstechnisch eigenständige, ge- rinnen und Mitarbeiter vor neue Herausforderungen.
meinnützige Einrichtung des Deutschen Vereins des Gas- Im Bereich der chemischen Analytik war auch 2020 ne-
und Wasserfachs (DVGW). Das jährliche Budget von rund ben der Bestimmung wasserchemischer Basisparameter
18 Mio. Euro setzt sich vor allem aus technisch-wissen- die Analytik von organischen Spurenstoffen die zent-
schaftlichen Studien, praxisnahen Forschungsaufträgen rale Kernkompetenz des TZW. Wichtige Parameter waren
und geförderten Forschungsprojekten zusammen. weiterhin per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS),
Der Jahresbericht gibt einen thematisch gegliederten Arzneimittelrückstände, PSM-Metabolite und Einzelstoffe
Überblick über die wesentlichen Arbeitsschwerpunkte wie Trifluoracetat, 1,4-Dioxan, Amidosulfonat oder
des TZW im Jahr 2020. 1H-1,2,4-Triazol. Die Bestimmung von organischen Phos-
phonaten, die als Antiscalants in Membrananlagen ein-
Wasseranalytik gesetzt werden, und von Microcystinen, die als Folge
Im Jahr 2020 wurden im Labor des TZW über 21.000 Pro- des Klimawandels Talsperrenbetreiber zunehmend vor
ben untersucht, mehr als jemals zuvor (Bild 4.1). Den we- Probleme stellen, erweiterte das Leistungsspektrum des
sentlichen Schwerpunkt bildete die Untersuchung von TZW. Aufgrund des weiterhin hohen Interesses erfolgten
Wasserproben auf eine Vielzahl an chemisch-physikali- auch 2020 zahlreiche Analysen unterschiedlicher Wässer
schen und mikrobiologischen Parametern. Auftragge- auf Mikroplastikpartikel.
ber waren wie in den Vorjahren vor allem Wasserversorger In der mikrobiologischen Analytik wurden Trinkwas-
und Behörden, aber zunehmend auch Kläranlagenbetrei- serproben nach den Anforderungen der Trinkwasserver-
Bild 4.1 In den Laboren des TZW wurden im Jahr 2020 mehr Proben analysiert als je zuvor.
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FACHBERICHT ordnung untersucht. Dies umfasste sowohl Wasserpro- ben der öffentlichen Wasserversorgung als auch zuneh- mend Wasserproben aus der Trinkwasser-Installation. Dort spielten insbesondere die Krankheitserreger Legio- nella spec. und Pseudomonas aeruginosa eine wichtige Rolle. Für Rohwasserproben fragten die Kunden auch weitergehende Untersuchungen nach. Dies beinhaltet neben den klassischen bakteriologischen Indikatorpara- metern zunehmend virale Indikatorparameter (Bakterio- phagen). Auch die direkte Untersuchung auf Krankheits- erreger, wie Campylobacter, humanpathogene Viren und Parasiten, erfolgte in den TZW-Laboren. Erneut bestätigte die erfolgreiche Teilnahme an zahlrei- chen Ringversuchen und Vergleichsuntersuchungen die hohe Qualität der analytischen Arbeiten. Spurenstoffe Das Wissen zum Umweltverhalten und zur Toxizität von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) nimmt ständig zu. Daher ist diese Stoffgruppe nach wie vor eine der meist diskutierten im Bereich der Spuren- stoffanalytik. PFAS waren in der bisherigen Trinkwasserver- ordnung (TrinkwV) nicht über Grenzwerte geregelt. In der revidierten EG-Trinkwasserrichtlinie (EU-TWRL) sind PFAS Bild 4.2: Sedimentprobenahme zur Analyse auf organische erstmals mit einem Summengrenzwert (Summe der PFAS) Phosphonate. von 0,1 µg/L für eine Auswahl von 20 Substanzen aufge- führt. Die Einzelverbindungen umspannen PFAS mit Ket- tenlängen von C4 bis C13. Erst seit Ende 2020 sind für zwei der langkettigen Sulfonsäuren analytische Standards ver- tungsmittel in Wasch-, Pflege- und Reinigungsmitteln fügbar, die erfolgreich in die Methoden am TZW integriert sowie bei industriellen Prozessen eingesetzt. Sie dienen wurden. Zusätzlich wurde ein PFAS-Summenparameter außerdem als Antiscalants bei der Aufbereitung von (PFAS gesamt) von 0,5 µg/L für die Summe aller PFAS ein- Trinkwasser mittels Filtration über dichte Membranen. geführt. Dieser Parameter umfasst die Gesamtheit aller Aufgrund starker Adsorption an mineralischen Oberflä- PFAS. Er soll allerdings erst zur Anwendung kommen, chen können sich Rückstände der biologisch schwer ab- wenn technische Regeln für die Überwachung des Para- baubaren Stoffe in Gewässersedimenten anreichern meters entwickelt sind. Prinzipiell sind hierfür die am TZW (Bild 4.2). Durch die Entwicklung von Analyseverfahren, etablierten Summenparameter EOF, AOF oder der Total die sich zur Spurenanalytik von Phosphonaten aus diver- Oxidizable Precursor-Assay (TOP-Assay) geeignet, die im Jahr 2020 weiter optimiert werden konnten. Die Bedeutung von Nitrifikations- und Ureaseinhibi- toren zur Verringerung von Stickstoffverlusten in der Landwirtschaft steigt weiter. Daher ist von einem zuneh- menden Einsatz dieser Stoffe auszugehen. Wasserver- sorgungsunternehmen sind besorgt, dass es dadurch zu einem Eintrag der Verbindungen in das Grundwasser kommen könnte. Das TZW bietet seit Jahren eine analyti- sche Methode für den Nachweis einer Vielzahl dieser Verbindungen in Wasserproben an. Die Methode konnte nun erfolgreich auf die Analyse von Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren in Bodenproben erweitert werden. Das Verfahren wird derzeit in einem DVGW-Forschungs- vorhaben zum Abbau- und Verlagerungsverhalten der Substanzen eingesetzt. Bild 4.3: Agardiffusionstest zur Erfassung von Multiresistenzen. Organische Phosphonate werden verstärkt als Enthär- www.gwf-wasser.de 77
FACHBERICHT
Bild 4.4: Die Bodenlysimeter werden im Labor beregnet und das Sickerwasser untersucht.
sen Matrices eignen, wurde eine Grundlage zur Bilanzie- für hygienisch-mikrobiologische Befunde bei der
rung des Phosphonateintrags in die Umwelt und im Pro- Wassergewinnung, im Wasserwerk, in Behältern oder im
zess der Membranfiltration geschaffen. Um die Analytik Leitungsnetz auf den Grund zu gehen. Nach wie vor hat
der Komplexbildner zu komplementieren, werden ge- auch die Aufstellung von Handlungsplänen bei Was-
genwärtig analytische Methoden zur Quantifizierung serversorgungsunternehmen ohne Abschlussdesinfek-
von Acrylsäurepolymeren entwickelt, die gleichfalls als tion mit Chlor oder Chlordioxid eine große Bedeutung.
Antiscalants eingesetzt werden. Diese dienen dazu, dass auch im Notfall bei mikrobiologi-
schen Grenzwertüberschreitungen schnell reagiert wer-
Mikroorganismen den kann. Dazu gehört auch die Unterstützung von
Viele Wasserversorgungsunternehmen haben sich auch Wasserversorgern bei der Festlegung sinnvoller Probe-
im Jahr 2020 an das TZW gewandt, um den Ursachen nahmestellen im Verteilungsnetz und zur Erarbeitung ei-
nes Notfalldesinfektionskonzeptes. Bei der Aufstellung
von Handlungsplänen wird außerdem durch AOC-Mes-
sungen geprüft, ob durch die kurzfristige Notfalldesinfek-
tion eine Erhöhung des Wiederverkeimungspotenzials
im Trinkwasser auftreten kann.
Mit der MALDI-TOF-Massenspektrometrie steht am TZW
eine zukunftsträchtige molekularbiologische Methodik
zur Identifizierung von Bakterien zur Verfügung. In ei-
nigen Fällen gelang es, durch die schnelle Identifizierung
der auftretenden Stämme coliformer Bakterien oder
Enterokokken ein Abkochgebot für das Trinkwasser zu
vermeiden. Im Falle von vereinzelten Nachweisen hygie-
nisch-relevanter Mikroorganismen in Trinkwassersyste-
Bild 4.5: Mechanismen verschiedener Nachweisverfahren für men war die Untersuchung von angereicherten Wasser-
SARS-CoV-2. proben nach Anreicherung großer Volumina (100 L) über
Ultrafiltrationsmodule für die Suche der Belastungsursa-
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FACHBERICHT che hilfreich. Zur Prüfung der Aufbereitungswirksamkeit Ressourcenschutz wurden auch Volumina bis ca. 1.000 L untersucht. Die Grundwasserdatenbank Wasserversorgung Ba- Zur Bewertung der mikrobiologischen Rohwasserbe- den-Württemberg (GWD-WV) erfasst landesweit Daten schaffenheit wurden Rohwasserproben zusätzlich zu zur Beschaffenheit der Grund- und Quellwasservorkom- den klassischen bakteriologischen Parametern auch auf men, die von Wasserversorgungsunternehmen zur Trink- virale Indikatoren (Bakteriophagen) und die Index-Patho- wasserversorgung genutzt werden. Das TZW betreibt die gene Campylobacter, Viren und Parasiten untersucht. Der Datenbank, aktualisiert laufend insbesondere die Daten zur Virennachweis (Adeno-, Entero-, Noroviren) erfolgte da- Nitratbelastung der Rohwässer und leitet sie an die zustän- bei nach Ultrafiltrationsanreicherung aus 10 L-Proben digen Behörden weiter. Hier bilden die übermittelten Wer- durch eine molekularbiologische quantitative PCR-Me- te die Basis für die Einstufung der Wasserschutzgebiete in thodik, für deren Wiederfindung nahezu 100 % erreicht Normal-, Problem- oder Sanierungsgebiete nach der werden konnten. Die Erkenntnisse wurden im Rahmen Schutzgebiets- und Ausgleichsverordnung (SchALVO). Da- eines DVGW-Projektes zur quantitativen mikrobiellen Risi- bei kooperiert die GWD-WV der Wasserversorger eng mit kobewertung zusammengefasst. Auch im Jahr 2020 wur- der durch die LUBW betriebenen Grundwasserdatenbank den Problemstellungen im Bereich der Trinkwasser-Instal- (GWDB) des Landes Baden-Württemberg. lation bearbeitet, die die Krankheitserreger Pseudomonas Durch problem- und gebietsspezifische Monito- aeruginosa und Legionellen umfassten. ringprogramme und Ortsbegehungen werden Belas- Anfragen zum Vorkommen von Antibiotikaresisten- tungen des Grundwassers mit Nitrat, PFAS, Pflanzen- zen im Trinkwasser konnten sowohl durch den kulturel- schutzmittelwirkstoffen und deren Abbauprodukten er- len Nachweis von antibiotikaresistenten Bakterien als kundet sowie durch Bodenuntersuchungen die auch den molekular-biologischen Nachweis von Anti- Nitratauswaschungsverluste abgeschätzt. Diese Arbei- biotikaresistenzgenen beantwortet werden, wobei im ten dienen dazu, Handlungsempfehlungen zur Ursa- Trinkwasser keine Nachweise erfolgten. Für den Nach- chenbeseitigung von Grundwasserverunreinigungen weis von Bakterien mit Antibiotikaresistenzen wurden oder zum Umgang mit Belastungen abzuleiten. Diese neue Kulturverfahren und molekularbiologische Me- Ergebnisse können auch als Basis für eine Messnetzopti- thoden eingesetzt (Bild 4.3). Die Methoden aus dem mierung dienen. Neben Geografischen Informations- klinischen Bereich sind nicht auf Umweltproben an- systemen (GIS) werden auch numerische Grundwasser- wendbar. Daher erfolgte eine Anpassung, um eine spe- simulationen herangezogen. zifische Überwachung des aquatischen Bereichs zu er- Das TZW begleitet Wasserversorgungsunternehmen bei möglichen. Dafür wurden angepasste Medien für die der Einführung von Risikomanagementsystemen ge- Kultivierung und Enzymtests entwickelt. Die Arbeiten mäß DIN EN 15975-2 bzw. dem neuen DVGW-Merkblatt dienen dem fundierten Monitoring des Vorkommens W 1001 und setzt dabei auch die am TZW entwickelten von Antibiotikaresistenzen. GIS-basierten Ansätze zur Risikoabschätzung für Einzugs- Bild 4.6: Das Prinzip der abwasserbasierten Epidemiologie, die als Frühwarnsystem dienen kann. www.gwf-wasser.de 79
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Elimination von Nitrat aus Grundwasser mittels mikro-
bieller Denitrifikation gestartet. Der Prozess wird mittels
innovativer molekularbiologischer Methoden überwacht,
bei denen die mRNA spezifisch nachgewiesen wird. Auf
diese Weise können die aktiven Zonen in hoher Auflö-
sung erfasst und der Prozess gezielt gesteuert werden.
Des Weiteren wurde der Abbau von Diphyl-Öl sowohl
durch chemische Oxidation als auch durch mikrobiologi-
sche Stimulation gezeigt. Die Entwicklung fokussierte zu-
nächst auf die Sanierung von Schadstoffen, die gelöst im
Grundwasser vorliegen. Aufgrund der positiven Ergebnisse
wird das Kombinationsverfahren für die Sanierung hoch
konzentrierter Schadstoffpools weiterentwickelt. Das Kon-
zept ermöglicht die Sanierung bei deutlicher Kostenreduk-
tion im Vergleich zu konventionellen Verfahren.
Bild 4.7: Proben aus einem Kläranlagenzulauf. Ein weiterer fachlicher Schwerpunkt liegt auf der Entwick-
lung neuer molekularbiologischer Verfahren für den
Nachweis von Coronaviren. Die digitale Droplet-PCR
konnte für den Nachweis von SARS-CoV-2 mit hoher
gebiete ein. Eine komplexe Aufgabenstellung war hier Empfindlichkeit in Abwasser genutzt werden und trägt
die Umsetzung bei einem großen Talsperrenbetreiber auf zum Verständnis des Infektionsgeschehens in der Coro-
ein Talsperren-Verbundsystem. na-Pandemie bei (Bild 4.5).
Gemeinsam mit dem IWW und der Iföl GmbH untersucht
das TZW im DVGW-Forschungsprojekt „INHIBIT“ die Aus- Abwasser und Wasserkreislauf
wirkungen von Nitrifikations- und Ureaseinhibito- Als neues Forschungsthema wurde am TZW der Nach-
ren auf das Grundwasser. Neben Literaturstudien wer- weis von SARS-CoV-2-Biomarkern im Abwasser eta-
den am TZW Versuche unter Labor- sowie natürlichen bliert (Bild 4.6, Bild 4.7). Die quantitative Erfassung der
Bedingungen durchgeführt (Bild 4.4). Dabei werden RNA trägt im Rahmen der abwasserbasierten Epidemiolo-
ausgewählte Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren auf La- gie zum Verständnis des Infektionsgeschehens bei. Für die
bor- und Freilandlysimeter aufgegeben und im Sicker- Analytik werden Proben aus dem Zulauf von Kläranlagen
wasser analysiert. Die Ergebnisse sollen Aufschluss darü- oder der Kanalisation entnommen. Nach Extraktion der
ber geben, ob und wie die Inhibitoren mit dem Sicker- Nucleinsäuren erfolgt die quantitative Messung mit Hilfe
wasser verlagert werden. von digitaler Droplet-PCR (ddPCR). Die Messung der spezi-
fischen Anzahl der Genfragmente von SARS-CoV-2 erlaubt
Umweltbiotechnologie die Beurteilung der Zunahme oder Abnahme der Infektio-
Die Schwerpunkte lagen auf dem natürlichen und stimu- nen im Einzugsgebiet. So können frühzeitig Trends er-
lierten Abbau von organischen und anorganischen kannt und der Erfolg von Maßnahmen zur Eindämmung
Schadstoffen, der Entwicklung neuer Methoden zum der Corona-Pandemie beurteilt werden. Außerdem kön-
Nachweis von Antibiotikaresistenzen in der Umwelt so- nen bei Positivbefunden im Abwasser gezielte Tests an
wie der Entwicklung neuer molekularbiologischer Me- möglichen Hotspots durchgeführt werden. Nach erfolg-
thoden für den Nachweis von SARS-CoV-2 in Abwasser. reicher Etablierung der neuen Methodik werden die Er-
Der mikrobiologische Abbau von Trichlorethen unter gebnisse zunehmend durch lokale Krisenstäbe genutzt.
aeroben Bedingungen ohne zusätzliche Auxiliarsubstrate Eine umfangreiche Literaturstudie zur Relevanz von
wurde erstmals am TZW nachgewiesen und wird intensiv SARS-CoV-2 für Trinkwasser wurde bereits frühzeitig in
untersucht. Dieser neue Abbauweg hat deutliche Vorteile einem DVGW-Projekt am TZW angefertigt. Coronaviren
gegenüber dem co-metabolischen Abbau, da mit wenig gehören zu den behüllten Viren, deren Infektiosität von
Sauerstoff ein guter Abbaugrad der chlorierten Schad- der Intaktheit ihrer empfindlichen äußeren Membran ab-
stoffe möglich ist. Nachdem die Praxistauglichkeit bereits hängt. Aufgrund der Trinkwasseraufbereitung und des
im Feld demonstriert wurde, konnte in mehreren Ver- etablierten Schutzes der Rohwässer ist eine Verbreitung
suchsreihen gezeigt werden, dass dieser neue Abbau- über das Trinkwasser höchst unwahrscheinlich. Zusätz-
weg durch Animpfung mit zuvor angereicherten Kultu- lich wurde ein Monitoringkonzept für unbehüllte und
ren auch in Grundwasser von anderen kontaminierten behüllte Viren entwickelt.
Standorten genutzt werden kann. Im Rahmen des vom Umweltbundesamt geförderten
Auf Basis von Laborversuchen wurde ein Feldversuch zur Projekts Phosphonate in Wasch- und Reinigungs-
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FACHBERICHT
mitteln und deren Verbleib in der Umwelt mit dem erfolgreich aufbauen und betreiben. Damit lassen sich
ISWA Stuttgart wurde unter anderem der Verbleib von beim Neubau oder der Modernisierung von Wasserwer-
organischen Phosphonaten bei der kommunalen Ab- ken konkrete und fundierte Aussagen zur Anlagendi-
wasserbehandlung untersucht. Hierbei wurden signifi- mensionierung und zum Anlagenbetrieb treffen. Hierbei
kante Eliminierungsraten zwischen 80 und 90 % nach wurden Ultrafiltrations-, Umkehrosmose- und andere
der zweiten Behandlungsstufe festgestellt. Im Kläranla- Enthärtungsanlagen sowie mehrstufige Pilotanlagen, z. B.
genzulauf lagen bis zu 70 % des Gesamtphosphonats zur Aufbereitung von Talsperrenwasser, eingesetzt. Die
adsorbiert an die Feststoffphase vor. Im Hinblick auf die Behandlung von salzhaltigem Retentat aus Um-
geringe biologische Abbaubarkeit wird die hohe Elimi- kehrosmoseanlagen mit Kornaktivkohle wurde ebenfalls
nierung vor allem auf die Adsorption an Belebtschlamm im Pilotmaßstab untersucht.
zurückgeführt. Die fünf am häufigsten in Wasch-, Pflege- Auch bei der Optimierung von Aufbereitungsstufen
und Reinigungsmitteln eingesetzten Phosphonate tru- in Wasserwerken war das TZW im Auftrag von Kunden
gen in den untersuchten Kläranlagen über alle Behand- tätig (Bild 4.8). So wurde die Leistungsfähigkeit einer äl-
lungsstufen mit 10 bis 25 % zur Fraktion an gelöstem teren Ultrafiltrationsanlage, die aufgrund einer geänder-
unreaktiven Phosphor (GUP) bei. Zukünftige Forschung ten Rohwasserbeschaffenheit zeitweise stark eingetrüb-
soll weitere Erkenntnisse über die biologische Transfor- tes Wasser aufbereitete, überprüft und der Betrieb ange-
mation unter speziellen Bedingungen und mögliche passt. Grundlage war die Bestimmung des Potenzials der
Abbauprodukte liefern. genutzten Rohwässer für Membranfouling. Bei mehreren
Wasserversorgern wurde die Aufbereitungstechnik einer
Neue Technologien und Produkte Bestandsaufnahme unterzogen, hinsichtlich Aufberei-
Das TZW konnte im Jahr 2020 mehrere Pilotanlagen für tungserfordernis und Aufbereitungswirksamkeit über-
Aufbereitungsverfahren und Technologiekonzepte prüft und Anpassungen vorgeschlagen.
Bild 4.8: Um technische Lösungen für die Entfernung von Vanadium aus dem Trinkwasser zu entwickeln, wurden in Zusammenarbeit
mit einem Wasserversorger in Rheinland-Pfalz halbtechnische Untersuchungen zur Adsorptions- und Flockungsfiltration durchgeführt.
www.gwf-wasser.de 81
FACHBERICHT
Aktiv war das TZW in die Erstellung von Struktur- und wegs und führten Erstinspektionen bei Kunden durch.
Versorgungskonzepten sowie von technischen Studien Aufgrund der Corona-Pandemie beschränkten sich diese
zur Trinkwasseraufbereitung eingebunden. Eine besonde- allerdings größtenteils auf den deutschsprachigen Raum
re Studie beschäftigte sich mit den Auswirkungen der und den Sommer 2020.
neuen EU-Grenzwerte für PFAS im Trinkwasser auf den Die Corona-Pandemie hatte auch einen starken Einfluss
Betrieb und die Laufzeiten von Aktivkohlefilteranlagen. auf den Bereich der Produktüberwachung (Bild 4.9).
Vor dem Hintergrund des Klimawandels kommt es zu Die meisten Produktüberwachungen wurden deshalb
höheren Temperaturen in Oberflächengewässern und die nicht als Vor-Ort-Termin, sondern als Remote-Audit
Gefahr des Algenwachstums steigt. Hierfür werden in eini- durchgeführt. Durch Webmeetings war der Kontakt zu
gen Seen schwimmende Flotationsanlagen betrieben, um den Kunden aber ebenso intensiv wie in den Vorjahren.
den Nährstoffgehalt des Wassers zu verringern. Die Aus- Die Prüfstelle Wasser war in zahlreichen Normungs- und
wirkungen auf die Wasserbeschaffenheit eines Sees wurde Beratungsgremien des CEN, DIN und des UBA vertreten.
vom TZW durch räumlich aufgelöste Probenahmen und Die Prüfstelle Wasser bestand im Januar 2020 im Rahmen
entsprechende Analytik überprüft und bewertet. der Akkreditierung nach DIN EN 17025 erfolgreich das
Im Bereich der Prüfung und Überwachung von Mate- Überwachungsaudit.
rialien in Kontakt mit Trinkwasser war das Jahr 2020 Nach intensiver Mitarbeit des TZW an der Harmonisierung
aufgrund der neuen KTW-Bewertungsgrundlage geprägt der deutschen und österreichischen Regelwerke zur Prü-
von Abstimmungen mit den Zertifizierern und anderen fung von UV-Desinfektionsgeräten wurden in 2020 die
Prüfinstituten. Zudem war die Kommunikation mit den DIN 19294-1 und ÖNORM M 5873-1 „Anlagen zur Desinfek-
Kunden von enormer Bedeutung, um die geänderten tion von Wasser mittels Ultraviolett-Strahlen – Anforderun-
Regularien zu erläutern und sie bei der Vorbereitung auf gen und Prüfung – Anlagen mit Quecksilberdampf-Nieder-
die Prüfungen und die Zertifizierung zu beraten. druckstrahlern“ wortgleich veröffentlicht. Zeitgleich er-
Wegen der Corona-Pandemie wurde vom Umweltbun- schienen die DIN 19294-3 sowie die ÖNORM M 5978-3, in
desamt im Sommer eine Übergangsregelung geschaffen, denen die Anforderungen und Prüfung von Referenzradio-
um Hygienezertifizierungen im Rahmen der KTW-Be- metern festgelegt sind. Die Prüfstelle Wasser am TZW ist für
wertungsgrundlage nach dem 1+-System auch ohne die genannten Normen bereits akkreditiert und hat darü-
Erstinspektionen zu ermöglichen. Daraus resultierten ei- ber hinaus die Prüfung nach dem US-amerikanischen UV
ne Vielzahl an Kundenanfragen, gerade im Bereich der Disinfection Guidance Manual in ihren Scope aufgenom-
Rezepturprüfung. Durch die enge Zusammenarbeit mit men. Die vorhandene technische Ausrüstung, bestehend
der DVGW Cert GmbH ergaben sich Vorteile durch kurze aus UV-Laborbestrahlungsanlagen zur Aufnahme von Do-
Kommunikationswege. Im Rahmen von Hygienezertifi- sis-Wirkbeziehungen (Niederdruck, Mitteldruck und diverse
zierungen waren die Kollegen der Prüfstelle Wasser am LED-Einzelwellenlängen) und Prüfständen für die biodosi-
TZW im Auftrag der DVGW Cert als Inspektoren unter- metrische Prüfung von UV-Geräten, wurde dem erweiter-
ten Prüfumfang entsprechend um Prüfstände zur Charak-
terisierung von UV-Lampen und UV-Sensoren ergänzt.
Asset-Management und Infrastruktur
Der Schwerpunkt der Arbeiten für Wasserversorgungsun-
ternehmen lag auch im Jahr 2020 auf der Erarbeitung
zustandsorientierter Spülpläne. Die Strategie der zu-
standsorientierten Netzspülung wurde in das DVGW-Re-
gelwerk W291 übernommen, von dem zum Ende des
Jahres der Gelbdruck vorlag. Darüber hinaus wurden Un-
ternehmen bei der Außerbetriebnahme der Phosphatie-
rung des Trinkwassers unterstützt, wobei unter anderem
im Netz Untersuchungen mit kontinuierlichen Trübungs-
messungen zur Erfassung der Korrosionsgeschwindigkeit
des Leitungsmaterials durchgeführt wurden.
Zum Themenbereich Wasserverluste wurden am TZW
entwickelte Algorithmen zur Identifizierung und Bi-
Bild 4.9: Im Labor der Prüfstelle werden Materialien im Kon- lanzierung von Leckagen bei Wasserversorgern er-
takt mit Trinkwasser geprüft, hier Dichtungen (Elastomeren) folgreich eingesetzt. Darüber hinaus wurden Wasser-
mit einer Soxhlet-Apparatur. versorger in zahlreichen Fällen zur Identifikation von
Eintragswegen und der Entwicklung von Vermeidungs-
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FACHBERICHT Bild 4.10: Im Oktober 2020 wurde in Karlsruhe der Förderbescheid für das Projekt Nitrat-Monitoring an die Projektpartner überreicht. Das BMU-Projekt zielt darauf, mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz Nitrat im Grundwasser zu reduzieren. strategien bei aufgetretenen mikrobiologischen Güte- tifikation potenzieller Anwendungsfelder von Kurzzeit- problemen unterstützt. Hierbei zeigte sich, dass eine prognosen und bewertete die Anwendung dieser Ver- systematische Spülung in Verbindung mit der mikrobio- fahren an realen Wasserversorgungssystemen. logischen Untersuchung des Spülwassers einen Ansatz Gestartet ist das vom Bundesministerium für Umwelt für die punktgenaue Identifizierung von systeminter- (BMU) geförderte Vorhaben „Nitrat-Monitoring 4.0 – nen Kontaminationsquellen darstellt. Intelligente Systeme zur nachhaltigen Reduzierung von Im Rahmen der Wasseraufbereitung lag der Schwerpunkt Nitrat im Grundwasser (NiMo 4.0)“, bei dem das TZW Teil auf der Durchführung von Funktionsprüfungen, unter des Forschungsverbundes ist (Bild 4.10), sowie das „Teil- anderem unter dem Aspekt des Wachstums von Inverte- projekt Desinfektionskonzept für Uferfiltration und Aus- braten in der Aufbereitungsanlage und im nachgelager- bau des deutsch-indischen Kompetenzzentrums Ufer- ten Verteilungssystem sowie des Einsatzes spezifisch ent- filtration“. wickelter Algorithmen zur Identifikation auffälliger Muster in den Zeitreihen der Aufbereitungsparameter. Sicherheit, Digitalisierung und Management Im DVGW-Projekt „Erhöhte Wassertemperaturen“ wird Innovative technische Lösungen vom nationalen und in einer Modellstudie der Einfluss unterschiedlicher na- internationalen Wassermarkt für Wasserversorgungsun- türlicher und anthropogener Wärmequellen auf die Tem- ternehmen aufzuspüren, ist Gegenstand des laufenden peraturerhöhung der oberen Bodenzone sowie der darin DVGW-Verbundforschungsvorhabens SCOUT. Gleichzei- verlegten Trinkwasserleitungen und des darüber verteil- tig werden damit die Schwerpunkte der Roadmap ten Trinkwassers untersucht. Ziele des Projektes sind ein- „DVGW-Forschungsstrategie Wasser“ regelmäßig aktuali- fache Bewertungsverfahren, um Bereiche mit dem Risiko siert. Darüber hinaus soll eine Plattform etabliert wer- einer erhöhten Trinkwassertemperatur zu identifizieren den, die dem konkreten fachlichen Austausch von Was- und um Maßnahmen zur Stabilisierung der Temperatu- serversorgern über die Umsetzung von Neuentwicklun- ren in den Leitungsnetzen auszuwählen. gen in die Wasserwerkspraxis dient. Dazu wurden in Im Jahr 2020 wurde das vom DVGW geförderte For- Abstimmung mit Wasserversorgungsunternehmen und schungsvorhaben „Stand und Perspektiven zum Einsatz DVGW-Forschungsbeirat die Suchfelder für das Innova- von Algorithmen und Modellen zur Kurzzeitprogno- tionsscouting auf die Gebiete Inspektionsverfahren, se für den Wasserbedarf“ erfolgreich abgeschlossen. Reststoffe und Online-Sensoren für mikrobiologische Das Forschungsvorhaben beschäftigte sich mit der Iden- Parameter priorisiert. Für diese Suchfelder werden im www.gwf-wasser.de 83
FACHBERICHT
rung der TZW-internen Infrastruktur. Hierzu zählt die Ent-
wicklung und Umsetzung von Ideen für digitale Lösun-
gen für die Wasserversorgungsunternehmen. Intern wur-
de die IT-Infrastruktur verstärkt. Dazu gehört die
Anbindung aller TZW-Standorte über Glasfasernetz mit
Zentralisierung des Datenzugriffs. Zur Verfügung steht
jetzt eine TZW-eigene Cloud, die die Kommunikation mit
Wasserversorgungsunternehmen und die Bearbeitung
von Forschungsprojekten unterstützt.
Öffentlichkeitsarbeit
Das TZW setzt in der Öffentlichkeitsarbeit verstärkt auf
digitale Angebote. So erscheint der TZW-Newsletter seit
2020 nicht mehr gedruckt, sondern kann als E-Mail-News-
letter über die Website www.tzw.de auf Deutsch oder
auf Englisch abonniert werden. Er informiert etwa dreimal
jährlich über aktuelle Themen, Projekte, Publikationen
und Veranstaltungen. Das TZW veröffentlicht seit 2020 ei-
nen zweisprachigen Jahresbericht / Annual report in
neuem, modernem Design und mit kompakten Inhalten
zum TZW allgemein und den Schwerpunkten seiner Ar-
Bild 4.11: Das TZW-Kolloquium fand 2020 online statt. Der beitsgebiete. Die Bände 91 bis 95 der TZW-Schriftenrei-
Hörsaal wurde als Aufnahmestudio genutzt. he können ebenso wie der Jahresbericht gedruckt und
digital über die Website bestellt werden. Aktivitäten auf
Social-Media-Kanälen wie Linkedin und youtube wur-
den im Jahr 2020 gestartet.
weiteren Projektverlauf innovative technische Lösun- Fast 300 Personen waren online dabei, als vom 30. No-
gen als Anregung für die Umsetzung in der Praxis iden- vember bis 2. Dezember 2020 das 25. TZW-Kolloqui-
tifiziert. um digital stattfand. Zum Jubiläum musste aufgrund
„Digitalisierung von Wasserversorgern für Wasserversor- der Corona-Pandemie ein vollständig neues Format ge-
ger“ lautet der Leitgedanke für das im Jahr 2020 neu ge- wählt werden. Doch auch digital konnten aktuelle The-
startete DVGW-Verbundforschungsprojekt „TRINK- men für eine zukunftsfeste Wasserversorgung aufge-
Help-DESK“ mit fünf Projektpartnern. Dieses Projekt nommen werden. An jeweils drei Tagen gingen drei
wird von 14 Wasserversorgungsunternehmen durch Vorträge zu drei Themenkomplexen online (Bild 4.11).
Crowdfunding finanziert, die das Projekt durch Mitglied- Im ersten Block präsentierten die TZW-Experten aktuel-
schaft im Lenkungskreis gleichzeitig inhaltlich begleiten. le Entwicklungen zu wesentlichen persistenten und
Ziel ist die Erstellung einer Machbarkeitsstudie für eine mobilen Stoffen wie die Gruppe der polyfluorierten
mögliche künftige Cloud-Lösung mit wissenschaft- Verbindungen (PFAS). Im zweiten Block wurden Innova-
lich-technischem Inhalt für die Wasserversorgung. Die tionen vorgestellt, die sich durch sich ändernde Rah-
Cloud-Lösung soll aus mehreren Modulen bestehen, die menbedingungen und gesetzliche Vorgaben ergeben.
verschiedene Themenfelder adressieren wie Analytik, Der dritte Block widmete sich den mikrobiologischen
Aufbereitung oder Asset-Management. Bisher wurden Befunden und molekularbiologischen Verfahren sowie
die einzelnen Module inhaltlich strukturiert und mit allen einer Bestandsaufnahme zu SARS-CoV-2 aus wasserwirt-
Beteiligten abgestimmt. Weiterhin wurde ein Entwurf für schaftlicher Sicht.
das Nutzerkonzept erstellt, das den Umgang mit Analyse-
daten regelt. Im Fokus der Machbarkeitsstudie steht das TZW vernetzt
Modul TRINK-IDENT, das eine gemeinschaftliche Auswer- Aufgrund der Corona-Pandemie waren im Jahr 2020 Dienst-
tung von Daten aus dem Non-Target-Screening für den reisen nur sehr eingeschränkt oder gar nicht möglich. Da-
Nachweis von unbekannten Spurenstoffen zum Inhalt her wurden die nationalen und internationalen Kontakte
hat. Mit diesem Modul soll die Cloud-Lösung starten. im Rahmen von Forschungsprojekten oder Kundenbetreu-
Um für die künftigen Herausforderungen der Digitalisie- ung mit Hilfe von Webmeetings aufrechterhalten.
rung gerüstet zu sein, verfolgt das TZW eine zukunftsori- Die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbei-
entierte Digitalisierungsstrategie. Diese zielt auf die ter des TZW gestalten in rund 100 Arbeitsgruppen
Entwicklung digitaler Produkte sowie der Modernisie- aktiv die Zukunft des Wasserfaches mit. In der Mitarbeit
84 gwf-Wasser | Abwasser 07-08 | 2021FACHBERICHT
Zumbülte, N.; Ruhl, A. S.: Mikroplastik im Wasserkreislauf – Pro-
in nationalen und internationalen Gremien und Netz- bennahme, Probenaufbereitung, Analytik, Vorkommen und
werken zeigt sich die hohe Expertise des TZW. Dies ver- Bewertung, Universitätsverlag der TU Berlin, ISBN 978-3-7983-
deutlicht die gute nationale und internationale Position 3162-4, https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/11522,
und Reputation des TZW. 2020.
Am TZW befindet sich die Geschäftsstelle der AWBR (Ar- [6] Müller, Y. K.; Wernicke, T.; Pittroff, M.; Witzig, C. S.; Storck, F. R.;
beitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee-Rhein), in der Klinger, J.; Zumbülte, N.: Microplastic analysis – are we measu-
ring the same? Results on the first global comparative study
die Wasserversorger aus allen Bodenseeanrainerstaaten for microplastic analysis in a water sample. Analytical and Bio-
vertreten sind. Daneben ist das TZW auch in der IKSR (Inter- analytical Chemistry, 412, 555-560, https://doi.org/10.1007/
nationale Kommission zum Schutz des Rheins) und in der s00216-019-02311-1, 2020.
IAWR (Internationale Arbeitsgemeinschaft der Wasserwer- [7] Nödler, K.; Freeling, F.; Scheurer, M.; Schmid, R.; Schaffer, M.:
ke im Rheineinzugsgebiet) in Präsidium, Vorstand und Bei- Vorkommen kleiner hochpolarer Kontaminanten in Oberflä-
rat aktiv. In der Global Water Research Coalition (GWRC), chengewässern Niedersachsens. Wasser und Abfall 01-02, 14-
19, 2020.
einer Vereinigung der international führenden Wasserfor-
[8] Ohe, P. C. von der; Freeling, F.; Alygizakis, N. A.; Slobodnik, J.;
schungsinstitute und -unternehmen, ist der TZW-Ge-
Oswald, P.; Aalizadeh, R.; Cirka, L.; Thomaidis; N. S.; Scheurer,
schäftsführer Mitglied des Vorstands und past-President. M.: Explaining the rationale behind the risk assessment of
Zum 31.12.2020 waren am TZW 52 Forschungsvorha- surfactants by Freeling et al. (2019). Science of the Total En-
ben in Bearbeitung, die im Wesentlichen durch BMBF, vironment 721, 136828, https://doi.org/10.1016/j.scito-
BMWi, DVGW und EU gefördert wurden. Im gleichen tenv.2020.136828, 2020.
Zeitraum wurden am TZW 43 Publikationen in Fachbü- [9] Rott, E.; Happel, O.; Armbruster, D.; Minke, R.: Behavior of PBTC,
chern und Fachzeitschriften sowie für Konferenzunterla- HEDP, and Aminophosphonates in the process of wastewater
treatment. Water 12(1), 53, https://doi.org/10.3390/w12010053,
gen angefertigt. Die vollständige Publikationsliste steht 2020.
über die Website des TZW zum Download zur Verfügung.
[10] Rott, E.; Happel, O.; Armbruster, D.; Minke, R.: Influence of waste-
Hier sind 18 wissenschaftliche Publikationen beispielhaft water discharge on the occurrence of PBTC, HEDP, and Amino-
aufgeführt. phosphonates in sediment, suspended matter, and the aqueous
phase of rivers. Water 12(3), 803, https://www.mdpi.com/2073-
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Autoren
Prof. Dr. rer. nat. Harald Horn Prof. Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis
Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts
für Technologie (KIT) für Technologie (KIT)
Karlsruhe Karlsruhe
Tel.: 0721 608-42580 Tel.: 0721 608-42570
harald.horn@kit.edu dimosthenis.trimis@kit.edu
www.ebi.kit.edu www.ebi.kit.edu
Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolb Dr. rer. nat. Josef Klinger
Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser
für Technologie (KIT) Karlsruhe
Karlsruhe Tel.: 0721 9678-110
Tel.: 0721 608-42561 josef.klinger@tzw.de
thomas.kolb@kit.edu https://tzw.de/
www.ebi.kit.edu
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