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Forschungsfeld Wasserqualität und Gesundheit

Forschungsfeld Stoffe und Mikroorganismen

Stoffe und Mikroorganismen im Wasserkreislauf spielen insbesondere für die Trinkwassergewinnung sowie in der gesellschaftlichen und politischen Diskussion eine zentrale Rolle.

Aus Sicht der Wasserforschung und -praxis gilt es daher, bekannte Schadstoffe und Pathogene sowie partikuläre und kolloidale Verunreinigungen, wie z. B. Nanomaterialien oder Mikroplastik, dem Wasserkreislauf fernzuhalten. Neu entdeckte Stoffe und Mikroorganismen stellen eine Herausforderung an deren Bewertung, die Zulassung und das Wissen über ihr Verhalten bei der Trinkwasseraufbereitung dar. Ihr Nachweis kann aber auch zum besseren Verständnis von Kontaminations- bzw. Abbauprozessen führen. Letztendlich erlaubt nur die robuste und sensitive Bestimmung von Spurenstoffen und Mikroorganismen die Sicherstellung eines chemisch und mikrobiologisch einwandfreien Trinkwassers.

Forschungslinie Analytik

Für viele Wasserinhaltsstoffe sind ausreichend empfindliche und spezifische Verfahren für die Probenahme, Probenvorbereitung und Analyse von Wasserproben bisher nicht verfügbar oder haben noch gravierende Nachteile bzw. Einschränkungen. Die Weiterentwicklung, Optimierung und Validierung bestehender und Entwicklung neuer Analysetechniken und –verfahren sind daher relevante Forschungsaufgaben für TZW/IWW. Im Fokus stehen hierbei:

  • Weiterentwicklung und Etablierung von neuartigen Analysengeräten und Trenntechniken
  • Anpassung und Entwicklung neuer Analysemethoden für hochpolare und persistente Spurenstoffe sowie mikrobiologische Nachweisverfahren auch für schwer kultivierbare Mikroorganismen in unterschiedlichen und komplexen Matrices
  • Identifizierung unbekannter Spurenstoffe (z. B. über Suspect-Screening und Non-Target-Analytik) und deren Transformationsprodukte sowie die Analyse von Mikroplastik
  • Online-Analytik organischer Verbindungen und Online-Monitoring mikrobiologischer Parameter (z. B. mittels Online-Durchflusszytometrie)
  • Analyse von Antibiotikaresistenzen und neuartigen Viren (z. B. SARS-CoV-2)
  • Molekularbiologische Analytik der Zusammensetzung und Aktivität mikrobiologischer Populationen für ein fundiertes Prozessverständnis
  • Weiterentwicklung von Nachweismethoden (z. B. Aerosolmessungen) für Prozesswässer in Kühltürmen oder anderen industriellen Anlagen

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Bewertung

Probenahmestrategien und Parameterumfänge entwickeln sich ständig weiter. Neue Befunde müssen bewertet werden, denn nur dadurch können weitergehende Aussagen zur hygienischen Sicherheit des Wassers getroffen werden. Hierbei müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

  • Bewertung des Abbau- und Verlagerungsverhalten von Stoffen und Mikroorganismen in der Umwelt sowie ihrer Entfernbarkeit
  • Quantitative mikrobiologische Risikobewertung (QMRA) basierend auf Nachweis, Exposition und Infektiosität
  • Entwicklung von Bewertungskonzepten für hygienisch-relevante Mikroorganismen durch Identifizierung mittels molekularbiologischer Methoden
  • Konsequenzen durch die Umsetzung neuer EU-Richtlinien
  • Anwendung von Stoffverteilungs- und Abbaumodellen zur zielgerichteten Priorisierung und Selektion von Stoffen, die für die Wasserversorgung relevant sind
  • Konzepte für risikobewertungsbasierte Monitoringstrategien in Einzugsgebieten und bei der betrieblichen Überwachung im Versorgungssystem

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Human-Toxikologie

Toxikologisch relevante Substanzen im Trinkwasser können sich über verschiedene Expositionspfade (oral, inhalativ, dermal) negativ auf die Gesundheit auswirken. TZW/IWW entwickelt zellbasierte, toxikologische Testsysteme und bewertet damit Wasserinhaltsstoffe hinsichtlich ihrer Bedeutung für die humantoxikologische Relevanz.

  • Ableitung von Vorsorge- oder Grenzwerten sowie Empfehlungen für Sanierungs-/ Dekontaminationsmaßnahmen
  • Verbindung klassischer, toxikologischer Testmethoden mit QSAR-Ansätzen (Quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehungen) zur Untersuchung der toxikologischen Relevanz von veränderten Produkten oder Produktionsprozessen
  • Anpassung und Etablierung wirkungsbezogener Analytik zur Kopplung eines vorsorgeorientierten Risikomanagements auf Grundlage toxikologischer Testverfahren mit Suspect-Screening und Non-Target-Analysenmethoden

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Vermeidung

Der Vorsorgegedanke ist die oberste Prämisse einer nachhaltigen Trinkwasserversorgung und einer zukunftsorientierten Umweltpolitik. Daher ist es unerlässlich, Ansätze und Instrumente für folgende Aspekte bereitstellen zu können:

  • Aufklärung von Eintragspfaden (organischer) Spurenstoffe zur Unterstützung regulatorischer Maßnahmen
  • Identifikation der Ursachen mikrobiologischer Verunreinigungen (microbial source tracking) zur Entwicklung gezielter Maßnahmen
  • Methodik für die Ableitung von Reduktionszielen
  • Technologien zur Stoffvermeidung durch Nutzung von Ersatzstoffen oder zur Verminderung von unerwünschten Nebenprodukten

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Altlasten

Für die Bewertung und Sanierung von Kontaminationen in Grundwasser bedarf es der Weiterentwicklung des methodischen Instrumentariums insbesondere für folgende Themen:

  • Nutzung neuer mikrobiologischer Abbauprozesse in der praktischen Anwendung
  • Innovatives Monitoring des Bioabbaus zur Prozesskontrolle und Prozesssteuerung
  • Kombination von physikalisch-chemischen oder chemischen Verfahren und mikrobiologischem Abbau zur Herdsanierung und Grundwasserbehandlung

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Abwasser

Da Wasser nicht verbraucht, sondern gebraucht wird, spielen der Eintrag von Stoffen und Mikroorganismen über das Abwasser in die Vorfluter und die Abwasserreinigungsleistung sowie die Rückgewinnung von Stoffen eine zentrale Rolle. Hierbei sind insbesondere zu berücksichtigen:

  • Rückhalt und Entfernung von Spurenstoffen, Krankheitserregern und antibiotika-resistenten Bakterien bei unterschiedlichen Verfahren und neuen Verfahrenskombinationen der Abwasserreinigung
  • Identifizierung sowie Nutzung von Indikatorstoffen und Indikatororganismen zur Quellzuordnung
  • Phosphor-Rückgewinnung: Analytische Charakterisierung und Bilanzierung phosphorhaltiger Verbindungen
  • Entwicklung von kosteneffizienten Verfahren zur Aufbereitung von Überlaufwässern aus Regenentlastungsbecken
  • Weiterentwicklung technischer Verfahren zur sicheren und genehmigungsfähigen Einleitung, Rückgewinnung und Nachnutzung möglicher Ressourcen und Wertstoffe
  • Weiterentwicklung der abwasserbasierten Epidemiologie für Pathogene und Antibiotika-Resistenzen, basierend auf dem Innovationssprung durch SARS-CoV2