Forschungsfeld Wasserqualität und Gesundheit

Forschungsfeld Wasserqualität und Gesundheit (QUALITY)

Forschungslinie Mikrobiologisches und chemisches Monitoring – Datenermittlung

Die Wasserqualität kann durch ein breites Spektrum an Schadstoffen und Pathogenen sowie partikulären und kolloidalen Verunreinigungen wie z.B. Nanomaterialien oder Mikroplastik beeinträchtigt werden. Daher sind Verfahren für die Probenahme, Probenvorbereitung und ausreichend empfindliche und spezifische Analyse von Wasserproben notwendig, die potenziell auch für den Einsatz in der Routineüberwachung geeignet sind. Für viele Wasserinhaltsstoffe sind solche Verfahren bisher nicht verfügbar oder haben gravierende Nachteile wie einen zu hohen Zeitaufwand, mangelnde Empfindlichkeit oder fehlende Automatisierbarkeit. Die Weiterentwicklung, Optimierung und Validierung von Analysenverfahren sind daher relevante Forschungsaufgaben für IWW.

Zunehmend werden Ansätze des Suspect-Screening und der Non-Target-Analytik genutzt, um eine möglichst umfassende Bewertung von Gewässern und Aufbereitungsprozessen zu ermöglichen und Trendanalysen, auch retrospektiv, durchführen zu können.

Ein Querschnittsthema mit der Forschungslinie „Neue Technologien und Verfahren für einen zukunftsfähigen Netzbetrieb“ ist die Entwicklung von Sensoren für die Überwachung der Wasserqualität und deren optimierte Auswahl und Platzierung.

Für das mikrobiologische Monitoring in Wasserversorgungssystemen werden neue Methoden entwickelt, um Veränderungen im System empfindlich und zeitnah erkennen zu können. Hier kommen z.B. molekularbiologische Methoden zur Ermittlung von Kontaminationsquellen (microbial source tracking) zum Einsatz. Ein vielversprechender Ansatz ist auch die Durchflusszytometrie, um mikrobiologische Veränderungen im Wasser schneller und vollständiger als mit kulturbasierten Verfahren erkennen zu können. Da mit dieser Methode Zellzahlen in Echtzeit erfasst werden können, ermöglicht sie eine sofortige Reaktion auf Störfälle oder sonstige Veränderungen im System. Diese Daten können eine verbesserte Grundlage für operative Entscheidungen und das Risikomanagement bieten.

Die analytisch erhobenen Daten bedürfen letztendlich einer Bewertung, ob von den im Wasser vorhandenen Substanzen und Pathogenen eine Gefährdung für das Ökosystem im Allgemeinen bzw. für die menschliche Gesundheit im Besonderen ausgeht. Hier schließt sich die Forschungslinie „Hygiene und Toxikologie – Bewertung und Risikomanagement“ an.

Hygiene und Toxikologie – Bewertung und Risikomanagement

Die hygienische Sicherheit von Wasser ist essentiell für die Gesundheit und das menschliche Wohlbefinden. Biofilme spielen dabei eine wichtige Rolle als Reservoir für hygienisch relevante Mikroorganismen wie z.B. Legionellen oder Pseudomonas aeruginosa. Um die Energieeffizienz in der Warmwasserversorgung verbessern zu können, wird der Einfluss von niedrigeren Wassertemperaturen auf das Auftreten und die Inaktivierung von hygienisch relevanten Mikroorganismen untersucht. Prozesswässer in Kühltürmen oder anderen industriellen Anlagen können beträchtliche Gehalte an Krankheitserregern aufweisen. Technische Regelwerke und die Haftung der Industriebetriebe erfordern daher zuverlässige und rasche Nachweismethoden (z.B. Aerosolmessungen), um die Wasserbehandlung zu optimieren und Frühwarnsysteme entwickeln zu können. Weiterhin untersucht das IWW die Desinfektionsleistung typischer Aufbereitungsverfahren (Cl2, ClO2, O3, UV) und die Nachhaltigkeit ihrer Wirkung. Neben der Anwendung in den Bereichen Trinkwasser sowie Kühl- und Prozesswasser ist eine F&E-Aufgabe die Übertragung von Ansätzen zur hygienischen Bewertung auf andere Gebiete wie z.B. die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser.

Toxikologisch relevante Substanzen im Trinkwasser können sich über verschiedene Expositionspfade (oral, inhalativ, dermal) negativ auf die Gesundheit auswirken. Das IWW  entwickelt zellbasierte, toxikologische Testsysteme und bewertet damit Wasserinhaltsstoffe. Aus der Gesamtbetrachtung der beobachteten Effekte können Vorsorge- oder Grenzwerte sowie Empfehlungen für Sanierungs-/ Dekontaminationsmaßnahmen abgeleitet werden. Dabei verbindet IWW klassische, toxikologische Testmethoden mit QSAR-Ansätzen (Quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehungen) und untersucht die toxikologische Relevanz von veränderten Produkten oder Produktionsprozessen. In Verbindung mit der Forschungslinie „Mikrobiologisches und chemisches Monitoring“ entwickelt IWW auch neue Ansätze zur Kopplung eines vorsorgeorientierten Risikomanagements auf Grundlage toxikologischer Testverfahren mit Suspect-Screening und Non-Target-Analysenmethoden.

Um die sichere Nutzung von Wasserressourcen zu gewährleisten, sieht IWW eine weitere F&E-Aufgabe in der Entwicklung von übergreifenden Risiko-Management-Ansätzen für hygienisch relevante / pathogene Mikroorganismen und chemische Substanzen.