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DVGW-TECHNOLOGIEZENTRUM WASSER Jahresbericht 2016

Karlsruhe, 16.03.2017

TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser Karlsruher Straße 84, 76139 Karlsruhe www.tzw.de

http://.tzw.de/

TZW - Jahresbericht 2016 3

Inhalt

1 Tätigkeiten des TZW - Zusammenfassung ........................................................ 5

2 Arbeitsschwerpunkte der Abteilungen ............................................................. 10

2.1 Analytik und Wasserbeschaffenheit .............................................................. 10 2.2 Technologie und Wirtschaftlichkeit ............................................................... 11 2.3 Grundwasser und Boden .............................................................................. 14 2.4 Mikrobiologie und Molekularbiologie ............................................................. 16

2.4.1 Sachgebiet Trinkwassermikrobiologie .............................................. 16 2.4.2 Sachgebiet Umweltbiotechnologie und Altlasten ............................. 18

2.5 Korrosion ...................................................................................................... 19 2.6 Prüfstelle Wasser .......................................................................................... 22 2.7 Außenstelle Dresden .................................................................................... 24

3 Wissenstransfer zu Versorgungsunternehmen ................................................ 26

4 TZW-interne Forschungsseminare .................................................................... 28

5 Aus dem TZW ...................................................................................................... 30

5.1 Richtfest für den TZW-Erweiterungsbau zum Wasser Campus .................... 30

6 Internationale Kontakte ...................................................................................... 31

6.1 Zielstellung ................................................................................................... 31 6.2 Kontakte innerhalb laufender Projekte .......................................................... 31

6.2.1 SIGN - Sino German water supply Network ..................................... 31 6.3 Kontakte außerhalb laufender Projekte ........................................................ 33

6.3.1 Global Water Research Coalition ..................................................... 33 6.3.2 WssTP-Arbeitsgruppe Water and Energy ........................................ 34 6.3.3 Hintergrundpapier für World Health Organisation ............................ 36 6.3.4 Memorandum of Understanding in der stärksten Wirtschaftsregion

Chinas für Umwelttechnologie - Flusswasserprojekt Jieyang .......... 36 6.3.5 Wissenschaftlich-technischer Austausch mit Singapur .................... 37

7 Kurzfassungen von ausgewählten F&E-Vorhaben, die im Jahr 2016 abgeschlossen wurden ...................................................................................... 39

7.1 Rückstandsminimierte Kalkwasserherstellung im Wasserwerk mittels Membrankreislaufverfahren .......................................................................... 39

7.2 Festlegung von Anforderungen an Aktivkohle bezüglich Benetzbarkeit ....... 41 7.3 Untersuchungen zum Vorkommen von sechswertigem Chrom und seiner

Entfernung bei der Trinkwasseraufbereitung ................................................ 42 7.4 Expositionsabschätzung gegenüber ionisierender Strahlung durch

Wasserwerksrückstände ............................................................................... 44

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7.5 Testmethode zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Ultrafiltrationsmembranen zum Phagenrückhalt ........................................... 46

7.6 Anwendung der LIBD-Methode auf Filteranlagen in ausgewählten Wasserwerken .............................................................................................. 47

7.7 Reduzierung der PSM-Belastung bei ausgewählten Rohwasserressourcen – Eine Initiative der DVGW-Landesgruppe Baden-Württemberg .................. 49

7.8 Untersuchungen zur Bilanzierung und Reinheitsprüfung von Phosphonaten als Antiscalants im Prozess der Membranfiltration ............... 50

7.9 Entwicklung einer Methode zum spurenanalytischen Nachweis von polyfluorierten Alkylphosphaten (PAP) in Bodenmatrix ................................. 51

7.10 Reduktion von Mikroverunreinigungen und Keimen zur weiteren Verbesserung der Gewässerqualität des Bodenseezuflusses Schussen ..... 52

7.11 Von der Theorie zur Wirklichkeit – Überprüfen geeigneter Organismen und angepasster Testsysteme für das Biomonitoring von Arzneimitteln. Teil II: Fallbeispiele ....................................................................................... 54

7.12 BOXONIK-BTEX-Oxidation mit Online-Analytik ............................................ 55 7.13 Entwicklung einer Methodik zur verbesserten Identifizierung und

Bewertung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen in der Trinkwasserprozesskette .............................................................................. 56

7.14 Aktualisierung der Verbrauchsganglinien für Haushalte, öffentliche Gebäude und Kleingewerbe sowie Entwicklung eines Modells zur Simulation des Wasserbedarfs ..................................................................... 57

7.15 Nukleinsäure basierte Lebend/Tot Unterscheidung und Validierung für das Inline-Monitoring von Trink- und Rohwasser .......................................... 59

8 Kurzfassungen von ausgewählten TZW-finanzierten F&E-Projekten ............. 61

8.1 Veranlassung ................................................................................................ 61 8.2 Biologischer Abbau des künstlichen Süßstoffs Acesulfam ........................... 61 8.3 Kopplung der Fließinjektionsanalyse und der Ionenchromatographie

an ein Lumineszenz-Sensorsystem zur Biotoxizitätsbestimmung auf Basis von Leuchtbakterien ............................................................................ 62

8.4 Aufbau einer IR-Spektren Datenbank zur Identifikation von Kupfer-Korrosionsprodukten. .................................................................................... 63

8.5 Entwicklung einer Methodik zum molekularbiologischen Nachweis Arsen oxidierender Bakterien ....................................................................... 64

8.6 Biologischer Abbau von Plastik (Polyhydroxybutyrat) ................................... 65 8.7 Vergleichende Untersuchungen zur Migration von 2-MBT aus

Elastomerwerkstoffen ................................................................................... 66

Anlage 1: Publikationen................................................................................. .............. 67 Anlage 2: GWRC Annual Review 2015/2016...................................... ........................ 79


1 Tätigkeiten des TZW - Zusammenfassung

Das TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser ist eine organisatorisch und haus-haltsmäßig selbstständige, gemeinnützige Einrichtung des DVGW und verfügt über Standorte in Karlsruhe, Dresden und Hamburg. Das TZW ist unter dem Dach des DVGW die größte tragende Einrichtung und dient als Zentrum des DVGW zur fach-lich-technischen Unterstützung in allen Fragestellungen im Wasserkreislauf unter besonderer Berücksichtigung von Trinkwasser. Das TZW arbeitet auf wissenschaft-lich-technischer Basis unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte Lö-sungsvorschläge für Wasserwerke, Unternehmen und Kommunen aus und begleitet auch aktiv die Umsetzung in der Praxis im Sinne des DVGW-Regelwerkes. Dazu ver-fügt das TZW über umfangreiches Wissen zu allen Fragen rund um die Trinkwasser-versorgung, wobei im Berichtszeitraum 2016 folgende Themen im Fokus standen.

Die Abteilung Analytik und Wasserbeschaffenheit ist in der Lage, mehr als 1.200 organische Stoffe nach speziellen Verfahren zu bestimmen. Hierbei werden vor allem Arzneimittelwirkstoffe, endokrin wirksame Verbindungen, Pflanzenschutzmittel und Industriechemikalien sowie Metaboliten und Transformationsprodukte bis zu Kon-zentrationen von 0,01 µg/L, zum Teil auch deutlich darunter, analysiert. Neben Was-serproben aus Oberflächengewässern, Grund-, Roh- und Trinkwässern werden zahl-reiche Spurenstoffe zunehmend in Feststoffen wie Boden, Schwebstoffen und Sedi-menten sowie Biota, Kompost und anderen Materialien sowie auch in Abwasserpro-ben untersucht. Ein wesentlicher Teil der Forschungsarbeiten befasste sich mit der Entwicklung von Multi-Analytverfahren zur Bestimmung von Arzneimittelwirkstoffen, Pflanzenschutzmitteln, Industriechemikalien und den entsprechenden Metaboliten bzw. Transformationsprodukten. Daneben wurden für anorganische Spezies wie z. B. Chromat, Vanadat, Chlorat und Perchlorat die Bestimmungsmethoden bezüg-lich der erreichbaren Bestimmungsgrenzen weiterentwickelt. Des Weiteren wurden neue Ansätze zur Online-Analytik entwickelt und verbessert. Die Thematik „Mikro-plastik in Gewässern“ wurde im Rahmen eines Verbundforschungsvorhabens inten-siv bearbeitet.

Die Abteilung Technologie und Wirtschaftlichkeit widmete sich der Entfernung von organischen Spurenstoffen, wobei ein Schwerpunkt auf den per- und polyfluorierten Chemikalien (PFC) lag. Zur Entfernung von PFC mittels Kornaktivkohle wurden Kon-zepte für die Trinkwasseraufbereitung, aber auch für die Aufbereitung von Bereg-nungswasser für Gärtnereien und die Sanierung kontaminierter Grundwässer erar-beitet. Neben der Entfernung organischer Stoffe waren aber auch Probleme in Zu-sammenhang mit der Elimination anorganischer Verunreinigungen wie Arsen, Blei, Chrom, Selen, Uran oder Vanadium bei der Trinkwasseraufbereitung zu lösen. Bei-spielsweise wurde im Rahmen einer zwölfmonatigen Pilotierung ein mehrstufiges Verfahren für die Aufbereitung eines stark mangan-, methan-, ammonium- und ar-senhaltigen Grundwassers entwickelt und auf seine Leistungsfähigkeit geprüft. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde ein innovatives und weitgehend rück-

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standsfreies Verfahren für die großtechnische Herstellung von Kalkwasser im Was-serwerk entwickelt und im Pilotmaßstab mit direkter Anbindung an die Großtechnik getestet.

Durch die Abteilung Grundwasser und Boden wurden mehrere überregionale Da-tenbanken gepflegt bzw. aufgebaut. Die Grundwasserdatenbank Wasserversorgung Baden-Württemberg erfasst die Beschaffenheitsdaten der Grund- und Quellwasser-vorkommen. Auf Grundlage eines Beschlusses der Verbände BDEW, DVGW und VKU wurde ein Online-Portal für eine deutschlandweite Grundwasserdatenbank Nit-rat konzipiert und erstellt. Weiterhin wird die bundesweite Rohwasserdatenbank Pflanzenschutzmittel Wasserversorgung betrieben und wissenschaftlich geleitet. Die Datenbank umfasst 9.600 Rohwasserentnahmestellen von 1.800 Wasserversor-gungsunternehmen mit ca. 71.000 Analysen auf Pflanzenschutzmittel und deren Me-taboliten und gibt einen bundesweiten Überblick über die tatsächliche Belastungssi-tuation im Rohwasser. Das systematische, prozessbasierte Risikomanagement in der Trinkwasserversorgung (Water Safety Plans) war Gegenstand mehrerer Projekte im Berichtszeitraum. Für verschiedene Wasserversorgungsunternehmen wurden ge-meinsam mit dem jeweiligen Wasserversorger Risikomanagementsysteme gemäß DVGW-Hinweis W 1001 erarbeitet und umgesetzt. Dabei kommt auch ein neu entwi-ckelter GIS-basierter Ansatz zur Risikoabschätzung für Einzugsgebiete von Trink-wassertalsperren zum Einsatz.

In der Abteilung Mikrobiologie und Molekularbiologie konzentrierte sich das Sach-gebiet Trinkwassermikrobiologie im Jahr 2016 auf die wissenschaftlich-technische Kooperation mit Wasserversorgern bei mikrobiologischen Themen im Wasserwerk oder im Leitungsnetz. Dabei standen insbesondere coliforme Bakterien im Mittel-punkt, z. T. aber auch E. coli oder Enterokokken. Zur Ursachenforschung wurden in mehreren Fällen molekularbiologische Identifizierungen der auftretenden Stämme coliformer Bakterien oder Enterokokken zielführend eingesetzt. Daneben wurden auch die Betreiber oder Errichter von Trinkwasser-Installationen unterstützt, bei de-nen häufig insbesondere bei der Inbetriebnahme oder nach Baumaßnahmen mikro-biologische Probleme auftraten. Diese umfassten insbesondere Nachweise von Pseudomonas aeruginosa oder erhöhte Koloniezahlen. Durch die Prüfung und An-passung an die allgemein anerkannten Regeln der Technik konnte in jedem Fall wie-der eine einwandfreie Trinkwasserbeschaffenheit gewährleistet werden. Das DVGW-Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines standardisierten Prüfverfahrens für den Viren-Rückhalt von Ultrafiltrationsmembranen wurde im Jahr 2016 abgeschlossen, so dass nunmehr ein praxisnahes Prüfverfahren zur Verfügung steht. Schwerpunkte des Sachgebiets Umweltbiotechnologie und Altlasten lagen im Berichtszeitraum bei der Validierung neuer molekularbiologischer Methoden, dem natürlichen und sti-mulierten Abbau von CKW und Teeröl-Schadstoffen, dem Nachweis und Herkunft von Antibiotika-Resistenzen, der Entwicklung mikrobiologischer Brennstoffzellen und in der Deutsch-Chinesischen Kooperation. Im Rahmen des vom TZW koordinierten EU-Vorhabens Aquavalens wurden neue Methoden entwickelt, validiert und in den


Praxisbetrieb überführt. In europaweiten analytischen Ringtests wurde die Reprodu-zierbarkeit des molekularbiologischen Nachweises von Viren, Bakterien und Proto-zoen demonstriert. Der mikrobiologische Abbau von halogenierten Substanzen und Teeröl-Schadstoffen in Grundwasser und Boden ist weiterhin ein Schwerpunkt der Auftrags-Bearbeitung. Molekularbiologische Methoden bieten auch die Möglichkeit, sehr spezifische Nachweise von Antibiotika-Resistenzgenen und Markergenen zu führen. Angepasste Kulturverfahren und PCR-Methoden werden in einem neuen Verbundforschungsvorhaben weiterentwickelt. Mikrobiologische Brennstoffzellen (Microbial Fuel Cells) verfolgen das Konzept, die chemische Energie von Abwasse-rinhaltsstoffen als Strom nutzbar zu machen, indem der mikrobiologische Elektronen-transport mit Elektroden gekoppelt wird. Dabei konnten mehrere Gasdiffusionselekt-roden identifiziert werden, die eine effizientere Konstruktion der Bioreaktoren ermög-lichen. Die Zusammenarbeit mit China wurde in 2016 im Rahmen des vom TZW ko-ordinierten BMBF-geförderten Verbundvorhabens SIGN (Sino German Water Supply Network) weiter intensiviert.

Die Abteilung Korrosion fokussierte im Berichtszeitraum wissenschaftlich-technische Kooperationen mit Wasserversorgungsunternehmen. Einen Schwerpunkt bildeten korrosionschemische Auswirkungen durch einen Wechsel in der Zusammensetzung des verteilten Trinkwassers, im Zuge von Anpassungen in der Wasseraufbereitung bzw. durch Erschließung neuer Rohwasserquellen. Zur Beantwortung dieser Frage-stellungen wurden im Vorfeld einer Wasserumstellung bei den Versorgern in den Wasserwerken Korrosionsprüfstände nach DIN EN 15664-1 betrieben. Ebenso wur-de seitens der Wasserversorger eine Reihe von Fragen im Zusammenhang mit Kor-rosionsschadensfällen an die Abteilung Korrosion herangetragen. Hauptsächlich handelte es sich dabei um zu begutachtende Korrosionsschäden an Bauteilen, die im Versorgungsnetz eingesetzt werden. Eine Fragestellung, die auch 2016 aktuell war und von der gleich mehrere Wasserversorger betroffen waren, bezog sich auf blo-ckierte mechanische Wasserzähler. Die durch die Abteilung Korrosion durchgeführ-ten Untersuchungen an mehreren Zählern haben gezeigt, dass die Zahnräder der Zählwerke durch kleine Calcit-Kristalle blockiert werden. Die Ursachenforschung die-ses Phänomens dauert noch an.

Die Kompetenz der Prüfstelle Wasser am TZW zur Qualifizierung von Materialien und Produkten im Kontakt mit Trinkwasser wurde auch im Berichtszeitraum von vie-len Kunden in Anspruch genommen. So vertrauten nicht nur nationale und europäi-sche Firmen den Arbeiten an der Prüfstelle Wasser, sondern auch Unternehmen aus dem internationalen Umfeld. Erfreulich war zudem, dass der Umfang der Tätigkeiten erneut gesteigert werden konnte. Dabei spielen die hygienischen Untersuchungen nach den Leitlinien des Umweltbundesamtes eine wesentliche Rolle. Aufgrund der Überarbeitung der Leitlinie für Elastomere waren besonders hier die Unternehmen an der Qualifizierung von neu entwickelten Materialien interessiert. Dies gilt auch für die Bewertung der Förderung des mikrobiologischen Bewuchses auf Materialien nach DIN EN 16421 – Verfahren 2 bzw. DVGW-Arbeitsblatt W 270. Aus der Vielzahl der

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akkreditieren Verfahren für die Prüfung von Produkten sind die Prüfungen zur Desin-fektionswirksamkeit von UV-Desinfektionsgeräten hervorzuheben. Hierbei spielt auch die aktive Mitarbeit der Prüfstelle Wasser in Forschungsvorhaben eine wesentliche Rolle.

Die Außenstelle des TZW in Dresden führte im Rahmen wissenschaftlich-technischer Kooperationen mit Wasserversorgungsunternehmen wie in den Jahren zuvor zustandsorientierte Spülpläne und Untersuchungen zu den Ursachen von Gü-tebeeinträchtigungen durch. Auf dem Gebiet der Wasserverteilung wurden 2016 die vom DVGW geförderten Forschungsvorhaben „Entwicklung einer Methodik für die verbesserte Identifizierung und Bewertung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen in der Trinkwasserprozesskette“ und „Aktualisierung der Verbrauchs-ganglinien für Haushalte, öffentliche Gebäude und Kleingewerbe sowie Entwicklung eines Modells zur Simulation des Wasserbedarfs“ erfolgreich abgeschlossen. Neu begonnen wurde ein vom DVGW gefördertes Vorhaben, welches sich mit der Ver-mehrung von Legionellen im Kaltwasserbereich befasst. Ziel des Projektes ist die Erarbeitung eines Prozessmodells zur Vermehrung von Legionellen im Kaltwasser.

Das Interesse an den TZW-Kolloquien in Karlsruhe und Dresden, an denen mehr als 250 Experten von Versorgungsunternehmen, Behörden und Industrieunterneh-men teilnahmen, blieb auch im Jahr 2016 auf konstant hohem Niveau. Darüber hin-aus wurden positive Rückmeldungen zu weiteren vom TZW organisierten Veranstal-tungen erhalten. Dazu zählt das AWBR-Kolloquium am 07.04.2016 zur Thematik Pflanzenschutzmittel (PSM)/Metaboliten und Wasserversorgung oder die TZW-Diskussionsreihe am 25.10.2016 über Energieeffizienz in der Wasserversorgung. Die Print- und Online-Medien des TZW erhielten im Berichtszeitraum weiteren Zuwachs. Hierbei handelt es sich um fünf Bände der TZW-Schriftenreihe sowie um drei Newsletter. Die Homepage des TZW (www.tzw.de) informiert regelmäßig über aktu-elle Ergebnisse aus der Wasserforschung.

Bei den internationalen Tätigkeiten führte das TZW den Ausbau der wissenschaft-lich-technischen Zusammenarbeit mit Asien konsequent weiter. Hierbei bildeten Chi-na und Singapur den Schwerpunkt der Aktivitäten des TZW. Der Vorsitz des TZW in der Global Water Research Coalition wurde genutzt, wichtige Aspekte zum nachhal-tigen Schutz der Wasserressourcen zu thematisieren. Dazu zählten das Thema Mik-roplastik bzw. die Priorisierung potenzieller chemischer Trinkwasserkontaminanten im Spurenbereich.

Im Berichtsjahr wurden am TZW 88 Publikationen in Fachzeitschriften sowie in Kon-ferenzunterlagen angefertigt. Mit Stand zum 31.12.2016 befanden sich am TZW 36 Forschungsvorhaben in Bearbeitung, die im Wesentlichen durch das BMBF, das BMWi, den DVGW und von der EU gefördert wurden. Darüber hinaus stehen Infor-mationen zu abgeschlossenen Forschungsvorhaben im vorliegenden Jahresbericht zur Verfügung.


Als Zentrum für alle Fragestellungen zum Trinkwasser und zur Unterstützung des DVGW in seinen satzungsgemäßen Aufgaben war das TZW intensiv in die zukünfti-ge Ausrichtung des DVGW mit seiner Strategie DVGW 2025 eingebunden.

In 2016 wurde der Erweiterungsbau des TZW zum Wasser Campus entsprechend den Planungen fortgeführt und erreichte mit der Ausführung des Richtfests einen wichtigen Meilenstein. Der Bezug des Gebäudes ist für das Jahr 2017 vorgesehen.

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2 Arbeitsschwerpunkte der Abteilungen

2.1 Analytik und Wasserbeschaffenheit

Die Abteilung Analytik und Wasserbeschaffenheit führte im Berichtsjahr 2016 wiede-rum eine Vielzahl von chemisch-analytischen Untersuchungen für verschiedenste Auftraggeber (Wasserversorgungsunternehmen, Behörden, Industriebetriebe, For-schungsinstitute etc.) durch. Parallel dazu wurden zahlreiche Forschungsprojekte bearbeitet. Im Vergleich zu den Vorjahren hat noch einmal die Anzahl der zu unter-suchenden und angefragten chemischen Substanzen und Spurenstoffe deutlich zu-genommen. Derzeit werden mehr als 1.200 organische Stoffe nach chromatographi-scher Auftrennung insbesondere mit massenspektrometrischen Detektionsverfahren bestimmt, wobei vor allem Arzneimittelwirkstoffe, endokrin wirksame Verbindungen, Pflanzenschutzmittel und Industriechemikalien sowie Metaboliten und Transformati-onsprodukte bis zu Konzentrationen von 0,01 µg/L, zum Teil auch deutlich darunter, analysiert werden. Neben Wasserproben aus Oberflächengewässern, Grund-, Roh- und Trinkwässern werden zahlreiche Spurenstoffe zunehmend auch in Feststoffen wie Boden, Schwebstoffe und Sedimente sowie Biota, Kompost und anderen Materi-alien sowie auch in Abwasserproben untersucht. Für diese Aufgaben stehen am TZW neben modernsten und leistungsfähigen Analysensystemen (GC/MS-MS, HPLC/MS-MS, ICP/MS-MS etc.) auch sehr gute, flexible und motivierte Mitarbeiter zur Verfügung. Es ist daher auch möglich, innerhalb von wenigen Tagen leistungsfä-hige und empfindliche Analysenmethoden für bislang unbekannte Substanzen wie z. B. TFA (Trifluoracetat) im Labor zu etablieren und größere Probenahmeserien zu analysieren.

Ein wesentlicher Teil der Forschungsarbeiten befasste sich mit der Entwicklung von Multi-Analytverfahren zur Bestimmung von Arzneimittelwirkstoffen, Pflanzenschutz-mitteln, Industriechemikalien und den entsprechenden Metaboliten bzw. Transforma-tionsprodukten. Daneben wurden auch für anorganische Spezies wie z. B. Chromat, Vanadat, Chlorat und Perchlorat die Bestimmungsmethoden bezüglich der erreichba-ren Bestimmungsgrenzen optimiert bzw. weiterentwickelt. Des Weiteren wurden im Rahmen von Forschungsarbeiten neuere Oxidations- und Desinfektionsnebenpro-dukte identifiziert, neue Ansätze zur Online-Analytik vor Ort entwickelt und verbes-sert, sowie Vorkommen und Verhalten im Wasserkreislauf von bislang unbekannten Stoffen, die erst vor kurzem „entdeckt“ worden waren, im Wasserkreislauf untersucht und aus Sicht der Wasserversorgung bewertet. Auch die Thematik „Mikroplastik in Gewässern“ wurde im Rahmen eines großen Verbundforschungsvorhabens intensiv bearbeitet.

Wie in den Vorjahren wurde die hohe Qualität und Leistungsfähigkeit der analyti-schen Arbeiten durch verschiedene interne und externe Audits sowie durch sehr er-folgreiche Teilnahmen an nationalen und internationalen Ringversuchen bestätigt.


Die Abteilung Analytik und Wasserbeschaffenheit beteiligt sich seit Jahren auch an den Arbeiten zur Entwicklung und Normung von Analysenmethoden.

Bild 2.1: Erfolgreicher Test der Anreicherung von Mikroplastik-Partikeln aus großen Wasservolumen

2.2 Technologie und Wirtschaftlichkeit

Im Jahr 2016 war die Arbeit in der Abteilung Technologie und Wirtschaftlichkeit ge-prägt durch die Erarbeitung wissenschaftlich fundierter und praxistauglicher Lösun-gen für alle Fragestellungen in Zusammenhang mit der Trinkwasseraufbereitung. In enger Zusammenarbeit mit zahlreichen Wasserversorgungsunternehmen wurden maßgeschneiderte Versorgungs- und Aufbereitungskonzepte erstellt oder einzelne Aufbereitungsstufen in Wasserwerken auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft und weiter optimiert.

Vor besondere Herausforderungen stellte die Mitarbeiter auch 2016 die Entfernung von organischen Spurenstoffen, wobei ein Schwerpunkt auf den per- und polyfluo-rierten Chemikalien (PFC) lag. Zur Entfernung von PFC mittels Kornaktivkohle wur-den Konzepte für die Trinkwasseraufbereitung, aber auch für die Aufbereitung von Beregnungswasser für Gärtnereien und die Sanierung kontaminierter Grundwässer erarbeitet (Bild 2.1). Dabei war die Auswahl geeigneter Aktivkohlen unter Berücksich-tigung des vorliegenden PFC-Spektrums ein wesentliches Kriterium. Die adsorptive

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Entfernung von PFC aus dem Konzentrat einer Umkehrosmose-Anlage sowie der Rückhalt von PFC mittels Ionenaustauscher wurden im Pilotmaßstab untersucht und hinsichtlich einer großtechnischen Realisierung unter betriebswirtschaftlichen Aspek-ten bewertet.

Bild 2.2: Versuchsanlage zur Entfernung von PFC aus Beregnungswasser für eine Großgärtnerei

Neben der Entfernung organischer Stoffe waren aber auch Probleme in Zusammen-hang mit der Elimination anorganischer Verunreinigungen wie Arsen, Blei, Chrom, Selen, Uran oder Vanadium bei der Trinkwasseraufbereitung zu lösen. Beispielswei-se wurde im Rahmen einer zwölfmonatigen Pilotierung ein mehrstufiges Verfahren für die Aufbereitung eines stark mangan-, methan-, ammonium- und arsenhaltigen Grundwassers entwickelt und auf seine Leistungsfähigkeit geprüft (Bild 2.2). Die Er-gebnisse der Untersuchungen bilden jetzt die Grundlage für die Konzeption einer neuen Aufbereitungsanlage. Für ein Wasserversorgungsunternehmen wurde eine neue Aufbereitungsstraße, die aus einer Ultrafiltration und einer Niederdruck-Umkehrosmose besteht, im halbtechnischen Maßstab pilotiert. Aus den Ergebnissen der Versuche wurden wichtige Hinweise für die Dimensionierung der neuen Anlage und für ihren zukünftigen Betrieb abgeleitet.


Bild 2.3: Pilotanlage zur Aufbereitung arsenhaltiger reduzierter Grundwässer

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde 2016 ein innovatives und weitgehend rückstandsfreies Verfahren für die großtechnische Herstellung von Kalkwasser im Wasserwerk entwickelt und im Pilotmaßstab mit direkter Anbindung an die Groß-technik getestet (Bild 2.4).

Bild 2.4: Membrantechnik bei der Pilotierung eines neuen Verfahrens zur rückstandsarmen Kalkwasser-herstellung im Wasserwerk

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Weitere Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die 2016 erfolgreich abgeschlossen werden konnten, befassten sich mit Untersuchungen zum Vorkommen von sechs-wertigem Chrom und seiner Entfernung bei der Trinkwasseraufbereitung, mit der Entwicklung einer Testmethode zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Ultrafiltra-tionsmembranen, mit der Anwendung der LIBD-Methode zur Partikelmessung auf Filteranlagen in ausgewählten Wasserwerken, mit der Festlegung von Anforderun-gen an Aktivkohlen bezüglich ihrer Benetzbarkeit und mit der Expositionsabschät-zung gegenüber ionisierender Strahlung durch Wasserwerksrückstände.

Die internationalen Aktivitäten der Abteilung wurden 2016 ausgeweitet, indem Pro-jekte zu innovativen Fragestellungen der Trinkwasseraufbereitung mit verschiedenen Partnern in Peru, Singapur oder Vietnam initiiert wurden.

2.3 Grundwasser und Boden

Die am TZW betriebene Grundwasserdatenbank Wasserversorgung Baden-Württemberg (GWD-WV) erfasst landesweit die Beschaffenheitsdaten der Grund- und Quellwasservorkommen, die von den baden-württembergischen Wasserversor-gungsunternehmen zur Trinkwasserversorgung genutzt werden. Zu den operativen Tätigkeiten gehören der Daten-Import bzw. Daten-Export an die Landratsämter sowie die Datenvalidierung und -plausibilisierung, die Erstellung aktueller Beprobungspläne für die Betreiber, Labore und Landratsämter etc., die Qualitätssicherung der Daten-bank sowie die regelmäßige Aktualisierung und Pflege der Datenbank.

Die Ergebnisse der GWD-WV zeigen für verschiedene Regionen des Landes eine Rohwasserbelastung mit Abbauprodukten von Pflanzenschutzmitteln. Die DVGW-Landesgruppe Baden-Württemberg hat die Initiative zur nachhaltigen Reduzierung dieser Belastung in drei betroffenen Gebieten ergriffen und finanzierte die Durchfüh-rung eines TZW-Projekts im Zeitraum 2014 – 2016. Mittlerweile wurde die Fortfüh-rung des Projekts um weitere zwei Jahre beschlossen.

Da die Belastung der Trinkwasserressourcen mit Nitrat seit Jahrzehnten ein Problem bei vielen Wasserversorgern in Deutschland darstellt und die Vorgaben der EU-Nitratrichtlinie und der EU-Grundwasserrichtlinie von 50 mg/L Nitrat im Grundwasser vielerorts nicht eingehalten werden können, haben die Verbände BDEW, DVGW und VKU beschlossen, eine deutschlandweite Grundwasserdatenbank Nitrat (GWDB Nitrat) aufzubauen. Dazu wurde vom TZW ein Online-Portal (Bild 2.3) konzipiert und aufgebaut, zu dem für alle Mitgliedsunternehmen der Verbände Zugangsdaten be-reitgestellt wurden. Über das Online-Portal https://datenbank-wasserversorgung.tzw.de können seither Wasserversorger aus ganz Deutschland ihre Daten der GWDB Nitrat zur Verfügung stellen.


Bild 2.5: Startseite des Online-Portals der Grundwasserdatenbank Nitrat (GWDB Nitrat)

Weiterhin wird die vom TZW aufgebaute und am TZW angesiedelte bundesweite Rohwasserdatenbank Pflanzenschutzmittel Wasserversorgung (RWDB) fortlaufend betrieben und wissenschaftlich geleitet. Die Datenbank umfasst 9.600 Rohwasser-entnahmestellen von 1.800 Wasserversorgungsunternehmen mit ca. 71.000 Analy-sen auf Pflanzenschutzmittel (PSM) und deren Metaboliten und gibt einen bundes-weiten Überblick über die tatsächliche Belastungssituation im Rohwasser.

Das systematische, prozessbasierte Risikomanagement in der Trinkwasserversor-gung („Water Safety Plans“, WSP) war Gegenstand vieler Projekte und Aufträge. Für mehrere WVU wurden gemeinsam mit dem jeweiligen Wasserversorger Risikomana-gementsysteme gemäß DVGW-Hinweis W 1001 erarbeitet und umgesetzt. Dabei kommt auch ein neuer, am TZW entwickelter GIS-basierter Ansatz zur Risikoab-schätzung für Einzugsgebiete von Trinkwassertalsperren zum Einsatz.

Die Durchführung und Auswertung gebietsspezifischer Grundwasseruntersuchungs-programme (Bild 2.4), etwa bei Belastungen des Grundwassers mit Nitrat, Arzneimit-telwirkstoffen, PFC, Pflanzenschutzmittelwirkstoffen und deren Abbauprodukten so-wie Bodenuntersuchungen zur Abschätzung von Nitratauswaschungsverlusten ha-ben zum Ziel, Handlungsempfehlungen zur Ursachenbeseitigung von Grundwasser-verunreinigungen oder zum Umgang mit Belastungen sowie zur Messnetzoptimie-rung abzuleiten. Mit Hilfe geografischer Informationssysteme (GIS) oder numerischer Grundwassermodelle erfolgten problem- und gebietsspezifische Auswertungen.

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Bild 2.6: Probennahme an Quellschächten

2.4 Mikrobiologie und Molekularbiologie

2.4.1 Sachgebiet Trinkwassermikrobiologie

Ein Schwerpunkt der Arbeiten des Sachgebiets Trinkwassermikrobiologie im Jahr 2016 war die Unterstützung von Wasserversorgern bei mikrobiologischen Problemen im Wasserwerk oder im Leitungsnetz. Dabei traten insbesondere coliforme Bakterien auf, z. T. aber auch E. coli oder Enterokokken, was in einigen Fällen eine Abkoch-empfehlung zur Folge hatte. Zur Ursachenforschung wurde in mehreren Fällen die Identifizierung der auftretenden Stämme coliformer Bakterien oder Enterokokken zielführend eingesetzt. Dabei wurden zunächst Stammtypisierungsverfahren (RAPD-PCR, Bild 2.6) und anschließend Sequenzierungen zur eindeutigen molekularbiologi-schen Identifizierung eingesetzt.


Bild 2.7: Schematische Darstellung der RAPR-PCR zur Typisierung hygienische relevanter Bakterien in Trinkwassersystemen

Die aufgetretenen mikrobiologischen Probleme belegten die Bedeutung der Aufstel-lung von Handlungsplänen, um auch im Notfall bei mikrobiologischen Grenzwert-überschreitungen schnell reagieren zu können. Insbesondere bei Wasserversorgern ohne Desinfektionsmittelrestgehalte sind diese Handlungspläne eine wichtige Grund-lage für angemessene Reaktionen, die im Notfall auch die Zusammenarbeit mit dem Gesundheitsamt deutlich erleichtern. Im Rahmen der Handlungspläne wurden durch entsprechende Laboruntersuchungen auch die notwendigen Chlordosierungen be-stimmt, die im Notfall gewährleisten, dass die vom Gesundheitsamt angeordneten Konzentrationen erreicht werden. Zusätzlich wurde in diesem Rahmen durch das TZW auch geprüft, ob nach einer Chlordosierung eine Erhöhung der Koloniezahl im Leitungsnetz nach vollständiger Chlorzehrung auftreten kann.

Daneben wurden auch die Betreiber oder Errichter von Trinkwasser-Installationen unterstützt, bei denen häufig insbesondere bei der Inbetriebnahme oder nach Bau-maßnahmen mikrobiologische Probleme auftraten. Diese umfassten insbesondere Nachweise von Pseudomonas aeruginosa oder erhöhte Koloniezahlen. Durch die Prüfung und Anpassung an die allgemein anerkannten Regeln der Technik konnte in jedem Fall schließlich wieder eine einwandfreie Trinkwasserbeschaffenheit gewähr-leistet werden.

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Das DVGW-Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines standardisierten Prüfverfah-rens für den Viren-Rückhalt von UF-Membranen wurde im Jahr 2016 abgeschlossen, so dass nunmehr ein praxisnahes Prüfverfahren beschrieben werden konnte. Im Rahmen des laufenden EU-Projektes Aquavalens, das der Entwicklung molekular-biologischer Nachweisverfahren dient, begannen im Jahr 2016 die praktischen Er-probungen der neuen Methoden in Wasserwerken. Diese Methoden werden durch das TZW in einem großen deutschen Wasserwerk eingesetzt (Bild 2.7). Neu begon-nen wurde im Jahr 2016 ein DVGW-Forschungsvorhaben zur quantitativen mikrobiel-len Risikobewertung.

Bild 2.8: Anreicherung von Wasserproben für den Einsatz molekularbiologischer Nachweismethoden im Rahmen des EU-Projekts Aquavalens

2.4.2 Sachgebiet Umweltbiotechnologie und Altlasten

Die Schwerpunkte des Sachgebietes Umweltbiotechnologie und Altlasten lagen in 2016 auf folgenden Gebieten:

• Validierung neuer molekularbiologischer Methoden • Natürlicher und stimulierter Abbau von CKW und Teeröl-Schadstoffen • Nachweis und Herkunft von Antibiotika-Resistenzen • Entwicklung mikrobiologischer Brennstoffzellen • Deutsch-Chinesische Kooperation

Im Rahmen des integrierten EU-Vorhabens Aquavalens werden neue Methoden entwickelt, validiert und in den Praxisbetrieb überführt. Die Koordination des Arbeits-paketes Validierung liegt beim TZW. In europaweiten analytischen Ringtests wurde die Reproduzierbarkeit des molekularbiologischen Nachweises von Viren, Bakterien und Protozoen demonstriert. Damit steht ein neues Instrumentarium für den schnelle-ren Nachweis hygienisch relevanter Mikroorganismen zur Verfügung, das aktuell bei mehreren Wasserversorgern im Routine-Monitoring getestet wird.


Der mikrobiologische Abbau von halogenierten Substanzen und Teeröl-Schadstoffen in Grundwasser und Boden ist weiterhin ein Schwerpunkt der Auftrags-Bearbeitung. Dabei werden zunehmend PCR-Methoden zum Nachweis von spezifischen Schad-stoff-verwertenden Bakterien und funktionellen Genen eingesetzt. Die Leistungsfä-higkeit der neuen Methoden konnte exemplarisch für mehrere Standorte mit aromati-schen Kohlenwasserstoffen gezeigt werden.

Molekularbiologische Methoden bieten auch die Möglichkeit, sehr spezifische Nach-weise von Antibiotika-Resistenzgenen und Markergenen zu führen. Angepasste Kul-turverfahren und PCR-Methoden werden in einem neuen BMBF-Verbundvorhaben (HyReKA) weiterentwickelt. Der neue methodische Ansatz im Risikomanagement wird in komplexen Einzugsgebieten getestet und soll anschließend in Empfehlungen u. a. für Wasserversorger umgesetzt werden.

Mikrobiologische Brennstoffzellen (Microbial Fuel Cells, MFC) verfolgen das Konzept, die chemische Energie von Abwasserinhaltsstoffen als Strom nutzbar zu machen, indem der mikrobiologische Elektronentransport mit Elektroden gekoppelt wird. Im F&E-Projekt KEStro konnten mehrere Gasdiffusionselektroden identifiziert werden, die eine effizientere Konstruktion der Bioreaktoren ermöglichen.

Die Zusammenarbeit mit China wurde in 2016 weiter intensiviert. Das BMBF-geförderte Verbundvorhaben SIGN (Sino German water supply Network) wird vom TZW koordiniert und umfasst 15 deutsche Projektpartner. Die Hauptpartner auf chi-nesischer Seite sind die Tongji-Universität, Shanghai, sowie die Chinese Research Academy of Environmental Sciences (CRAES) und die Tsinghua-Universität, Peking, sowie mehrere Wasserversorger und Fachbehörden am Tai See. Das SIGN-Projekt zielt auf das Monitoring und die Verbesserung der Rohwasserqualität, die Entwick-lung angepasster Aufbereitungs-Technologien zu Trinkwasser sowie die Spülung und Leckortung im Verteilungsnetz.

2.5 Korrosion

Auch im Jahr 2016 nahm die Beratung von Wasserversorgungsunternehmen in der Abteilung Korrosion einen großen Stellenwert ein. Insbesondere waren die Versor-gungsunternehmen daran interessiert, welche korrosionschemischen Auswirkungen durch einen Wechsel in der Zusammensetzung des verteilten Trinkwassers, im Zuge von Anpassungen in der Wasseraufbereitung bzw. durch Erschließung neuer Roh-wasserquellen, zu erwarten seien. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden im Vorfeld einer Wasserumstellung bei den Versorgern in den Wasserwerken Korro-sionsprüfstände nach DIN EN 15664-1 betrieben. Unter anderem war in einem Fall zu klären, inwieweit durch die Inbetriebnahme eines neuen Brunnens die Wasserzu-

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sammensetzung verändert wird und welche Auswirkungen das auf die Kupferlöslich-keit beim Einsatz von Kupferrohren in Trinkwasser-Installationen hat.

Ebenso wurde seitens der Wasserversorger eine Reihe von Fragen im Zusammen-hang mit Korrosionsschadensfällen an die Abteilung Korrosion herangetragen. Hauptsächlich handelte es sich dabei um zu begutachtende Korrosionsschäden an Bauteilen. Darunter fielen unter anderem Asbestzementrohre, Absperrschieber und weitere Armaturen, die im Versorgungsnetz eingesetzt werden.

Bild 2.9: Korrosionsschaden aufgrund mikrobiell induzierter Korrosion an einer Schieberspindel aus Edelstahl

Daneben fanden auch Untersuchungen an Korrosionsprodukten und Ablagerungen aus dem Versorgungsnetz bzw. Trinkwasserspeichern statt. Hierbei ging es zum ei-nen darum, die Herkunft dieser Stoffe abzuklären, und zum anderen zu bewerten, ob durch deren Anwesenheit ein negativer Einfluss auf die Wasserbeschaffenheit zu besorgen ist. Eine Fragestellung, die auch 2016 aktuell war und von der gleich meh-rere Wasserversorger betroffen waren bezog sich auf blockierte mechanische Was-serzähler. Die durch die Abteilung Korrosion durchgeführten Untersuchungen an mehreren Zählern haben gezeigt, dass die Zahnräder der Zählwerke durch kleine Calcit-Kristalle blockiert werden. Die Ursachenforschung dieses Phänomens dauert noch an.

Im Bereich von Trinkwasser-Installationen lag der Arbeitsschwerpunkt in der Ursa-chenermittlung bei Schadensfällen an Leitungen und Armaturen. Dabei wurden hauptsächlich die typischen Korrosionsschäden wie Lochkorrosion oder Spannungs-risskorrosion beobachtet. Zunehmend sind im letzten Jahr auch häufiger Schäden aufgrund des Abreißens oder Abrutschens von flexiblen (Schlauch-)Verbindungen zu verzeichnen. Ebenso waren einige Schadensfälle im Zusammenhang mit mikrobiell induzierter Korrosion zu sehen.


Bild 2.10: Lochkorrosion an einem verzinkten Stahlrohr aus einer Hausinstallation

Weitere Fragestellungen sind in Bezug auf Entzinkung und auf Spannungsrisskorro-sion untersucht worden. Dabei wurden Entzinkungsversuche nach DIN EN ISO 6509-1:2014 in einer Kupferchloridlösung durchgeführt und die Untersuchungen zur Spannungsrisskorrosion nach ISO 6957:1988 in einer Ammoniumchloridlösung.

Bild 2.11: Spannungsriss an einem Bauteil bei einer Spannungsrissuntersuchung nach ISO 6957

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Schadensuntersuchungen bei nicht-trinkwasserführenden Systemen beschränkten sich 2016 im Wesentlichen auf Heizungs- bzw. Kühlsysteme. Im Zuge der Ursachen-findung stellte sich meist heraus, dass die Schäden auf ein Zusammenwirken mehre-re Faktoren zurückzuführen sind. Hier spielt neben der Materialwahl auch die zur Be-füllung des Systems eingesetzte Wasserqualität bzw. Chemikalienzusatz und die Betriebsweise samt Temperaturmanagement eine Rolle.

2.6 Prüfstelle Wasser

Die Kompetenz der Prüfstelle Wasser am TZW zur Qualifizierung von Materialien und Produkten im Kontakt mit Trinkwasser wurde auch in 2016 von vielen Kunden in Anspruch genommen. So vertrauten nicht nur nationale und europäische Firmen den Arbeiten an der Prüfstelle Wasser sondern auch Unternehmen aus dem internationa-len Umfeld. Erfreulich war zudem, dass der Umfang der Tätigkeiten erneut gesteigert werden konnte. Dabei spielen die hygienischen Untersuchungen nach den Leitlinien des Umweltbundesamtes eine wesentliche Rolle. Aufgrund der Überarbeitung der Leitlinie für Elastomere waren besonders hier die Unternehmen an der Qualifizierung von neu entwickelten Materialien interessiert. Dies gilt auch für die Bewertung der Förderung des mikrobiologischen Bewuchses auf Materialien nach DIN EN 16421 – Verfahren 2 bzw. DVGW-Arbeitsblatt W 270.

Bild 2.12: Strahlungsverteilung in einem Array bei unterschiedlichen LED-Anordnungen

Aus der Vielzahl der akkreditieren Verfahren für die Prüfung von Produkten sind die Prüfungen zur Desinfektionswirksamkeit von UV-Desinfektionsgeräten hervorzuhe-ben. Hierbei spielt auch die aktive Mitarbeit der Prüfstelle Wasser in Forschungsvor-haben eine wesentliche Rolle. So sind insbesondere die Forschungsarbeiten zu nen-


nen, die unter dem BMBF-Sonderforschungsprogramm "Zwanzig20 - Partnerschaft für Innovation" im Konsortium Advanced UV for Life mit verschiedenen Partnern aus der Industrie durchgeführt werden. Dabei steht u. a. die Entwicklung und Charakteri-sierung von UVC-LED Desinfektionsmodulen im Vordergrund. Ebenso werden in ei-nem Projekt, welches von der Europäischen Union gefördert wird, in einem Projekt-konsortium hocheffiziente, langlebige und ökologisch verträgliche neue UV-Strahlertypen für die Trinkwasserdesinfektion entwickelt und evaluiert.

Ein breites Feld der Arbeiten stellen weiterhin die umfangreichen mechanischen Prü-fungen und Bewertungen dar. Diese finden sich in fast allen Produktnormen des CEN, DIN oder auch DVGW für Produkte in der Wasserverteilung und Wasserver-wendung wieder. Zu nennen sind hierbei die Anforderungen an Armaturen für die Wasserversorgung wie Klappen, Schieber, Be- und Entlüftungsventile oder Hydran-ten. Ebenso gibt es auch eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte, welche in der Hausinstallation eingesetzt werden. Hierzu zählen beispielsweise Rückflussverhinde-rer, Sanitärarmaturen, Sicherheitsgruppen oder auch Kugelhähne. Von besonderer Bedeutung sind dabei Anlagen zur Nachbehandlung von Trinkwasser wie beispiels-weise Enthärtungsanlagen. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass neben den me-chanischen Anforderungen nicht nur die hygienische Eignung der Bauteile sondern auch die Wirksamkeit des Geräts zu verifizieren ist. Dabei stellen die mikrobiologi-schen Anforderungen an den Schutz vor Verkeimung die wesentlichen Herausforde-rungen dar.

Bild 2.13: Delegation des Bureau of Standards Metrology & Inspection (BSMI) aus Taiwan

Darüber hinaus ist die Prüfstelle Wasser auch intensiv in der Produktkontrolle beim Hersteller eingebunden. In dieser Aufgabe sind die Mitarbeiter weltweit unterwegs,

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wobei insbesondere der asiatische Raum in 2016 im Fokus stand. Zudem fanden auch mehrere fachliche Abstimmungstermine mit internationalen Einrichtungen statt. Hierzu zählte beispielsweise der Fachaustausch mit dem Regional R&D Service De-partment, MIRDC und dem Bureau of Standards Metrology & Inspection (BSMI) aus Taiwan.

2.7 Außenstelle Dresden

Auf dem Gebiet der Wasserverteilung wurden 2016 die vom DVGW geförderten For-schungsvorhaben „Entwicklung einer Methodik für die verbesserte Identifizierung und Bewertung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen in der Trinkwasser-prozesskette“ und „Aktualisierung der Verbrauchsganglinien für Haushalte, öffentli-che Gebäude und Kleingewerbe sowie Entwicklung eines Modells zur Simulation des Wasserbedarfs“ erfolgreich abgeschlossen.

Das im Rahmen des Forschungsvorhabens zur Identifizierung von Eintragsquellen entwickelte System zur einfachen und schnellen Vor-Ort-Anreicherung von colifor-men Bakterien und Enterokokken mit anschließender Quantifizierung und Identifizie-rung hat sich als praxistauglich erwiesen. Parallel zu den Forschungsarbeiten wurde das System bei Auftragsuntersuchungen zur Identifizierung von mikrobiologischen Kontaminationsstellen und zur Überprüfung der Möglichkeit der Einstellung der Des-infektion eingesetzt.

Im Ergebnis des Vorhabens zur Aktualisierung der Verbrauchsganglinien wurden als Grundlage für die Überprüfung der Notwendigkeit der Anpassung der entsprechen-den Regelwerke für die Dimensionierung von Wasserverteilungsanlagen relevante Daten gewonnen sowie die Zusammensetzung des Wasserverbrauchs analysiert.

Im Rahmen eines BMWi-Verbundprojektes werden die Möglichkeiten der Vermei-dung der Anreicherung von Ablagerungen in großdimensionierten Leitungen durch einen intermittierenden Leitungsbetrieb überprüft. Das Untersuchungsprogramm be-inhaltet neben Versuchsreihen in einem Modellnetz auch Messungen in Verteilungs-systemen von drei Fernwasserversorgungsunternehmen.

Fortgesetzt wurden die Arbeiten zur Entwicklung zustandsorientierter Spülpläne un-ter Bedingungen in China. Die bisher durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die vom TZW entwickelte Methode auch unter den in China gegebenen Bedingungen anwendbar ist. Aufgrund des großen Interesses an der Netzspülstrategie ist beab-sichtigt, 2017 weitere Wasserversorger in das Projekt zu integrieren.

Schwerpunkt der Arbeiten innerhalb des vom TZW bearbeiteten Teilvorhabens „In-novative Sensoren und praxisnahe Untersuchungen“ des vom BMBF geförderten


deutsch-französisches Verbundprojektes „Innovative, sichere Sensornetzwerke und modellgestützte Bewertungs- und Analyse-Tools zur Erhöhung der Resilienz von Trinkwasserinfrastrukturen“ ist die Entwicklung von Algorithmen zur schnellen Analy-se der komplexen Spektren neuer spektroskopischer Sonden zur Online-Erfassung einer Veränderung der Wasserbeschaffenheit.

Auf dem Gebiet der Wassergüte wurde das vom BMWI geförderte Forschungsvorha-ben „BOXONIK“ erfolgreich abgeschlossen. Im Ergebnis des Projektes wurde ein Online-Verfahren zur Prozessüberwachung- und Steuerung des elektrolytischen Ab-baus von BTEX-haltigen Abwässern entwickelt.

Im Rahmen der wissenschaftlichen Unterstützung der Wasserversorgungsunterneh-men wurden wie in den Jahren zuvor zustandsorientierte Spülpläne, Untersuchungen zu den Ursachen von Gütebeeinträchtigungen durchgeführt und Konzepte für die Verbesserung der Aufbereitung entwickelt.

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3 Wissenstransfer zu Versorgungsunternehmen

Durch die vielfältigen wissenschaftlich-technischen Kooperationen des TZW mit den Versorgungsunternehmen finden Forschungsergebnisse des TZW immer direkt und schnell ihren Weg in die Praxis. Unabhängig davon verfügt das TZW über weitere Kanäle, um neue Erkenntnisse direkt in die Wasserwerkspraxis einfließen zu lassen.

Die TZW-Schriftenreihe enthält Ergebnisse von ausgewählten Forschungsarbeiten, wobei es sich meist um den Abdruck von Dissertationen oder Schlussberichten han-delt. Darüber hinaus werden anlässlich der TZW-Kolloquien Begleitbände herausge-geben. Im Jahr 2016 erschienen fünf Ausgaben zu den folgenden Inhalten:

- Band 71: Auswirkung von Konzentraten der Trinkwasserenthärtung in Fließgewässern

- Band 72: Vorkommen und Abbau von Teerölschadstoffen unter instationären Fließ- und Redoxbedingungen

- Band 73: Pseudomonas aeruginosa in Trinkwassersystemen 1. Wachstumsansprüche und Gegenmaßnahmen 2. Belastung von Wasserzählern

- Band 74: Präventives Risikomanagement in der Trinkwasserversorgung

- Band 75: Zukunftssicherer Betrieb von Wasserversorgungsanlagen (Begleitband zum 21. TZW-Kolloquium vom 29.11.2016)

Der TZW-Newsletter informiert in Kurzform über aktuelle Themen in der Wasserver-sorgung. Der TZW-Newsletter erschien als Ausgabe 40 bzw. 41 im April und Oktober 2016. Hierbei diskutierten die Leitartikel Wechselwirkung von lokaler Innovation und globaler Transformation im Wasserbereich sowie die Flächenkonkurrenz in Wasser-schutzgebieten. Im Fokus des englischsprachigen Newsletters, der im September 2016 an Fachleute aus dem Wasserfach aus der ganzen Welt versandt wurde, stand die zunehmende Bedeutung der Kreislaufführung – Circular Economy – im Wasser-bereich.

Die 7. TZW-Diskussionsreihe am 25.10.2016 hatte den aktuellen Stand bezüglich der Energieeffizienz in der Wasserversorgung zum Inhalt.

Bei den TZW-Kolloquien stellen Mitarbeiter des TZW aktuelle Forschungsergebnis-se vor. Darauf abgestimmt berichten Referenten aus Versorgungsunternehmen aus ihrem Blickwinkel über die praktische Bedeutung umgesetzter Forschungsergebnis-se. Das 25. Dresdner Trinkwasserkolloquium fand am 03.05.2016 in Dresden statt.


Etwa 120 Fachleute und Entscheidungsträger aus Versorgungsunternehmen und Behörden nahmen an dieser Veranstaltung teil. Auch das 20. TZW-Kolloquium am 29.11.2016 erfreute sich eines starken Interesses aus der Praxis, wie die Anreise von mehr als 120 Fachleuten aus dem Wasserfach zum TZW nach Karlsruhe zeigte.

Das AWBR-Kolloquium am 07.04.2016 im TZW Karlsruhe bot Gelegenheit, die Thematik „Pflanzenschutzmittel (PSM) Metaboliten und Wasserversorgung“ im Fach-kreis zu diskutieren.

Unter der Adresse http://www.tzw.de/ ist die Homepage des TZW zu erreichen, die im Berichtszeitraum laufend aktualisiert wurde.

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4 TZW-interne Forschungsseminare

Die TZW-internen Seminare dienen der Fortbildung, dem Informationsaustausch und der Diskussion aktueller Forschungsthemen unter den Mitarbeitern des TZW. Im Jahr 2016 wurden acht dieser Seminare zu den nachstehend gelisteten Themen durchge-führt.

Themen der TZW-internen Seminare

Datum Vortragender Thema

25.01.2016 Anna-Lena Schneider Stromgewinnung und Spurenstoffentfernung aus Abwasser durch Kombinationsverfahren Elektrochemie/Mikrobiologie

Joachim Janda Analytik kurzer PFC und von PFC-Abbauprodukten – aktueller Stand

16.03.2016 Karsten Nödler Entfernung von iodierten Röntgenkontratsmitteln durch elementares Eisen

Florian Storck Mikroplastik und Raman-Mikrospektroskopie

25.04.2016 Marcel Riegel Entfernung kurzkettiger PFC mittels Ionenaustauscher

Claudia Stange Antibiotika-Resistenzen: aktueller Kenntnisstand, Arbeiten am TZW und Forschungsbedarf

27.06.2016 Burkhard Wricke Aufbereitungsmöglichkeiten von Talsperrenwässern mit erhöhten DOC-Gehalten – Ergebnisse aus dem TALKO-Projekt

Wido Schmidt Vorkommen und Bildung von Perchlorat bei der Aufbereitung von Trinkwässern

25.07.2016 Beate Hambsch Pseudomonas aeruginosa in Trinkwassersystemen und in Wasserzählern

Jutta Eggers Trends und Entwicklungen in der UV-Technologie

24.10.2016 Robertino Turkovic Absicherung von Anlagen und Geräten in der Trinkwasser-Installation

Johannes Ruppert Untersuchungsmethoden im Rahmen von aktuellen Korrosionsschadensfällen


14.11.2016 Friederike Brauer PSM-Metaboliten – Das badenova-Innovationsfonds-Projekt

Matthias Geiges Reduzierung der PSM-Belastung bei ausgewählten Rohwasserressourcen Baden-Württemberg

13.12.2016 Marco Scheurer Entwicklung eines fluorspezifischen Gruppenparameters „EOF“ für Böden und weitere Feststoffmatrices

Karsten Nödler Priorisierung von für die Wasserversorgung relevanten Stoffen (Hot-Target-Analytik)

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5 Aus dem TZW

5.1 Richtfest für den TZW-Erweiterungsbau zum Wasser Campus

Der im Vorjahr begonnene Bau für die Erweiterung des DVGW-Technologiezentrums Wasser zum Wasser Campus verlief entsprechend der zeitlichen Planung. Im Be-richtszeitraum stellte das Richtfest am 17.03.2016 einen weiteren Meilenstein auf dem Weg zur Fertigstellung des Gebäudes dar. Somit können Mitarbeiter des TZW das neue Gebäude wie vorgesehen im Jahr 2017 beziehen und unter idealen und von ihnen selbst mitgestalteten Arbeitsbedingungen die Zukunft im Wasserbereich gestalten.

Bild 5.1: Richtfest des TZW-Erweiterungsbaus am 17.03.2016


6 Internationale Kontakte

6.1 Zielstellung

Internationale Kooperationen tragen dazu bei, den Bekanntheitsgrad des TZW und des DVGW bei europäischen und außereuropäischen Partnern zu erhöhen und ent-sprechende Kontakte und Netzwerke zu pflegen. Dies ist nicht zuletzt erforderlich, um auch künftig Forschungsmittel aus internationalen Quellen einzuwerben und den deutschen Entwicklungsstand im Trinkwasserbereich in das Ausland zu tragen.

6.2 Kontakte innerhalb laufender Projekte

6.2.1 SIGN - Sino German water supply Network

Das BMBF-geförderte Verbundvorhaben SIGN (Sino German water supply Network) wird vom TZW koordiniert und umfasst 15 deutsche Projektpartner. Die Hauptpartner auf chinesi-scher Seite sind die Tongji-Universität, Shanghai, sowie die Chinese Research Academy of Environmental Sciences

(CRAES) und die Tsinghua-Universität, Peking, sowie mehrere Wasserversorger und Fachbehörden am Tai See.

Das SIGN-Projekt zielt auf das Monitoring und die Verbesserung der Rohwasserqua-lität, die Entwicklung angepasster Aufbereitungs-Technologien zu Trinkwasser sowie die Spülung und Leckortung im Verteilungsnetz.

Im Januar 2016 fand ein Treffen der Minister Frau Prof. Johanna Wanka (BMBF) und Prof. Wan Gang (MoST, China) in Peking statt. Anlässlich der Regierungskonsultati-onen wurde die Vereinbarung zur Kooperation zwischen TZW und Tongji-Universität unterzeichnet.

Mehrere Reisen im ersten Halbjahr dienten der Vorbereitung der Mid-term-Meetings, die im September in Peking und Shanghai stattfanden. In Hangzhou wurden die Er-gebnisse des Projektes in vier Einladungsvorträgen vor 300 chinesischen Wasserex-perten beim Internationalen Tag der Konferenz der Hua Yan-Gruppe vorgestellt. Im Dezember fand in Shanghai die BMBF-MoST-Konferenz statt, um die nächste Phase der Zusammenarbeit auf Ministeriumsebene vorzubereiten.

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Bild 6.1: Prof. Tiehm unterzeichnet die Kooperationsvereinbarung zwischen TZW und Tongji-Universität im Beisein der beiden Minister Johanna Wanka und Wan Gang

Bild 6.2: Teilnehmer der BMBF-MoST-Konferenz im Dezember 2016 in Shanghai

Weitere Informationen sind über folgende Links verfügbar:

www.water-sign.de www.sino-german-major-water.net

http://www.water-sign.de/http://www.sino-german-major-water.net/


6.3 Kontakte außerhalb laufender Projekte

6.3.1 Global Water Research Coalition

GWRC (www.GlobalWaterResearchCoalition.net) ist ein Zusammenschluss von 13 namhaften Forschungsorga-nisationen, welche über den gesamten Globus auf ver-

schiedenen Kontinenten verteilt sind. Ziel von GWRC ist der globale Wissensaus-tausch und die Kooperation in Forschungsprojekten auf dem Gebiet der Trinkwas-serversorgung, der Abwasserentsorgung und somit des urbanen Wasserkreislaufs.

Der Vorsitz (Chair) beim GWRC obliegt derzeit dem TZW. In diesem Zusammenhang ergriff das TZW mehrere Initiativen. Beispielsweise koordinierte das TZW einen Workshop in Nantes (Frankreich) mit internationalen Experten zum Thema Mikro-plastik. Die 32 Teilnehmer aus neun Ländern stellten aktuelle Forschungsergebnisse aus Amerika, Asien, Afrika und Europa vor. Moderiert von Dr. Florian R. Storck (TZW) und Stephanie Rinck-Pfeiffer (Managing Director of GWRC) wurden neben Anforderungen an Probenahme und Analytik die wichtigsten offenen Fragen und mögliche Lösungsstrategien intensiv diskutiert. Interesse besteht vor allem daran, gesicherte Erkenntnisse über das Vorkommen von Mikroplastik zu gewinnen, damit eine entsprechende Risikoeinschätzung vorgenommen werden kann und gegebe-nenfalls Gegenmaßnahmen ergriffen bzw. Aufbereitungstechniken erforscht werden können.

Bild 6.3: Teilnehmer des Workshops

Der Austausch innerhalb der GWRC und mit externen Experten wird helfen, Doppel-arbeit in der Forschung zu reduzieren und die Kräfte zu bündeln, um möglichst bald zu einer gemeinsamen Einschätzung einer möglichen Relevanz von Mikroplastik für

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die Trinkwasserversorgung und die Abwasseraufbereitung zu kommen. So sollen ein Vergleich der analytischen Methoden, eine Verständigung auf eine einheitliche Pro-benahmemethode und gemeinsame Untersuchungen Gegenstand der künftigen Zu-sammenarbeit sein. Das Format des Workshops hat sich als sehr erfolgreich erwie-sen und der fruchtbare Austausch zum Thema Mikroplastik soll im Jahr 2017 fortge-setzt werden und in Form konkreter Aktionen umgesetzt werden. Der Tagungsband zum Workshop ist auf der Homepage der GWRC für Mitglieder einsehbar bzw. auf Anfrage erhältlich (GWRC Workshop Summary "Microplastics in Water" (ed: Storck, F.R, Bauerlein, P., Rinck-Pfeiffer, S.), Nantes, France, 22 May 2016. Global Water Research Coalition, Stirling, Australia, 13-01-2017).

Neben dem Bereich Mikroplastik bearbeitet das TZW innerhalb der Global Water Re-search Coalition unter der Projektleitung der University of New South Wales (Austra-lien) ein Projekt zum Themenfeld der Priorisierung potenzieller chemischer Trinkwas-serkontaminanten. Hierbei wurde zunächst ein Internetfragebogen erstellt und ver-teilt, der den derzeitigen Stand verschiedener Stakeholder (vor allem Wasserversor-ger und Forschungseinrichtungen) hinsichtlich einer solchen Priorisierung erfassen soll. Aus den Antworten werden Unterschiede und Gemeinsamkeiten innerhalb der Teilnehmer herausgestellt. Zudem wird erwartet, dass über diesen Fragebogen der Forschungsbedarf hinsichtlich der einzelnen Priorisierungskriterien identifiziert und gewichtet werden kann.

Damit ist das TZW als Einrichtung des DVGW in seiner Funktion als Forschungsra-dar für die Wasserbranche für die Zukunft bestens aufgestellt.

6.3.2 WssTP-Arbeitsgruppe Water and Energy

Die vom TZW gemeinsam mit der DVGW-Hauptgeschäftsstelle im Vorjahr etablierte neue Arbeitsgruppe „Water and Energy“ inner-halb der WssTP (Water Supply and Sanitation Technology Plat-form), einer von der EU-Kommission initiierten Plattform für For-

schung und technologische Entwicklung, hat im Berichtsjahr erfolgreich ihre Arbeit aufgenommen. Vom 19. bis 20.04.2016 tagte die Arbeitsgruppe im TZW in Karlsru-he. Wesentlicher Inhalt des Treffens war die strategische Festlegung zur Definition der zukünftigen Arbeitsschwerpunkte. Das Ergebnis mündete in einer detaillierten Forschungs- und Innovationsagenda. Diese wurde aktiv in die WSSTP SIRA 2030 eingebracht und nahezu zeitgleich veröffentlicht.

In seiner Funktion als Leiter der Arbeitsgruppe Water and Energy hat Dr. Josef Klin-ger am WssTP Wasser und Innovationstag (WIE) in Brüssel am 22.06.2016 wesent-lichen Input auf der Podiumsdiskussion zu Smart Water und die zukünftigen Anforde-rungen der Wasserwirtschaft gegeben.


Bild 6.4: WssTP Arbeitsgruppe Wasser & Energie am TZW

Bild 6.5: Podiumsdiskussion WssTP WIE in Brüssel

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6.3.3 Hintergrundpapier für World Health Organisation

Mindestens alle fünf Jahre überprüft die Europäische Kommission Anhang I der Richtlinie 98/83/EG des Rates über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (in genanntem Anhang sind Parameter und Parameterwerte hinsichtlich mikrobieller und chemi-scher Belastung aufgeführt) unter Berücksichtigung des wissen-

schaftlichen und technischen Fortschritts und unterbreitet erforderlichenfalls Ände-rungsvorschläge. Im Auftrag der Weltgesundheitsorganisation (WHO) stellt das TZW ein Hintergrundpapier zusammen, in dem gängige und ggf. international genormte Analyseverfahren für die Quantifizierung der gelisteten Parameter aufgeführt und deren Leistungsfähigkeit mit der in der Richtlinie genannten Qualitätsanforderungen diskutiert werden. Darüber hinaus werden Nachweisverfahren für die Analyse zusätz-licher Parameter zusammengestellt.

6.3.4 Memorandum of Understanding in der stärksten Wirtschaftsregion Chi-nas für Umwelttechnologie - Flusswasserprojekt Jieyang

Am 21.04.2016 trafen sich in Stuttgart 150 deutsche und chinesi-sche Vertreter aus Wirtschaft und Politik zum Thema „Intelligente Produktion Guangdong trifft Industrie 4.0“. Im Mittelpunkt der Ver-anstaltung standen die Chancen, Herausforderungen und Anknüp-

fungspunkte der beiden Programme „Industrie 4.0“ und „Made in China 2025“. Die Konferenz fand im Rahmen einer Delegationsreise der Regierungsvertreter und Oberbürgermeister der südchinesischen Provinz Guangdong statt – der stärksten Wirtschaftsregion Chinas. Organisatoren waren die Metal Eco City Jieyang und die Stadt Huizhou. Die Küstenprovinz Guangdong ist die aktivste Wirtschaftsregion Chi-nas und nimmt von jeher eine Vorreiterrolle ein, wenn es um Wirtschaftsreformen geht. Guangdong ist die erste Region Chinas, in der die Reform- und Öffnungspolitik Anfang der 80er Jahre eingeführt wurde – und auch der Strukturwandel vom export-getriebenen Wachstum hin zu Nachhaltigkeit, Automatisierung und Digitalisierung ist im „Perl River Delta“ schon seit Jahren im Gang. In den kommenden Jahren will das „Powerhouse“ der chinesischen Wirtschaft die intelligente Fertigung weiter vorantrei-ben – Kooperationen mit deutschen Unternehmen rücken dabei in den Fokus. Teil-nehmer der Konferenz waren unter anderem: Generalkonsul Liang Jianquan und Zhu Weige, Konsul für Wirtschaft und Handel, Generalkonsulat der Volksrepublik China in Frankfurt a. M., Prof. Dr. Dieter Hundt, Ehrenpräsident der Bundesvereinigung der Deutschen Arbeitgeberverbände und Aufsichtsratsvorsitzender der ZhongDe Metal Group GmbH, Franz Weckesser, Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg und Thorsten Frei, Abgeordneter des deutschen Bundestages.


Während der Konferenz unterzeichnete Dr. Klinger ein Memorandum of Under-standing im Bereich der Umwelttechnologie für das Flusswasserprojekt Jieyang mit Lin Zhe Xin von der ZhongDe Metal Group, Ltd.

Bild 6.6: Dr. Klinger im Gespräch mit Generalkonsul Liang Jianquan, Chen Dong, Oberbürgermeister der Stadt Jieyang (rechts im Bild), Prof. Dr. Dieter Hundt, Ehrenpräsident der Bundesvereinigung Deutscher Arbeitgeberverbände (Mitte), Mike de Vries, Vorsitzender der Geschäftsführung der ZhongDe Metal Group GmbH und Lin Wenpei, Geschäftsführerin der ZhongDe Metal Group GmbH

6.3.5 Wissenschaftlich-technischer Austausch mit Singapur

Singapur, ein weltweit agierendes Handels- und Finanzzentrum, hat ca. 5,5 Mio. Einwoh-ner und einen Wasserbedarf von bis zu 2 Mio. m³ täglich. Aufgrund der schwierigen

Randbedingungen - Singapur ist eine dicht besiedelte Insel mit sehr geringen Süß-wasserressourcen - musste das staatliche Versorgungsunternehmen Public Utilities Board (PUB) zahlreiche, z. T. sehr aufwändige Maßnahmen zur Sicherstellung der Wasserversorgung ergreifen. Zu nennen sind der Bau von Talsperren und Aufberei-tungsanlagen im benachbarten Malaysia, die Errichtung von lokalen Speicherbecken für Regenwasser (u. a. an Flussmündungen, „Marina Barrage“) sowie der Bau von Anlagen zur Meerwasserentsalzung und Abwasserverwendung. Bis zum Jahr 2030

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soll ca. 80 % des Trink- bzw. Brauchwassers mit Hilfe der beiden letztgenannten Prozesse bereitgestellt werden. Hierzu laufen umfangreiche Bau- und Entwicklungs-projekte.

Bild 6.7: Blick über Singapur (Bild: PUB)

Auf der Grundlage der im Jahr 2012 zwischen PUB und TZW vereinbarten Zusam-menarbeit erfolgten mehrere Projekte zur Optimierung konventioneller Aufberei-tungsprozesse in Singapur. Neben Möglichkeiten zur Verbesserung der bestehenden Flockungs- und Sandfiltrationstechnik wurden die Aktivkohle-Adsorption sowie der Einsatz von Ozon und biologischer Filtration zur Beherrschung von Geruchs- und Geschmacksproblemen bei der Nutzung von Fluss- bzw. Talsperrenwasser unter-sucht. Derzeit wird ein Wasserwerk, das ein stark mit natürlichen organischen Sub-stanzen belastetes Rohwasser aufbereitet (TOC > 20 mg/L), entsprechend einem TZW-Vorschlag umgebaut. Ziel ist es, durch Verwendung eines alternativen Filter- bzw. Entsäuerungsmaterials die Prozessstabilität und damit die Reinwasserbeschaf-fenheit zu verbessern.


7 Kurzfassungen von ausgewählten F&E-Vorhaben, die im Jahr 2016 abgeschlossen wurden

7.1 Rückstandsminimierte Kalkwasserherstellung im Wasserwerk mittels Membrankreislaufverfahren

Im Rahmen eines Forschungs- und Entwick-lungsprojektes in Zusammenarbeit und unter Finanzierung der badenova AG & Co. KG wurde ein innovatives Verfahren für die groß-

technische Herstellung von Kalkwasser im Wasserwerk entwickelt und im Pilotmaß-stab mit direkter Anbindung an die Großtechnik getestet.

Bisher erfolgt die Herstellung von Kalkwasser in Anlagen der öffentlichen Wasser-versorgung durch Kalkwassersättiger oder nach dem Prinzip der Mehrkammerflo-ckung. In beiden Fällen wird Kalkmilch mit Lösewasser in Kontakt gebracht, um ein nahezu mit Calciumhydroxid gesättigtes Wasser herzustellen. Bei den Sättigern han-delt es sich um großvolumige Behälter, in denen bei einer ausreichenden Ver-weilzeit über mehrere Stunden Calciumhydroxid sich in Wasser löst und unlösliche Bestandteile des Lieferproduktes sedimentieren. Wesentlich kürzere Lösezeiten wer-den in Kompaktanlagen mit Lamellenseparatoren erzielt. Bei der Mehrkammerflo-ckung wird Kalkmilch und Lösewasser miteinander in Kontakt gebracht und mit opti-onaler Zugabe eines Flockungshilfsmittels über einen Lamellenseparator geführt.

Das im Rahmen des Vorhabens entwickelte Verfahren basiert auf Kreislaufführung und Membrantechnik. Dies beinhaltet u. a. eine Umkehrosmoseanlage, die ohne An-tiscalantwirkstoffe betrieben und deren Konzentrat vollständig wiederverwendet wird. Ein weiterer Bestandteil des Verfahrens sind keramische Membranen. Es entstehen keine flüssigen Rückstände, so dass gegenüber dem großtechnischen Bestand eine Verminderung um 100 % erzielt wird. Lediglich einige Sedimente, die im Wesentli-chen aus Calciumcarbonat bestehen, fallen als fester Rückstand an. Im Vergleich zum derzeitigen großtechnischen Betrieb beträgt die Verminderung des Sedimentan-falls etwa 80 %. Die Gesamtausbeute des neuen Verfahrens für die Kalkwasserher-stellung erreicht etwa 99,98 %, was im Pilotversuch demonstriert wurde.

Das erprobte Verfahren weist neben dem geringen Rückstandsanfall eine Reihe von Vorteilen auf. Das Kalkwasser ist partikelfrei und von konstanter Qualität. Überdosie-rungen von Calciumhydroxid im Kalkwasser sind unwahrscheinlich. Die Kalkwasser-produktion ist gut automatisierbar und kann schnell an wechselnde Trinkwasserpro-duktionsmengen angepasst werden. Die Abmessungen der Anlage sind kompakt und benötigen somit wenig Raum.

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Das im Rahmen des Vorhabens erprobte Verfahren erscheint prinzipiell auch unter Wasserwerksbedingungen einsetzbar und eröffnet eine neue Handlungsoption für eine zukunftsorientierte Wasseraufbereitung.

Bild 7.1: Bestandteile der Pilotanlage zur Kalkwasserherstellung im Wasserwerk


7.2 Festlegung von Anforderungen an Aktivkohle bezüglich Benetzbarkeit

Bei Einsatz von Kornaktivkohlen in Wasserwerken wird für einzelne Aktivkohleprodukte ein relativ hoher Aktivkohleverlust aufgrund unzureichender Benetzbarkeit beobachtet, obwohl die derzeit defi-nierten Anforderungen an Kornaktivkohlen gemäß DIN EN 12915-1

hinsichtlich der Benetzbarkeit eingehalten sind. Neben den daraus resultierenden Kosten durch Aktivkohleverluste ist auch ein erhöhter betrieblicher Aufwand bei Ein-satz gering benetzbaren Aktivkohlen erforderlich. Aufgrund der Tatsache, dass mit der in der DIN EN 12915-1 zugrunde gelegten Testmethode Aktivkohlen mit hohem nicht benetzbaren Anteil nicht erkannt werden, war das vorrangige Ziel des For-schungsvorhabens, eine Testmethode zu erarbeiten, die den praktischen Gegeben-heiten gerecht wird.

Im Rahmen des DVGW-Forschungsvorhabens W4/01/15 wurde hierzu ein im AWWA-Standard vorgeschlagener Batch-Test modifiziert. Dabei wurde berücksich-tigt, dass, analog der Vorgehensweise im Wasserwerk, Aktivkohle zur Benetzung über einige Stunden im Wasser stehen bleibt. Der Parameter Benetzbarkeit wurde bei diesem Test durch den Parameter „nicht benetzbarer Anteil“ ersetzt.

Für sämtliche derzeit handelsübliche Kornaktivkohlen wurde der nicht benetzbare Anteil nach der neu entwickelten Testmethode bestimmt. Abgesehen von wenigen Ausnahmen liegt der nicht benetzbare Anteil unter 0,6 Gew.-%, sodass dieser Wert als Mindestanforderung für Kornaktivkohlen zur Wasseraufbereitung vorgeschlagen wird. Aufgrund der Tatsache, dass Aktivkohlen sich auch bei Einhaltung der Min-destanforderung dennoch hinsichtlich des nicht benetzbaren Anteils um mehr als den Faktor 50 unterscheiden können, ist es erforderlich, dass die Aktivkohleprodukte diesbezüglich charakterisiert werden, und der entsprechende Wert auf dem Produkt-datenblatt ausgewiesen wird.

Die im Vorhaben entwickelte Testmethode, die Ergebnisse der Untersuchungen an den marktüblichen Aktivkohlen sowie die im Forschungsvorhaben abgeleiteten Min-destanforderungen werden im PK Sorption vorgestellt. Ziel ist es, die abgeleiteten Mindestanforderungen sowie die Forderung, dass die Parameterwerte der Aktivkoh-len im Produktdatenblatt der Hersteller ausgewiesen werden müssen, in den Entwurf zur Überarbeitung der DIN EN 12915-1 „Produkte zur Aufbereitung für den menschli-chen Gebrauch – granulierte Aktivkohle“ sowie das DVGW-Arbeitsblatts W 239 „Ent-fernung organischer Stoffe bei der Trinkwasseraufbereitung durch Adsorption an Ak-tivkohle“ aufgenommen werden.

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7.3 Untersuchungen zum Vorkommen von sechswertigem Chrom und seiner Entfernung bei der Trinkwasseraufbereitung

Ziel des DVGW-Forschungsvorhabens W 4/02/13W war es, Infor-mationen zum Vorkommen von sechswertigem Chrom in Roh- und Trinkwässern deutscher Wasserversorger zu erhalten und erste Untersuchungen zur Entfernung von Chrom bei der Trinkwasser-

aufbereitung durchzuführen. Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass zahlreiche Roh- und Trinkwässer in Deutschland sechswertiges Chrom in Konzentrationen über 0,02 µg/L enthalten. Der Vergleich der Konzentrationen in Roh- und Trinkwasserpro-ben zeigt, dass durch die in den jeweiligen Wasserwerken vorhandene Aufberei-tungstechnik, wie die natürlichen Aufbereitungsverfahren Langsamsandfiltration bzw. Bodenpassage oder Uferfiltration und technische Verfahren wie Flockung, Ultrafiltra-tion, Aktivkohlefiltration oder Desinfektionsverfahren, keine Verminderung der Gehal-te an sechswertigem Chrom stattfindet.

Bild 7.2: Kleintechnische Anlagen zur Aufnahme von Durchbruchskurven mit Anionenaustauschern

Durch eine Enteisenung bzw. Entmanganung können die Gehalte an sechswertigem Chrom in Abhängigkeit von den Kontaktzeiten und Redox-Bedingungen teilweise


deutlicher reduziert werden. Ein Rückhalt von sechswertigem Chrom wird auch bei einer Nanofiltration beobachtet. Untersuchungen zur Reinheit von Aufberei-tungschemikalien zeigten, dass insbesondere eisenhaltige Flockungsmittel wie Ei-sen(III)chlorid oder Eisen(III)chloridsulfat und die auf Kalk basierenden Stoffe Calci-umhydroxid, Calciumcarbonat und halbgebrannter Dolomit eine Zunahme der Kon-zentration an sechswertigem Chrom im aufbereiteten Wasser bewirken können. Theoretische Betrachtungen zeigen ebenso wie Messungen in Wasserwerken, dass die Konzentrationserhöhungen bei üblichen Zugabemengen der Aufbereitungsche-mikalien im Bereich von 0,05 bis 0,3 µg/L liegen können.

Bild 7.3: Halbtechnische Versuchsanlage zur Untersuchung des RCF-Prozesses (RCF = Reduktion, Koagulation, Filtration)

Kleintechnische Versuche in Wasserwerken ergaben, dass stark basische Anionen-austauscher grundsätzlich geeignet sind, sechswertiges Chrom aus Wässern zu ent-fernen. Die experimentellen Untersuchungen haben allerdings auch gezeigt, dass die Aufnahmekapazität der Austauscher sehr stark von der vorliegenden Wasserbe-schaffenheit abhängt. Höhere Gehalte insbesondere an Sulfat führen zu einem deut-lichen Rückgang der Filterlaufzeit. Schwach basische Anionenaustauscher sind deut-

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lich schlechter zur Entfernung von sechswertigem Chrom geeignet als die stark basi-schen. Aufgrund der ggf. erforderlichen Erniedrigung des pH-Werts sind sie zudem im Betrieb deutlich aufwändiger.

Die Ergebnisse der Versuche zum RCF-Prozess (Reduktion, Koagulation und Filtra-tion) zeigten, dass – abhängig von der vorliegenden Wasserbeschaffenheit – Chrom über einen Filtrationsprozess mit vorgeschalteter Reduktion durch Eisen(II)salze ent-fernt werden kann. Die über den gesamten Versuchsbetrieb vergleichsweise instabile Dosierung der Eisen(II)salze weist jedoch darauf hin, dass der Prozess empfindlich auf schwankende Zugabemengen reagiert. Zusammenfassend zeigen die Ergebnis-se der kleintechnischen Versuche mögliche Ansatzpunkte zur Entfernung von Chrom bei der Trinkwasseraufbereitung. Die Wirksamkeit ist aber jeweils stark von der Was-serbeschaffenheit abhängig, was die praktische Umsetzung komplex gestaltet. Eine großtechnische Umsetzung ist derzeit noch nicht möglich, da noch zahlreiche be-triebstechnische Fragen zu beantworten sind, die im Rahmen von halbtechnischen Pilotversuchen zu klären wären.

7.4 Expositionsabschätzung gegenüber ionisierender Strahlung durch Was-serwerksrückstände

Am 05.12.2013 hat der Rat der Europäischen Union die Richtlinie 2013/59/EURATOM zur Festlegung grundlegender Sicherheitsnor-men für den Schutz vor den Gefahren einer Exposition gegenüber ionisierender Strahlung verabschiedet. Durch Lösungsprozesse

gelangen Radionuklide auch in Grund- und Oberflächenwasser. In der Richtlinie werden Industriezweige aufgelistet, in denen natürlich vorkommende radioaktive Ma-terialien aus Sicht des Strahlenschutzes relevant sein könnten. Beispielsweise wer-den Grundwasserfilteranlagen („ground water filtration facilities“) aufgeführt. Aus die-sem Grund ergibt sich für Wasserversorger das Erfordernis, sich mit dem Vorkom-men und dem Gehalt an natürlichen Radionukliden in Rückständen aus Filteranlagen zu beschäftigen.

Im Rahmen des vom DVGW geförderten Projektes W2/02/14 wurden Daten zu den tatsächlich vorliegenden Aktivitäten in den anfallenden Wasserwerksrückständen ermittelt und eine Abschätzung der Exposition durch ionisierende Strahlung durch die Wasserwerksrückstände vorgenommen. Bei der Datenerhebung handelt es sich um eine stichprobenhafte Untersuchung von Wasserwerksrückständen aus Wasserver-sorgungsunternehmen (WVU), die Wasserwerke zur Enteisenung und Entman-ganung betreiben. Ziel war es, Proben der Filterschlämme und -sande sowie der Roh- und Reinwässer zu entnehmen und vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) mittels radiochemisch (Wasserproben) und gammaspektrometrisch (Feststoffproben) auf den Gehalt an natürlichen Radionukliden zu untersuchen, um ihre radiologische


Relevanz bewerten zu können. Von 13 WVU wurden aus 32 Wasserwerken 26 Was-serproben, 34 Schlammproben und 23 Filtermaterialproben zur Verfügung gestellt. Die für die Roh- und Reinwässer maximal ermittelten Aktivitätskonzentrationen sind demnach deutlich niedriger als die Referenz-Aktivitätskonzentrationen.

Von den untersuchten Schlämmen wies etwa ein Viertel der Proben in der Summe eine Aktivität von mehr als 1 Bq/g bezogen auf die Trockenmasse auf. Aufgrund des hohen Wassergehalts beim Umgang mit den Schlämmen, sind die Aktivitätskonzent-rationen für die Expositionsabschätzung nicht relevant.

Relevant im Sinne der neuen Gesetzgebung sind Filtermaterialien, deren spezifische Aktivität über der Überwachungsgrenze von 0,5 Bq/g liegt. Von den im Rahmen des Projektes untersuchten Filtermaterialien betrifft dies etwa die Hälfte der untersuchten Proben, für die die Exposition abzuschätzen war.

Bild 7.4: Eisenhaltiger Filterkies aus einem großtechnischen Filter

Die Expositionsabschätzung für diese Einzelfälle zeigte, dass keine unzulässige Do-sis vorlag. Dies ist vor allem darin begründet, dass es sich um vergleichsweise gerin-ge Mengen handelte und die Expositionszeiten kurz waren. Unter solchen Bedingun-gen kann die zuständige Behörde auf Antrag gemäß § 58 Absatz (2) des Entwurfes zum neuen Strahlenschutzgesetz (Referentenentwurf) Rückstände aus der Verpflich-tung der Überwachung entlassen.

Entsorgungs- oder Verwertungsbetriebe können allerdings Rückstände aus mehre-ren Wasserwerken beziehen. Daher müssen diesen Beschäftigten längere Expositi-onszeiten zugewiesen werden. Im Rahmen einer generischen Expositionsabschät-zung ist diesem Umstand Rechnung zu tragen.

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7.5 Testmethode zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Ultrafiltrations-membranen zum Phagenrückhalt

Zur Bewertung des Phagenrückhalts von Ultrafiltrationsmembra-nen ist eine standardisierte Testmethode mit definierten Bedingun-gen erforderlich, die den Einfluss der Wasserbeschaffenheit und der Membranqualität berücksichtigen. Im Rahmen des vom DVGW

geförderten Forschungsvorhabens W4/01/12 wurden vom TZW und IWW umfassen-de Untersuchungen an zahlreichen unterschiedlichen Membranmodulen durchge-führt und ein Vorschlag für eine Standardtestmethode ausgearbeitet.

Die im Rahmen des Projektes ausgearbeitete und mit der Projektbegleitgruppe ab-gestimmte Testmethode zur Ermittlung des Phagenrückhalts bei UF-Membranen wurde auf Einzelfasern, Labormodule und großtechnische Module verschiedener Membranhersteller angewendet. Während bei den Tests mit kleinen Moduleinheiten die Phagensuspension in einem Vorratsbehälter vorgelegt und über die Membranen gefördert wurde, erfolgte die Zugabe der Phagen bei den Tests an großtechnischen Modulen über die Dosierung einer Stammsuspension in den Zulaufstrom der jeweili-gen UF-Anlage. In allen Fällen ergaben sich bei mehrfachen Tests an demselben Modul sehr gut reproduzierbare Ergebnisse.

Wie die Untersuchungen zu Beginn des Projektes für Membranen mit geringem Rückhalt zeigten, war eine deutliche Beeinflussung durch die Fabrikation und Be-handlung der Fasern und Module gegeben. Die Membranhersteller konnten im Ver-lauf des Projektes durch Variation der Produktionsbedingungen bei der Membran-herstellung und bei der Herstellung der Module den Rückhalt deutlich verbessern.

Ziel des vorliegenden Projektes war die Ausarbeitung einer Methode für den Test von in der Praxis einsetzbaren Modulen, deren Ergebnis sicherstellt, dass die UF-Module den Anforderungen gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 213-5 genügen, d. h. einen Rückhalt von mindestens 4 Log-Stufen für Partikel im Größenbereich von 20 nm bis 30 nm aufweisen.

Nach Aussage der Membranhersteller unterliegt der Produktionsprozess bei den großtechnisch produzierten Modulen Qualitätssicherungsanforderungen, die auf die Herstellung von Labormodulen für Testzwecke bislang nicht uneingeschränkt über-tragen werden können. Somit kann der an solchen Labormodulen getestete Rückhalt von den Herstellungsbedingungen beeinflusst sein und eine Übertragbarkeit der Er-gebnisse nicht sichergestellt werden. Aus diesen Überlegungen wird die Empfehlung abgeleitet, die Prüfung des Phagenrückhalts zum Nachweis von mindestens 4 Log-Stufen für die UF an großtechnischen Modulen durchzuführen.


Auf der Grundlage der vorliegenden Ergebnisse wurden die Randbedingungen für die Prüfung vorgeschlagen. In welcher Form diese Testmethode in das Regelwerk übernommen wird, ist in den zuständigen Gremien noch zu beraten.

Bild 7.5: Filtrat passiert eine Ultrafiltrations-Membranfaser in einer Labortestapparatur

7.6 Anwendung der LIBD-Methode auf Filteranlagen in ausgewählten Was-serwerken

Im Rahmen von zwei aufeinander folgenden, durch die Ar-beitsgemeinschaft Trinkwassertalsperren e. V. (ATT) geför-derten F&E-Vorhaben wurden erstmals Erfahrungen mit ei-nem neu entwickelten Prototyp eines mobil einsetzbaren Ge-

rätes gewonnen, das nach dem Prinzip der Laser-induzierten Breakdown Detektion (LIBD-Methode) arbeitet. Das Gerät erlaubt es, Partikel in Wasserproben bis in den Nanometerbereich summarisch zu erfassen. Nachdem in Voruntersuchungen die prinzipielle Eignung der Messtechnik nachgewiesen wurde, erfolgten Messungen unter praxisnahen Bedingungen an Wasserproben aus dem Ablauf der Partikel ab-trennenden Stufe verschiedener Wasserwerke. Es wurde ermittelt, inwieweit durch eine zusätzliche Membranfiltration der Proben mittels Ultrafiltration im Labormaßstab eine messbare Verringerung der Partikelanzahl erreicht werden kann. Damit können Optimierungspotentiale von Filteranlagen zur Partikelentfernung mit hoher Nachwei-sempfindlichkeit, insbesondere für Partikel im Nanometerbereich, erkannt werden. Um Veränderungen der Filtratbeschaffenheit abhängig vom Filterbetrieb kontinuier-lich erfassen und bewertet zu können und Artefakte durch Probenahme und Trans-port auszuschließen, wurden im Rahmen des Folgeprojekts online-Messungen in zwei Wasserwerken im Filtrat von Flockenfiltern und im Ablauf einer Ultrafiltrations-anlage durchgeführt.

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Die LIBD ist eine empfindliche Messmethode, mit der Veränderungen des Partikel-gehalts in Filtraten nachweisbar sind. Auch Fällungsprozesse wie beispielsweise die Bildung von Manganoxid oder die Auflösung von Calciumkarbonatpartikeln können messtechnisch erfasst werden.

Bild 7.6: Einsatz der LIBD-Messapparatur in einem Talsperren-Wasserwerk

Zur besseren Interpretation der Messdaten sind weitere Messungen im online-Betrieb in verschiedenen Wasserwerken erforderlich, um die Einflussgrößen, wie beispielsweise Durchsatzschwankungen, zunehmende Beladung der Filter, variable Flockungsmittelmengen und andere Parameter näher zu untersuchen. Zur Ermittlung aussagekräftiger Partikelgrößenverteilungen müssen darüber hinaus Kalibrierkurven mit Partikeln verschiedener Größe und unterschiedlicher Zusammensetzung einzeln und in Mischung erstellt werden.


7.7 Reduzierung der PSM-Belastung bei ausgewählten Rohwasserressourcen – Eine Initiative der DVGW-Landesgruppe Baden-Württemberg

Mit der Initiative der DVGW-Landesgruppe wurden die ersten Schritte getan, um die Belastung der Rohwasserressourcen mit Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffen und Metaboliten in ausgewählten Gebieten nachhaltig zu senken. Im Projektzeitraum 2014 bis 2016

fungierten als Ausgangspunkt für die Reduzierung der PSM Belastung vom TZW ko-ordinierte PSM-Aktionskreise (Wasserversorger, Behördenvertreter, PSM-Hersteller, Landwirte) in drei Gebieten. In diesen Aktionskreisen wurden Maßnahmen diskutiert und festgelegt, die künftig einen Eintrag der auffälligen Wirkstoffe bzw. deren Meta-boliten ins Grundwasser reduzieren und gegebenenfalls ganz verhindern können. Die Aufgaben des Aktionskreises sind in Bild 7.4 schematisch dargestellt.

Bild 7.7: Aufgaben eines PSM-Aktionskreises zur Reduzierung der Belastung des Rohwassers mit PSM-Wirkstoffen und Metaboliten

Die Initiative kann zumindest im Einzelfall als Vorbild für andere Einzugsgebiete in Baden-Württemberg mit ähnlichen Problemen im Ressourcenschutz dienen. Um die Zusammenarbeit der Akteure auch langfristig zu sichern, wurde das Projekt um zwei Jahre verlängert. In diesen zwei Jahren soll insbesondere die Einbindung der Land-

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wirte und damit die Möglichkeit der Umsetzung konkreter Maßnahmen bzgl. der Re-duzierung der Pflanzenschutzmittelbelastung, welche z. B. in Form der Einrichtung eines Wirkstoffmanagements in den Einzugsgebieten, d. h. Reduzierung der Ein-satzmengen, eines Wirkstoffsplittings oder einer Mittelsubstitution bestehen könnte, angestrebt werden.

7.8 Untersuchungen zur Bilanzierung und Reinheitsprüfung von Phosphona-ten als Antiscalants im Prozess der Membranfiltration

Nanofiltrations- und Umkehrosmoseanlagen werden zur Enthär-tung und Entsalzung in Wasserwerken großtechnisch eingesetzt. Für einen sicheren Betrieb werden dem Rohwasser Antiscalants zugesetzt. Im Rahmen des DVGW-Vorhabens W7/01/13 wurde

die Reinheit von 19 Handelsprodukten in Bezug auf phosphorhaltige Verbindungen untersucht. Die Auswahl wurde so gewählt, dass repräsentative Aussagen zu den derzeit hauptsächlich eingesetzten Antiscalants getroffen werden können. Durch den Einsatz einer am TZW neu entwickelten Analysetechnik für Phosphonate (Kombina-tion aus IC-ICP-MS und IC-ESI-TOF) konnten die Gehalte der Wirkstoffe und phos-phorhaltiger Nebenbestandteile qualitativ und quantitativ erfasst werden.

Bild 7.8: Umkehrosmoseanlage in einem Wasserwerk


Es hat sich gezeigt, dass in den Produkten teilweise erhöhte Gehalte an uner-wünschten Edukten, Synthesezwischen- und Nebenprodukten enthalten sind. Diese Verbindungen werden derzeit nicht vom Hersteller aufgeführt und sind auch nicht in der §11-Liste zur Trinkwasserverordnung als Zusätze gelistet. Aus den neuen Er-gebnissen geht hervor, dass die Informationspflicht der Hersteller in Bezug auf In-haltsstoffe und Nebenbestandteile laut DIN EN 15040 somit nicht erfüllt ist.

7.9 Entwicklung einer Methode zum spurenanalytischen Nachweis von polyfluorierten Alkylphosphaten (PAP) in Bodenmatrix

Anlass für die Untersuchungen waren zahlreiche positive Be-funde von per- und polyfluorierten Chemikalien (PFC) in Grundwasser, Boden und landwirtschaftlichen Produkten, die

nach derzeitigem Kenntnisstand auf die Ausbringung von mit Papierschlämmen ver-unreinigtem Kompost zurückzuführen sind. Es stellt sich daher die Frage, welche Papierchemikalien als Vorläuferverbindungen (Präkursoren) für die hauptsächlich gefundenen Perfluoralkylcarboxylate (PFCA) in Frage kommen. Sowohl aufgrund von recherchierten eingesetzten Produkten als auch aus analytischer Sicht erscheint die Stoffklasse der polyfluorierten Alkylphosphate (PAP) als aussichtsreichster An-satz zur konkreten analytischen Prüfung auf Einzelstoffe. Im Rahmen des Projektes wurde daher eine zunächst halbquantitative analytische Methode für die Analytik ver-schiedener mono- und di-PAP (mono: einfach verestert, di: zweifach verestert) in Bodenmatrix entwickelt, um Belastungsschwerpunkte dieser Stoffgruppen sicher identifizieren zu können.

Im Verlauf der Optimierung der Extraktionsbedingungen konnte festgestellt werden, dass mono-PAP aufgrund ihrer Hydrolyseanfälligkeit bei der Lösungsmittelextraktion nicht zufriedenstellend erfasst werden können. Bei den untersuchten di-PAP (6:2/6:2 di-PAP und 8:2/8:2 di-PAP) ist dieser Effekt deutlich geringer ausgeprägt, so dass die Analytik zunächst auf diese beiden Komponenten beschränkt wurde. Nach erfolg-reicher Extraktion wu

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