Transport und Verbleib von Fäkalkeimen in Fließgewässern nach Mischwasserentlastungen

Das zentrale Ziel des Projektes ist die Verknüpfung der Transportprozesse in Fließgewässern mit den Vorgängen in der Biozönose. Am Beispiel der Isar sollen die Wechselwirkungen pathogener Keime aus fäkalen Verunreinigungen in der Bulkphase von Fließgewässern mit dem benthischen Biofilm untersucht und aufgeklärt werden. Die Hauptprozesse sollen durch Labor- und Felduntersuchungen quantifiziert, kinetisch formuliert sowie anschließend in das mathematische Modell zur Simulation des Keimwachstums und -transportverhaltens integriert werden.

Vorangegangene Untersuchungen haben aufgezeigt, dass Biofilme für den Rückhalt von pathogenen Keimen in Trinkwassersysteme eine Rolle spielen. Bisher existieren jedoch nur begrenzt Informationen über den Beitrag des benthischen Biofilms in Fließgewässern zum Rückhalt von Pathogenen. Im Vergleich zur Bulkphase eines Wasserkörpers bietet der Biofilm, ähnlich wie das Sediment, ein erhöhtes Angebot an Nährstoffen und Kohlenstoffverbindungen (Huminstoffe). Zusätzlich stellt der Biofilm einen Schutz vor hohen Strahlungsintensitäten (UV-Anteil des Sonnenlichtes) und Strömungsbedingungen der Bulkphase dar. Daher ist davon auszugehen, dass die günstigen Bedingungen im Biofilm die Entwicklung eines sogenannten „Reservoir“ für pathogene Keime begünstigen können.

Für die Aufklärung der Wechselwirkungen mit dem Biofilmkompartiment soll neben dem Übergang der Keime aus der Bulkphase in den benthischen Biofilm auch der Verbleib der Keime im Biofilm mittels einer Labor-Versuchsanlage (Fließrinne; Länge = 1 m, Breite = 0,1 m), Konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) und Particle Image Velocimetry (PIV) von Tracer-Keimen untersucht werden. Ergänzend erfolgt die Quantifizierung der Indikatorkeime (Fäkalkoliforme und Enterokokken) mit Hilfe klassischer Verfahren wie Filtrations- und Kultivierungstechniken, als auch real time-PCR und Mikrotiterplatten. Zusätzlich zu den Laborversuchen, wird im Sommer eine Natur-Versuchsrinne (Länge = 10 m, Breite = 0,5 m) in Betrieb gesetzt, um die Sedimentationsraten und Verteilung der Indikatororganismen zu bestimmen.

Anhand der erhobenen Messdaten wird ein Modell entwickelt, welches die wesentlichen Transport- und Verteilungsprozesse pathogener Keime im Fließgewässer abbildet. Wechselwirkungen zwischen Bulkphase und Biofilm werden unter Integration einer Absterbekinetik ebenfalls durch das Modell beschrieben. So soll der Verbleib von mikrobiellen (Indikator-)Keimen – und damit die mögliche Belastung mit Pathogenen – in einem durch festes Sohlsubtrat geprägtem Gewässer zuverlässig abgebildet werden.

Projektleiter	Prof. Dr. rer. nat. Harald Horn
Sachbearbeiter	Dr.-Ing. Evelyn Walters
Finanzierung	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)