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16 WASSER-, ABWASSERBEHANDLUNG UmweltJournal /September 2019 DNA entlarvt Mensch als Hauptverursacher von Fäkalien in der Donau Wer hat da in die Donau gemacht? Karl Landsteiner Privatuniversität Krems, Technische Universität Wien und Medizinische Universität Wien legten vergangenes Jahr Ergebnisse der größten Wasserhygiene- Studie ihrer Art vor. CSI und Forensik identifizieren nicht nur Serienmörder, sondern auch die Verursacher von Wasserverschmutzungen. Zumindest wenn es um Fäkalien geht. Das hat ein Team um Andreas Farnleitner von der Karl Landsteiner Privatuniversität Krems (KL Krems) und der TU Wien vergangenes Jahr für die Donau zeigen können. Grundlegend dafür war eine von ihm gemeinsam mit Kollegen des Interuniversity Cooperation Centre for Water & Health (ICC Water & Health) verfeinerte molekulargenetische Methode, die anhand von Bakterien-DNA eine Unterscheidung von menschlichen und tierischen Fäkalien erlaubt. Mit den bisherigen Standardmethoden ist dies nicht möglich gewesen. Doch genau das ist wichtig, wenn es darum geht, bei einer akuten Wasserverschmutzung die Verursacher zu identifizieren. Damit ist klar: Der Mensch ist weiterhin die Hauptquelle für die mikrobielle Fäkalverunreinigung in der Donau – trotz Abwassermanagement und Kläranlagen. Das ist das Ergebnis der umfangreichen Analyse der Fäkalbelastung der Donau. Dabei kam die neue molekulargenetische Methode zum Einsatz. Mensch oder Tier Foto: colourbox Der Mensch ist weiterhin die Hauptquelle für die mikrobielle Fäkalverunreinigung in der Donau – trotz Abwassermanagement und Kläranlagen. „Flüsse dienen häufig der Gewinnung von Trinkwasser“, erklärt Andreas Farnleitner, der den Fachbereich Wasserqualität und Gesundheit an der KL Krems leitet. „Verunreinigungen mit Fäkalien stellen daher eine potenzielle Gefährdung der Gesundheit dar. Die standardisierten Nachweismethoden basieren auf der Kultivierung von Fäkalindikatorbakterien und geben keine Auskunft über die Kontaminationsverursacher, also ob die Fäkalien menschlichen oder tierischen Ursprungs sind. Das von uns in der Donau-Studie angewendete genetische Verfahren gibt hingegen genau darüber Auskunft.“ Grundlage des Verfahrens sind dabei genetische Marker spezifischer Bakterienarten (Bacteroidetes), die Bestandteil der Ausscheidungen von Mensch und Tier sind. Anhand ihrer jeweiligen typischen DNA-Sequenzen lassen diese Marker Rückschlüsse darüber zu, ob eine Fäkalienbelastung von Menschen, Wiederkäuern oder Schweinen stammt. Da die wirtsassoziierten Fäkalmarker (host-associated Bacteroidetes genetic faecal marker) im Donauwasser jedoch in geringer Konzentration vorkommen, vervielfältigte das Team um Farnleitner diese mit der sogenannten PCR-Methode (Polymerase Chain Reaction), um sie anschließend zu identifizieren und Menschen, Wiederkäuern oder Schweinen zuzuordnen. „Das Ergebnis war eindeutig: Über eine Länge von 2.580 Kilometern stammen die mikrobiellen Fäkalbelastungen in der Donau vor allem vom Menschen. Die Rolle von Weidevieh und intensiver Schweinehaltung entlang des Flusses war überall vergleichsweise gering“, erläutert Alexander Kirschner vom Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie der Medizinischen Universität Wien, der gemeinsam mit Farnleitner die Studie koordinierte. „Das ist insofern bedeutend, als menschliche Verunreinigungen potenziell gefährlicher sind. Denn die darin enthaltenen Arten von Krankheitserregern besitzen für den Menschen in der Gesamtheit ein höheres Infektionspotenzial als dies tierische Erreger haben. Aber – auch das muss in aller Deutlichkeit gesagt werden – die Donau ist für ihre Größe, dank der zahlreichen Gewässerschutzmaßnahmen, ein ausgesprochen sauberes Gewässer”. Internationale Studie Tatsächlich gelang es dem Team, die praktische Nutzanwendung der neuen Methode für ein großes internationales Fluss- und Einzugsgebiet unter Beweis zu stellen. Begonnen hatte diese Arbeit bereits im Jahr 2013 und wurde von Wissenschaftlern vorwiegend aus dem Donauraum im Rahmen des Joint Danube Survey 2013 (JDS2013) durchgeführt. An über 70 Stellen der Donau wurden damals sowohl im Mittellauf des Flusses, als auch in Ufernähe Proben entnommen. Zusätzlich wurde an drei ausgesuchten Entnahmestellen die mikrobiologische Wasserqualität über einen Zeitraum von einem ganzen Jahr beobachtet. Alle Proben wurden dann sowohl mit den Standardmethoden auf Basis von Indikatorbakterien, als auch mit molekularbiologischen Methoden zum Nachweis von genetischen Markern untersucht. Die weitere Analyse der über 4.000 Proben wurde dann bereits zusammen mit dem Team der KL Krems durchgeführt. Die großen Mengen an Daten zur räumlichen und zeitlichen Verteilung von mikrobiellen Fäkalbelastungen in der Donau, sowie die Identifizierung ihrer Verursacher machen diese durchgeführten Untersuchungen zu den umfangreichsten ihrer Art. VLT® AQUA DRIVE FC 202 Flexibel, modular und anpassungsfähig Beste Wahl für alle Wasseranwendungen 30% Kostensenkung im ersten Jahr im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssystemen Tägliche Lastschwankungen in der Wasserversorgung machen eine moderne Drehzahlregelung aller Pumpen, Ventilatoren und Gebläse wirtschaftlich notwendig. Danfoss Drives bietet Ihnen das umfangreichste Portfolio am Markt. 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September 2019/ UmweltJournal WASSER-, ABWASSERBEHANDLUNG 17 Fischtreppe verbindet Drau mit dem Völkermarkter Stausee Kärntens höchste Fischtreppe in Betrieb Feierliche Inbetriebnahme der Fischwanderhilfe beim Verbund-Kraftwerk Edling. In 148 aneinandergereihten Becken können Fische ab sofort das Drau-Kraftwerk passieren und in den Völkermarkter Stausee schwimmen. Von der Koppe bis zum Hecht bewältigen Fische dabei einen Höhenunterschied von mehr als 22 Metern. Nach einjähriger Bauzeit wurde Mitte Mai beim Drau-Kraftwerk Edling Kärntens höchste Fischwanderhilfe in Betrieb gesetzt. Fast sechzig Jahre lang bildete das Kraftwerk Edling für Fische und andere aquatische Lebewesen eine Barriere im Fluss. Mit der neuen Fischwanderhilfe ist ein Umschwimmen des Kraftwerks möglich. Fische, die etwa zum Laichen drauaufwärts schwimmen, können über die 650 Meter lange Fischwanderhilfe aus der Drau in den 22,2 Meter höher gelegenen Völkermarkter Stausee gelangen. Die neue Fischwanderhilfe in Edling wurde mit 450.000 Euro vom Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus gefördert. „Die heutige Inbetriebsetzung der Fischwanderhilfe Edling stellt nicht nur eine gewässerökologische Aufwertung dar, vielmehr wird ein vor Jahrzehnten aufgetrennter Lebensraum wieder verbunden“, sagte Achim Kaspar, im Vorstand der Verbund AG für den Bereich Stromerzeugung zuständig: „Wir sind stolz auf den vielfältigen Wert der Wasserkraft und stellen besonders auch hier an der Drau jeden Tag unter Beweis, dass wir die höchsten Anforderungen an eine saubere und ökologisch nachhaltige Stromerzeugung erfüllen.“ Zwei Tunnels und 24 Ruhepools „Wasserkraft ist die bedeutendste Energiequelle Kärntens. Unsere zehn Wasserkraftwerke an der Drau bilden das Rückgrat der Stromerzeugung und liefern mehr als die Hälfte des gesamten Kärntner Jahresstrombedarfs“, sagte Michael Amerer, Geschäftsführer der Verbund Hydro Power GmbH, die in Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie allein in Kärnten bis zum Jahr 2027 etwa 25 Millionen Euro in Ökologie-Projekte investieren wird. Das Kraftwerk Edling wurde von 1958 bis 1962 am Beginn der Schluchtstrecke der Drau im Jauntal errichtet, weshalb die Planung und Realisierung der Fischwanderhilfe das Projektteam vor einige knifflige Herausforderungen stellte: „Um den enormen Höhenunterschied von 22,2 Metern abzubauen, mussten zwischen dem Einstiegs- und Ausstiegsbauwerk 148 einzelne Standardbecken, 24 Ruhepools sowie ein Verteilbauwerk mit elf Ausstiegsöffnungen errichtet werden. Dabei wird pro Becken eine Wasserspiegeldifferenz von 15 Zentimetern überwunden“, so Verbund-Projektleiterin Sabine Käfer. Außerdem musste die Fischwanderhilfe die Bundesstraße auf der Dammkrone sowie die Zufahrtsstraße zum Kraftwerk mit zwei Tunnelabschnitten unterqueren. Fischkamera dokumentiert jeden einzelnen Fisch Die Konstruktion ermöglicht eine konstante Wasserhöhe in der Fischwanderhilfe, wofür aus dem Völkermarkter Stausee in jeder Sekunde etwa 450 Liter Wasser in das Verteilbauwerk strömen. Wie schon beim Unterlieger-Kraftwerk in Schwabeck wird auch die neue Fischwanderhilfe in Edling mit einer Fischkamera ausgerüstet, die im Rahmen eines umfangreichen Monitoring-Programms die Funktionstüchtigkeit wissenschaftlich dokumentieren wird. Die Gesamtkosten für die Fischwanderhilfe Edling belaufen sich inklusive Monitoring- Programm auf etwa drei Millionen Euro. 1: Die 650 Meter lange Fisch-Umleitung mit zwei Tunnels und 24 Ruhepools ermöglichen ein Umschwimmen des Kraftwerks Edling. | 2: Aufwärts oder abwärts: Eine Fischkamera dokumentiert jeden einzelnen Fisch. | 3: Zur Eröffnungsfeier von links nach rechts: Mag. Michael Amerer (VERBUND Hydro Power), DI Sabine Käfer (Projektleiterin), Mag. Gisela Ofenböck (Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus) und Dr. Achim Kaspar (Vorstand VERBUND AG) Wiederverwendung von Abwasser: Xylem braut Bier aus behandeltem Wasser Xylem, die Berliner Wasserbetriebe und das Kompetenzzentrum Wasser Berlin brauen ein Bier aus gereinigtem und aufbereitetem Abwasser. Die Vorstellung und Verköstigung des Bieres fand auf der Internationalen Konferenz zur Wasser- Wiedergewinnung und -Wiederverwendung im Mercure Hotel MOA, Berlin statt. Abwasser wiederverwenden: Mit moderner Technologie ist das selbst dann wirtschaftlich und effizient möglich, wenn das Abwasser aus dem Klärwerk kommt. Passend zur zwölften in Berlin stattfindenden „IWA International Conference on Water Reclamation and Reuse“ stellte nun Xylem ein eigenes gebrautes Bier mit Namen „Reuse Brew“ vor. Es besteht aus Hopfen und Gerstenmalz – und gereinigtem Abwasser. „Die Wasserqualität ist der Maßstab, nicht seine Geschichte“, sagt Jens Scheideler, Global Reuse Manager bei Xylem und Mitinitiator des Projekts. „Bei Pilotprojekten in den USA hat Xylem bereits Erfahrungen mit dem ‚Re-Use-Bier‘ gesammelt. Dafür wird das Wasser mehrstufig gereinigt und erreicht am Ende des Prozesses die Qualität und Sicherheit von Trinkwasser.“ Die Wasserreinigung im Detail In den Klärwerken Deutschlands gibt es drei, manchmal bis zu vier Reinigungsstufen, die das Abwasser durchläuft. Um Medikamentenrückstände oder Spurenstoffe zu entfernen, kommt die sogenannte vierte Reinigungsstufe zum Einsatz: Hierbei haben sich insbesondere Ozon und Aktivkohle als Verfahren etabliert, und Xylem bietet diese beiden Verfahren als integrierte Lösung an. Im OxeliaTM Prozess werden Chemikalien und Medikamentenrückstände durch Ozon oxidiert sowie Viren und Bakterien abgetötet. Im nachgeschalteten biologisch aktivierten Aktivkohlefilter werden die vom Ozon oxidierten Stoffe noch weiter von Mikroorganismen entfernt. Das Wasser ist danach so gereinigt, dass es bedenkenlos in Flüsse und Seen direkt eingeleitet werden kann. Um Trinkwasserqualität zu erreichen, wird nach dem Oxelia-Verfahren das Wasser durch einen weiteren Aktivkohlefilter geführt, welcher Stoffe adsorbiert, die nicht durch das Ozon oder Mikroorganismen reduziert werden konnten. Im vorletzten Schritt findet eine Umkehrosmose (RO für Reverse Osmosis) statt: Hierbei wird eine Membran verwendet, die nahezu nur Wassermoleküle durch lässt. Bereits jetzt ist das Wasser hochgradig rein und enthält, wenn überhaupt, nur noch geringe Spuren von Industriechemikalien oder pathogenen Keimen. Finale Stufe mit UV-Licht und Wasserstoffperoxid Um allerhöchste Qualität und Verbrauchersicherheit zu gewährleisten, durchläuft das Wasser noch eine finale Aufbereitungsstufe: den Xylem MiPRO-Prozess mit UV-Licht und Wasserstoffperoxid. Diese UV-Oxidation bringt das Wasser auf die höchstmögliche Reinheitsstufe. Weitere 99,9999 Prozent aller noch eventuell vorhanden Viren und Keime werden deaktiviert und sämtliche Industriechemikalien und andere Schadstoffe um weitere 90 bis 99 Prozent reduziert. Das Wasser ist nun so rein, dass es die Qualität vieler Tafelwässer sogar übertrifft und ist damit auch in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie einsetzbar. „Unser Reuse Brew ist nach allen Regeln der deutschen Braukunst gebraut und enthält neben recyceltem Wasser die besten Zutaten, die ein Craftbier benötigt“, sagt Jan-Karl Nielebock, Applikationsmanager Food und Beverage und Diplom-Brauingenieur. Xylem will mit seinem Bier weltweit ein Zeichen setzen und aufzeigen, dass dank Fotos: xylem Fotos: Verbund 1: Das EU-Projekt AquaNes auf einem Klärwerk der Berliner Wasserbetriebe zeigt, was möglich ist: Die Xylem-Technologie reinigt das Abwasser so zuverlässig und effektiv, das es in der Folge genutzt werden kann – zum Beispiel, um ein Bier zu brauen. 2: Diplom-Brauingenieur Jan-Karl Nielebock, Applikationsmanager Food und Beverage bei Xylem, testet das frisch gebraute Re-Use Bier. Xylem-Technologien wie UVund Ozonanlagen aus Abwasser reines Wasser in Trinkwasserqualität entstehen kann. Auch mit Regenwasser als eine Zutat für Bier hat Xylem bereits Erfahrungen gesammelt. Gemeinsam mit der Fußballmannschaft Manchester City wurde eigens zur errungenen Meisterschaft in der englischen Premier League kürzlich das Bier „Raining Champions – Rainwater Brew“ vorgestellt.
