Salze aus Wasser holen – und das Grundwasser anreichern

Langeoog/Im Nordwesten. Sinkende Grundwasserspiegel und zunehmende Versalzung von Grundwasser sind Herausforderungen der Gegenwart und Folgen der klimatischen Veränderungen. Um Lösungen geht es bei einem bundesweiten Forschungsprojekt mit Beteiligung des OOWV unter Federführung der Technischen Universität Dresden.

Zu diesem Zweck wird ab Ende 2022 für acht Monate eine Pilotanlage beim Wasserwerk Langeoog aufgebaut. Sie soll insbesondere Natrium und Chlorid aus dem küstennahen Grundwasser entfernen, um es anschließend wieder zum Zwecke der Grundwasseranreicherung zu versickern. Ziel ist, für diesen Vorgang spezielle Membrane zu entwickeln, durch die das Wasser entsprechend aufgereinigt werden kann. „Trinkwasserqualität hat es danach zwar nicht“, berichtet Yannick Tiemann, Projektleiter auf Seiten des OOWV. „Aber es kann anschließend dem Grundwasserkörper zugeführt werden.“ Denkbar sei möglicherweise auch, das so aufbereitete Wasser für industrielle Zwecke zu nutzen und auf diese Weise die Trinkwasserressourcen zu schonen.

https://www.oowv.de/der-oowv/presse/pressemitteilungen/news-einzelansicht/archiv/2021/juli/1/artikel/oowv-praxispartner-bei-bundesweitem-forschungsprojekt/

96% aller privaten Haushalte in Deutschland besitzen eine Waschmaschine. Was viele Verbraucher nicht wissen: Waschmaschinen, die Textilien eigentlich sauber machen sollen, können verkeimen. Die Hochschule Furtwangen hat nun eine kulturelle Studie zum Keimgehalt in Waschmaschinen veröffentlicht.

Feuchtigkeit, Wärme und ein großes Angebot an Nährstoffen schaffen in Waschmaschinen ideale Lebensbedingungen für das Wachstum von Mikroben wie Bakterien oder Pilzen. Aktuelle Trends wie das Waschen bei niedrigen Temperaturen, Wassersparprogramme und der Einsatz Bleiche-freier Flüssigwaschmittel begünstigen das Keimwachstum zusätzlich.

„Obwohl bekannt ist, dass Waschmaschinen anfällig für Verkeimungen sind, gab es bislang kaum Studien, die den Keimgehalt an verschiedenen Stellen von Waschmaschinen einmal konkret gemessen hätten. Da wollten wir Abhilfe schaffen.“, erläutert Studienleiter Prof. Dr. Markus Egert, der an der Hochschule Furtwangen Mikrobiologie und Hygiene lehrt. Im Fokus standen dabei vier leicht erreichbare Stellen: Die Einspülkammer und ihre Schublade sowie der obere und untere Teil der Bullaugendichtung.

Für die Studie wurden 10 häusliche Waschmaschinen aus dem Großraum Villingen-Schwenningen mit Tupfern beprobt. Aus den Abstrichen wurden Mikroorganismen auf Agarplatten kultiviert, gezählt und auf die beprobte Fläche hochgerechnet. Die isolierten Bakterien wurden anschließend noch anhand von Proteinspektren mittels MALDI-TOF-Analyse identifiziert.

Gemittelt über alle Probenahmestellen wurden 21.000 Keime pro cm2 bestimmt.
„Dabei wurden Spitzenwerte von bis zu 337.000 Keimen pro cm2 gefunden. Das entspricht ungefähr der Einwohnerzahl von Bielefeld“, so der Studienleiter Prof. Egert. Mit 111 Keimen pro cm2 die geringsten Keimzahlen zeigte der obere Teil der Bullaugendichtung. Diese Stelle trocknet sehr schnell ab, so dass den Mikroben hier vermutlich einfach die Lebensgrundlage fehlt.

Mehr als die Hälfte der in der Studie idenifizierten 40 Arten von Mikroorganismen ist als potentiell pathogen eingestuft und kann v.a. immungeschwächte Menschen krank machen. Bakterien in der Waschmaschine sind zudem eine bekannte Quelle für schlechten Geruch. Mit Pseudomonas oleovorans, Acinetobacter parvus, Moraxella osloensis und Rhizobium radiobacter wurden vier Bakterienarten gefunden, die bereits in einer früheren, rein molekuarbiologischen Studie der AG Egert als dominant in Waschmaschinen erkannt wurden. Diese Bestätigung kennzeichnet sie als wichtige Waschmaschinenbakterien, die man nun z.B. zum praxisnahen Testen antimikrobieller Reinigungsmaßnahmen oder Oberflächenbeschichtungen für Waschmaschinen nutzen kann.

„Unsere kleine Studie belegt eindrucksvoll die dichte und hygienerelevante Verkeimung von Waschmaschinen, und unterstreicht die Bedeutung von Feuchtigkeit. Waschmaschinen sollten regelmäßig gereinigt werden, z.B. durch Auswischen mit Allzweckreiniger, aber auch durch regelmäßiges Waschen bei mind. 60°C mit einem bleichehaltigem Pulverwaschmittel. Zum Austrocken sollten Bullauge und Einspülkammer zwischen den Wäschen offen gelassen werden.“, fasst Prof. Egert zusammen.

Die neue Studie wurde durch ein Forscherteam der Hochschule Furtwangen, der Universität Gießen und der Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf, erstellt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert (Förderkennzeichen 13FH197PX6). Erschienen ist sie in der Zeitschrift Microorganisms mit dem Titel „Cultivation-based quantification and identification of bacteria at two
hygienic key sides of domestic washing machines”.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Markus Egert, Hochschule Furtwangen

Originalpublikation:
Susanne Jacksch et al. (2021). Microorganisms 9(5), 905;
https://doi.org/10.3390/microorganisms9050905

Überflutungen wie kürzlich in Deutschland und weiteren Teilen von West- und Mitteleuropa bringen Zerstörung, Chaos – und eine Menge Schlamm. Der behindert nicht nur den Wiederaufbau der betroffenen Gemeinden, sondern birgt auch noch eine andere Gefahr: Giftstoffe, die sich im Sediment abgelagert hatten und nun ans Land getragen wurden. Ein internationales Forscherteam untersucht dieses Gefahrenpotenzial. Mehr:

https://www.laborpraxis.vogel.de/der-fluss-als-giftschlange-schadstoffe-aus-dem-sediment-a-1043849/?cmp=nl-297&uuid=

Originalpublikation:
Sarah E. Crawford, Markus Brinkmann, Jacob D. Ouellet, Frank Lehmkuhl, Klaus Reicherter, Jan Schwarzbauer, Piero Bellanova, Peter Letmathe, Lars M. Blank, Roland Weber, Werner Brack, Joost T. van Dongen, Lucas Menzel, Markus Hecker, Holger Schüttrumpf & Henner Hollert: Remobilization of pollutants during extreme flood events poses severe risks to human and environmental health, Journal of Hazardous Materials 421 (2022);DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126691

Entscheidungen in der Wassermanagementpraxis sind oft mit grossen Unsicherheiten verbunden. Die Quantifizierung und Kommunikation dieser Unsicherheit ist von entscheidender Bedeutung für die Unterstützung transparenter gesellschaftlicher Entscheide durch die Wissenschaft.

Wie kann die Forschung Entscheidungen in der Wassermanagementpraxis unterstützen, auch wenn vieles noch unsicher ist? Beim Managen von Flüssen sind etwa die Prognosen, welche Konsequenzen verschiedene Massnahmen haben werden, oft mit Unsicherheiten behaftet. Auch ist nicht immer klar, welcher Zustand bei Flussrevitalisierungsprojekten am Ende erreicht werden soll, denn die involvierten Akteure verfolgen teilweise unterschiedliche Ziele – etwa Erholung, Naturschutz, Hochwasserschutz, Fischfang oder Energiegewinnung – und beurteilen daher mögliche Resultate widersprüchlich. Dennoch gilt es am Ende, trotz der Unsicherheiten eine Entscheidung zu fällen.

Entscheidungsunterstützung statt Handlungsempfehlungen
Die Forschung versucht in solchen Situationen, Verwaltung und Politik mit formalen Verfahren bei den Entscheidungen zu unterstützen. Statt Handlungsempfehlungen zu geben, ist es das Ziel dieser Verfahren, die Vielfalt an möglichen Massnahmen offen darzulegen und aufzuzeigen, welche der vorgeschlagenen oder neu entwickelten Alternativen die gesellschaftlichen Ziele bestmöglich erfüllen. So sollen die Gründe für die Entscheidungen transparent gemacht werden, um sie vor der Gesellschaft rechtfertigen zu können.

Die Forschenden nutzen dazu einerseits wissenschaftliche Prognosen, um die Konsequenzen der Handlungsoptionen aufzuzeigen, zum Beispiel wie sich eine Flussrevitalisierung auf die Organismen im Gewässer, die Chemie und die Morphologie auswirkt. Andererseits kommen wissenschaftliche Methoden zum Einsatz, um die oft breite Palette an gesellschaftlichen Zielvorstellungen zu erfassen, strukturiert zu diskutieren und anschliessend ein klares Ziel zu formulieren. Denn oft steht am Anfang eines Flussrevitalisierungsprojekts nur ein eher vages Ziel, nämlich ein «guter Gewässerzustand». Doch was genau bedeutet das für die Fische im Fluss, für die Wirbellosen, die Wasserqualität und die morphologischen Merkmale? Mit qualitativen Analysen der verschiedenen Zielgrössen können die Forschenden die Entscheidungsträger und involvierten Akteure unterstützen, eine Zielhierarchie zu erstellen und schliesslich ein gemeinsames Ziel zu definieren.  

Der Schritt von qualitativen zu quantitativen Entscheidungsunterstützung
Für kleinere Entscheidungsprojekte ist eine qualitative Analyse meist ausreichend. Wenn es jedoch um grössere oder mehrere ähnliche Projekte geht, wünschen Verwaltung und Politik oft genauere Aussagen. Auch für die Entwicklung des Modulstufenkonzepts, einer Methode für die kantonalen Gewässerschutzfachstellen, um Fliessgewässer systematisch zu untersuchen und zu bewerten, sind präzisere Analysen vorteilhaft. Verantwortliche vom Bundesamt für Umwelt BAFU haben daher in den vergangenen Jahrzehnten gemeinsam mit Forschenden der Eawag und Mitarbeitenden kantonaler Gewässerschutzämter und Umweltberatungsbüros solche Methoden erarbeitet. In den letzten Jahren wurden erste derartige Verfahren basierend auf einer Zielhierarchie und der Bewertung des Grades der Zielerreichung formuliert. Im Modulstufenkonzept sind das bisher die Module für die Makrophytenbewertung von Fliessgewässern und für die morphologische Bewertung von Seeufern.

Unsicherheiten quantifizieren und verständlich kommunizieren
Gelingt es, Prognosen und gesellschaftliche Werte mithilfe mathematischer Formeln zu quantifizieren, bleibt das Problem, dass jetzt zwar präzisere Aussagen vorliegen, diese aber weiterhin die in der Grundproblematik innewohnenden Unsicherheiten beinhalten. Diese mathematischen Unsicherheiten klar und verständlich zu formulieren und zu kommunizieren, ist eine der grossen Herausforderungen, vor der die Forschung steht – nicht nur im Umweltmanagement.

Peter Reichert, Physiker und Leiter der Gruppe Systemanalyse und Wassermanagement an der Eawag, setzt genau hier an. Er entwickelt erweiterte Methoden, um diese Unsicherheiten umfassender zu quantifizieren und kommunizieren zu können. Hierzu kombinierte er etablierte und selten angewandte statistischen Techniken. Dieses Konzept publizierte er im Artikel «Towards a comprehensive uncertainty assessment in environmental research and decision support» in der Zeitschrift Water Science & Technology.

Wie reagiert die Praxis auf komplexere Ergebnisse?
In einem neuen, vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützten Projekt, entwickelt er diese Methoden nun gemeinsam mit Ambuj Sriwastava, Postdoc an der Eawag, weiter (siehe Projektbeschreibung unten). Wenn die mathematischen Grundlagen erarbeitet sind, wird es interessant sein, die neuen Methoden auf einen realen Fall anzuwenden und zu sehen, welche Vorteile und Herausforderungen die umfassende Berücksichtigung von Unsicherheiten mit sich bringt. Und eine grosse Frage bleibt am Schluss: Sind die Entscheidungsträger bereit, die etwas komplexeren Ergebnisse zu akzeptieren und ihre Entscheidungen darauf zu stützen?

SNF-Projekt «Comprehensive Uncertainty Assessment in Environmental Decision Support»
In konventionellen Entscheidungsunterstützungsverfahren werden in der Regel nur die Unsicherheiten der wissenschaftlichen Prognosen berücksichtigt. Wegen der grossen Unsicherheiten der Zielformulierungen und der Unsicherheit der Quantifizierung der Unsicherheit der Prognosen werden damit die Unsicherheiten nur unvollständig erfasst. Dieses Projekt hat das Ziel, aufzuzeigen, wie man die Unsicherheiten umfassender berücksichtigen kann und wie sich diese Methoden in der Praxis bewähren.
In einem ersten Schritt geht es darum, die Methoden für die Erfassung von Präferenzen und die Beschreibung deren Unsicherheit durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu verbessern. Damit wird man der Tatsache gerecht, dass nicht nur wissenschaftliche Prognosen, sondern auch die gesellschaftlichen Ziele unsicher sind. Wichtige Gründe dafür sind die unterschiedlichen Ziele verschiedener Personen, die sich über die Zeit wandelnden gesellschaftlichen Werte und die Schwierigkeit, diese Werte mathematisch zu beschreiben.
Als nächster Schritt sollen die Unsicherheiten in den Wahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden, die unsichere gesellschaftliche Werte aber auch unsichere wissenschaftliche Prognosen beschreiben. Als letzten Schritt soll eine Testanwendung der erarbeiteten Methoden auf Aspekte der Flussrevitalisierungsplanung die Praktikabilität der vorgeschlagenen Methoden zu beurteilen helfen. 

Originalpublikation
Reichert, P. (2020) Towards a comprehensive uncertainty assessment in environmental research and decision support, Water Science and Technology, 81(8), 1588-1596, doi:10.2166/wst.2020.032, Institutional Repository

Links
REFORM – Restoring rivers for effective catchment management, Eawag-Projekt
Modulstufenkonzept – Informationen vom Bundesamt für Umwelt BAFU
Erstellt von Bärbel Zierl

https://www.eawag.ch/de/news-agenda/news-plattform/news/wassermanagement-entscheiden-trotz-unsicherheiten/