Kurzüberblick:
Zentrales Thema:	Wasser und Energie
Veranstaltungsort:	Neu-Ulm
Teilnehmerzahl:	ca. 240
Ehrungen:
Ehrennadelträger	Dr. Walter Weber Prof. Dr. Wolfgang Calmano
Preisträger:
Promotionspreis	Dr. Arne Wick
Willy-Hager-Preis	Dr. Clemens Fritzmann
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Vom 14. bis 16. Mai 2012 traf sich die Wasserchemische Gesellschaft, Fachgruppe der GDCh, zu ihrer Jahrestagung "Wasser 2012" mit rund 240 Teilnehmern in Neu-Ulm. Zu den wichtigen Themen zählten Wasser und Energie ebenso wie Fragestellungen zur Wasseranalytik und Trinkwasser- und Abwasseraufbereitung. Weitere Beiträge zum Schutz von Gewässern und Grundwasser sowie über die darin enthaltenen Kolloide/Spurenstoffe unterschiedlichster Herkunft und Qualität standen zur Diskussion.

Das Vortragsprogramm wurde ergänzt durch eine Posterausstellung mit Beiträgen zu den genannten Themenbereichen sowie zusätzlich zum Thema Sedimente/Altlasten.

Auch in 2012 deckte das Programm der Jahrestagung alle wichtigen Bereiche der wasserchemischen Forschung ab. Während die Vorträge relativ gleich über die verschiedenen Gebiete verteilt waren, dominierte bei den Postern die Analytik, gefolgt von den Bereichen Gewässer und Trinkwasser.

Auffällig war während der "Wasser 2012" das starke wissenschaftliche Interesse an den Transformationsprodukten, die bei der Wasserbehandlung, insbesondere bei oxidativen Prozessen (zum Beispiel Ozonung), entstehen. Transformationsprodukte spielten dabei nicht nur im Analytik-Block eine Rolle, sondern auch in mehreren Beiträgen in anderen Bereichen, wie zum Beispiel Aufbereitung, Abwasser oder Trinkwasser.

Der Sonderblock "Wasser und Energie" zeigte sehr eindruckvoll die Bedeutung der Wasserchemie im Rahmen der aktuellen Entwicklungen auf dem Energiesektor. Insgesamt bot die Jahrestagung "Wasser 2012" eine breite Palette von interessanten Beiträgen, die sowohl bei Wissenschaftlern als auch bei Praktikern auf reges Interesse stießen und dementsprechend eifrig diskutiert wurden.

Neben dem wissenschaftlichen Programm gab es auch wieder ein Rahmenprogramm, das gut angenommen wurde. Das beliebte Jungforscher-Forum am Sonntagabend umfasste diesmal eine Besichtigung des Wasserwerks Langenau mit anschließender Verköstigung auf Einladung der Landeswasserversorgung. Den Gastgebern sei an dieser Stelle noch einmal herzlich gedankt. Ebenfalls sehr gut besucht war das gesellige Zusammensein, das in angenehmer Atmosphäre im Stadthaus Ulm stattfand. Auch außerhalb des Programms bot insbesondere Ulm auf der anderen Seite der Donau viel Sehenswertes.

Verdienste um das Wasserfach:
Lange Tradition hat in der Wasserchemischen Gesellschaft die Vergabe von Preisen für herausragende Forschungsarbeiten.

Die Ehrennadel der Wasserchemischen Gesellschaft erhielten Dr. Walter Weber (Zweckverband Landeswasserversorgung, Langenau - links links) für seine langjährige Unterstützung der Jahrestagungen und Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Calmano (TU  Hamburg-Harburg - Bild rechts), der dem Haupt- ausschuss III – Wissenschaftliche Grundlagen – zwölf Jahre lang vorsaß.

Ausgezeichneter Nachwuchs:

Im Rahmen der Eröffnungsveranstaltung wurde der Preis der Willy-Hager-Stiftung, gemeinsam vergeben mit der DECHEMA, an Dr.-Ing. Clemens Fritzmann (Bild links, 2. v.l.) verliehen, der im Oktober 2011 am Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik der RWTH Aachen mit der Arbeit "Micro-Structured Spacers for Intensified Membrane Process Performance" promoviert hat. Der Preisträger entwickelte einen neuartigen Mikromischer als Spacer für ausgewählte Membranverfahren. Solche Verfahren kommen beispielweise bei Filtrationsprozessen zum Einsatz. Aktuell leiden solche Systeme daran, dass der Stofftransport in der Membran leicht gestört werden kann. Zudem neigen sie leicht zum Biofouling, der Anlagerung von Partikeln an die Membran, sodass diese verstopft. Der neuentwickelte Membranspacer in Form gegenläufig gewendelter doppelhelikaler Filamente löst mehrere dieser Probleme. Durch seine gewundene Form wird der Transmembranfluss bei gleichem Energieeintrag um 50 % erhöht. Gleichzeitig nimmt die Neigung zum Biofouling ab, da der neuartige Spacer, verglichen mit konventionellen Netzspacern, weniger Membrankontakt hat und somit weniger Angriffspunkte bietet. Ein entsprechendes Patent für eine spätere kommerzielle Nutzung wurde vom Autor bereits eingereicht.

Ausserdem wurde der von der Walter-Kölle-Stiftung geförderte Promotionspreis an Dr. Arne Wick (Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz) für seine Arbeiten zur Eliminierung von organischen Spurenstoffen in der biologischen Abwasserreinigung verliehen. Arne Wick legte Ende Dezember 2010 seine Dissertation "Occurrence and fate of emerging organic micropollutants in biological wastewater treatment"  vor, mit der er an der Universität Koblenz-Landau promovierte. Die Arbeit wurde an der Bundesanstalt für Gewässerkunde unter Betreuung durch Priv.-Doz. Dr. Thomas Ternes angefertigt.

  Link zur Dissertation Dr. Arne Wick

Die Preisträger präsentierten in ihren Vorträgen, die traditionell das Vortragsprogramm eröffneten, wichtige Schlussfolgerungen aus den jeweiligen Promotionsarbeiten.






Analytik
Wie auch in den Jahren zuvor spielte die Anwendung verschiedener Analysemethoden in vielen Vorträgen und Postern eine Schlüsselrolle zur Beantwortung der jeweiligen Fragestellungen. Im Vortragsblock "Analytik" lag der Fokus hingegen mehr auf der Entwicklung neuer Methoden sowie deren Anwendung in der Wasserchemie. Es wurden drei Beiträge zur analytischen Methodenentwicklung auf den Gebieten der substanzspezifischen Isotopenmessung, der massenspektrometrischen Detektion nach flüssigchromatographischer Trennung (LC-MS/MS) sowie nach gaschromatographischer Trennung mittels Membraneinlassspektrometrie (MIMS) vorgestellt.

Der Vortrag von Martin Elsner (Helmholtz-Zentrum München, Institut für Grundwasserökologie) beschäftigte sich mit der substanzspezifischen Chlor- und Kohlenstoffisotopenanalytik. Nach einer Grundwasserkontamination durch zum Beispiel Trichlorethylen (TCE) stellt sich oft die Frage nach dem Abbau sowie nach der Bildung eventuell toxischer Produkte. Die Messung substanzspezifischer Isotopen erlaubt es, Aussagen hierzu zu machen. Hierzu wird zum Beispiel das Verhältnis 13C/12C und 37Cl/35Cl genutzt. Da Moleküle mit leichten Isotopen schneller umgesetzt werden, kann man aus den Isotopen-Verhältnissen genaue Aussagen zum Abbauverhalten tätigen. Mit dieser Methode konnte der TCE-Abbau im Feld nachgewiesen werden, allerdings ist der Mechanismus des Abbaus noch nicht komplett aufgeklärt.

Der Vortrag von Sebastian Kowal (IWW Mülheim an der Ruhr) beschäftigte sich mit dem Thema des Matrix-Einflusses bei der Quantifizierung von polaren Pflanzenschutzmittel-Metaboliten in verschiedenen Wässern. Hierzu wurden systematisch verschiedene Salze der Probe hinzugegeben und deren Einfluss auf den Ionisierungsprozess in der Ionenquelle des Massenspektrometers untersucht. Im Rahmen der Methodenvalidierung konnten sehr gute Ergebnisse zur Reproduzierbarkeit und Linearität gewonnen werden.

Im Vortrag von Christina Schmalz (Universität Tübingen) ging es um die quantitative Bestimmung von Trichloramin im Wasser und in der Luft von Hallenschwimmbädern. Trichloramin kann als Desinfektionsnebenprodukt (DNP) aus stickstoffhaltigen Belastungsstoffen gebildet werden und ist chemisch und thermisch sehr instabil. Nach Schaffung einer kontrollierten und kontinuierlichen Gaserzeugung gelang es, Trichloramin mittels Membraneinlassspektrometrie (MIMS) quantitativ in wässrigen Proben zu messen. Für die Untersuchung flüchtiger DNPs, wie zum Beispiel Chloroform, diente unter anderem ein Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) als Detektor.


Aufbereitung
Transformationsprodukte, die bei der Ozonung entstehen können, gelangen zunehmend in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses. In zwei der drei Vorträge des Blocks Aufbereitung spielten Transformationsprodukte eine Rolle.

Marco Scheurer (DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe) stellte Ergebnisse der Strukturaufklärung von Oxidationsprodukten der beiden künstlichen Süßstoffe Acesulfam und Cyclamat vor. Zur Strukturaufklärung wurden verschiedenste analytische Techniken eingesetzt. Im Falle des Cyclamats konnten Amidosulfonsäure und Cyclohexanon als Hauptprodukte bei der Ozonung identifiziert werden, während bei Acesulfam Essigsäure und Dihydroxyacetylsulfamat die Hauptprodukte sind. Für die Umsetzungen der Süßstoffe wurden entsprechende Reaktionsmechanismen diskutiert.

Uwe Hübner (TU Berlin, Fachgebiet Wasserreinhaltung) sprach über die Entfernung von Carbamazepin und seinen Transformationsprodukten durch die kombinierte Behandlung mit Ozon und Grundwasseranreicherung. Mittels LC-MS/MS konnten vier Transformationsprodukte der Ozonung detektiert werden. Die Grundwasseranreicherung wurde mithilfe von Sandsäulen simuliert. Dabei zeigte sich, dass zumindest drei der Transformationsprodukte relativ schnell, das heißt innerhalb einer Aufenthaltszeit von fünf bis sechs Tagen, weitgehend entfernt werden. Daraus lässt sich ableiten, dass die Transformation von Carbamazepin durch Ozonung zu einer Verbesserung der Entfernung bei der anschließenden Grundwasseranreicherung führt.

Der Vortrag von Bertram Skibinski (TU Dresden, Professur Wasserversorgung) hatte die Entfernung von Monochloramin aus Schwimmbeckenwasser mittels Aktivkohle zum Thema. Monochloramin wird bei der Desinfektion mit Chlor aus der gebildeten hypochlorigen Säure HOCl und dem durch Badegäste eingetragenen Ammoniumstickstoff gebildet. Zur Entfernung eignen sich heterogen Reaktionen an Aktivkohleoberflächen, die zu Ammoniak oder Stickstoff führen. Entscheidend für die Reaktionsgeschwindigkeit sind transportlimitierende Prozesse. Im Vortrag wurde gezeigt, wie der Einfluss dieser transportlimitierenden Prozesse durch gezielte Untersuchungen unter Variation der Durchflussgeschwindigkeit und der Aktivkohlekorngröße nachgewiesen werden kann.


Abwasser
Die sich bereits im Verlauf der Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft im Jahr 2011 abzeichnende Fokussierung von Forschungsarbeiten und praktischen Erprobungen auf den Themenkomplex Mikroverunreinigungen (Spurenstoffe) und deren Abbau oder Entfernung in Abwasserbehandlungsanlagen spiegelte sich auch dieses Jahr in der Mehrzahl der Vorträge wider. Darüber hinaus wurden in weiteren Beiträgen die Ermittlung von Ursachen für Betriebsstörungen in einer kommunalen Kläranlage und deren Behebung dokumentiert und Maßnahmen zur Minimierung des Foulingpotenzials der im Abwasser enthaltenen Substanzen ermittelt, die häufig als kolloidales Fouling ein Problem bei der Verwendung von Niederdruckmembranen in der weitergehenden Abwasserbehandlung sind.

Eine neue, weitergehende Abwasserbehandlungstechnik wurde von Saskia G. Zimmermann (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) vorgestellt. Am Beispiel des Schmerzmittels Tramadol – einem vollsynthetischen Arzneistoff aus der Gruppe der Opioide – wurden Ergebnisse mit dem Oxidationsmittel Ferrat vorgestellt. Dieses Oxidationsmittel wird von Fe(VI) zu Fe(III) reduziert und wirkt in dieser Form anschließend als Fällungsmittel für Phosphat. Im Vergleich zur Oxidation mit Ozon fehlt für Ferrat jedoch noch eine Reihe von Daten zu den entstehenden Oxidationsprodukten. Laborversuche weisen darauf hin, dass mit Ferrat eine ähnliche Reduktion von Mikroverunreinigungen (Abbau und Elimination) erreicht werden kann wie mit Ozon.

Maike Cyris (IWW-Zentrum Wasser, Mülheim an der Ruhr) trug Ergebnisse zum Abbau von Gadolinium-Chelaten vor. Gadolinium(III)-Verbindungen werden als Kontrastmittel bei Untersuchungen mithHilfe der Kernspintomographie verwendet. Gadolinium-Chelate werden in konventionellen Kläranlagen nicht abgebaut und auch nicht adsorbiert. Eine direkte Reaktion von Chelaten mit Ozon findet praktisch nicht statt. Allerdings erfolgt bei entsprechenden Ozongaben ein Abbau über OH-Radikale, die durch die Reaktion von Ozon mit der Abwassermatrix gebildet werden.

Christopher Keysers (RWTH Aachen, Institut für Siedlungswasserwirtschaft) berichtete über die Ergebnisse nach Teilstrombehandlung mit Ozon und Pulveraktivkohle in Verbindung mit einem dynamischen Rezirkulationsbetrieb auf der Kläranlage Schwerte. Dabei wurde der behandelte Teilstrom vom Ablauf der Nachklärung in die biologische Reinigungsstufe zurückgeführt. Untersucht wurden 13 als Leitparameter definierte Spurenstoffe bei unterschiedlichen Versuchseinstellungen und mit den Ergebnissen einer konventionellen Anlage im Parallelbetrieb verglichen. In Abhängigkeit von den Versuchseinstellungen ergaben sich für die verschiedenen Leitparameter grundsätzlich verbesserte Ablaufwerte, die aber in Abhängigkeit von der spezifischen Versuchseinstellung und dem jeweiligen Leitparameter stark variieren können (zum Beispiel Röntgenkontrastmittel).

Thorsten Reemtsma (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, Leipzig) berichtete über die Ursachenklärung für das offensichtlich häufiger auftretende Problem der Störung der Nitrifikation in kommunalen Kläranlagen am Beispiel einer Kläranlage der Berliner Wasserbetriebe. In einem Non-Target-Screening konnten oft unerkannte Einleitungen von Thioharnstoff als Verursacher identifiziert werden. Im Anschluss daran wurde für die Quantifizierung von Thioharnstoff eine Methode mittels LC-MS/MS entwickelt, um gezielt weitere Kläranlagen untersuchen zu können. Für dieses abwasserspezifische Verfahren liegt dem DIN bereits ein Normungsantrag vor.

Martin Schulz (TU Berlin, Fachgebiet Wasserreinhaltung) stellte erste Ergebnisse zur Reduzierung des kolloidalen Foulings von Niederdruckmembranen in der weitergehenden Abwasserbehandlung vor. Eine Partikelanalyse des gereinigten Abwassers durch die Nanoparticle Tracking Analysis ermöglicht eine zuverlässige Vorhersage des Foulingpotenzials und eine reproduzierbare Abschätzung des Einflusses einer angepassten Vorbehandlung aus Ozonung und Flockung. Somit steht ein schnelles Indikatorsystem zur Verfügung, dass zurzeit in Langzeitversuchen validiert wird. Weitere Versuche im Hinblick auf die Abschätzung eines irreversiblen Foulings sind geplant.

Trinkwasser
Pflanzenschutzmittelwirkstoffe und ihre Metabolite sind trotz jahrzehntelanger Bestrebungen zur Minimierung ihres Eintrags in die Trinkwasserressourcen leider regional noch immer ein aktuelles Thema der Trinkwasserqualität. Am Beispiel des Landes Schleswig-Holstein verdeutlichte Axel Matthiessen (Universitätsklinikum Kiel, Medizinaluntersuchungsamt und Hygiene), dass die öffentliche Wasserversorgung weitgehend frei von Pflanzenschutzmittel-Belastungen ist. Dagegen sind die ca. 10 000 registrierten Hausbrunnen, über die rund 1,3 % der Bevölkerung des Bundeslandes mit Trinkwasser versorgt werden, den anwendungsbedingten Einflüssen deutlicher ausgesetzt. In der vorgestellten Studie sollte diese Annahme überprüft werden. Hierzu wurden Kleinanlagen ausgewählt, die auf oberflächennahe, schlecht geschützte Grundwasserleiter in Gebieten intensiver landwirtschaftlicher und gärtnerischer Nutzung zurückgreifen. Die Auswahl erfolgte anhand einer GIS-basierten Risikobewertung, in die Daten zur Bodenart, Flächennutzung und -struktur, bekannte auffällige Befunde für Nitrat und Pflanzenschutzmittel eingingen. Die Kooperationsbereitschaft von verantwortlichen Aufsichtsbehörden und Brunnenbesitzern sowie die Vollständigkeitsprüfung der Daten führte zur endgültigen Festlegung von 100 Probenahmestellen. Untersucht wurden 34 Wirkstoffe und Abbauprodukte aus der offiziellen Parameterliste für Trinkwasseruntersuchungen in Schleswig-Holstein, Stand 2009. Am häufigsten nachgewiesen wurden Bentazon, Simazin, Hexazinon und Metribuzin sowie die Metabolite Dimethylsulfamid und Desphenylchloridazon. Der Grenzwert der Trinkwasserverordnung wurde in elf Fällen für zum Teil nicht mehr zugelassene Einzelwirkstoffe und in 18 Fällen für die Summe der Wirkstoffe überschritten. In der Diskussion des Vortrags blieb offen, welche Konsequenzen die Aufsichtsbehörden aus den vorliegenden Erkenntnissen ziehen. Als limitierend für die Umsetzung zielführender Minimierungsmaßnahmen wurden Personalengpässe bei den Kontrollinstanzen angeführt.

Der Chloridazon-Metabolit Desphenylchloridazon belastet auch in anderen Regionen Deutschlands, besonders in Rübenanbaugebieten, die Trinkwasserqualität. Wird das geförderte Wasser anschließend mit Ozon behandelt, stellt sich die Frage nach den Auswirkungen dieses Prozesses. Mit den Reaktionsmechanismen und Reaktionspfaden sowie den entstehenden Oxidationsprodukten befasste sich der Beitrag von Nina Schatz (DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe). Dazu wurden praxisnahe Laboruntersuchungen mit einer aufwendigen Strukturuntersuchung der Reaktionsprodukte mittels LC-DAD-ESI-QTOF, GS-MS und IC-CD-Analyse durchgeführt. Die Quantifizierung der Oxidationsprodukte erfolgte mittels LC-ESI-MS/MS. Insgesamt wurden sieben Reaktionsprodukte identifiziert, von denen 6-Azauracil aufgrund der kanzerogenen Effekte in Tierversuchen als bedeutsam eingestuft werden sollte. Die Bildung dieser Verbindung konnte in verschiedenen Ausgangswässern beobachtet werden. Ob die Erkenntnisse für die Trinkwasserversorgung von Relevanz sind und eine entsprechende toxikologische Bewertung erforderlich ist, kann erst nach weiteren Untersuchungen abgeschätzt werden.

Der Einsatz von Ozon bei der Trinkwasseraufbereitung wirft auch bei weiteren Rohwasserinhaltsstoffen Fragen auf. Vertreter aus der Stoffgruppe der Benzotriazole, die als Korrosionsschutzmittel Anwendung finden, werden in Oberflächengewässern regelmäßig in Konzentrationen im µg/L-Bereich nachgewiesen und sind auch für das Wasserwerk Langenau von Bedeutung. Die Stoffe sind biologisch schlecht abbaubar und weisen eine geringe Sorptionstendenz auf, sind aber einem Abbau durch Ozon gut zugänglich. Stefan Weiß (Zweckverband Landeswasserversorgung, Langenau) berichtete, dass Laborversuche zum Abbau von 4- und 5-Methyl-1H-benzotriazol über 30 Minuten Kontaktzeit mit 3,6 mg/L Ozon zu einer linearen Konzentrationsabnahme der Ausgangssubstanzen führten. Die entstehenden Oxidationsnebenprodukte wurden mittels HPLC-QTOF-MS identifiziert und Molekülstrukturen über HPTLC/AMD verifiziert. Einige der im Labormaßstab detektierten Reaktionsprodukte konnten auch im technischen Wasseraufbereitungsprozess nachgewiesen werden. Auch bei diesen wissenschaftlich sehr interessanten Ergebnissen stellte sich in der anschließenden Diskussion mit Vertretern aus Behörden und Wasserversorgungsunternehmen die Frage nach der Relevanz und Bewertung für die Praxis der Trinkwasserversorgung.

Der Vortragsblock "Trinkwasser" wurde mit einem praxisbetonten Beitrag über pigmentierte Biofilme an Trinkwasserarmaturen von Guido Heinrichs (RWTH Aachen Universitätsklinikum, Institut für Medizinische Mikrobiologie) abgeschlossen. Einzelne Trinkwasserkonsumenten, insgesamt wurden 88 Fälle dokumentiert, beklagen sich seit Jahren über dunkel pigmentierte Biofilme an ihren Wasserhähnen. Das Problem trat in Wohnungen sowie in Arzt- und Zahnarztpraxen auf, aber nie flächendeckend, auch nicht bei baugleichen Wohnungen. Die schwarzen, schleimigen Beläge werden durch Pilze hervorgerufen und sind sehr hartnäckig. In der vorgestellten Studie sollten die Pilze identifiziert, deren pathogenes Potenzial eingeschätzt, die Eintragspfade und die wachstumsbegünstigenden Randbedingungen ermittelt werden, um Handlungsempfehlungen für die Wasserversorgungsunternehmen und Kunden abzuleiten. Dominant wurden mit verschiedenen Nachweismethoden schwarze Hefen nachgewiesen. Dies bestätigt international berichtete Ergebnisse. Aufgrund der bisherigen Erkenntnisse wird das von Biofilmen ausgehende Infektionsrisiko für Menschen als gering eingeschätzt. Es handelt sich bei dem festgestellten Effekt der „schwarzen Biofilme“ daher eher um ein ästhetisches Problem. Nach den Untersuchungen ist dessen Ursache nicht auf das gelieferte Trinkwasser, sondern auf die Randbedingungen der Probenahmestelle zurückzuführen.


Sonderthema: Wasser und Energie
Das Jahr 2012 wurde von der UN-Vollversammlung zum "Internationalen Jahr der erneuerbaren Energie für alle" ausgerufen. Thematisch passend beschäftigte sich eine Session der "Wasser 2012" mit dem Thema "Wasser und Energie".

Dipl.-Geol. Joachim Kiefer (DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe) befasst sich zum Auftakt des Vortragsblocks mit den "Anforderungen an eine gewässerschützende Bioenergieproduktion". Bei einem derzeit geschätzten Bestand von rund 7000 Anlagen zur Biogasproduktion in Deutschland stellen sich den Trinkwasserversorgern zunehmend Fragen nach den Auswirkungen der Intensivierung des Energiepflanzenanbaus. Auch bezüglich der Ausbringung von möglicherweise schadstoffbelasteten Gärrückständen aus der Biogasproduktion in der Landwirtschaft sind noch viele Punkte offen. Kiefer plädierte in seinem Beitrag für die Einführung eines verbindlichen und einheitlichen Zertifizierungssystems für Biogasanlagen. Solch ein System sollte nach Kiefers Ansicht die gesamte Prozesskette von der Substratbereitstellung bis zur Gärresteverwertung in der Landwirtschaft umfassen. Ein derzeit in der Entwicklung befindliches Gütesiegel für Gärrückstände könnte leicht integriert werden. Darüberhinaus sprach sich der Vortragende für ein grundsätzliches Verbot von Biogasanlagen-Neubauten in den Gewässerschutzzonen II und III/IIIA aus. So soll die Schadstoffanreicherung im Grund- und Trinkwasser durch Aus- und Abschwemmung von belasteten Gärrückständen vermieden werden, die vor allem bei der Biogaserzeugung aus Industrie- und Bioabfällen entstehen können.

Einem derzeit stark diskutierten Verfahren widmete sich im Anschluss der Vortrag von Bernd Kirschbaum (Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau). Er setzte sich mit den möglichen Auswirkungen auf die Umwelt durch Fracking zur Erdgasgewinnung in Deutschland auseinander. Fracking bezeichnet das künstliche Aufbrechen von Gesteinsschichten mit geringer Durchlässigkeit. Hierzu wird unter hohem Druck von bis zu 1000 bar ein als Fracturing Fluid bezeichnetes Gemisch aus Wasser, Quarzsand und chemischen Additiven ins Gestein eingepresst und dieses hydraulisch zersprengt. Eingeschlossene Vorkommen an Erdgas oder auch Erdöl werden so zugänglich. Dieses Verfahren, bei dem Risse von mehreren hundert Metern Länge und mehreren zehn Metern Höhe im Untergrund entstehen, birgt jedoch einige Risiken für das Grundwasser: Rückstände des FracturingFluids, neue Wegsamkeiten in vorher undurchlässigem Gestein und die Lagerung bzw. Entsorgung des FracturingFluids und austretendem Lagerstättenwasser sind einige dieser Risikofaktoren. Kirschbaum setzt sich daher für einen Katalog an Mindestanforderungen ein, der im Vorfeld einer Fracking-Bohrung erfüllt werden muss. Dazu gehören der Ausschluss von Bohrungen in sensiblen Gebieten wie Trinkwassergewinnungsgebieten oder Mineralwasservorkommen oder eine obligatorische Umweltverträglichkeitsprüfung. Zudem sollen die verwendeten Additive und die exakte Zusammensetzung der Fracturing-Fluide für jeden einzelnen Frac offengelegt werden. Schlussendlich müssen alle Fracking-Chemikalien gemäß REACh-Verordnung registriert werden, da laut REACh Substanzen nur so angewendet werden dürfen, wie es deren Hersteller oder Händler im Registrierungsdossier beschrieben hat. Hier wird Fracking als Anwendung jedoch meist nicht aufgeführt.

Die Bedeutung der Wasserqualität im Bereich der Kraftwerke war vermutlich vielen anwesenden Wasserchemikern nicht bewusst. Zunächst stellte daher Herwig Maier (Leiter des Zentrallabors der EnBW) die Funktionsweise des Wasser-Dampf-Kreislaufs in konventionellen Kraftwerken vor. Die Wasserqualität des Speisewassers ist bei diesen Kraftwerken aus Sicht der Kraftwerksbetreiber von sehr großer Relevanz. Wasserchemische Reaktionen bei sehr hohen Drücken und Temperaturen (bis zu 600 °C und 300 bar) können für Korrosionsschäden mit gravierenden Folgen verantwortlich sein. Erst eine Passivierung metallischer Werkstoffe durch Bildung stabiler oxidischer Deckschichten macht ihre Verwendung unter diesen Bedingungen im Kontakt mit Wasser möglich. Die geforderte Wasserqualität hinsichtlich Entsalzung, Partikelentfernung und Entfernung gelöster Gase ist sehr hoch.

Wie diese Anforderungen and die Wasserqualität erfüllt werden können, war Thema des anschließenden Vortrags von Stefan Hilger (Currenta). Er verglich verschiedene Aufbereitungsketten für die Erzeugung hochreinen Speisewassers und benannte besonders problematische Inhaltsstoffe. Auf Betreiberseite beklagte er den manchmal zu geringen Wissensstand hinsichtlich der Rohwasserqualität.

Im dritten Vortrag wechselte das Thema zur oberflächennahen Geothermie. In einem sehr anschaulichen Beitrag stellte Ingo Sass (TU Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften) das Potenzial der Geothermie zur Deckung des Primärenergiebedarfs vor. Er benannte sehr nachdrücklich Probleme beim Ausbau der Geothermiebohrungen, welche die auch in der Presse intensiv diskutierten negativen Folgen in einigen Anwendungsfällen (zum Beispiel Hebungen in Staufen) erklären könnten. In einem zweiten Teil skizzierte er die Vision einer Kopplung der solaren Wärmeerzeugung mit einer Energiespeicherung im Untergrund in ca. 50 bis 100 m Tiefe. Ein solches System könnte aus seiner Sicht vor allem in urbanen Räumen dazu beitragen, die nur temporär verfügbare solare Wärmeenergie besser nutzen zu können. Da Wärme- und Kühlbedarf im Gebäudebestand zu den Hauptverbrauchern an Primärenergie gehören, sind innovative Ideen in diesem Bereich in Zeiten der Energiewende besonders geboten. Die Möglichkeiten und Grenzen von Grundwasser als Energiespeicher müssen noch intensiv untersucht werden, eine Demonstrationsanlage gibt es bisher noch nicht. Sass konnte die Zuhörer aber davon überzeugen, dass der vorgestellte Ansatz sicher interessant für weiterführende Arbeiten ist.


Gewässer/Grundwasser
Michael Radke (Universität Stockholm, Department for Applied and Environmental Science) berichtete über die Optimierung miniaturisierter Push-Pull-Tests zur Untersuchung des Verhaltens von Pharmakawirkstoffen in der hyporheischen Zone. Bei diesem experimentellen Setup wird eine Lösung mit konservativen und reaktiven Tracern in einen Aquifer injiziert (push) und nach einer gewissen Verweil-/Reaktionszeit wieder extrahiert (pull). Durch einen Vergleich der Ergebnisse von konservativen und reaktiven Tracern kann sowohl die Abbaukinetik als auch das Sorptionsverhalten des reaktiven Tracers bestimmt werden. Am Beispiel von Pharmakawirkstoffen konnte gezeigt werden, dass Carbamazepin keine Sorption und Transformation aufweist, während die Stoffe Metoprolol und Propranolol deutlich sorbiert werden und somit längere Verweilzeiten aufweisen. Mit mikrobiologisch aktivem Sediment sollen weitere Untersuchungen zur Transformationskinetik durchgeführt werden.

Christian Muellegger (Universität Wien, Department für Umweltgeowissenschaften) untersuchte den Einfluss von Nassbaggerungen auf die Grundwasserqualität. Ziel des Forschungsprojekts war das Prozessverständnis der Auswirkungen von Stoffeinträgen und -umsätzen im Baggersee auf die abstromige Grundwasserbeschaffenheit. Die Ergebnisse zeigten, dass unabhängig vom Alter des Baggersees durch den Abbau von organischem Material Sauerstoff gezehrt wird und sich durch die CO2-Aufnahme der Primärproduzenten bei der Photosynthese der pH-Wert im Seewasser erhöht. Die insgesamt beobachteten hydrochemischen Veränderungen lassen keinen negativen Einfluss auf die abstromige Grundwasserqualität erkennen, zumal auch die Nitrat- und Phosphat-Konzentrationen im Vergleich zum Seewasser verringert sind. Algentoxine (Microcystine) konnten im See bzw. Grundwasser nicht nachgewiesen werden. Es ist zu erwarten, dass durch die erhöhte mikrobielle Aktivität im Oberflächenwasser auch ein besserer Abbau von Pestizid-Wirkstoffen erfolgen kann.

Daniel Buchner (Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften) stellte die Ergebnisse einer Pilotstudie zum stimulierten Abbau (ENA) von PCE in einem primär oxischen Aquifer vor, wobei das Monitoring mittels stabiler Kohlenstoffisotope (CSIA) erfolgte. Ziel dieser Studie war es, zu prüfen, ob durch Zugabe von Melasse ein reduktiver Umsatz von PCE zu Ethen möglich ist. Es konnte mithilfe von molekularbiologischen Methoden gezeigt werden, dass entsprechende Mikroorganismen zum PCE-Abbau vorhanden sind. Auch aus den Ergebnissen des CSIA-Monitorings geht eindeutig hervor, dass die Kontaminanten PCE und TCE innerhalb des Injektionszeitraums umgesetzt wurden. Somit konnte gezeigt werden, dass auch in einem zunächst sauerstoffhaltigen Aquifer durch Zugabe von Melasse reduzierende Bedingungen für die Sanierung eines PCE-Schadenfalls geschaffen werden können.


Kolloide/Spurenstoffe
Im Block "Kolloide/Spurenstoffe" wurden fünf Vorträge gehalten, von denen sich vier mit polaren organischen Spurenstoffen befassten. Der letzte Vortrag beschäftigte sich mit dem Sorptionsverhalten von Pyren an Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes). In drei Vorträgen wurden Transformationsprozesse im Detail untersucht. Organische Spurenstoffe und deren Transformationsprozesse waren auch in anderen Vortragsblöcken von Relevanz.

Zunächst berichtete Florian Storck (DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe) über die Belastung der Donau und ihrer Zuflüsse. Hierzu wurden bei Niedrigwasser neben der Donau auch die Zuflüsse Raab, Theiß, Drau, Save und Sio auf ausgewählte polare Spurenstoffe analysiert. Zu den analysierten Substanzen zählten unter anderem Komplexbildner, Süßstoffe, Arzneimittelwirkstoffe und aromatische Sulfonsäuren. Auch wenn sich an allen Probenahmstellen polare Spurenstoffe wie Carbamazepin, EDTA oder der Süßstoff Acesulfam fanden, war die Belastung überwiegend moderat bis gering.

In dem zweiten Vortrag berichtete Carsten Prasse (Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz) über die Transformation des Antivirenmittels Acyclovir im urbanen Wasserkreislauf, und zwar beginnend von der kommunalen Abwasserreinigung über die Fließgewässer bis hin zur Trinkwasseraufbereitung. In dem Vortrag wies Prasse darauf hin, dass Acyclovir in der biologischen Abwasserreinigung in ein Hauptprodukt, das Carboxy-Acyclovir, oxidiert wird, das in Fließgewässern, Grundwasser und in sehr geringen Konzentrationen auch im aufbereiteten Wasser nachweisbar war. In der Ozonung wird das biologische Transformationsprodukt Carboxy-Acyclovir weiter in ein stabiles Haupt¬ozonungsprodukt transformiert, dessen chemische Struktur mittels NMR eindeutig aufgeklärt wurde. Das Ozonungsprodukte mit dem Kürzel COFA war auch in aufbereitetem Wasser nach der Aktivkohlefiltration nachweisbar.

Im dritten Vortrag wurde über das Abbauverhalten von Iopromid und Biopolymeren in Bodensäulen berichtet. Susanne Henning (TU Berlin, Fachgebiet Wasserreinhaltung) berichtete über den Vergleich der Abbauraten von Iopromid bei unterschiedlichen Redoxzuständen und verschiedenen Füllmaterialien. Hierbei wurde deutlich, dass die mit Ufersand gefüllten Säulen einen höheren Abbau an Iopromid aufwiesen als die Säulen, die mit technischem Sand gefüllt waren. Des Weiteren konnte Henning beobachten, dass die Abbaugeschwindigkeit von Iopromid in den aeroben Säulen deutlich höher lag als bei den anoxischen Säulen. Auch für die Biopolymere war zu beobachten, dass sie unter aeroben Bedingungen deutlich besser abgebaut wurden als unter anoxischen Bedingungen.

Karsten Nödler (Universität Göttingen, Geowissenschaftliches Zentrum) berichtete in dem vierten Vortrag über die Transformation des Antibiotikums Sulfamethoxazol (SMX) unter denitrifizierenden Bedingungen. Hiezu wurden Wasser-Sediment-Abbauversuche durchgeführt, in denen hohe Startkonzentrationen von leicht abbaubarem Kohlenstoff und hohe Nitratkonzentrationen verwendet wurden. Bereits nach zehn Tagen war in den denitrifizierenden Ansätzen kein SMX mehr nachweisbar. Dagegen konnten die Transformationsprodukte 4-Desamino-SMX und 4-Nitro-SMX identifiziert werden. Interessanterweise war SMX nach 87 Tagen erneut in den Laboransätzen nachweisbar. Nödler begründete dies mit der Reduktion von Nitro-SMX. Die Transformationsprodukte wurden zudem in geringen Konzentrationen in einer natürlichen Karstquelle nachgewiesen, was die Relevanz der Laborstudien unterstreicht.

In dem letzten Vortrag der Tagung berichtete Xiaoran Zhang (Universität Wien) über die Sorption von Pyren an Carbon Nanotubes (CNTs). Hierbei konnte sie aufzeigen, dass Ultraschallbehandlung der CNTs die Sorption von Pyren deutlich erhöhte, während die Anwesenheit von Huminsäuren diese reduzierte. Durch Ultraschall werden offensichtlich CNT-Aggregate aufgebrochen, wobei sich deren Größe von 40–500 µm auf 0,6–60 µm reduzierte. Die vergrößerte äußere Oberfläche bewirkte offensichtlich die erhöhte Sorptionsneigung. Die Zugabe von Huminsäuren verringerte exponentiell die Sorption von Pyren an CNTs. Dieses Ergebnis unterstreicht die Bedeutung von realen Wasserinhaltsstoffen, wenn die Sorptionsfähigkeit von Materialien das Ziel der Untersuchungen darstellt.