Entscheidungsunterstützungssystem

Hintergrundinformationen

Vorkommen, Transport und Attenuation von Viren im Sediment

Viren werden durch oberflächennahen Abfluss sowie durch unvollständige Entfernung in der Kläranlage in Oberflächengewässer eingetragen (Yates und Yates, 1990). Dabei stellen Flüsse mit einem hohen Abwasseranteil “worst-case-Bedingungen” dar. Viren können im Oberflächengewässer eine sehr hohe Persistenz von bis zu mehreren Wochen und Monaten aufweisen. Dies wird zum Beispiel durch niedrige Temperaturen und die Anlagerung an Schwebstoffe begünstigt (Jin und Flury, 2002). Zudem haben manche Krankheitserreger unter den Viren eine sehr niedrige Infektionsdosis, so dass die Aufnahme von 1 – 100 Viren schon ausreicht, um eine Erkrankung auszulösen. Wenn belastete Gewässer als Trinkwasserressource verwendet werden, müssen daher die Viren bei der Aufbereitung sehr weitgehend und mit hoher Verlässlichkeit entfernt oder inaktiviert werden. Die Uferfiltration ist eine naturnahe Methode (d.h. ohne Aufbereitungsstoffe und technische Methoden zur Abtrennung von Partikeln und Kolloiden), die dies sehr wirksam leisten kann, sofern die Bedingungen dafür geeignet sind. Der Nachweis von Viren nach einer Untergrundpassage hängt sowohl von ihrem Fortbestand (wie rasch werden sie abgebaut und wie lange bleiben sie infektiös?) als auch von ihrem Transportverhalten (wie gut werden Sie im Sediment zurückgehalten?) ab (Yates und Yates, 1990). Im folgenden Entscheidungsunter-stützungssystem wird nur der Transport und die Rückhaltung betrachtet, nicht jedoch Inaktivierungs-vorgänge.

Prozesse des Virenrückhalts

Entscheidend für Transport bzw. Rückhaltung sind die Faktoren Konvektion, Dispersion und Adsoprtion.

Konvektion und Dispersion

Adsorption

Eigenschaften der Fließstrecke
Eine wichtige Rolle bei der Virenelimination spielt die Fließgeschwindigkeit, deren Maximalwert durch die Art des Grundwasserleiters (Porengrundwasserleiter, Kluft- oder Karstgrundwasserleiter) und den Eigenschaften des Substrats bedingt ist. Ist diese zu hoch, findet kein ausreichender Kontakt der Viren mit dem Sediment statt und die Eliminationsleistung ist dann geringer. In Kluft- und Karstgrundwasserleitern ist die Fließgeschwindigkeit in der Regel so hoch, dass der Kontakt des Wassers mit dem Gestein nicht ausreicht, um Viren effektiv zu eliminieren. In diesen Grundwasserleitern muss daher mit einem hohen Virendurchbruch gerechnet werden (Pang, 2009). Sinton et al. (2010) stellten fest, dass physiko-chemische Parameter (d.h. pH-Wert des Wasser, Ionenstärke, Kationenaustauschkapazität des Sediments) nur in feinkörnigem Material (z. B. Sand) eine Rolle spielen, da dort aufgrund der geringen Fließgeschwindigkeiten Adsorption über Diffusion zur Festphase hin stattfinden kann. In kiesigem Untergrund, wo ein großer Porenraum kombiniert mit hohen Fließraten auftritt, ist dagegen ein diffusionsgesteuerter Kontakt der Viren mit der Sedimentoberfläche nicht möglich. Gupta et al. (2009) nennen als Bedingungen für einen Virenrückhalt eine niedrige Fließgeschwindigkeit (1,24 m/d) sowie eine hohe Ionenstärke (400 mg/L Gesamtkonzentration an gelösten Stoffen (TDS), 2 NTU Gesamtkonzentration an Schwebstoffen (TSS)), im Umkehrschluss für einen hohen Durchbruch eine hohe Fließgeschwindigkeit (12,4 m/d) und eine geringe Ionenstärke (200 mg/L TDS, 20 NTU TSS).

Eigenschaften der Viren
Neben der Beschaffenheit von Wasser, Sediment und Fließregime spielen die Eigenschaften der jeweiligen Viren eine zentrale Rolle bei ihrer Verlagerung im Untergrund, insbesondere deren Größe, Form, Dichte und Oberflächeneigenschaft (z. B. Oberflächenladung, Hydrophobizität; Jin und Flury, 2002).

Größe

Oberflächeneigenschaften