Ionenstärke

Mit zunehmender Ionenstärke, das bedeutet mit zunehmender Wasserhärte, steigt die Aggregierung von Viren an, wodurch ihr Rückhalt im Sediment stark zunimmt. Mehrwertige Ionen (z. B. Ca, Mg) haben dabei eine stärker aggregierende Wirkung als einwertige Ionen (z. B. Na, K). Literaturdaten zeigen eine hohe Eliminationsleistung für Wasser mit einer Ca-Konzentration, die größer als 5 mM (entspricht 200 mg/L) ist, auf (Goyal und Gerba, 1979; Redman et al., 1999). Da auch andere Stoffe zur Ionenstärke beitragen wird alternativ auch auf die Gesamtkonzentration an gelösten Stoffen Stoffen (TDS, d.h. “Total Dissolved Solids”) verwiesen (Gupta et al., 2009). Übersteigt diese 400 mg/L ist mit einem hohen Virenrückhalt zu rechnen. Eine erhöhte Ionenstärke (I) kann daher den Rückhalt von Viren verbessern. In Laborstudien – durchgeführt mit einem Bakteriophagen (SJC3) – wurde bei der Verwendung von 10 mM NaCl (I = 10 mmol/L) als Hintergrundlösung ein vollständiger Bakteriophagendurchbruch beobachtet. Bei Erhöhung der Ionenstärke durch Verwenden einer 10 mM CaCl2 Lösung (I = 30 mmol/L) stieg die Bakteriophagenretention auf 99,999 % an (Redman et al., 1999). Diese Ergebnisse verdeutlichen die eliminierende Wirkung der Ionenstärke. Allerdings ist auf der Grundlage der bisherigen Datenlage keine Ableitung der Eliminationsleistung in log/m möglich. Als „default value“ schlagen wir daher vor, den Schätzwert für die Eliminationsleistung einer Sedimentpassage auf 0,1 log/m festzulegen, sofern die Ionenstärke über den Prüfwerten liegt. Dieser „Zuschlag“ ist jedoch mit einer hohen Unsicherheit behaftet, da die wissenschaftliche Absicherung unter einer größeren Bandbreite von Bedingungen bislang fehlt.

Eine Differenzierung bezüglich der Ionenstärke erfolgt hier in Abhängigkeit der DOC-Konzentration. Bei erhöhten DOC-Konzentrationen im Wasser wird ein Teil der vorhandenen mehrwertigen Kationen (d.h. Ca, Mg, Fe, Al) durch DOC gebunden und kann daher nicht mehr zur Aggregierung der Viren beitragen. Deshalb wird für DOC-Konzentrationen > 1 mg/L eine höhere Ca/Mg-Konzentration zugrunde gelegt als bei DOC-Konzentrationen < 1 mg/L. Auch der gewählte Prüfwert für DOC ist ein eher grober und noch recht unsicherer Schätzwert.
Allerdings birgt der eliminierende Aspekt der Ionenstärke auch einige Gefahren in sich: die vom Sediment zurück gehaltenen Viren können bei Starkregenereignissen erneut mobilisiert werden, sofern es dadurch zu einer erheblichen Verdünnung des Porenwassers kommt. Dies kann vor allem durch den Eintrag von erheblichen Mengen an Regenwasser aus der Misch- bzw. Trennkanalisation verursacht werden. Da bereits kleine Änderungen in der Wasserhärte sowie in der Schwebstoffkonzentration bei manchen Viren einen großen Einfluss auf ihre Mobilität im Untergrund haben können (Redman et al., 1999) ist eine Überprüfung des Systems nach Starkregenereignissen ratsam.

Möglichkeit zur Überprüfung des Systems auf eine potentielle Virenmobilisation nach Starkregenereignissen

Ermittlung der Ca-Konzentration bzw. des Trockenrückstandes der filtrierten Probe (Filtrattrockenrückstand) im Oberflächengewässer. Sind diese Werte stark reduziert, müssen diese auch im Brunnen nach der entsprechenden zeitlichen Verzögerung bedingt durch den Fließweg überprüft werden. Wenn der genannte Prüfwert überschritten wird besteht keine Gefahr einer Virenremobilisierung. Wird der Prüfwert unterschritten folgen Sie bitte im Entscheidungsbaum den Werten kleiner dem Prüfwert.

Hinweise zur Messmethodik

Die Ionenstärke kann auf unterschiedlichen Wegen ermittelt werden. Einen Faustwert bietet die Leitfähigkeit, die mittels einer einfachen Sonde bestimmt werden kann. Die hier erwähnten Ca- und Mg-Konzentrationen können entweder nasschemisch komplexometrisch nach DIN 38409 – H 6 (Methode zur Ermittlung der Gesamthärte) oder durch instrumentelle Analytik (AAS- (DIN 38406 E3) oder ICP-OES-Analytik (DIN 38406 E22)) ermittelt werden. Der zeitliche und finanzielle Aufwand beider Methoden ist gering. Chemisches Fachpersonal ist dafür unabdingbar.