Untersuchung und Bewertung von Invertebraten in der
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Repräsentative Untersuchung und Bewertung von Invertebraten in Trinkwasserverteilungssystemen 11. Erfahrungsaustausch Trinkwasser DVGW-Bezirksgruppe Potsdam 4.9.2013, Technologie- und Gründerzentrum, Brandenburg http://url9.de/Hvx 400.000 km Rohrleitung und kein Leben? http://url9.de/Hvx Gliederung Ausgangspunkt der Forschung, Projektpartner Die Technik Das Verfahren zur Probeentnahme und Analyse Auswahl der Messstellen Entnahme der Proben Analyse Bewertung der Ergebnisse http://url9.de/Hvx Ausgangspunkt der Forschung Zur qualitativen und quantitativen Untersuchung von tierischen Organismen in Wasserversorgungsanlagen existierten bislang weder in Deutschland noch im europäischen Kontext verbindliche standardisierte Verfahren. Technisches Regelwerk W 271: Qualitätsrelevante Aspekte (1997) Stellungnahme der Trinkwasserkommission zum Vorkommen von Oligochaeten und anderen Kleintieren in Wasserversorgungsanlagen (2004) http://url9.de/Hvx Ausgangspunkt der Forschung Tiere im Trinkwasser: Arten, Morphologie, Nahrungsgrundlagen, Vermehrungsstrategien Hydraulik in Rohrleitungssystemen Transport und Sedimentationsprozesse Filtertechnik und Filtrationsverfahren Standardisierbares Verfahren zur Analyse und Bewertung wirbelloser Tiere in Trinkwasserverteilung ssystemen Mikroskopische Verfahren Vergleichbarkeit, Reproduzierbarkeit 2 prinzipielle Verfahren Beprobung von Partikelfiltern Wirkprinzip Werden aktiv besiedelt Filtrierapparaturen zur Probenahme an Hydranten Wirkprinzip Austrag über hydraulisch wirksame Fließgeschwindigkeit Voraussetzungen ? Voraussetzungen Nahrung gelangt in den Filter Ähnliche Umweltbedingu ngen wie in der TW-Leitung ? Was muss die Technik leisten? Randbedingungen Eine direkte Probenahme kann nicht realisiert werden die Tiere müssen quantitativ aus der Rohrleitung ausgetragen werden Die Tiere besiedeln die Wände des Rohrleitungssystems und halten sich dort fest während der Probeentnahme muss der Festhaltereflex überwunden werden Wirbellose Tiere sind empfindlich gegenüber mechanischer Beschädigung Keine Beschädigung der Tiere während der Probenahme Größenspektrum der Tiere: 10 Mikrometer bis 10 Millimeter Filtergeometrie Individuendichten: 1 bis 1Mio Ind./m³ Spül- bzw. Filtrationsvolumen Was muss die Technik leisten? Vorversuche: http://url9.de/Hvx Die Technik NDHD-S2 – das Probeentnahme und Messsystem zur quantitativen Entnahme wirbelloser Tiere aus Rohrleitungssystemen Technische Parameter und Spezifikationen: Filtrierbare Wassermenge und Volumenströme Minimierung der Scherkräfte während der Filtration bis zu 26m³ bzw. 70m³/h Erfassung des gesamten bzw. repräsentativen Artenspektrums Verwendung von 2 Analysefiltern (100µm und 25µm Maschenweite) nach 10:1 Aufteilung des Volumenstroms Probevolumen Messeinrichtungen: 500-1000ml Wassermenge und Durchfluss; der Anschluss weiterer Messsonden ist möglich Anschluss an Hydranten Mobilität B-Kupplung montierbar auf Anhänger drucklose Filtration mittels NiederdruckHochdurchsatzfilter (NDHD) Das Verfahren Auswahl der Messstellen 2300 km Versorgungsleitungen Anzahl Asellus [Ind./m³] 600 y = 53,404x - 22,767 R² = 0,801 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 POC [mg/l] http://url9.de/Hvx Das Verfahren Auswahl der Messstellen Erfolgt in Abhängigkeit von der erwarteten Ablagerungsbildung im Trinkwassernetz • Geringe tägliche Strömungsbedingungen bedeuten eine dicke laminare Grenzschicht und damit einen großen Speicherraum für partikuläres Material • Partikelhaltiges Wasser erreicht die Rohrleitung. 2300 km Versorgungsleitungen http://url9.de/Hvx Das Verfahren Reproduzierbare Entnahme der Proben Arbeitshypothesen: Ein Quantitativ reproduzierbarer Austrag hängt ab von • der Fließ-(Spül)geschwindigkeit • dem Material der Rohrleitung • vom Probevolumen • von der Filtergeometrie http://url9.de/Hvx Das Verfahren Planung der Teststrecken Variante Material Fließgeschwindigkeit während der Probeentnahme [m s-1] Anzahl geeigneter Teststrecken 1.1 PE 0,6 2 1.2 PE 1 1 1.3 PE 1,6 - 2.1 AZ 0,6 2 2.2 AZ 1 2 2.3 AZ 1,5 1 3.1 St 0,6 2 3.2 St 1 2 3.3 St 1,5 1 4.1 GG / GGG 0,6 1 4.2 GG / GGG 1 - 4.3 GG / GGG 1,5 - Das Verfahren Versuchsablauf Das Verfahren Reproduzierbarer Nachweis von Makroinvertebraten Quantitativ reproduzierbarer Austrag hängt von der Fließ-(Spül)geschwindigkeit ab Austrag von Asellus aquaticus über die PNA Anteil am Gesamtaustrag [%] 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Fließgeschwindigkeit [m/s] 1,2 1,4 1,6 Ablagerungszustand Austrag Makroinvertebraten 0 68% 1 8% Das Verfahren Reproduzierbarer Nachweis von Makroinvertebraten Quantitativ reproduzierbarer Austrag hängt von der Fließ-(Spül)geschwindigkeit ab Ablagerungszustand Austrag Makroinvertebraten 0 68% 1 8% Die Höhe des im Rahmen der Probeentnahme möglichen Austrags hängt in erster Linie vom Zustand der Rohrleitung, d.h. von der Art und Menge des dort abgelagerten Materials ab. Das Verfahren Reproduzierbarer Nachweis von Makroinvertebraten Das Verfahren Reproduzierbarer Nachweis von Makroinvertebraten Randbedingung / Parameter Einschiebern des zu untersuchenden Rohrleitungsabschnittes Einfluss auf Spülgeschwindigkeit, Skalierbarkeit und statistische Sicherheit der Ergebnisse Menge (und Art) des in der Rohrleitung abgelagerten Materials bei geringen Ablagerungsmengen sind hohe Austragsraten möglich und umgekehrt Fließ- bzw. Spülgeschwindigkeit kein Einfluss im Bereich zwischen 0,5 und 1,5m/s Material der Rohrleitung kein Einfluss Einstellung bzw. Berücksichtigung Der Wasserzufluss muss zwingend aus einer Richtung erfolgen (Verzweigungen führen zu einer unkontrollierten Absenkung der Spülgeschwindigkeit); Das Volumen der zu untersuchenden Rohrleitung sollte bekannt sein und mindestens 1m³ betragen Berücksichtigung von 2 Zuständen: Kaum Ablagerungen vorhanden (gespülte oder neu verlegte Rohrleitungen Ablagerungen vorhanden Spülgeschwindigkeit muss zwischen 0,5 und 1,5 m/s liegen; empfohlene Spülgeschwindigkeit: 1m/s keine Berücksichtigung erforderlich Das Verfahren Asselkot als Indikator für Wasserasseln Das Verfahren Asselkot als Indikator für Wasserasseln Das Verfahren Analyse und Datenauswertung • • Mikroskopische Analyse • der Makroinvertebraten • der Mikroinvertebraten • der Kotpellets Fotodokumentation Bewertung und Einordnung der Daten Aspekte einer Ergebnisbetrachtung Thema / Fragestellung Arten der Besiedlung Ausmaß (Quantität) der Besiedelung eines Rohrleitungsabschnittes mit Invertebraten Risiken der Besiedelung mit Invertebraten: Relevanz Ästhetik der Trinkwassers Bewertung der Trinkwasserqualität Entscheidung über Art und Dringlichkeit von Maßnahmen Risiko einer (Wieder)verkeimung Ästhetische Beurteilung des Trinkwassers Entscheidung über Art und Dringlichkeit von Maßnahmen Entscheidung über Art von Maßnahmen Entscheidung über Art von Maßnahmen Herkunft der Invertebraten Art- und Menge potentieller Nahrungsbestandteile in der Trinkwasserverteilung Eintrag in das Rohrnetz Eigenschaften der vorhandenen Invertebraten Entscheidung über Art von Maßnahmen Bewertung und Einordnung der Daten Mögliche Bewertungskriterien Bewertungskriterium Aussage / Bemerkungen Anzahl vorhandener Arten bzw. Tiergruppen Individuendichte Anzahl an Invertebraten pro Volumeneinheit Biomasse Masse an Invertebraten Anzahl und Biomasse an Makroorganismen Durchschnittliche Größe der Individuen bzw. der Makroorganismen Anzahl (mit bloßem Auge) sichtbarer Tiere Anzahl Kotpellets Dichte / Masse an Makroorganismen je Volumeneinheit Größenverteilung; Stellung im Nahrungsnetz Relevanz Ausmaß (Quantität) der Besiedelung Ausmaß (Quantität) der Besiedelung Ausmaß (Quantität) der Besiedelung Risiken der Besiedelung (Ästhetik) Risiken der Besiedelung (Ästhetik) Vorhandensein großer, sichtbarer Tiere Dichte von Kotpellets je Volumeneinheit Risiken der Besiedelung (Ästhetik) Risiken der Besiedelung (Wiederverkeimung) Bewertung und Einordnung der Daten Bewertungsmodule Modul 1 – Quantität / Diversität Das Modul Quantität / Diversität beschreibt die Höhe der Besiedelung eines Rohrleitungsabschnittes mit wirbellosen Tieren im Vergleich zu 450 in gleicher Weise erhobenen Daten. Anzahl vorkommender Tiergruppen; Anzahl vorkommender Taxa; Individuendichte; Biomassekonzentration Modul 2 – Ästhetische Bewertung Das Modul beschreibt das Vorkommen von Makroorganismen (für das menschliche Auge ohne optische Hilfsmittel sichtbare wirbellose Tiere) sowie das Vorhandensein von Kotpartikeln dieser Tiere Biomasse Makroorganismen; Anteil Makroorganismen; Körpergröße der Makroorganismen; Anzahl sichtbarer Tiere Modul 2 – Wiederverkeimung Das Modul beschreibt das Risiko einer Wiederverkeimung des Trinkwassers Biomasse; Anzahl vorhandener Kotpellets; Biomasse der Kotpellets Bewertung und Einordnung der Daten Skalierung der Bewertungskriterien Bewertung und Einordnung der Daten Skalierung der Bewertungskriterien Index-ID Einordnung Index-Wert verbale Bewertung 1 Wert < 20% Percentil 1 wenig, gering, niedrig 2 Wert >= 20% und < 40% Percentil 2 wenig bis durchschnittlich 3 Wert >= 40% und < 60% Percentil 3 mäßig, durchschnittlich 4 Wert >= 60% und < 80% Percentil 4 durchschnittlich bis hoch 5 Wert > 80% Perzentil 5 viel, hoch Bewertung und Einordnung der Daten Multimetrischer Index Modulwert Gewichtung Quantität/Diversität MW(Q) 0,8 Ästhetische Bewertung MW(AE) 1,2 Risiko einer Wiederverkeimung MW (V) 1,0 MMI = MW Q ∗0,8 +(MW AE ∗1,2)+(MW V ∗1,0) 3 Modul / Index Wert Beispiel Quantität/Diversität Anzahl der 8 Tiergruppen Einheit Indexwert Modulwert numerisch verbal numerisch verbal - 4 mäßig bis viel viel viel Anzahl der Taxa 17 5 4,8 viel Individuendichte 2.654.779 Ind./m³ 5 Invertebraten ges. Biomasse 36,2 mg/m³ 5 viel Invertebraten ges. Ästhetische Bewertung (Risiko einer geringen ästhetischen Bewertung) Biomasse der 0,07 mg/m³ 2 gering Makroorganismen bis mäßig Biomasseanteil 0,21 % 3 mäßig Makroorganismen 2 gering bis mäßig durchschnittliche 4,0 mm 1 gering Körpergröße der Makroorganismen Anzahl sichtbarer 1 Ind./m³ 2 gering Tiere bis mäßig Risiko einer Verkeimung Biomasse 36,2 mg/m³ 5 hoch Anzahl 809.104 Anzahl./m³ 5 hoch vorhandener 5 hoch Kotpellets Masse 134 mg/m³ 5 hoch vorhandener Kotpellets Multimetrischer 3,8 mäßige biologische Trinkwasserqualität Index Wozu das Ganze? • Zeitlich integrierende hygienische Bewertung zusätzlich zur Mikrobiologie (Informationen können nicht über chemische und mikrobiologische verfahren gewonnen werden) • Zeitlich integrierende ästhetische Bewertung • Ableitung von Maßnahmen möglich • Erfolgskontrolle von (Spül)Maßnahmen • Biologische Qualität des Trinkwassers Wozu das Ganze? Überblicksuntersuchung Aufwand 5 Messstellen Turnus 5jährig Monitoring Aufwand 10-15 Messstellen Turnus Jährlich bis halbjährlich Wozu das Ganze? Flächenhaftes und zeitliches Monitoring Feststellung absoluter Besiedelungsdichten Direkter Vergleich verschiedener Probestellen Rückfragen und Feedback AquaLytis Dipl.-Biol. Ute Michels Karl-Marx-Straße 119 15745 Wildau 03375 246366 [email protected] www.aqualytis.com Vortrag unter www.aqualytis.com …./Forschung/Kompetenzbildung/Vortrags- und Schulungsmaterialien http://url9.de/Hvx
