Forschungsbereich Uferfiltration

 

Biologische Prozesse bei der Uferfiltration,

Implementierung der Uferfiltration in tropischen Ländern

 

 

Uferfiltration ist eine Technologie zur Wasserreinigung, welche häufig in Europa und den USA eingesetzt wird. In den letzten Jahren ist die Anwendung, insbesondere auch in Entwicklungsländern, in den Fokus der Forschung gerückt, da es eine kostengünstige Behandlung des Rohwassers ist, u.a. um Krankheitserreger wie Giardia, Cryptosporidium, Viren, Feststoffe und organische Schadstoffe zu entfernen.

 

Die Uferfiltration ist in Berlin das zentrale Verfahren zur Aufbereitung des Trinkwassers. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Lebensgemeinschaft des Sandlückensystems (Interstitialbiozönose) entscheidend zur Reinigung des infiltrierenden Wassers beiträgt. Erstaunlich ist, dass bereits die oberen Dezimeter der Versickerungsstrecke die volle Reinigungsleistung erbringen -  eine Folge der Bildung des Biofilm im Sandlückensystem und den damit gekoppelten Nahrungsnetzen.

 

Hierbei ist bemerkenswert, dass Bakterien und Algen ihr Milieu konstruieren – extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) werden gebildet und formen den Sandlückenraum für Zeiträume, die wesentlich größer sind als die Lebensdauer der einzelnen Organismen.

 

Durch Temperaturanstieg infolge des Klimawandels unterliegt die Uferfiltration Veränderungen, die Auswirkungen auf die Qualität und Quantität des Trinkwassers haben werden. Die Stabilität der Uferfiltration wurde unter dem Einfluss erhöhter Wassertemperaturen als Folge der Klimaänderung erfasst, insbesondere wurde das Risiko der Sulfidbildung mit toxischer Wirkung auf die Interstitialbiozönose beschrieben. Es zeigt sich, dass die im Berliner Raum auftretenden Wassertemperaturen das Redoxsystem bei der Infiltration beeinflussen, und es tritt eine deutliche Temperaturabhängigkeit der anorganischen Stickstoffkonzentrationen durch Denitrifizierung auf, zudem findet bereits eine Mangan- und Eisenreduktion statt. Die Sulfatreduktion ist heute noch ohne Bedeutung, wird aber mit zunehmenden Temperaturen stattfinden.

 

Klimawandelstudien vorhersagen einen Anstieg an Extremereignissen, besonders bei Hochwässer und Dürren. Solche Ereignisse können Einfluss auf die Durchlässigkeit des Fluss- und Seebettes haben, somit auch eine abnehmende Menge an Uferfiltrat hervorrufen. Flussbettkolmation und die hyporheische Zone spielen, aufgrund der hohen mikrobiellen Aktivität und der relativ kleinen Korngröße, eine kritische Rolle bei der Eliminierung von Schadstoffen und Mikroorganismen.

 

©Gunkel. Uferfiltrationsbrunnen, das infiltrierende Flußwasser wird in ca. 30 - 60 m Tiefe als Rohwasser gewonnen.
©Gunkel. Uferfiltrationsbrunnen, das infiltrierende Flußwasser wird in ca. 30 - 60 m Tiefe als Rohwasser gewonnen.
©Gunkel. Sandlückenraum (Interstitialsystem) bei der Uferfiltration, flächenhafte Ausbildung der EPS (Extrazelluläre Polymere Substanzen), die den Lebensraum der Bakterien bilden.
©Gunkel. Sandlückenraum (Interstitialsystem) bei der Uferfiltration, flächenhafte Ausbildung der EPS (Extrazelluläre Polymere Substanzen), die den Lebensraum der Bakterien bilden.

 

Publikationen

  • Gross-Wittke, A., Selge, F. & Gunkel, G. (2013) Effects of water warming on self-purification in artificial groundwater recharge systems simulated by enclosure field experiments. In:  C. A. Brebbia (ed.) Water Resources Management VII, 209-224.WIT Press Southampton, UK, ISBN 978-1-84564-710-0, eISBN 978-1-84564-711-7
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  • Hoffmann, A. & Gunkel, G. (2011) Bank filtration in the sandy littoral zone of Lake Tegel (Berlin): Structure and dynamics of the biological active filter zone and clogging processes. Limnologica 41, 10-19.
  • Hoffmann, A. & Gunkel, G. (2011) Carbon input, production and turnover in the interstices of Lake Tegel bank filtration site, Berlin, Germany. Limnologica 41, 151-159.
  • Groß-Wittke, A., Hoffmann, A. & Gunkel, G. (2010). Influence of temperature on redox conditions and physicochemical parameters in pore water during bank filtration in the sandy littoral zone of Lake Tegel. Journal of Water and Climate 01.1, 55-66.
  • Gunkel, G. & Hoffmann, A. (2009) Bank filtration of rivers and lakes to improve the raw water quality for drinking water supply. In: Gertsen, N., Sønderby (Eds.) Water Purification. Nova Science Publ., Hauppauge, NY., 137-169.
  • Gunkel, G., Beulker, C., Hoffmann, A. & Kosmol, J. (2009) Fine particulate organic matter (FPOM) transport and processing in littoral interstices – use of fluorescent markers. Limnologica 39, 185-199. doi:10.1016/j.limno.2008.11.001.
  • Hoffmann, A. & Gunkel, G. (2006) Physicochemical changes in pore waterr in the sandy littoral zone of Lake Tegel during bank filtration. In: UNESCO (ed.) Recharge systems for protecting and enhancing groundwater resources. Proceedings of the 5th International symposium on Management of Aquifer Recharge. UNESCO IHP-VI-GW-13, 605-610.
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  • Gunkel, G. & Hoffmann, A. (2006) Clogging processes in a bank filtration system in the littoral zone of lake Tegel (Germany). In: UNESCO (ed.) Recharge systems for protecting and enhancing groundwater resources. Proceedings of the 5th International symposium on Management of Aquifer Recharge. UNESCO IHP-VI-GW-13, 599-604.
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  • Beulker, C. & G. Gunkel (1996) Studies on the occurrence and ecology of meiofauna and benthic algae in the littoral sediments of lakes. Limnologica 26, 311-326.