Einsatz von online-Fluoreszenzmessungen zur Überwachung von Rohwässern und Wasseraufbereitungsprozessen aus algenbürtigen Wässern< zurück

Das Ziel dieses Projekts bestand darin die Fluoreszenzspektroskopie für die Frühwarnung vor Cyanotoxinen in der Trinkwasseraufbereitung einzusetzen und zu evaluieren. Zu diesem Zweck wurde ein Verfahren zur empfindlichen Quantifizierung der Cyanopigmente Phycocyanin und Phycoerythrin mittels Fluoreszenzspektroskopie entwickelt. Im Rahmen eines umfangreichen Messprogramms in blaualgenbürtigen Wässern wurde über eine statistischen Auswertung ermittelt, dass über eine schnelle Messung der Cyanopigmente Phycocyanin und Phycoerythrin im Reinwasser eine Konzentration von bis zu 0,1 µg/L Microcystinen in der Summe erkannt werden kann. Das Verhalten der Cyanopigmente wurde im Verlauf verschiedener Stufen der Wasseraufbereitung im Vergleich mit den Cyanotoxinen untersucht. Dabei wurde nachgewiesen, dass Cyanopigmente in nahezu jeder Stufe einer Trinkwasseraufbereitung (Einsatz von Aktivkohle, Flockung/Filtration, Voroxidation mit Permanganat und Desinfektion mit Chlor, Ultrafiltration) als ideale Indikatoren gegenüber den Cyanotoxinen fungieren. Einzige Ausnahme bildet die Anwendung von Chlordioxid. In diesem Fall ist die Indikatorfunktion der Cyanopigmente gegenüber den Cyanotoxinen nicht gegeben. Im Verlauf der Arbeiten stellte sich heraus, dass außer den Pigmentsignalen weitere Fluoreszenzen für Cyanobakterien charakteristisch sind. Im Ergebnis dieser Untersuchungen wurde ein Verfahren einschließlich einer mathematischen software zur automatischen Aufnahme einer 2D-Fluoreszenzmatrix im Bereich von 200 bis 700 nm entwickelt. Einzelne Bereiche der 2D-Matrix wurden kalibriert, um letztendlich eine Aussage zur Konzentration cyanobakterienbürtiger Substanzen im Wasser zu erhalten. Eine quantitative Ermittlung des algenbürtigen DOC ist über den Proteinsektor der 2D-Matrix, speziell die Fluoreszenzkombination 280/340 nm und über den Pigmentsektor der Matrix, speziell über die Fluoreszenzkombination 520/685 nm möglich.

Im Verlauf dieses Projektes wurden erstmals systematische Messungen im Trinkwasserbereich vorgenommen. Im Ergebnis dieser Untersuchungen wurde festgestellt, dass das Verfahren Veränderungen der Wasserqualität anzeigen kann, die bisher mit keiner der sonst üblichen Techniken zur summarischen Erfassung organischer Wasserinhaltsstoffe erkannt wurden. Die Messungen sind äußerst empfindlich, schnell und somit ein ideales Werkzeug für online Informationen der Gewässerüberwachung und Prozesssteuerung. Sie erfüllen alle Kriterien für die Frühwarnung. Die Voraussetzung ist die Bereitstellung einer dafür geeigneten Gerätekonfiguration.

Auf diesem Gebiet besteht in Zukunft ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Die Weiterentwicklung der Methode wird am TZW in den kommenden Jahren nach folgenden Kriterien erfolgen.

1. Entwicklung eines online- Sensors zur schnellen Charakterisierung des DOC, 2. mathematische Trennung einzelner Sektoren der 2D-Fluoreszenzmatrix als pseudochromatographisches Verfahren, 3. Quantifizierung der einzelnen Sektoren der 2D-Fluoreszenzmatrix mittels eines systematischen Abgleichs der Fluoreszenzsignale mit Ergebnissen chromatographischer Fraktionierungen und 4.Ertüchtigung der Methode als Werkzeug zur Frühwarnung, beispielsweise zur gezielten Vermeidung von Geschmacks- und Geruchsproblemen in Trinkwässern.