ECOPLAS
Projektlaufzeit: 2024 – 2027
Entwicklung und Erprobung eines Messsystems zur Vor-Ort-Analyse der E.-coli-Belastung bei der Wasserwiederverwendung und weiteren Anwendungen
Ein wichtiger Indikator für eine fäkale Verunreinigung des Wassers ist das Bakterium E. coli. Bisherige Kultivierungsverfahren für den E.-coli-Nachweis sind sehr zeitaufwändig. Daher wird im interdisziplinären Forschungsprojekt „ECOPLAS“ ein Messsystem entwickelt, mit dem die E.-coli-Konzentration online gemessen werden kann.
Neue Anforderungen durch die Wasserwiederverwendung
Der Abwasserverband Braunschweig betreibt seit vielen Jahren erfolgreich Wasserwiederverwendung. Zur Begegnung der Wasserknappheit und ausgeprägten Trockenperioden gewinnt
die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser für die landwirtschaftliche Bewässerung auch in weiteren Teilen Deutschlands immer mehr an Bedeutung. Seit Juni 2023 gelten
mit der EU-Verordnung 2020/741 dafür einheitliche Regeln.
Die Einhaltung und Überwachung der darin definierten mikrobiologischen Mindestanforderungen stellen Kläranlagenbetreiber, Wassernutzer und Behörden vor große Herausforderungen.
Entwicklung eines Online-Messsystems für mikrobielle Belastungen
Das Forschungsvorhaben ECOPLAS widmet sich dieser Herausforderung mit dem Ziel, ein Messsystem zur unkomplizierten und kontinuierlichen Online-Überwachung der mikrobiellen Belastung nach der Wasseraufbereitung zu entwickeln. Das Messsystem wird anschließend unter praxisnahen Bedingungen getestet.
Das Projekt fokussiert auf den Parameter E. coli. Dieses Darmbakterium wird neben Enterokokken als Indikatororganismus für die Verunreinigung durch Fäkalien herangezogen. Bisher erfolgt die Analyse von E. coli aufwändig über kulturelle Verfahren im Labor, bei denen von der Probenahme bis zum Befund in der Regel mindestens zwei Tage vergehen. Neben den Kosten sind die durch den Zeitverzug entstehenden Kontrolllücken ein Problem in der Überwachung.
Das im Projekt zu entwickelnde Messsystem soll als ein vor Ort einsetzbares Gerät mit Antikörper-funktionalisierter, plasmonischer Sensorik und Fluoreszenzmessung umgesetzt werden. Dies erlaubt eine zeitnahe Bestimmung der E.-coli-Konzentrationen und deren Zellviabilität (intakte bzw. geschädigte Zellmembran) direkt am Untersuchungsort.
Weitere Anwendungsfälle
Durch ein kontinuierliches Online-Monitoring ergeben sich neben der Wasseraufbereitung für die Wasserwiederverwendung weitere Anwendungsfelder wie beispielsweise die Gewässerüberwachung zur Gewährleistung einer ausreichenden Wasserqualität für die öffentliche Nutzung (z. B. als Badegewässer). Es werden begleitende Anwenderdialoge durchgeführt, um eine möglichst weite und praktische Einsetzbarkeit des neuen Messsystems zu erreichen.
Praktische Erprobung des Messsystems
Im Rahmen des Projekts folgt der messtechnischen Entwicklung eine umfangreiche Testphase mit Demo-Messkampagnen für folgende Anwendungsfelder:
1. Wasseraufbereitung zur Wiederverwendung in der landwirtschaftlichen Bewässerung:
Das Online-Messsystem wird in einer halbtechnischen UV-Desinfektionsanlage zur Wasseraufbereitung auf der Kläranlage Steinhof in Braunschweig installiert und in die Regelung der UV-Anlage integriert.
2. Gewässergüteüberwachung:
Im Kontext der Wasserqualitätsüberwachung von Gewässerabschnitten mit öffentlicher Nutzung werden praktische Untersuchungen direkt in den Gewässern im Emscher- und Lippegebiet durchgeführt.
3. Überwachung von Bewässerungswasser:
Weitere, aus dem Anwenderdialog identifizierte Applikationen, z. B. im Bereich der hydroponischen Bewässerung von Gewächshauskulturen, werden in Braunschweig praktisch erprobt.
Ermittlung von Effizienzgewinnen durch die neue Messtechnik
Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse werden die zu erwartenden Effizienzsteigerungen im Bereich der mikrobiologischen Überwachung der Wasserqualität und der Regelung von Desinfektionsanlagen identifiziert und quantifiziert. Für den Bereich der Wasserwiederverwendung werden die Potenziale der Ressourceneinsparungen dargestellt.
ECOPLAS leistet damit einen wesentlichen Beitrag zum Schutz der knapper werdenden Ressource „Wasser“, insbesondere von Grund- und Oberflächenwasser, das aufgrund des Klimawandels häufiger für Bewässerungszwecke eingesetzt wird.
Perspektivisch ist die Weiterentwicklung mit anderen mikrobiologischen Parametern und Anwendungsfeldern möglich.
Förderung
Das ECOPLAS-Projekt wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Fördermaßnahme „Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Biodiversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung“ gefördert (Förderkennzeichen: 13N17082). Projektträger ist die VDI Technologiezentrum GmbH.
Gefördert durch
Links
- Forschung/Förderung/Nachhaltigkeit quantentechnologische und photonische Systemlösungen/Ecoplas
- Quanderland – Netzwerk für klimapositive Quantentechnologische und photonische Systemlösungen
Projektpartner
