Sauberes Wasser Herausforderungen an die Analytik von heute und morgen

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1 Die Ressource H 0 - bewusster Umgang & neue Potentiale: Sauberes Wasser Herausforderungen an die Analytik von heute und morgen Dr. Thomas Lendenfeld, mbonline GmbH 4.0.3

2 Zur Person Dr. Thomas Lendenfeld Mikrobiologisches Studium, Wien WSB Labor-GmbH, Krems, seit Qualitätssicherung & Methodenentwicklung Gründung mbonline GmbH, seit Geschäftsführung, F&E 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - -

3 Sauberes Wasser die Qualität entscheidet Bayern: UV-Desinfektion der Abläufe der Kläranlagen an der Isar zur Verbesserung der Wasserqualität Der hohe technische und finanzielle Aufwand wird akzeptiert, um die Isar als Badegewässer nutzen zu können Quelle: Münchner Stadtentwässerung, Festschrift Januar 3 mbonline GmbH Folie - 3 -

4 Sauberes Wasser die Qualität entscheidet Quelle: In Bangladesh wurde die Gewinnung von Trinkwasser aus dem mit Krankheitserregern kontaminierten Oberflächenwasser auf Brunnenwasser umgestellt; seit der Unabhängigkeit 97 wurden mit Hilfe UNICEFgeführter internationaler Organisationen rund zehn Millionen Röhrenbrunnen installiert - eine Erfolgsgeschichte für das Entwicklungsland. Die einfachen Brunnen fördern das Wasser aus flachen Grundwasserleitern, die sich über die letzten 0000 Jahre gebildet haben. Dieser Übergang hat zu einem deutlichen Rückgang pathogenbedingter Todesfälle geführt; 97% der Bangladeshis haben mittlerweile Zugang zu Röhrenbrunnenwasser. Dieser Fortschritt stellte sich als folgenschwerer Chemie-GAU heraus und hat über den Reisanbau auch Folgen für die Nahrungskette. Denn unglücklicherweise vergaßen alle Beteiligten, das Wasser auf Arsen zu prüfen. 983 erkannten indische Dermatologen, dass viele krankhafte Hautveränderungen ihrer Patienten durch Vergiftungen mit Arsenverbindungen hervorgerufen wurden. Sie vermuteten das von Röhrenbrunnen geförderte Wasser als Ursache. Die Patienten kamen meist aus dem ostindischen Staat Westbengalen, der einige seiner Grundwasserleiter (Aquifere) mit Bangladesh teilt. Über die nächsten Jahre stellte der Umweltwissenschaftler Dipankar Chakraborti von der Jadavpur University in Calcutta fest, dass viele Aquifere Westbengalens stark mit Arsen kontaminiert sind. Noch im Jahr 993 erklärte der British Geological Survey das Wasser für sicher, allerdings wurde wieder nicht auf Arsen getestet - bis heute ein Fall für die Gerichte. Im selben Jahr entdeckte Abdul W. Khan vom Department of Public Health Engineering in Bangladesh Arsen im Brunnenwasser des westlichen Distrikts von Nawabganj. Heute ist bekannt, dass weit mehr als 30% der Brunnen mehr als 50 Mikrogramm Arsen pro Liter Wasser führen, davon allein 5-0% der Brunnen mit mehr als dem sechsfachen Gehalt. Die Regierung von Bangladesh betrachtet 50 Mikrogramm pro Liter als bedenklich; die Weltgesundheitsorganisation WHO setzt die tolerierbare Obergrenze bei 0 Mikrogramm pro Liter an. Das bedeutet, dass 35 Millionen Bewohner von Bangladesh potentiell gefährliches Wasser trinken. 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 4 -

5 Wasser: Inhaltstoffe Pestizide HKW Micropollutants PAK Tenside. Aliph. KW Arom. KW PCB chemische/organische HO ph Trübung O LF Färbung Ionen/SM UV Abs. Bakterien Viren Protozoen Höhere Organismen 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 5 -

6 Was kann wichtig werden? I ph Trübung O LF Färbung Ionen/SM UV Abs. HO Physikalische Prinzipien sind seit langem etabliert, keine neuen Parameter zu erwarten grundlegende Neuentwicklungen sind nicht zu erwarten Bedarf an Verbesserungen (techn. & meth.) ist rel. gering (Messtechnik limitiert i.a. nicht die Aussagekraft des Ergebnisses) Verbesserungspotential ist gering Beispiele: O-Messung: elektrochemisch fluoreszenzoptisch AAS ICP-OES ICP-MS Kaum Änderungen/neue Herausforderungen zu erwarten 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 6 -

7 Was kann wichtig werden? II Pestizide HKW Micropollutants PAK Tenside. Aliph. KW HKW PCB Unzahl von Substanzen, meist anthropogenen Ursprungs Meist Zusammenfassung in Indices, oder Bestimmung von ausgewählten Vertretern Methoden: Chromatographie (GC, LC), MS gewinnt an Bedeutung Probenvorbereitung wichtig! Neue Stoffe/Substanzgruppen kommen hinzu chemische/organische HO Pharmazeutica, Industrie- Haushaltschemikalien, hormonell aktive Substanzen, Xenohormone analytische Herausforderungen in der Zukunft 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 7 -

8 Was kann wichtig werden? III Mikrobielle Standardanalytik ist ca. 00 Jahre alt Vielzahl von Entwicklungen in den letzten Jahren Routineanalytik beschränkt sich auf Indikatororganismen Probleme in der Routine: time to result, Statistik, Automatisierbarkeit Mikrobiologie des Wassers ist hoch komplex HO PCR, Microarray, Flow Cytometry, MALDI-TOF, Automatisierung analytische Herausforderungen in der Zukunft Bakterien Viren Protozoen Höhere Organismen 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 8 -

9 Kriterien vs. Ziel Investment costs 5 Necessary skill 4 3 Running costs Inspection Monitoring Scientific 0 Information content Standardisation Automation Speed Quelle: mbonline 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 9 -

10 Herausforderungen Micropollutants Mikrobiologische Analytik Datenfriedhöfe vs. Aussagekräftige Messwerte Online vs. Offline 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 0 -

11 Automatisierung: die Idee 4-48 Stunden Von Probenahme bis zum Ergebnis > 4 bis 7 h Aussage des Messwertes (Statistik) Dynamik und Prozesssteuerung Probennahmen (sehr) aufwändig Zeitreihen in engen Messintervallen 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - -

12 Coliguard mbonline COLIGUARD: Automatisches, autarkes Gerät zur Messung von fäkalen Indikatoren in Wasser Early Warning - Ampelsystem bis zu 6 Messungen / Tag Parameter: Fäkale Indikatoren Datenauswertung am PC ml Probenvolumen Serviceintervall bis 3 Monate Integration Leitsystem / IT Analysezeit -3h 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - -

13 So funktioniert s Reaktor Probevolumen ml Puffer Reagenz Fluoreszenzoptik Reinigung 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 3 -

14 Early Warning - Ampelfunktion Installation water resource Generation of data Statistical analysis enzymatic activity [pmol/(min*00ml)] 0, 0,8 0,6 0,4 0, 0, 0,08 0,06 0,04 COLIGUARD enzymatic activity enz. actyivity > threshold enz. activity <> cultiv. based method enz. activity = cultiv. based method 5 4,5 4 3,5 3,5,5 cultivation based method [cfu/00ml] 0,0 0,5 Validation date 0,050 Aktivität 66% 95% 99% 0,040 0,030 0,00 0,00 0, Januar 3 mbonline GmbH Folie - 4 -

15 Herausforderung: Prozesssteuerung Mikrobiologie: Online Integration in das Prozessmanagement 5. Januar 3 mbonline GmbH Folie - 5 -

16 Beispiel I Coliform bacteria and ß-Galactosidase activity 6 activity of ß-Galactosidase [pmol/min/00ml] 0,8 0,3 0,08 0,03 Aktivität [pmol/(min*00ml)] Threshold 66% Threshold 95% Threshold 99% Colilert MPN cultivation based count [cfu/00ml] -0, Time [days] Source: customer data Water: groundwater, untreated Filtration volume: 3000ml

17 Beispiel II COLIGUARD data alarm threshold cultivation based method Source: customer data Water: groundwater, untreated Filtration volume: 3000ml

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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