Klimawandelanpassung durch Trinkwassersubstitution f眉r R眉ckk眉hlwerke
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Hochschule Rhein-Waal
Marie-Curie-Str. 1
47533 Kleve
Zielsetzung
Die Auswirkungen des sich durch den Einfluss des Menschen 盲ndernden Klimas werden immer deutlicher. Im Zuge des Temperaturanstiegs erh枚ht sich die Gefahr der 脺berhitzung urbaner Zentren durch den 鈥濿盲rmeinsel- Effekt鈥�. Die daraus resultierenden W盲rmetage und 鈥揘盲chte f眉hren zu gravierenden gesundheitlich nachteiligen Effekten f眉r die B眉rger.
Zur Vermeidung dieser Effekte stehen unterschiedliche Ans盲tze zur Verf眉gung: St盲dtebauliche zur Verbesserung der Durchl眉ftung, Erh枚hung des Gr眉nanteils durch Parks, Vertikalg盲rten und Gr眉nd盲cher, verst盲rkter Einbau und Nutzung von wasserverdunstenden R眉ckk眉hlwerken (VKA/ RLT-Anlagen) in Geb盲udekomplexen. Vor allem letztere sorgen aufgrund ihres hohen Energie- und Wasserbedarfs f眉r eine enorme Belastung dieser Ressourcen. Das Trinkwasser k枚nnte dabei 鈥搝umindest technisch- teilweise durch anfallendes Regenwasser vom Dach substituiert werden.
Ziel des hier zur F枚rderung gebrachten Forschungs- und Entwicklungsvorhabens ist es, die Einsatzm枚glichkeiten von Regenwasser zur Verdunstungsk眉hlung zu pr眉fen und ggfls. technisch- wissenschaftliche Standards daraus abzuleiten.
F眉r die zu erwartenden klimawandelbedingten Temperaturanstiege vor allem in Ballungsgebieten, bei gleichzeitigem Wassermangel, sollten fr眉hzeitig Alternativen gepr眉ft und deren Verwendung forciert werden. Wurde eine Stadt bereits in Richtung Schwammstadt umgebaut und der Einsatz des von D盲chern anfallenden Regenwassers nicht bzw. zu wenig ber眉cksichtigt, sind Korrekturen nur noch schwer m枚glich.
Arbeitsschritte
- (Physiko-)Chemische Charakterisierung von Regenwasser
Die chemische Charakterisierung des Regenwassers bildete den Ausgangspunkt f眉r die Untersuchungen. Es wurden Parameter wie der pH- und Leitwert, die Wasserh盲rte sowie der Gehalt an Nitrat, Phosphat und organischen Verbindungen in Regenwasserproben untersucht. Analysen fanden mit Hilfe entsprechender Messger盲te, Spektroskopie und photometrischer Bestimmungskits statt.
- Biofilm-Anzucht in statischen Modellen
Nach der Charakterisierung des Regenwassers, wurde Biofilmbildung unter Verwendung von Regenwasser untersucht. Dabei handelte es sich um ein erstes Screening, weshalb diese Versuche statisch in 6-Well-Zellkulturschalen durchgef眉hrt wurden. Hierzu wurden speziell zugeschnittene Medien verwendet, die in unterschiedlichen Konzentrationen mit Regenwasser/Trinkwasser kombiniert wurden, um die Auswirkungen auf die Biofilmproduktion zu vergleichen. Bewertet wurde das Biofilmwachstum zum Beispiel anhand von Wachstumskurven basierend auf der optischen Dichte, F盲rben und Quantifizierung der Biofilmmasse mittels Kristallviolett und fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen. Zus盲tzlich wurde extrahierte DNA verwendet, um eine DNA-Sequenzierung zur Identifikation mikrobieller Spezies durchzuf眉hren. Weiterhin erfolgten Keimzahlbestimmungen (KbE) durch serielle Verd眉nnungen und Plattierung auf Agar.
- Praktische Felduntersuchungen in Verdunstungsk眉hlanlagen
Die Laborergebnisse wurden durch Feldversuche erg盲nzt, bei denen zuvor entwickelte Probentr盲ger in realen Verdunstungsk眉hlanlagen eingesetzt wurden. Vier verschiedene Anlagen in NRW wurden f眉r die Probennahme identifiziert und die Biofilmtr盲ger f眉r ein bis drei Monate im K眉hlwasser platziert. Diese Versuche erm枚glichten es, an die Umgebung angepasste Biofilme aus VKAs zu gewinnen und deren Zusammensetzung durch DNA-Sequenzierung zu bestimmen. Die mesophile aerobe Gesamtkeimzahl pro Tr盲ger wurde bestimmt und die DNA isoliert. Zur Erg盲nzung wurden weitere mikrobiologische Parameter untersucht.
- Biofilm-Anzucht ex-situ durch Nutzung des CDC-Reaktors
Um die potenzielle Entwicklung von Biofilmen in Verdunstungsk眉hlanlagen zu simulieren, wurden die erhaltenen Biofilme genutzt, um den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Biofilm-Reaktor zu beimpfen. Nach der Biofilmanzucht wurden die Zellen beschrieben und die mesophile aerobe Gesamtkeimzahl, sowie die Zellzahl weiterer relevanter mikrobiellen Gruppen bestimmt. Zus盲tzlich wurde die gesamte Biofilmmasse verglichen
Ergebnisse
Im Rahmen des Projekts 鈥濳limawandelanpassung durch Trinkwassersubstitution f眉r R眉ckk眉hlwerke鈥� wurden zahlreiche Experimente durchgef眉hrt, um die Eignung und Effektivit盲t der Regenwassernutzung in Verdunstungsk眉hlanlagen zu bewerten. Diese umfassen sowohl Laboruntersuchungen zur allgemeinen Biofilmbildung spezifischer Spezies, als auch die Untersuchung von Biofilmen aus realen Verdunstungsk眉hlanlagen, die 眉ber einen l盲ngeren Zeitraum betrieben wurden.
Die durchgef眉hrten Untersuchungen zeigen, dass die Nutzung von Regenwasser in Verdunstungsk眉hlanlagen ein vielversprechender Ansatz f眉r nachhaltige Klimaanpassung und Ressourcenschonung sein kann. Regenwasser k枚nnte eine 枚kologisch sinnvolle Alternative zu Trinkwasser bieten, insbesondere bei gezielter Wasseraufbereitung wie UV-Sterilisation. Dies reduziert nicht nur den Biozidbedarf, sondern tr盲gt auch zur Kontrolle der Biofilmbildung bei. Praktische Feldversuche und Untersuchungen im Laborma脽stab lieferten wertvolle Erkenntnisse zur mikrobiellen Zusammensetzung und den Einflussfaktoren auf Biofilmbildung. Jedoch geben unsere Versuche keine Hinweise darauf, dass ein erh枚htes gesundheitliches Risiko durch angereicherte Pathogene in den mikrobiellen Gemeinschaften von Trinkwasser und Regenwasser besteht.
Ausgew盲hlte Ergebnisse werden im Abschlussbericht dargestellt.
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Als Outcome dieses Projektes sollen ausgew盲hlte Ergebnisse verschiedener Versuchsreihen in wissenschaftlichen Journals publiziert werden. Im aktuellen Fokus steht eine Ver枚ffentlichung, die die Daten zur mikrobiellen Zusammensetzung von Biofilmen in VKAs und den anschlie脽enden ex-situ Versuchen im CDC-Reaktor umfassen soll.
Eine weitere Ver枚ffentlichung basierend auf den Wachstumskurven ausgew盲hlter Bakterien in verschiedenen Wassertypen ist geplant.
Zus盲tzlich wird in der Zeitschrift fbr-Wasserspiegel 眉ber das Projekt berichtet. Der Artikel wurde bereits eingereicht, jedoch noch nicht ver枚ffentlicht. F眉r die Mitgliederversammlung des Bundesverbands f眉r Betriebs- und Regenwasser, fbr, wurde ein One-Pager erstellt, um die Ergebnisse vorzustellen.
Auch auf Tagungen wurde im Rahmen von Vortr盲gen berichtet.
Fazit
Die Nutzung von Regenwasser in Verdunstungsk眉hlanlagen hat gro脽es Potenzial, sowohl f眉r die Klimawandelanpassung als auch f眉r die Ressourcenschonung. Die bisherigen Untersuchungen zur Nutzung von Regenwasser in Verdunstungsk眉hlanlagen haben gezeigt, dass Regenwasser eine nachhaltige Alternative zu Trinkwasser darstellen k枚nnte, wenn es richtig behandelt wird. Insbesondere die Kombination von Regenwasser mit UV-Sterilisationstechnologien k枚nnte sich als effektiv erweisen, um die Biofilmbildung zu kontrollieren und die Notwendigkeit von Biozidzus盲tzen generell zu reduzieren. Die mikrobiologischen Untersuchungen, einschlie脽lich der DNA-Analyse der Biofilme, zeigten zwar, dass Regenwasser in Verdunstungsk眉hlanlagen eine andere mikrobielle Flora f枚rdert, die spezifische Anforderungen an die Wartung und 脺berwachung der Systeme stellen k枚nn-ten. Es konnte jedoch keine spezifische Anreicherung relevanter Pathogene nachgewiesen werden, was f眉r eine Nutzung von Regenwasser spricht.
Die in den Feldversuchen gewonnenen Daten geben bereits einen ersten guten 脺berblick zum allgemeinen Potenzial verschiedener Anlagen zur Biofilmbildung. Die Nutzung des CDC-Re-aktors als dynamisches Wachstumsmodell in Kombination mit der Inokulation mit komplexen ex-situ Biofilmen aus VKAs erm枚glichen realit盲tsn盲here Untersuchungen zum Vergleich von Trink- und Regenwasser als Wasserquelle f眉r diese.