Transport und Verbleib von Fäkalkeimen in Fließgewässern nach Mischwasserentlastungen

合并下水道排放后自来水中粪便细菌的迁移和归宿

• 批准号: 145470713
• 负责人: Professor Dr. Harald Horn
• 金额: --
• 依托单位: Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft (Oskar-von-Miller Institut)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/145470713?language=en
• 关键词: Transport; und; Verbleib; von; kalkeimen

Im beantragten Forschungsvorhaben soll das Wechselspiel pathogener Keime aus fäkalen Verunreinigungen in der Bulkphase von Fließgewässern mit dem benthischen Biofilm an der Gewässersohle untersucht und die auftretenden Transport- und Umsatzprozesse mit Hilfe eines zu entwickelnden mathematischen Modellsystems beschrieben und quantifiziert werden.Im für die Untersuchungen ausgewählten Gewässersystem der Isar geschieht der Eintrag der Pathogen in der Regel durch Mischwasserentlastungen bei Starkregenereignissen. Als Indikatorkeime werden für das Projekt Fäkalcoliforme und Fäkalstreptokokken gewählt, wie sie auch in der EU-Badegewässer-Richtlinie festgelegt sind. Zur Entwicklung eines mathematischen Modells des Fatums und Transportverhaltens der Keime sind experimentelle Daten zum Verhalten der frei suspendierten und der an Feststoffe des Mischwassers adsorbierten Keime in der fließenden Welle des Gewässers, zum Übergang der Keime aus der Bulkphase in den Biofilm der Gewässersohle, und zum Verbleib und zu den Abbaukinetiken der Keime im Biofilm und die erneute Freisetzung von Keimen aus dem Biofilm zurück in den Wasserkörper experimentell zu erheben. Für die Charakterisierung der Populationsdynamik der Indikatororganismen werden Absterbe- bzw. Wachstumskinetiken bestimmt und hierbei der Einfluss von Strahlungsexposition, Nähr- und Feststoffkonzentration systematisch untersucht. Neben den klassischen Kultivierungstechniken wird die Real-Time-quantitative Polymerase Kettenreaktion (RTQ-PCR) eingesetzt, um auch die nicht kultivierbaren Keime zu erfassen. Eine Lokalisierung der Indikatorkeime in den fluidisierten Aggregaten und im Biofilm soll mit Hilfe der FISH-Technik (Fluorescence In Situ Hybridization) und der konfokalen Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) erreicht werden. Untersuchungen der mikrobiologischen Prozesse werden unter Laborbedingungen in Batchversuchen sowohl im Versuchsreaktor als auch in einer kleinen Laborrinne (im Folgenden als Labor-Versuchsrinne bezeichnet) durchgeführt und dienen der Erforschung der Populationsdynamik der Indikatororganismen. Untersuchungen in einer großmaßstäblichen Laborrinne (im Folgenden als Natur-Versuchsrinne bezeichnet) dienen vonwiegend der Erforschung des Sedimentations- und Resuspensionsverhaltens der Mikroorganismen unter naturnahen, hydraulischen Beanspruchungen des originalen Isar- Sohlsubstrats und unter kontrollierten Wachstums-Randbedingungen. Demgegenüber können die in situ vorgesehenen Feldversuche in der Isar nur mehr einer stichprobenweisen Überprüfung dienen, da im Natursystem die Variation der Randbedingungen dem Zufall unterliegt und somit weder die Vergleichbarkeit mit den Laborversuchen noch die erforderliche Variationsbreite der Randbedingungen gewährleistet ist.Parallel zu den physikalischen Untersuchungen soll ein komplexes, dreidimensionales mathematisches Modell entwickelt und validiert werden. Als Grundlage der Entwicklung dient der vorhandene und verifizierte Finite-Volumen Code FAST3D, der nicht nur verschiedenste „State of the art" Ansätze der Turbulenzabbildung sondern auch einen Schwebstoff- und Geschiebemodul zur Simulation komplexer, morphodynamischer Prozesse umfasst. Die im Laborversuch erhobene, sowie in situ abgesicherte mathematische Beschreibung der Populationsdynamik fließt in einen neu zu entwickelnden Modul innerhalb des bestehenden FAST3D Kerns ein, der somit die Hydrodynamik, die Morphodynamik sowie das Fatum und Transportverhalten von Keimen abzubilden vermag. Das für Hochleistungsrechner vektorisierte und parallellsierte Werkzeug stellt somit ein umfassendes Prognoseinstrument dar, welches nach einer umfassenden Validierung an der Natur-Versuchsrinne, für Planung und Durchführung konkreter Feldexperimente, als auch später zum Wasserqualitätsmanagement sowohl der Isar als auch anderer Fließgewässer eingesetzt werden kann. Als Fernziel wird die Kondensation der Labor- und Berechnungsresultate in einfache Gesetzmäßigkeiten angesehen, mit denen das Keimfatum und Keimtransportverhalten beschrieben werden kann.Das zentrale Ziel des beantragten Vorhabens ist die Verknüpfung der Transportprozesse in Fließgewässern auf der einen und der biotischen Prozesse auf der anderen Seite. Die Antragsteller versprechen sich von der Kombination ihrer beiden Disziplinen einen Wissenszugewinn, der sich positiv auf die Publizierbarkeit auswirken wird.

研究表明，在具有底栖生物膜的漂浮物的体相中，通过生物膜的介导和运输，韦尔登数学模型系统的建立和应用，为研究混合溶剂中病原体的识别提供了一个新的方法斯塔克雷根雷尼森Als Indikatorkeime韦尔登für das Projekt Fäkalcoliforme und Fäkalstreptokken gewählt，wie sie auch in der EU-Badegewässer-Richtlinie festgelegt sind.本文建立了一个生物膜中悬浮液的自由悬浮率和吸附在生物膜韦勒中的悬浮液的聚集率的实验数据的数学模型，并在实验中对生物膜中的生物膜进行检测和对生物膜中的生物膜进行检测zu erheben. Für die Charakterisierung der Populationsdynamik der Indikatororganismen韦尔登Absterbe- bzw. Wachstumskinetiken bestimmt and hierbei der Einfluss von Strahlungsexposition，Nähr- und Feststoffconzentration systematisch untersucht.实时定量聚合酶链反应（RTQ-PCR）是一种经典的多功能检测技术，但也不能直接用于检测。利用荧光原位杂交技术和激光扫描显微镜（CLSM）对流化聚集体和生物膜进行定位。微生物学研究的韦尔登是通过对指示生物种群动态的研究，在一个小的种群中（在Folgenden als-Versuchsrinne bezeichnet中），通过对指示生物种群动态的研究，在一个小的种群中进行微生物学研究。在一个大规模的地下水（在Folgenden als Natur-Versuchsrinne bezeichnet）中的研究主要是通过对原始Isar-Sohl基质和控制Wachstums-Randbedingungen的水力学、微生物沉积和再悬浮的研究来实现的。在Isar中的现场观测结果表明，在自然系统中，Zufall的随机变量是非常小的，并且在某些情况下，随机变量的计算结果是非常精确的。FAST 3D程序的基本开发内容和验证方法，不仅验证了“最新技术水平”，而且还提供了一种用于复杂形态动力学过程模拟的Schwebstoff和Geschieebmodul。在这种情况下，可以在一个新的开发最好的FAST 3D科恩斯模型中对种群动力学进行现场数学描述，其中包括流体动力学，形态动力学，以及在一个给定的环境中的命运和运输。Das für Hoopestungsrechner vektorisierte and parallelsierte Werkzeug stelt somit an umfassendes Prognoseinstrument dar，welches nach einer umfassenden Validierung an der Natur-Versuchsrinne，für Planung und Durchführung konkreter Felexperimente，als auch später zum Wasserqualitätsmanagement sowohl der Isar als auch anderer Fließgewässer eingesetzt韦尔登kann.在德国，劳动力和生产力的凝聚力是一个巨大的社会问题，因此，劳动力和生产力的凝聚力是一个巨大的社会问题。在德国，食品加工中心的Ziel是一个交通运输过程的协调机构，它在食品加工和生物技术过程中起着重要的作用。出版商认为，这种结合将使他们获得一种知识，这种积极的态度也将使出版商受益。

项目成果

Persistence of fecal indicator bacteria in sediment of an oligotrophic river: comparing large and lab-scale flume systems.

贫营养河流沉积物中粪便指示菌的持久性：比较大型和实验室规模的水槽系统

• DOI: 10.1016/j.watres.2014.05.007
• 发表时间: 2014
• 期刊: Water research
• 影响因子: 12.8
• 作者: Walters E;Kätzl K;Müller E;Schwarzwälder K;Rutschmann P;Horn H.
• 通讯作者: Horn H.

Influence of resuspension on the fate of fecal indicator bacteria in large-scale flumes mimicking an oligotrophic river.

重悬浮对模拟寡营养河流的大型水槽中粪便指示菌命运的影响

• DOI: 10.1016/j.watres.2013.10.002
• 发表时间: 2014
• 期刊: Water research
• 影响因子: 12.8
• 作者: Walters E;Müller E;Schwarzwälder K;Kätzl K;Rutschmann P;Horn H.
• 通讯作者: Horn H.

Influence of Particle Association and Suspended Solids on UV Inactivation of Fecal Indicator Bacteria in an Urban River

• DOI: 10.1007/s11270-013-1822-8
• 发表时间: 2014-01-01
• 期刊: WATER AIR AND SOIL POLLUTION
• 影响因子: 2.9
• 作者: Walters, E.;Graml, M.;Horn, H.
• 通讯作者: Horn, H.