8. IFWW-Fachkolloquium - Haltern, 27.05.2008 Hygiene in der Wasserwirtschaft
Untersuchungen zur mikrobiellen Fließgewässerbelastung am Beispiel der Swist
Thomas Kistemann & Andrea Rechenburg
Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit Universität Bonn - WHO Collaborating Centre Fragen
• Wie groß ist die Belastung eines nicht besonders geschützten, nordrhein- westfälischen Fließgewässers mit humanpathogenen Mikroorganismen? • Woher stammen diese mikrobiellen Belastungen? • Gibt es relevante, z.B. witterungsabhängige oder saisonale Schwankungen? • Wie entwickelt sich die mikrobielle Belastung im Gewässerverlauf? • Welche Maßnahmen zur Reduzierung der Belastungen können besonders effizient sein? • Müssen aus den Belastungen Maßnahmen zum Gesundheitsschutz abgeleitet werden, welche derzeitige Nutzungen der Fließgewässer einschränken?
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Die Swistbach-Projektfamilie
• Swist I 1999-2001 Untersuchung von Kläranlagen-Abläufen • Swist II 2002-2004 Untersuchung von Mischwasser-Abschlägen • Swist III 2005-2007 Untersuchung von diffusen Einträgen • Swist IV in Vorbereitung
Gefördert vom MUNLV NRW In enger Kooperation mit dem Erftverband
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Das Untersuchungsgebiet
• Gewässerlänge: Swist: 42 km, gesamt: 250 km • Größe EZG: ca. 289 km² • Bevölkerung ca. 91.700; Bevölkerungsdichte 2002: 322 E/km2 • Alle Ortslagen an die öffentliche Kanalisation angeschlossen • 8 Kläranlagen • 52 Regen- bzw. Mischwassereinleitungen (REBEKA) • naturnaher Zustand der Swist nur an wenigen Stellen erhalten (Gewässerstrukturgütekartierung 1994) • Biologische Gewässergüte seit 1999 fast durchgängig Klasse II (gering belastet) • Etwa ein Fünftel des Einzugsgebietes drainiert • Oberflächenwasser wird zur Beregnung verwendet • Stellenweise Spiel- und Badenutzung • Viehtränkung; Tränkestellen teilw. direkt im Bach
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Swist I Kläranlagen
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health precipitation effluent [mm / week] [m³ / day] 40.0 200,000 Precipitation in the catchment area (average/week) 180,000 35.0 STPs: effluent per day (average/week) 160,000 30.0 Swist: effluent per day (average/week) 140,000
25.0 120,000
20.0 100,000
80,000 15.0
60,000 10.0 40,000
5.0 20,000
0.0 0 Aug Sep Oct Nov Nov Dec Jan Jan Feb Mar Mar Apr May May June July July Aug 35 38 41 44 47 50 01 04 07 10 13 16 19 22 25 28 31 34 calendar week
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Kläranlagen des Swistbach-Projekts Technische Daten
Kläranlage Leistung Bemessungswerte Anlage- Abwasser TW-Zufluß2 M-Zufluß3 Verweildauer Verfahrens- EW1 Kommune Name Abwassertyp volumen 1996 EGW Q Q (h) technik (1996) t m (m³) (1000 m³/a) (m³/h) (m³/h) theor. emp.
Mecken- Belebung/ Flerzheim 36.519 23.382 3.171 50.000 720 1440 32 41 heim Mischsystem Nachklärung/ (Industrie Festbettreaktor/ Trennsystem) Filtration Rheinbach 14.961 13.000 1.702 22.000 360 720 36 35
Stadt Loch 791 312 93 850 21,6 43,2 14 25 Rheinbach Kompaktanlage Belebung/ Nachklärung Hilberath 388 308 37 850 10,8 50,4 29 171 Mischsystem
Miel 9.986 5.667 721 11.000 180 396 31 43 Belebung/ Gemeinde Festbettreaktor Swisttal Heimerz- Nachklärung 7.340 5.446 544 10.700 192,6 385,2 28 132 heim
Quelle: Wasserrechtliche Erlaubnisbescheide 1991-94, Geschäftsbericht des Erftverbandes 1996, Kartenmaterial
1 EW ohne Industrie- und Gewerbeanteil (vgl. Geschäftsbericht Erftverband 1996) 2 TW-Zufluß = Trockenwetterzufluß (vgl. Wasserrechtliche Erlaubnisbescheide) 3 M-Zufluß = Mischzufluß (vgl. Wasserrechtliche Erlaubnisbescheide)
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health 100,000,000
10,000,000
1,000,000 ]]] lll
100,000 100 m100 m100 m /// UUU FFF
CCC 10,000 [ [ [ CCC C C C ,,,
lilili 1,000 ooo c c c ... EEE 100 STP 1 and 2 [i]: n = 9 STP 1 and 2 [e]: n = 10 10 STP 3 and 5 [i, e]: n = 5 STP 4 and 6 [i, e]: n = 4 1 1 [i] 1 [e] 2 [i] 2 [e] 3 [i] 3 [e] 4 [i] 4 [e] 5 [i] 5 [e] 6 [i] 6 [e] Sewage treatment plant [STP] - influent [i] and effluent [e]
aus: Kistemann et al., Int J Hyg Environ Health 211 (2008, in print)
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health 194,658 100,000 STP 1 and 2: n = 10 STP 2 to 6: n = 5 90,000
80,000
70,000 l l l l 60,000 100100100100 //// aaaa iiii llll 50,000 bbbb
lam lam lam lam 40,000 G.G.G.G. 30,000
20,000
10,000
0 1 [i] 1 [e] 2 [i] 2 [e] 3 [i] 3 [e] 4 [i] 4 [e] 5 [i] 5 [e] 6 [i] 6 [e] Sewage treatment plant [STP] - influent [i] and effluent [e]
aus: Kistemann et al., Int J Hyg Environ Health 211 (2008, in print)
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Reduktionsleistungen der Kläranlagen n Giardia I. (/100 L) KBE 20°C (/1 ml) KBE 36°C (/ml) E. coli, MPN- Verfahren (/100ml) E. coli, CC-Verfahre (/100ml) Coliforme (MPN) (/100 ml) Fäkalstreptokokken (/100ml) sulfitred., sporenb. Anaerobier (/100ml) Median KA Flerzheim 3,02,83,03,53,23,33,32,93,0
KA Heimerzheim2,32,92,93,63,72,83,12,62,8
KA Hilberath 1,81,71,62,22,22,62,51,81,8
KA Loch 0,92,11,92,02,51,72,31,41,7
KA Miel 3,12,62,64,03,53,03,62,32,6
KA Rheinbach 3,52,93,33,73,64,03,53,03,3
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Fazit Swist I
• Bakteriologische Reinigungsleistung der Kläranlagen: 2-4 log- Stufen (abhängig vom Ausbaugrad) • Insgesamt Erhöhung der Bakterienfracht durch KA • Parasiten Cryptosporidien: nur geringer Anstieg im Gewässerverlauf Giardia: deutliche Erhöhung mit steigendem Siedlungseinfluss
• Es besteht Infektionsgefahr durch Bakterien und Parasiten bei direkter Nutzung des Bachwassers
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Swist II: Mischwasserentlastungen • Ist die mikrobielle Belastung nach einem Entlastungsereignis an der Einleitungsstelle im Gewässer nachzuweisen? • Welche Faktoren beeinflussen die mikrobielle Qualität der Entlastung? • Verändert sich die mikrobielle Qualität der Entlastung über die Zeit?
Prallblech Tauchwand P Abschlagsmessung Pumpe Signal
• Ereignisgesteuerte automatische Probenahme und Erfassung der Entlastungsmenge und -dauer am Ablauf der ausgewählten RÜB‘s • Ereignisgesteuerte automatische Probenahme oberhalb und korrespondierend unterhalb der Einleitung; Trockenwetterproben
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Frachtvergleich Trockenwetter vs. Ereignis in der Swist unterhalb Flerzheim KBE / sec. 1,00E+12
Ereignisfracht (Median) 1,00E+11 Trockenwetterfracht (Median)
1,00E+10
1,00E+09
1,00E+08
1,00E+07
1,00E+06
1,00E+05
1,00E+04
1,00E+03
1,00E+02
1,00E+01
1,00E+00 Clostridien Coliforme (MPN) E_ coli (CC) E_ coli (MPN) Fäkalstreptokokken KBE 20°C KBE 36°C
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Konzentrationen und Frachten von Mikroorganismen aus Regen-Entlastungen: Mischwasserabschlag Loch
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Konzentrationen und Frachten von Mikroorganismen aus Regen-Entlastungen: Mischwasserabschlag Loch
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Regenentlastungen im Vergleich zu anderen Eintragspfaden
Mediane Einleitungsmengen pro Jahr m³/a
7.000.000
6.000.000
5.000.000
4.000.000
3.000.000 EZG KA EU-Kessenich EZG KA Weilerswist EZG KA Todenfeld 2.000.000 EZG KA Rheinbach EZG KA Miel m EZG KA Loch u m
1.000.000 EZG KA Hilberath xi
EZG KA Heimerzheim Ma EZG KA Flerzheim Min. 0 KA-Ablauf Mischwasser-Entlastungen
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Regenentlastungen im Vergleich zu anderen Eintragspfaden
Mediane E. Coli-Fracht aus Einleitungen pro Jahr KBE/a
1E+16
1E+15 t m a s e EZG KA EU-Kessenich t m m G EZG KA Weilerswist sa e mu i
EZG KA Todenfeld x a
1E+14 EZG KA Rheinbach M mum G i EZG KA Miel Min EZG KA Loch EZG KA Hilberath EZG KA Heimerzheim EZG KA Flerzheim
1E+13 KA-Frachten MW-Frachten
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Regenentlastungen im Vergleich zu anderen Eintragspfaden
Mediane Giardia-Frachten aus Einleitungen pro Jahr Cysten/a
20.000.000.000
18.000.000.000
16.000.000.000
14.000.000.000
12.000.000.000 samt e
10.000.000.000 m G
EZG KA EU-Kessenich ximu 8.000.000.000
EZG KA Weilerswist Ma EZG KA Todenfeld 6.000.000.000
EZG KA Rheinbach mt
EZG KA Miel sa 4.000.000.000 e EZG KA Loch EZG KA Hilberath mum G 2.000.000.000 EZG KA Heimerzheim i
EZG KA Flerzheim Min 0 KA-Frachten MW-Frachten
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Fazit Swist II
• Aus RÜBs werden innerhalb weniger Minuten ebenso viele Mikroorganismen eingeleitet wie aus KA an einem ganzen Tag. – Verdünnung größer, je länger Regendauer vor Auslösen der Entlastung
• Eintrag Jahresfrachten Mischwasserentlastung vs. Kläranlagen Bakterien 10:1 Giardia 4:1
• Grundsätzliche jahreszeitliche Abhängigkeit der Konzentrationen nicht belegbar
• ABER: Bereits in den Oberläufen existieren hohe Belastungen mit Krankheitserregern; diese stammen nicht von Kläranlagen oder Mischwasserentlastungen
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Swist III: Diffuse Eintragspfade
• Bestimmung der mikrobiellen Einträge aus diffusen Eintragspfaden über Oberflächen- und Bodenwasserabfluss unterschiedlich genutzter Flächen im zeitlichen Verlauf – nutzungsorientiert (Rack, Ereignisproben) – gewässerorientiert (Gewässer, Regelproben)
Flächenanteile der Landnutzungen im Einzugsgebiet der Swist
1345,72 ha 3415,00 ha 8522,44 ha 1908,63 ha
2472,46 ha
12739,33 ha
Wald Grünland (z.T. Weide) Acker Sonderkultur Siedlungsfläche Sonstiges
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Lage der Probenahmestellen
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Probenahmestellen
Abfluss Teichanlage Gewässer
Drainage
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Aufbau Rack
Sammelbehälter Oberflächenabfluss
Frontplatte
SaSammelmmelbbeehhälältteerr Zwischenabfluss Bodenwasserabfluss
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Ergebnisse Ereignisproben
Verteilung der E. coli -Konzentration in den Ereignisproben
n = 8 n = 8 n = 8 n = 3 n = 3 n = 10 n = 3 n = 4 n = 7 n = 1 n = 4 n = 8 1,E+10077 n=8 1,E+10066
] Median L 1,E+10055
1,E+10044 ml] 0 0
1 BadegewRL 1,E+10033 n [KBE /100 m
n [KBE/ 2
tratio 1,E+1002 atio
nzen 1,E+10011 Ko
0 Konzentr 1,E+1000
-1 1,E10-01 OABAOADOABADDE OABAD
Wald Weide Acker Sonderkultur
OA = Oberflächenabfluss BA = Bodenwasserabfluss D = Drainagewasser
DE = Drainagewasser, Erdbeerfeld
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Bilanz
Anteile der E. coli (MPN)-Frachten im Einzugsgebiet der Swist
70,05%
24,60% 5,35%
Kläranlage Mischwasserentlastung diffuser Eintrag
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Bilanz
Anteile der Giardia -Frachten im Einzugsgebiet der Swist
39%
41% Eintrag inklusive Fehleinleitungen 20% aus Siedlungs- flächen
Kläranlage Mischwasserentlastung diffuser Eintrag
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Quellen des diffusen Eintrags
E. coli – intensive Nutzung
61,1%
9,9%
3,8% 25,2%
Wa ld We ide Acker Sonde rkultur
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit !
IHPH – Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health WHO Collaborating Centre / AG Medizinische Geographie & Public Health