Überprüfung neuer Ersatzsubstanzen für Protozoen

Von den weltweiten Süßwasservorkommen sind 97% als Grundwasser gespeichert. Menschen haben über Jahrtausende Grundwasser im Haushalt, in der Landwirtschaft und in der Industrie verwendet. Die Wasserqualität des Grundwassers ist als Trinkwasser Ressource besonders wichtig und ist damit von großer gesellschaftlicher Bedeutung für die Gesundheit der Menschen. Dieses Projekts befasst sich mit der Untersuchung der Grundwasserqualität für die Trinkwassernutzung. Protozoen Cryptosporidium parvum ist ein Krankheitserreger der in Trinkwasserversorgungen auftreten kann und sich in Trinkwasseraufbereitungsanlagen nur schwer zu entfernen lässt. C. parvum verursacht schwere gastrointestinale Erkrankung und kann sogar bei immun-kompromittierten Personen zum Tode führen. Es wurden kürzlich innovative Mikrosphärenpartikel entwickelt, welche mit Glykoprotein beschichtet werden, um die Transporteigenschaften von C. parvum nachzubilden. Diese können ohne Gefahr in Feldversuchen eingesetzt werden, um das Transportverhalten von C. parvum im Grundwasser unter natürlichen Verhältnissen zu untersuchen. Im beantragten Projekt werden diese Partikel und C. parvum unter verschiedenen chemischen Bedingungen und in verschiedenen Größenskalen untersucht: in Laborversuchen unter kontrollierten Umgebungsbedingungen in 30 cm bis 4 m langen Bodensäulen und in Feldversuchen nur mit den Mikrosphärenpartikel. Die innovativen Aspekte dieses Projektes sind einerseits die Untersuchung der Skalierbarkeit von Laborversuchen auf die Gegebenheiten im Freiland und die Verwendung von Kiesmaterial in den Versuchen, für welche es bisher wenige Informationen über die Transporteigenschaften gibt. Eine Hypothese dieses Projektes ist, dass die mit Glykoprotein beschichteten Mikrosphärenpartikel die Transporteigenschaften von C. parvum am besten imitieren. Dabei werden diese mit unbeschichteten Mikrosphärenpartikeln und mit dem Bakterium B. subtilis verglichen (welches bisher als best geeigneter Ersatz für C. parvum angesehen wurde). Eine weitere Hypothese ist, dass die Ergebnisse der Laborversuche mit den Bodensäulen auf die Feldskala skaliert werden können. Wenn sich diese Hypothese bewahrheitet, können in Zukunft die aus Laborversuchen abgeleiteten Parameter für FreilandbedingungenVerwendung finden. Protein-beschichtete Mikrosphären werdendie Untersuchungen des Grundwassertransportes revolutionieren, da diese Untersuchungsmethode auch auf andere gesundheitsgefährdende Mikroorganismen erweitert werden kann und damit eine bessere Risikobewertung für sichereres Trinkwasser ermöglicht.

Von den weltweiten Süßwasservorkommen sind 97% als Grundwasser gespeichert. Menschen haben über Jahrtausende Grundwasser im Haushalt, in der Landwirtschaft und in der Industrie verwendet. Die Wasserqualität des Grundwassers als Trinkwasser Ressource ist besonders wichtig und ist damit von großer gesellschaftlicher Bedeutung für die Gesundheit der Menschen. Dieses Projekt befasst sich mit der Untersuchung der Grundwasserqualität für die Trinkwassernutzung. Protozoen Cryptosporidium parvum sind Krankheitserreger die in Trinkwasserressourcen auftreten können und sich in Trinkwasseraufbereitungsanlagen nur schwer zu entfernen lassen. C. parvum verursacht schwere gastrointestinale Erkrankungen und kann bei immun-kompromittierten Personen sogar zum Tode führen. Es wurden kürzlich innovative Mikrosphärenpartikel entwickelt, welche mit Glykoprotein beschichtet werden, um die Transporteigenschaften von C. parvum nachzubilden. Diese können ohne Gefahr in Feldversuchen eingesetzt werden, um das Transportverhalten von C. parvum im Grundwasser unter natürlichen Verhältnissen zu untersuchen. Ziel dieses Projekts war es, neue Surrogate zusammen mit C. parvum in kleinen Bodensäulen im Labor zu validieren und die Surrogate in einem Feldstandort in der Nähe von Wien, Österreich, einzusetzen. Zu diesem Zweck musste eine Beziehung zur Hochskalierung hergestellt werden, damit der Transport des Erregers im Grundwasser in einem größeren Maßstab abgeschätzt werden kann. Daher wurde ein Skalierungsfaktor zwischen dem Surrogat im Labor und im Feld ermittelt. Derselbe Skalierungsfaktor kann dann theoretisch auf C. parvum angewandt werden, und eine Schätzung seiner Transportdistanz im Feld kann mit Hilfe eines Computermodells extrapoliert werden. Die Experimente in den kleinen Säulen unter Verwendung von Surrogaten mit verschiedenen Werten für die elektrische Oberflächenladung zeigten, dass der Transport von der Kolloidgröße und der Oberflächenladung beeinflusst wird. Einige der größeren Partikel wurden jedoch überhaupt nicht durch das heterogene Material transportiert. Dies zeigt, dass die Größe der Partikel wichtiger ist als die Oberflächenladung, selbst bei Einsatz in grobem Kies. Es wurde festgestellt, dass bei der Modellierung und Vorhersage des Erregertransports vor allem die Art des Aquifermaterials und der Grad der Heterogenität bzw. der präferentiellen Fließwege zu berücksichtigen sind. In diesem Zusammenhang ist die Transportdistanz bzw. der Maßstab der betrachteten Schutzzone (d. h. 10 m oder 1000 m) von entscheidender Bedeutung. Es war möglich, eine Beziehung zur Hochskalierung zwischen den kleinen Säulen mit dem Aquifermaterial und dem Feld herzustellen, indem eine Beziehung zwischen den modellierten Parametern basierend auf der Heterogenität des Aquifermaterials ermittelt wurde. Die ermittelte Beziehung zur Hochskalierung kann als Grundlage zur politischen Entscheidungsfindung dienen. Darüber hinaus kann die Methode zur Modellierung und Hochskalierung des kolloidalen Transports in heterogenem porösem Material die Art und Weise verändern, wie Ingenieurbüros die Größe von Trinkwasserschutzzonen ermitteln.