Virus removal during artificial groundwater recharge and the effects of organic matter

Die Verunreinigung von Trinkwasser mit pathogenen Mikroorganismen kann zu epidemischen Krankheitsausbruchen fuhren und stellt daher weltweit ein Risiko fur die menschliche Gesundheit dar. Oberflachengewasser sind im Gegensatz zu Grundwasser anfalliger fur Verunreinigungen. Trotzdem steigt die Nutzung von Oberflachengewassern zur Herstellung von Trinkwasser, aufgrund die wachsende Nachfrage der Bevolkerung. 50% des Trinkwasserkonsums in Schweden wird durch die Nutzung von Oberflachengewassern gedeckt, ein Grosteil davon durch die kunstliche Anreicherung von Grundwasser. In Uppsala, Schweden, wird Wasser aus dem naheliegenden Fluss Fyrisan, in sandgefullte Infiltrationsbecken gepumpt, um die naturlichen Grundwasservorkommen anzureichern, die als Trinkwasser genutzt werden. Diese Studie konzentriert sich auf die Adsorption und Inaktivierung von Viren wahrend des Infiltrationsprozesses. Bodenproben stammen aus den Infiltrationsbecken und Wasserproben aus dem Pumpwerk bei Tunasen, Uppsala. Eine Laborstudie wurde durchgefuhrt, in deren Fokus die Auswirkung von organischem Material auf die Adsorption und Inaktivierung der Viren steht. Flusswasser, Sand und Modelviren (MS2 Bakteriophagen) wurden in Bioreaktor-Gefase gefullt und standiges Ruhren simulierte den Infiltrationsprozess uber 10 Wochen. Uber diesen Zeitraum wurde die Konzentration der Viren anhand der „Double Agar Layer“- Methode gemessen. Die Experimente wurden zudem bei 4°C durchgefuhrt, um Winterbedingungen in Uppsala zu simulieren und ein Worst-Case-Szenario fur Vireninaktivierung zu erschaffen. Zwei verschiedene Boden wurden getestet, von denen einer schon mehrere Jahre als Infiltrationsmaterial genutzt wird und einer, der noch ungenutzt ist. Da die Konzentration von organischem Material in Oberflachengewassern wahrend des letzten Jahrzehnts konstant gestiegen ist, reichert sich immer mehr organisches Material als organische Bodensubstanz (SOM) im Infiltrationsmaterial an. Die zwei Boden unterscheiden sich daher in ihrem Gehalt an organischen Kohlenstoff (TOC). Wahrend im „alten Sand“ 0.034 % TOC gemessen wurde, wurde im „neuen Sand“ nur 0.008 % TOC gemessen. Weiterhin unterschieden sich die Experimente in der Konzentration geloster organischer Stoffe (DOM) und Ionenstarke (IS). Fur beide Faktoren wurden jeweils eine hohe und eine niedrige Konzentration gewahlt, welche die Konzentrationsschwankungen im Fluss Fyrisan wiederspiegeln. Wie angenommen, ist die Inaktivierung der Viren wahrend der kalten Wintermonate insgesamt sehr gering und Adsorptionsprozesse sind hauptverantwortlich fur die Entfernung der Viren. Wahrend SOM grose Auswirkungen auf die Adsorption der Viren hatte, zeigten Schwankungen in IS und DOM hauptsachlich Auswirkungen auf die Inaktivierung der Viren. Eine Kombination von hohem DOM und niedriger IS fuhrte zu den geringsten Inaktivierungsraten. Die Anreicherung von SOM in den Infiltrationsbecken fuhrte dazu, dass Virusbindungsstellen geblockt wurden und die Adsorptionskapazitat des „alten Sandes“ gleich Null war. Der „neue Sand“ hingegen, adsorbierte die Viren schnell. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Effizienz der Adsorptions- und Inaktivierungsprozesse von Viren in Infiltrationsbecken kunstlicher Grundwasseranreicherungsanlagen mit der Akkumulation von organischem Material uber die Zeit abnimmt.