Virus removal during artificial groundwater recharge and the effects of organic matter : Tunåsen infiltration basins, Uppsala, Sweden

Abstract: Die Verunreinigung von Trinkwasser mit pathogenen Mikroorganismen kann zu epidemischen Krankheitsausbrüchen führen und stellt daher weltweit ein Risiko für die menschliche Gesundheit dar. Oberflächengewässer sind im Gegensatz zu Grundwasser anfälliger für Verunreinigungen. Trotzdem steigt die Nutzung von Oberflächengewässern zur Herstellung von Trinkwasser, aufgrund die wachsende Nachfrage der Bevölkerung. 50% des Trinkwasserkonsums in Schweden wird durch die Nutzung von Oberflächengewässern gedeckt, ein Großteil davon durch die künstliche Anreicherung von Grundwasser. In Uppsala, Schweden, wird Wasser aus dem naheliegenden Fluss Fyrisån, in sandgefüllte Infiltrationsbecken gepumpt, um die natürlichen Grundwasservorkommen anzureichern, die als Trinkwasser genutzt werden. Diese Studie konzentriert sich auf die Adsorption und Inaktivierung von Viren während des Infiltrationsprozesses. Bodenproben stammen aus den Infiltrationsbecken und Wasserproben aus dem Pumpwerk bei Tunåsen, Uppsala. Eine Laborstudie wurde durchgeführt, 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-Gefäße gefüllt und ständiges Rühren simulierte den Infiltrationsprozess über 10 Wochen. Über diesen Zeitraum wurde die Konzentration der Viren anhand der „Double Agar Layer“- Methode gemessen. Die Experimente wurden zudem bei 4°C durchgeführt, um Winterbedingungen in Uppsala zu simulieren und ein Worst-Case-Szenario für Vireninaktivierung zu erschaffen. Zwei verschiedene Böden 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 Oberflächengewässern während des letzten Jahrzehnts konstant gestiegen ist, reichert sich immer mehr organisches Material als organische Bodensubstanz (SOM) im Infiltrationsmaterial an. Die zwei Böden unterscheiden sich daher in ihrem Gehalt an organischen Kohlenstoff (TOC). Während 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 gelöster organischer Stoffe (DOM) und Ionenstärke (IS). Für beide Faktoren wurden jeweils eine hohe und eine niedrige Konzentration gewählt, welche die Konzentrationsschwankungen im Fluss Fyrisån wiederspiegeln. Wie angenommen, ist die Inaktivierung der Viren während der kalten Wintermonate insgesamt sehr gering und Adsorptionsprozesse sind hauptverantwortlich für die Entfernung der Viren. Während SOM große Auswirkungen auf die Adsorption der Viren hatte, zeigten Schwankungen in IS und DOM hauptsächlich Auswirkungen auf die Inaktivierung der Viren. Eine Kombination von hohem DOM und niedriger IS führte zu den geringsten Inaktivierungsraten. Die Anreicherung von SOM in den Infiltrationsbecken führte dazu, dass Virusbindungsstellen geblockt wurden und die Adsorptionskapazität 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 künstlicher Grundwasseranreicherungsanlagen mit der Akkumulation von organischem Material über die Zeit abnimmt.