Abbau von giftigen Produkten der Trinkwasser-Infiltration

Israel hat der Dürre den Kampf ange­sagt. Fünf Meer­wasser­entsalzungsan­la­gen gener­ieren pro Jahr um die 600 Mil­lio­nen Kubik­me­ter Süßwass­er, etwa 70 Prozent des Ver­brauchs der pri­vat­en Haushalte. Weil die gigan­tis­chen Anla­gen nicht flex­i­bel reg­uliert wer­den kön­nen, hat das Land inzwis­chen in Zeit­en gerin­geren Bedarfs und bei Wartungsar­beit­en an den Leitungsnet­zen zu viel von dem kost­baren Nass. „Man braucht einen Zwis­chen­spe­ich­er“, sagt Christoph Schüth, Pro­fes­sor für Ange­wandte Geowis­senschaften an der TU Darm­stadt. Dafür wird das Wass­er seit einiger Zeit in Aquifere einge­speist, grund­wasser­führende Boden­schicht­en, und bleibt dort, bis es wieder ent­nom­men wird. Das ein­fache Prinzip hat allerd­ings einen Nachteil: Das entsalzte Wass­er ist chlo­ri­ert. Sick­ert es durchs Erdre­ich, reagiert das Chlor mit organ­is­chen Stof­fen im Boden und bildet giftige Verbindun­gen wie zum Beispiel Chloroform.

Im deutsch-israelis­chen Ver­bund­pro­jekt MAR-DSW wollen Schüth, Dr. Kaori Sak­aguchi-Söder und der Dok­torand Behane Abrha her­aus­find­en, was mit diesen Tri­halometha­nen im Wass­er passiert.

Sie nutzen dafür das Ver­fahren der Iso­topen-Analyse, die Sak­aguchi-Söder im Rah­men ihrer Dok­torar­beit weit­er entwick­elte und für die Analy­sen in Israel maßschnei­derte. „Die Meth­ode ist eine Spezial­ität der TU, wir kön­nen die Iso­topie aller Ele­mente in den Tri­halometha­nen ermit­teln“, sagt Sak­aguchi-Söder. Dafür wer­den Wasser­proben an ver­schiede­nen Stellen des Aquifers genom­men und in einen Gaschro­matographen einge­bracht, der die enthal­te­nen Moleküle „zer­schießt“. Anschließend kön­nen die Forschen­den die Iso­topie der Bruch­stücke unter­suchen. Das ist zum Beispiel bedeut­sam, weil sich Mikroben beim Abbau der schädlichen Stoffe zuerst über leichtere Iso­tope her­ma­chen. Sind über­wiegend schwere Iso­tope in der Probe, zeigt das, dass der Abbau der gefährlichen Neben­pro­duk­te schon weit fort­geschrit­ten ist. „Mit der Iso­topen­analyse kann man Aus­sagen tre­f­fen, ob, wie schnell und an welchen Stellen der Boden­pas­sage ein Stoff abge­baut wurde“, erk­lärt Schüth.

Um die gewonnenen Mess­dat­en kor­rekt inter­pretieren zu kön­nen, simuliert das Team auch den mikro­bi­ol­o­gis­chen Abbau unter der Erde im Labor. Zur Hal­bzeit des Forschung­spro­jek­tes ste­ht das Ver­fahren: „Die Meth­ode ist bere­it für den Ein­satz“, sagt Sak­aguchi-Söder. Im April wer­den in Israel Proben gezo­gen, die dann in Darm­stadt analysiert wer­den. „Die Dat­en fließen in ein hydro­ge­ol­o­gis­ches Stan­dort­mod­ell“, sagt Schüth. „Wir wis­sen dann ganz genau, was im Unter­grund passiert.“

Das Unter­suchungsver­fahren, das an der TU entwick­elt wurde, könne weltweit zum Ein­satz kom­men, über­all, wo Wass­er in Aquifer­en gelagert werde, sagt Schüth. Die Belas­tung mit Tri­halometha­nen kann je nach Bodenbeschaf­fen­heit von Stan­dort zu Stan­dort unter­schiedlich aus­fall­en, aber dank MAR-DSW ver­ste­hen Wis­senschaft und Wasser­wirtschaft die grundle­gen­den Prozesse, die bei unter­schiedlichen Rah­menbe­din­gun­gen der Ein­speisung zum Tra­gen kom­men. „Um der zunehmenden Wasserk­nap­pheit mit Entsalzung begeg­nen zu kön­nen, ist entschei­dend, dass kün­stliche Grund­wasser­an­re­icherung als sicheres und nach­haltiges Instru­ment etabliert wird“, sagt Schüth. „Dazu leis­ten wir einen Beitrag.“

Hintergrund

Das Ver­bund­pro­jekt „Kün­stliche Grund­wasser­an­re­icherung als nach­haltige Lösung zur Spe­icherung von entsalztem Meer­wass­er“ (MAR-DSW) baut auf dem Pro­jekt MARSOL auf, das die TU koor­dinierte. MAR-DSW wird im Rah­men der deutsch-israelis­chen Koop­er­a­tion in der Wassertech­nolo­gieforschung vom Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung (BMBF) sowie vom israelis­chen Wis­senschaftsmin­is­teri­um (MOST) gefördert (Förderkennze­ichen 02WIL1386). Es startete am 1. Juni 2016, hat eine Laufzeit von drei Jahren und ein Vol­u­men von 250.000 Euro. Israelis­che Forschungspart­ner sind die Ben-Guri­on Uni­ver­si­ty, das Vol­cani Cen­ter der Agri­cul­tur­al Research Orga­ni­za­tion sowie der Wasserver­sorg­er Mekorot.