Inhaltsverzeichnis Welche Qualität wird gefordert?! Grundwissen Chemie Biologie bewirtschaften und sanieren untesuchen und analysieren Literatur, Keywords, Abkürzungen, Begriffe...
Hauptseite  Index Bildungzurück zum Unterverzeichnis  Anforderungenhtml-Dokument  Wasserchemiehtml-Dokument  Lebensraumhtml-Dokument  Managementhtml-Dokument  Monitoringhtml-Dokument Registerhtml-Dokument
 
Grundwissen Wasserqualität
Registerweiter
 
Kapitel 5: Wasserqualität überwachen
 



  5. Wasseruntersuchungen
5.1 Umweltüberwachung zur Charakterisierung von Gewässern
5.2 Steuerkriterien
5.3 Überwachung von Trinkwasserressourcen
5.4 Untersuchungsmethoden
 vor Ort (in situ) - Untersuchungen
 Laboruntersuchungen, "klassische Chemie"
 organische Spurenanalytik
 Hydrobiologie
 Mikrobiologie / Bakteriologie
 Toxikologie
 Analytische Qualitätssicherung (AQS) und Gute Laborpraxis (GLP)
 Inhalt



 
 

5  Wasseruntersuchungen

Die Untersuchung von Wasser erfolgt unter vielen Gesichtspunkten. Untersuchungen zur Überwachung und Bewirtschaftung von Trinkwasserressourcen stellen in der Regel die höchsten Anforderungen an Probenahme und Analytik. Sie verlangen eine hohe Untersuchungshäufigkeit und Messstellendichte.

Die in Untersuchungsprogrammen ausgewählten Kriterien und Meßstellen können in vielen Fällen für die Beantwortung mehrerer Fragen herangezogen werden (Überwachung, Steuerung, wissenschaftliche Fragestellungen) so daß es bei der folgende Untergliederung (5.1, 5.2, .5.3) Überschneidungen gibt.
 
 
 

 


Monitoring
Seitenanfang   Seitenanfang



Seitenanfang
 
 

5.1 Umweltüberwachung zur Charakterisierung und zum Schutz von Gewässern
 
 

Die Charakterisierung von Oberflächengewässern (Standgewässer) erfolgt in erster Linie nach deren Belastung mit Nährstoffen für die Primärproduktion des Phytoplanktons (Trophie) [18, 26]. In Fließgewässern wird der Gehalt an sauerstoffzehrenden Substanzen (Saprobie) und an Schadstoffen ("chemische Gewässergüte) für die Einstufung ermittelt. Darüber hinaus gibt es u. a. Einstufungen nach dem Salzgehalt [13]. Nutzungsorientierte Maßstäbe helfen, die  Eignung z. B. für die Trinkwasseraufbereitung [21], für die Nutzung als Badegewässer oder als Fischereigewässer zu beurteilen. 

Für die Beschreibung des ökologischen Zustandes werden weitere Kriterien wie Strukturgüte und Artenvielfalt ermittelt.

Da, wie in Kap 3 gezeigt, der Phosphor für das Algenwachstum entscheidend ist, kommt ihm in der Überwachung zur Charakterisierung von Gewässern die größte Bedeutung zu. Weitere Kriterien, die Aussagen über die Nährstoffbelastung zulassen sind Sichttiefe, Chlorophyll-Gehalt (Pigment der Algen zur Photosynthese) und Angaben zur Hydrogeographie (mittlere Tiefe, Aufenthaltszeit, Einzugsgebietsgröße, Beckeninhalt). Zusätzlich sollten die Meßgrößen pH-Wert, Wassertemperatur, Sauerstoffkonzentration und elektrische Leitfähigkeit bestimmt werden. Die genannten Größen werden an der tiefsten Stelle des Gewässers im Epilimnion gemessen, wobei Temperatur, Trübung und Sauerstoff in das gesamte Tiefenprofil einbezogen werden. Ein minimaler Untersuchungsumfang von 2 Jahren sollte nicht unterschritten werden. Es wird mindestens ein Startwert zur Frühjahrszirkulation (Gesamtvorrat an Nährstoffen) und dreimal während der "Vegetationsperiode" in der Sommerstagnation gemessen. Mit der Erhöhung der Untersuchungsfrequenz steigt die statistische Zuverlässigkeit und Exaktheit der Bewertung.
 

Die weitere Bewertung ökologischer Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die Standgewässer erfolgt über die Erfassung von Nährstoff- und Schadstofffrachten aus den Zuflüssen. Untersuchungsschwerpunkte an Oberflächengewässern stellen weiterhin die Überwachung der Gewässerversauerung sowie des Eintrages von Stickstoffverbindungen aus der Landwirtschaft dar.


Trophie


Saprobie


Struktur-
güte
 
 
 
 
 
 
 
 


Stand-
gewässer
 
 

 

Seitenanfang   Seitenanfang



Seitenanfang
 
 
 

5.2  Steuerkriterien

Die Überwachung zur Steuerung von Gewässern ist vor allem an Talsperren vordergründig. Die Bewirtschaftung und Steuerung von Trinkwassertalsperren setzt eine Untersuchungshäufigkeit voraus, die der Änderungsgeschwindigkeit wichtiger Beschaffenheitskriterien entspricht. Phytoplankton-Massenentwicklungen können sich beispielsweise je nach Nährstoffbelastung innerhalb weniger Tage aufbauen und ebenso rasch zusammenbrechen. Hochwassereinbrüche und Kurzschlußströmungen gelangen unter Umständen sogar innerhalb von Stunden zum Entnahmebauwerk. Zur Steuerung von Talsperren müssen deshalb Kriterien herangezogen werden, die ohne großen Aufwand vor Ort schnell gemessen werden können. Hierzu können sowohl stationäre, als auch transportable Meßsysteme zum Einsatz kommen.

Folgende Kriterien sollten an den Mündungen der Hauptzuläufe in die Talsperre sowie im vertikalen Profil im Bereich der Rohwasserentnahme in kurzen Zeitabständen (14-tägig bis kontinuierlich) gemessen werden:
 

  • Trübung
  • Sauerstoffgehalt
  • pH-Wert
  • elektrische Leitfähigkeit
  • Wassertemperatur
  • Darüber hinaus geben Chlorophyll-Gehalt im Epilimnion sowie das Redoxpotential im Tiefenwasser wichtige Hinweise auf den Zustand des Wasserkörpers. Die Häufigkeit der Messungen richtet sich in erster Linie nach der Belastung des Gewässers und somit nach dem Gefährdungspotential für die Trinkwasserversorgung. Gewässerspezifisch werden weitere Kriterien zur Steuerung herangezogen, welche häufig zu Qualitätsbeeinträchtigungen führen können (Eisen, Mangan, Nitrat, Färbung) .

    Kurz-
    schluss-
    stömung


    Algen-
    blüten
     


    Hoch-
    wasser

    Seitenanfang   Seitenanfang



    Seitenanfang
     
     
     

    5.3 Überwachung von Trinkwasserressourcen

    Der höchste Untersuchungsumfang ist in der Regel für die Überwachung von Oberflächengewässern zur Trinkwasserversorgung und somit für die Sicherung der Trinkwasserversorgung erforderlich. Während für aufbereitetes Wasser [22,24] gelten, dienen für die Untersuchung des Rohwassers Richtlinien wie [21], betriebsinterne Regelungen oder vertragliche Regelungen zwischen Rohwasserlieferer und Rohwasserabnehmer. Neben den Untersuchungen für die Talsperrensteuerung werden folgende Kriteriengruppen regelmäßig überwacht:
     
  • Nährstoffeinträge (C-, P-, N-Verbindungen)
  • Plankton (Phyto- und Zooplankton)
  • Bakteriologie (Indikatorkeime)
  • Ionenhaushalt (An-Kationen, korrosionschemisches Verhalten Salzgehalt)
  • anorganische Schadstoffe
  • organische Schadstoffe
  • Während die biologischen Kriterien sowie Nährstoffe relativ häufig untersucht werden müssen (monatlich bis 14-tägig), sind für Ionenhaushalt und Schadstoffe in der Regel Untersuchungen alle 2 bis 6 Monate ausreichend. Dies hängt jedoch stark von den Einzugsgebietsstrukturen und dem dort vorliegenden Gefährdungspotential ab. Dicht besiedelte und/oder landwirtschaftlich genutzte Gebiete stellen prinzipiell ein höheres Gefährdungspotential dar. Gefährdete Zuläufe (Straßen, Siedlungsnähe) sollten unter Umständen kontinuierlich auf Summenkriterien hin überwacht werden (Mineralöle, Biotests) und im Havariefall abgestellt werden können (Überleitungen).

    Die Überwachung von Trinkwassertalsperren erfolgt von der Quelle bis zur Abgabe des Rohwassers. Anhand der Untersuchungen im Einzugsgebiet (Quelle bis Mündung) kann der Einfluß der jeweiligen Landnutzung gut erkannt werden, um Gefahren rechtzeitig abzuwehren. Durch die Überwachung der Mündung der Zuläufe sowie des Wasserkörpers sind Vorhersagen zur Qualitätsentwicklung des Rohwassers möglich, ebenfalls werden Aussagen für die Bewirtschaftung des Gewässers gewonnen. Die Rohwasserüberwachung ist die Grundlage für eine sichere Steuerung der Wasseraufbereitungsanlagen. Deren Ergebnisse stellen für den Gesetzgeber den Maßstab für die Wasserqualität der Talsperre dar.

    Abb. 27: Überwachung von Einzugsgebiet und Wasserkörper von Trinkwassertalsperren

     

    Nähr-
    stoffe


    Plankton


    Bakterien
     
     


    Häufigkeit
     
     
     
     
     
     
     


    Mess-
    stellen

    Seitenanfang   Seitenanfang



    Seitenanfang
     
     

    5.4 Untersuchungsmethoden

    Die jeweilige Methodik der Wasseruntersuchung wird anhand der vorgegebenen Aufgabenstellung festgelegt. Dabei ist es entscheidend, ob betriebsinterne Untersuchungen oder Untersuchungen, welche der Gesetzgeber fordert, durchgeführt werden. Dann werden in der Regel neben den Kriterien auch die jeweiligen Methoden (DIN) vorgeschrieben.
     


     


    Normen
     

    Seitenanfang

       
       
       
      • vor Ort (in situ) - Untersuchungen
      Vor Ort-Untersuchungen dienen im allgemeinen der Steuerung und Bewirtschaftung der Gewässer. Hier wird verlangt, daß ohne großen Aufwand möglichst schnell zu ein Ergebnis erzielt wird. Dies erfordert oft Kompromisse im Hinblick auf die Genauigkeit des Ergebnisses. Für die vor-Ort-Messungen kommen Messsonden zum Einsatz, die auf der Basis physikalisch/chemischer Prinzipien arbeiten:
     Tab. 11:  Beispiele für Untersuchungsmethoden von vor-Ort-Kriterien
     
    Kriterium   Messgröße
    Temperatur, elektrische Leitfähigkeit: elektrischer Wiederstand
    pH-Wert, Sauerstoffgehalt, div. Ionen:  elektr. Strom / - Spannung
    Trübung, Färbung: Lichtschwächung durch Streuung und Absorption

    Sonden-
    messung
    Seitenanfang

       
       
      • Laboruntersuchungen, "klassische Chemie"
      Mit den sogenannten "klassischen" Methoden werden Inhaltsstoffe in Größenordnungen zwischen 10-3 und 10-6 g/l bestimmt. Dies betrifft die An- und Kationen, die Nährstoffe und in bestimmtem Umfang auch die Schwermetalle. Weiterhin werden in diesem Meßbereich Summenkriterien wie DOCundAOX (adsorbierbare chlororganische Verbindungen) gemessen.
    Tab. 12:  Beispiele für "klassische" Untersuchungsmethoden im Labor
     
    Bezeichnung Messprinzip
    Titration bekannte Lösung bekannter Konzentration reagiert mit Probe (bekanntes Volumen) bis zum Farbumschlag
    Photometrie  Probe wird entsprechend der gesuchten Konzentration angefärbt, Farbintensität wird gemessen (Extinktion)
    Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) Atome werden zu elementspezifischer Strahlung angeregt, Messung des Spektrums
    Summenbestimmungen  Stoffgemisch wird durch Aufschluß (z. B. Oxidation) in eine meßbare Verbindung überführt (Chlorid, Nitrat, CO2)

     


    ppm-
    Labor
    Seitenanfang

       
       
       
      • organische Spurenanalytik
      Die Bestimmung organischer Schadstoffe erfordert höchste Meßgenauigkeit, da hier noch ein sicherer Nachweis in Bereichen um 10-6 - 10-9 g/l verlangt wird. Das betrifft beispielsweise Kriterien wie Pflanzenschutzmittel, chlororganische Lösemittel und polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe.
    Tab. 13:  Vorgehen zum Auffinden organischer Spurenstoffe im Wasser
     
    Schritt  Methoden
    Anreicherung Extraktion (z. B. an einer Festphase)
    Chromatographische Auftrennung Gas- (GC), Hochdruckflüssigkeits- (HPLC), Dünnschichtchromatographie
    Nachweis/Detektion UV-Spektrum, Massenspektrum, Fluoriszenz 

    ppb-
    Labor
    Seitenanfang

       
       
       
      • Hydrobiologie
      Hydrobiologische Methoden zur Bestimmung von Phyto- und Zooplankton [2] basieren auf einer Anreicherung der Organismen (Sedimentation in Plankonkammern oder Netzzung), einer Präparation und der anschließenden mikroskopischen Bestimmung und Auszählung mit Hilfe eines Umkehrmikroskopes[TI7]. Dies Untersuchungen erfordern gut eingearbeitetes Personal (Hydrobiologen).

    UTERMÖHL-
    Mikroskop
    Seitenanfang

       
       
       
      • Mikrobiologie / Bakteriologie
      In der Mikrobiologie werden Proben mit bestimmten mehr oder weniger selektiven Nährmedien versetzt. Der Nachweis von Keimen erfolgt dann durch Auszählung von Kolonien auf den Nährmedien oder über Farbreaktionen die bis zu bestimmten Verdünnungsstufen bei Anwesenheit von Keimen stattfinden. In der Routineuntersuchung werden keine Krankheitserreger kultiviert, sondern Indikatorkeime (Fäkalkeime), die auf die Anwesenheit von Erregern schließen lassen.

    Agar-
    Agar


    Nähr-
    medien

    Seitenanfang  
    Seitenanfang

       
       
       
      • Toxikologie
      Toxikologische Methoden basieren auf der Erfassung bestimmter Leistungen von Organismen (Wachstum, Vermehrung, Bewegung, Verhalten, Leuchtkraft, Tod). Der Nachweis bzw. "Nicht-Nachweis" der Reaktion ab einer bestimmten Konzentration oder Verdünnungsstufe wird ermittelt.

    Biotests
    Seitenanfang

       
       
       
      • Analytische Qualitätssicherung (AQS) und Gute Laborpraxix (GLP)
      Angesichts höchster Anforderungen an die Nachweisgrenzen und Genauigkeit von Wasseruntersuchungen und teilweise ruinösen Wettbewerbs zwischen Laboratorien macht es sich erforderlich, Qualitätsstandards sowie Methoden zu deren Einhaltung zu definieren [17]. Diese sollten zwar zur Praxis jeden Labors gehören, sind aber nicht überall selbstverständlich so daß staatliche Prüfzertifikate eingeführt werden, die von Labors getragen werden, welche gute Arbeit im Sinne von AQS und GLP arbeiten. Die Qualitätssicherung umfasst:
    Tab. 13:  Schwerpunkte der Qualitätssicherung im Labor mit Beispielen
     
    Probenahme Analytik Auswertung
    Flaschenmaterial intern: Kalibrierung Datenverarbeitung
    Probenkonservierung Kontrolle von Bestimmungsgrenzen,
    Blindwerten und Standards
    Angabe der Ergebnisse
    Probentransport extern: Ringversuche Plausibilitätskontrollen

    Qualitäts-
    sicherung



    Seitenanfang
     
    Register weiter
    | © 2000 Hartmut Willmitzer |