Im Ecoplas-Projekt wird ein Messsystem entwickelt, das E.coli-Bakterien im Wasser schnell und vor Ort messen kann, um so die Wasserqualität zu überwachen. Der Sensor basiert auf einer speziellen plasmonischen Nanostruktur, die sich je nach Konzentration und der Zellviabilität der E.coli-Bakterien verändert. Durch die Integration dieses Sensors in ein Online-System kann kontinuierlich erkannt werden, ob die Wasseraufbereitung den mikrobiologischen Standards entspricht. Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Schutz der zunehmend knappen Ressource Wasser durch eine gut kontrollierbare landwirtschaftliche Wiederverwendung – und trägt zugleich zur Einsparung von Energie und Chemikalien im Aufbereitungsprozess bei. Ein Anwenderdialog, verantwortet durch das ISOE, wird zudem die Entwicklung des Messsystems und seinen Einsatz in verschiedenen Anwendungsfeldern absichern.
Forschungsansatz
Ziel des Forschungsprojektes ist es, die zeitliche Überwachungslücke in der Abwasseraufbereitung zu schließen, indem vor Ort Onlinemessung eingesetzt wird. Durch eine Nahe-Echtzeit-Rückkopplung an der Desinfektionsanlage soll eine schnelle, konzentrationsabhängige Anpassung der Ozondosierung ermöglicht werden. Mit der erstmalig möglichen Direkterfassung der E.coli-Konzentrationen und deren Zellviabilität – also des Anteils lebender Zellen an der Gesamtzellzahl – können Probleme in den Bereichen der Wasserqualität, der öffentlichen Gesundheit und dem Umweltschutz effektiv angegangen werden.
Das ISOE arbeitet an der Schnittstelle zwischen den Entwicklern des Messsystems und den zukünftigen Anwendern im Wasserbereich, indem es in Anwenderdialogen die Entwicklung des Messsystems wissenschaftlich begleitet. In diesen Dialogformaten bringt es Vertreter verschiedener Anwenderfelder – wie Gerätebauer, Kläranlagenbetreiber, Wasser- und Bodenverbände – in den Entwicklungsprozess ein, um die Wirksamkeit des Messsystems zu verstärken und abzusichern. Außerdem beteiligt sich das ISOE in der Bestimmung des Potenzials des Messsystems bezüglich Effizienzsteigerung und Ressourceneinsparungen.
Hintergrund
Der Klimawandel hat in den letzten Jahren auch in Deutschland den Bedarf an landwirtschaftlicher Bewässerung deutlich erhöht. Prognosen deuten darauf hin, dass die landwirtschaftliche Bewässerung, die zurzeit ca. fünf Prozent der Ackerfläche ausmacht, in Zukunft weiter zunehmen wird. Aufgrund dieses ansteigenden Wasserbedarfs werden alternative Bewässerungsmöglichkeiten immer wichtiger. Hierzu zählt unter anderem die Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft. Eine effektive und sichere Überwachung der mikrobiologischen Anforderungen an das Bewässerungswasser ist eine essenzielle Voraussetzung zur Wiederverwendung von Wasser gemäß der geltenden EU-Verordnung 2020/741. Aktuell werden die Konzentrationen von Indikatororganismen über kulturelle Verfahren im Labor überwacht. Bis zum finalen Ergebnis vergehen in der Regel zwei Tage. Diese Kontrolllücke macht ein schnelles Handeln unmöglich. Das Forschungsprojekt Ecoplas entwickelt deshalb ein Messsystem mit Nahe-Echtzeit-Detektion, das eine ortsnahe und sichere Wasserwiederverwendung von aufbereitetem Wasser ressourcenschonend möglich macht. Zudem soll der Sensor auch für andere Anwendungsfelder, wie etwa der Badegewässerüberwachung, eingesetzt werden.
Forschungs- und Projektpartner
- Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), Institutsteil Materialdiagnostik
- Institut für Hygiene und Public Health / Universitätsklinikum Bonn
Praxispartner
- ECH Elektrochemie Halle GmbH (Projektleitung)
- Abwasserverband Braunschweig
- dresden electronik ingenieurtechnik GmbH
- Emscher Wassertechnik GmbH
- Emschergenossenschaft/Lippeverband (assoz. Partner)
- GeSiM – Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme mbH
- Xylem Services GmbH (assoz. Partner)
Förderung
Das Projekt „Ecoplas – Messsystem mit plasmonischem Sensor für die Vor-Ort-Analyse der E.coli-Belastung für die Wasserwiederverwendung“ wird gefördert durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Förderprogramm Quantensysteme.
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