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Erfahrungen und Effizienz der Rohrnetzpflege bei Anwendung des CO 2-Spülverfahrens-Vorkommen der Wasserasseln in Trinkwassernetzen

Authors:
  • INWERT Institute for biological drinking water quality
  • Scheideler Dienstleistungen and INWERT INSTITUT of biologic drinking water quality

Abstract

Vor ca. zehn Jahren wurde das CO 2-Spülverfahren entwickelt, um insbesondere Wasserasseln (Asellus aquaticus) aus Trinkwasser-netzen zu entfernen. Der innovative Ansatz des CO 2-Spülverfahrens liegt in der Narkotisierung der Kleintiere durch CO 2 direkt in der Trinkwasserleitung-eine Verbindung, die im Trinkwasser keinerlei humantoxische Relevanz hat. Kontaktzeiten von weniger als 15 Minuten reichen aus, um eine narkotisierende Wirkung zu erzielen, d. h. die Tiere können sich nicht mehr an der Rohrwan-dung festkrallen. Mittlerweile liegen zahlreiche Erfahrungen zum CO 2-Spülverfahren durch den Einsatz in der Praxis vor. Durch die gewonnenen Daten zum Austrag der Wasserasseln kann die Wirksamkeit der CO 2-Spülung vergleichend mit konventionellen Spülverfahren bewertet werden. Weitere durchgeführte Untersuchungen zur standardisierten Beprobung von Hydranten analog dem Arbeitsblatt W 271 ermöglichen es, die Austragsraten der Hydrantenbeprobung mit denen der CO 2-Spülung zu vergleichen. Experiences and efficiency of drinking water pipe maintenance with the CO 2-flushing method-Occurrence of water lice in drinking water networks Nearly ten years ago the CO 2-flushing method has been developed, mainly to flush out water lice (Asellus aquaticus) from drinking water networks. The innovative approach of the CO 2-flushing is given by the anesthetic effect of CO 2 directly in the drinking water pipe-a compound without any human toxicity significance. Contact times of less than 15 minutes are sufficient to get an anesthetic effect, this means the animals cannot cling any more to the pipe wall. Meanwhile many practical experiences exist concerning CO 2-flushing. With the available data about water lice removal, efficiency of the CO 2-flushing can be calculated and evaluated in comparison to the conventional flushing methods. Further analyses with standardized sampling on hydrants in accordance with the German Working Sheet W 271 enables a comparison of water lice detection with hydrant sampling and CO 2-flushing.
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Wassernetze FACHBERICHT
Erfahrungen und Effizienz der
Rohrnetzpflege bei Anwendung
des CO2-Spülverfahrens –
Vorkommen der Wasserasseln
in Trinkwassernetzen
Günter Gunkel, Ute Michels und Michael Scheideler
Eingereicht: 10.08.2018
Begutachtet im Peer-Review-Verfahren: 06.09.2018
Arbeitsblatt W 271, Rohrnetzpflege, Wasserasseln, Spülverfahren
Vor ca. zehn Jahren wurde das CO2-Spülverfahren entwickelt, um insbesondere Wasserasseln (Asellus aquaticus) aus Trinkwasser-
netzen zu entfernen. Der innovative Ansatz des CO2-Spülverfahrens liegt in der Narkotisierung der Kleintiere durch CO2 direkt in
der Trinkwasserleitung – eine Verbindung, die im Trinkwasser keinerlei humantoxische Relevanz hat. Kontaktzeiten von weniger
als 15 Minuten reichen aus, um eine narkotisierende Wirkung zu erzielen, d.h. die Tiere können sich nicht mehr an der Rohrwan-
dung festkrallen. Mittlerweile liegen zahlreiche Erfahrungen zum CO2-Spülverfahren durch den Einsatz in der Praxis vor. Durch die
gewonnenen Daten zum Austrag der Wasserasseln kann die Wirksamkeit der CO2-Spülung vergleichend mit konventionellen
Spülverfahren bewertet werden. Weitere durchgeführte Untersuchungen zur standardisierten Beprobung von Hydranten analog
dem Arbeitsblatt W271 ermöglichen es, die Austragsraten der Hydrantenbeprobung mit denen der CO2-Spülung zu vergleichen.
Experiences and efficiency of drinking water pipe maintenance
with the CO2-flushing method – Occurrence of water lice in
drinking water networks
Nearly ten years ago the CO2-flushing method has been developed, mainly to flush out water lice (Asellus aquaticus) from
drinking water networks. The innovative approach of the CO2-flushing is given by the anesthetic effect of CO2 directly in the
drinking water pipe – a compound without any human toxicity significance. Contact times of less than 15 minutes are suffi-
cient to get an anesthetic effect, this means the animals cannot cling any more to the pipe wall. Meanwhile many practical
experiences exist concerning CO2-flushing. With the available data about water lice removal, efficiency of the CO2-flushing can
be calculated and evaluated in comparison to the conventional flushing methods. Further analyses with standardized
sampling on hydrants in accordance with the German Working Sheet W 271 enables a comparison of water lice detection
with hydrant sampling and CO2-flushing.
1. Einleitung
Trinkwasserverteilungsnetze können mit Kleintieren be-
siedelt sein, insbesondere die mit bloßem Auge erkenn-
baren Makroinvertebraten (> 2 mm, u. a. Wasserasseln)
führen zur Beeinträchtigung der Wasserqualität. Rohr-
netzspülungen führen jedoch nicht zu einem deutlichen
Austrag der Kleintiere, sodass weitergehende Spültechni-
ken wie das CO2-Spülverfahren angewendet werden
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FACHBERICHT Wassernetze
müssen. Ziel des Beitrages ist es, den Verlauf der CO2-Spü-
lung und die Effizienz des Verfahrens aufgrund der bishe-
rigen Anwendungen darzustellen und zu bewerten.
2. CO2-Spülverfahren
Das CO2-Spülverfahren [1,2] ermöglicht den Austrag von
Invertebraten, insbesondere Wasserasseln (Asellus aquati-
cus), aus Trinkwassernetzen. Wasserasseln, bis 20 mm lang,
treten regelmäßig und häufig in hoher Anzahl in Trinkwas-
sernetzen auf. Sie können mit einer reinen Wasserspülung
nur unzureichend ausgetragen werden, da sich die Tiere
an der Rohrwandung festklammern. Bei dem CO2-Spülver-
fahren wird über einen Hydranten Wasser entnommen,
über einen 100µm Vorfilter von Organismen befreit und
mit gasförmigem CO2 versetzt, sodass ein CO2 angereicher-
tes Wasser entsteht, vergleichbar mit einem natürlichen
Mineralwasser. Dieses CO2-haltige Wasser wird über einen
zweiten Hydranten in das Versorgungsnetz eingespeist
(Bild 1). Das CO2 führt zur Narkotisierung der Organismen,
sodass sich diese nicht länger an der Rohrwandung fest-
krallen können und mit dem Spülwasser ausgetragen
werden. Durch das CO2 werden die Organismen jedoch
nicht getötet, sondern nur betäubt; in klarem Wasser zei-
gen sie schnell wieder die volle Vitalität. Somit besteht kei-
ne Gefahr, dass nach der Behandlung Organismenreste im
Rohrnetz verbleiben. Für einen Austrag der Wasserasseln
sind Spülgeschwindigkeiten von >0,5 m sec-1 notwendig,
das mit CO2 übersättigte Spülwasser führt bereits nach ca.
15 Minuten zur Narkotisierung der Wasserasseln.
Durch die CO2-Spülung werden auch Ablagerungen
im Rohrnetz ausgetragen. Die Spülung erfolgt zudem
impulsfrei, sodass es nicht zur Ablösung von Biofilmteilen
kommt. Bei dem CO2-Spülverfahren bleibt der Biofilm
unbeschädigt, besteht in seiner Zusammensetzung wei-
ter und wird nicht mikrobiologisch destabilisiert.
Über einen Niederdruck-Hochdurchsatz (NDHD) Filter
von 100µm Maschenweite werden die Wasserasseln und
andere Kleintiere schonend am Austrittshydranten abge-
trennt und später im Labor mikroskopisch ausgezählt;
dies erlaubt eine Erfolgskontrolle des Spülprozesses und
ermöglicht eine exakte Beschreibung der Besiedlung der
Spülstrecke mit Kleintieren (Bild 2).
Seit der Entwicklung des CO2-Spülverfahrens wurde
dieses schrittweise weiterentwickelt, insbesondere der
CO2-Wasser-Generator und das NDHD Filter zur Erfassung
der ausgetragenen Kleintiere wurden optimiert [3,4].
3. Datengrundlage
In den nahezu zehn Jahren nach Ent wicklung des CO2-Spül-
verfahrens sind zahlreiche CO2-Spülungen in den nördli-
Bild 1: Schematische Darstellung des CO2-Spülungverfahrens: Mit den Absperrarmaturen wird der Zulauf des zu spülenden Rohrab-
schnittes abgesperrt und für die Trinkwasserversorgung außer Betrieb genommen. Über einen Hydranten (ST1) wird mit einer
Schlauchleitung Trinkwasser entnommen und in den CO2-Reaktor über einen 100µm Stahl-Vorfilter eingespeist. Das CO2-haltige Was-
ser wird über den Hydranten ST2 in den zu behandelnden Rohrleitungsabschnitt eingeleitet. Am Hydranten ST3 tritt das CO2-haltige
Wasser mit den ausgetragenen Ablagerungen und den narkotisierten Kleintieren wieder aus und wird über das NDHD-Filter geleitet,
hier werden die festen Bestandteile abgetrennt und einer Analyse zugeführt
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chen, östlichen und mittleren Teilen von Deutschland so-
wie in den Niederlanden durchgeführt worden, z.T. in als
auffällig bekannten Trinkwassernetzen, z.T. aber auch sys-
tematisch als Rohrnetzpflege und als stichpunktartige
Kontrolle größerer Versorgungsgebiete. Darüber hinaus
haben verschiedene Trinkwasserversorger Untersuchun-
gen ermöglicht, um die Effizienz der CO2-Spülung zu erfas-
sen; u.a. wurden getaktete Spülungen mit einem Vielfa-
chen des Rohrvolumens durchgeführt und verschiedene
Spülverfahren auf der gleichen Strecke angewendet.
Ergänzend zu den CO2-Spülungen (343 Spülstrecken)
wurde das Vorkommen der Kleintiere in Trinkwasserver-
sorgungssystemen in zahlreichen standardisierten Unter-
suchungen an Hydranten als Monitoring erfasst (1.031
Proben), in Übereinstimmung mit dem überarbeiteten
Arbeitsblatt W271 [5]. Diese umfangreiche Datengrund-
lage ermöglicht einen Vergleich des Wasserassel-Austra-
ges bei den Hydrantenbeprobungen und den CO2-Spü-
lungen auch unter Berücksichtigung, dass es sich i.d.R.
nicht um die gleichen Spülstrecken handelt. Die Ergeb-
nisse der Hydrantenbeprobung sind für die Makro-
Inverte braten (Kleintiere >2mm) in [6] dargestellt.
4. Austrag der Wasserasseln bei der
CO2-Spülung
Es konnten insgesamt 343 der durchgeführten CO2-Spü-
lungen für die vergleichende Bewertung des Spülerfolges
herangezogen werden. Hierbei wurden als Median 63
Wasserasseln m-3 ausgetragen, die 10% bzw. 90% Perzen-
tile betragen 11 bzw. 266 Wasserasseln pro m3, das Maxi-
mum beträgt 1.600 Wasserasseln pro m3 (Bild 3). Diese
Austragswerte liegen deutlich über den Austragswerten,
die bei der Beprobung von Hydranten erzielt werden (s.u.).
Die Anzahl der bei den CO2-Spülungen ausgetrage-
nen Wasserasseln wurde in drei Klassen eingeteilt: Nor-
malbesiedlung, deutlich erhöhtes Vorkommen, und Mas-
senentwicklung (Bild 3). Die einzelnen Klassengrenzen
des Vorkommens der Wasserasseln ergeben sich als sta-
tistische Größen der Datenbank mit 343 CO2-Spülungen
unter standardisierten Bedingungen, verbunden mit dem
INWERT® Check 100 Analyseverfahren [7]. Die Klassen-
grenzen für die Bewertung der Besiedlung mit Makroin-
vertebraten (z. B. Wasserasseln) orientieren sich an dem
Arbeitsblatts W271 in der Fassung von 2018 und den Da-
ten der 343 CO2-Spülungen ohne Berücksichtigung eini-
ger Ausreißer (<1,1% der Daten). Das Arbeitsblatt nennt
als geringes Vorkommen von Invertebraten größer als
500µm Anzahlen von einstellig bis im niedrigen zweistel-
ligen Bereich je m3 mit einem Median von 10 Tieren m-3
(im Trinkwasserverteilungsnetz, Beprobung am Hydran-
ten). Die ermittelten Klassengrenzen betragen für Nor-
malbesiedlung weniger als 20 Ind. m-3, für ein deutlich
erhöhtes Vorkommen 20-180 Ind. m-3 und für eine
Massen entwicklung 180-1.600 Ind. m-3 und weisen somit
eine logarithmische Skalierung auf (Tabe ll e 1).
Wasserasseln sind die am meisten verbreiteten, mak-
roskopisch sichtbaren Rohrnetzbewohner mit einer Ste-
tigkeit von 79,3 % auf der Basis der Hydrantenuntersu-
chungen [6]. Dagegen wiesen alle CO2-Spülstrecken Was-
serasseln auf, sehr geringe Dichten von Wasserasseln (<2
Individuen pro m3) traten lediglich bei 1,4% der Spülstre-
cken auf. Deutlich verbreiteter war die Anzahl der Spül-
Bild 2: Oben: Equipment zur CO2-Spülung, Mitte: CO2-Gene-
rator zur Erzeugung des Spülwassers, unten: Nieder-
druck-Hochdurchsatz Filter zur Abtrennung der Wasseras-
seln und anderer Kleintiere aus dem Spülstrom
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FACHBERICHT Wassernetze
strecken mit geringer Wasserasselbesiedlung: 21 % der
Spülstrecken wiesen eine normale Besiedlung mit < 20
Individuen pro m3 auf.
63% der Spülstrecken hatten eine deutlich erhöhte
Besiedlung mit Wasserasseln mit Dichten von 20-180 Tie-
r
en pro m3. Ein derartig erhöhtes Vorkommen von Wasse
r-
asseln erfordert ein fortlaufendes Monitoring des gesam-
ten Netzes und eine Intensivierung der Rohrnetzpflege
bzw. weitergehende Untersuchungen zum Vorkommen
der Kleintiere (Arten, Häufigkeiten, Ablagerungen, DOC
usw.).
16% der Spülstrecken wiesen mit einer Besiedlung von
mehr als 180 Wasserasseln pro m3 ein massenhaftes Vor-
kommen auf, das umgehende Maßnahmen erfordert; dies
sind z.B. gezielte Netzspülungen zum Austrag der Ablage-
rungen und der Wasserasseln, Untersuchung des Wachs-
tums der Wasserasseln, die Erfassung weiterer Rohnetzbe-
wohner (Arten und Häufigkeit), der Einbau von Partikelfil-
tern, Optimierung der Rohwasseraufbereitung und ein
langfristiges Monitoring zur Kontrolle der Maßnahmen.
Das im Wasser gelöste CO2 wirkt auch auf die anderen
Kleintiere im Trinkwasser narkotisierend (u.a. Schnecken,
Gliederwürmer, Insektenlarven), allerdings liegen hierzu
noch keine systematischen Untersuchungen vor, die die
quantitative Wirkung beschreiben und eine Bewertung
der Wirksamkeit der Spülung ist aufgrund der geringen
Häufigkeit dieser Tiergruppe noch nicht möglich.
5. Verlauf der CO2-Spülung
Die Leichtigkeit und der Verlauf des Austrages von Wasse
r-
asseln aus einem Trinkwasserversorgungssystem wird
durch viele Parameter bestimmt, zum einen durch das
Rohrmaterial und die Inkrustierungen, zum anderen
durch die Spülströmung, die auftretenden Turbulenzen
im Rohr und die Ausbildung der laminaren Grenzschicht.
Daneben gibt es weitere Einflussfaktoren wie Muffen,
Hydrantenstutzen, Nischen in Schiebern, aber auch Grö-
ße der Tiere und Menge der Ablagerungen insgesamt,
um nur einige zu nennen. Bislang konnten die Einflussfak-
toren auf den Austrag der Wasserasseln jedoch noch
nicht quantitativ beschrieben werden. Dies führt zu einer
Bild 3: Austrag von Wasserasseln bei CO2-Spülungen und Klassifizierung der Besiedlungsdichten
Tabelle 1: Klassifizierung und Bewertung der Daten des Wasserasselaustrages pro m3 bei dem CO2-Spülverfahren. Anzahl der Daten = 343
Einordnung Klassenwert verbale Bewertung
<10 Ind. m-3 Normalbesiedlung – gering Geringes Vorkommen der Wasserasseln, entsprechend des
Arbeitsblatts W271.
10-20 Ind. m-3 Normalbesiedlung –
mäßig
Mäßiges Vorkommen der Wasserasseln, entsprechend des
Arbeitsblatts W271.
20-180 Ind. m-3 Deutlich erhöhtes
Vorkommen
Übermäßige Wasserasselbesiedlung, Monitoring ist erforder-
lich, Maßnahmen zur Reduzierung der Wasserasseln sind im
Rahmen der Rohrnetzpflege einzuplanen.
180-1.600 Ind. m-3 Massenentwicklung Massenhaftes Wasserasselvorkommen, Maßnahmen zur
Reduzierung der Wasserasseln sind erforderlich.
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deutlichen Varianz des Spülverlaufs, in der Regel führt
aber eine CO2-Spülung mit dem dreifachen des Rohrvolu-
mens zu einem nahezu vollständigen Austrag der
Wasser asseln. Während der Spülung liefern entnommene
Teilproben bereits die notwendigen Daten zur Bewer-
tung des Spülverlaufs und können im Einzelfall deshalb
auch zu einer verlängerten Spülung führen.
Die CO2-Spülung kann in zwei Phasen unterteilt wer-
den: den Vorlauf von einem Rohrvolumen (RV) klaren Was-
sers und die folgende Spülphase mit CO2 angereichertem
Wasser. Bereits in der Vorlaufphase können Wasserasseln
und andere Kleintiere ausgetragen werden, allerdings nur
mit geringer Effektivität. Der mittlere Verlauf des Austrages
von Wasserasseln bei CO2-Spülungen ist in Ta belle 2
dar-
gestellt, das 1. Rohrvolumen (=Vorlauf ohne CO
2
) führt zu
einem geringen Austrag von nur 24,6% der Wasserasseln,
während mit dem Auftreten des 1. CO
2
Molches die Zahl
der ausgetragenen Wasserasseln sprunghaft ansteigt auf
51,5%, mit den weiteren CO
2
Molchen nimmt der Austrag
von Wasserasseln deutlich ab und umfasst bei dem 4. CO
2
Molch nur noch 4,3%. Der sehr gute Erfolg bei dem Aus-
trag der Wasserasseln wird auch durch die errechnete
Gesamtaustragsrate von im Mittel 98,1 % deutlich. Die
große Bedeutung des Netzzustandes zeigt sich in der ho-
hen Varianz der Spülergebnisse.
6. Vergleich des Austrages von Wasser-
asseln bei Spülung mit klarer Wasserfront
und dem CO2-Spülverfahren
Trinkwassernetze, die übermäßig mit Kleintieren besiedelt
sind, können mit verschiedenen Spültechniken behandelt
werden, ohne dass in der Regel eine Erfolgskontrolle und
Dokumentation der Spülung vorgenommen werden kann.
Das entwickelte NDHD Filtersystem ermöglicht in Verbin-
dung mit dem CO2-Spülverfahren eine schonende, druck-
lose Abtrennung der Organismen am Austrittshydranten
sowie deren anschließende mikroskopische Analyse.
Diese NDHD Filtertechnik konnte auch vergleichend
im Rahmen interner Forschungsarbeiten bei einer Ver-
suchsspülung mit klarer Wasserfront und mit CO
2
einge-
setzt werden, die Spülung erfolgte mit 1,6msec
-1
(Bild 4).
Bei der Spülphase mit klarer Wasserfront wurden die Was-
serasseln überwiegend mit dem 1. und 2. RV ausgetragen,
bereits ab dem 5. RV war der Austrag von Wasserasseln
vernachlässigbar gering; insgesamt wurden 864 Wasseras-
seln ausgetragen. Bei der direkt anschließenden CO
2
-Spü-
lung wurden mit dem 1. Spülmolch erneut viele Wasseras-
seln ausgetragen (368 Tiere), im 2. und 3. CO
2
-Spülmolch
waren nur noch wenige Wasserasseln nachzuweisen. Ins-
gesamt wurden bei der langanhaltenden Spülung mit
klarer Wasserfront mit dem 18-fachen RV 68% der Wasse
r-
asseln ausgetragen, während durch die CO
2
-Spülung wei-
tere 32% ausgetragen werden konnten.
Diese geringe Wirksamkeit des Wasserassel-Austrags
bei Spülungen mit klarer Wasserfront wird auch deutlich
bei den durchgeführten CO
2
-Spülungen, bei denen der
Vorlauf mit klarem Wasser aufgrund des Spülplanes ein
Vielfaches des austragsrelevanten Spülabschnittes betrug
(Tab elle 3). Mit dem 1. RV als Vorlauf mit klarem Wasser
wurden im Mittel 24,6% der Wasserasseln ausgetragen,
bei Spülungen, in denen der Vorlauf mit klarem Wasser ein
Vielfaches des Rohvolumens betrug (8 bis 22-faches Volu-
men des austragsrelevanten Spülabschnittes), stiegen die
Austragswerte auf 50-60%, ein nahezu vollständiger Aus-
trag konnte nicht erzielt werden.
7. Monitoring der Wasserasseln
am Hydranten
Das Monitoring der Kleintiere in Trinkwassernetzen kann
durch die standardisierte Beprobung von Hydranten er-
folgen. Allerdings sind die Austräge der Wasserasseln
nicht vollständig, da sich diese an der Rohrwandung
festklammern, während die anderen Rohrnetzbewohner
überwiegend gut ausgetragen werden.
Tabelle 2: Spülverlauf der CO2-Spülungen, angegeben sind die ausgetragenen Wasserasseln pro Spülung mit je einem Rohrvolu-
men, n = 29. Der theoretische Gesamtaustrag errechnet sich als exponentielle Austragskurve durch Extrapolation über den gesam-
ten Spülvorgang bei einer unbegrenzten Anzahl von CO2-Molchen
Spülphasen
(in Rohrvolumen)
Austrag Wasserasseln (%)
MW Standardabw. Minimum Maximum
Vorlauf (klares Wasser) 24,6 18,3 1,4 70,8
CO2 Molch 51,5 18,8 16,6 96,3
CO2 Molch 13,3 10,8 1,5 3 7, 8
CO2 Molch 6,2 6,6 1,4 19,9
CO2 Molch 4,3 5,0 1,0 19,1
Theoretische Gesamtaustrag
der CO2 Spülung
98,1 2,9 88,4 > 99
82 gwf-Wasser | Abwasser 12 | 2018
FACHBERICHT Wassernetze
Eine Bewertung des Hydranten Monitorings wird
durch den Vergleich der Monitoring Daten am Hydranten
(Entnahme von 1m3 Wasser mit 1msec-1 Spülgeschwin-
digkeit) und der vollständigen Spülung eines Leitungsab-
schnittes mit CO2 deutlich, bei beiden Verfahren wird die
Anzahl der ausgetragenen Wasserasseln als Individuen
pro m3 erfasst (Bild 5). Es zeigt sich, dass bei der Bepro-
bung der Hydranten nur ein geringer Anteil der im Rohr-
netz vorhandenen und mit dem CO2-Spülverfahren aus-
tragbaren Wasserasseln erfasst wird. Durch die Probenah-
me am Hydranten werden im Mittel 16% der Wasserasseln
pro m3 ausgetragen, bei geringen Besiedlungsdichten
sinkt der Wert auf nur 5%, bei hohen Besiedlungsdichten
steigt er auf bis zu 31% an. Bei diesem Vergleich der Hy-
drantenbeprobungen und den CO2-Spülungen handelt
es sich überwiegend um verschiedene Hydranten bzw.
Versorgungsgebiete, aber der große Umfang der Daten
ermöglicht eine vergleichende Bewertung und liefert die
notwendige Signifikanz der Daten.
Weitere erfasste Kleintiere zeigen ebenfalls deutlich er-
höhte Austragszahlen bei den CO2-Spülungen im Vergleich
zu den Hydrantenbeprobungen, dies gilt insbesondere für
Schnecken (Posthörnchen Gyraulus crista, Spitze Blasen-
schnecke Physella acuta), die lebend nur mit CO2-Spülungen
ausgetragen werden konnten, und für Gliederwürmer (Oli-
gochaeten). Allerdings ist die Anzahl der Daten aufgrund
des nicht sehr häufigen Vorkommens von Schnecken und
Gliederwürmern deutlich kleiner, sodass keine belastbaren
statistischen Angaben möglich sind.
8. Spülplanung
Die bisher gesammelten Erfahrungen zur Nachhaltigkeit
der CO
2
-Spülungen zeigen deutlich die große Bedeutung
eines Spülplanes; i. d.R. sollte das Netz sukzessive vom Was-
serwerk über die Hauptleitungen bis in die peripheren Be-
reiche gespült werden. In ausgedehnten Trinkwassernet-
zen kann es notwendig werden, einzelne mehr oder weni-
ger abgegrenzte Teilnetze zu spülen bzw. einzelne größere,
stark besiedelte Netzbereiche gezielt zu behandeln.
Zur optimalen Planung der Spülung sollte auch eine
Modellierung des Ablagerungsverhaltens von partikulä-
rem organischem Material im Trinkwassernetz durchge-
führt werden, um die Schwerpunkte des potentiellen
Vorkommens der Wasserasseln zu ermitteln, um dann
entsprechende Spülpläne zu erstellen [8]. Mittels Untersu-
chungen am Hydranten als Monitoring lassen sich auch
mögliche `hot spots´ der Wasserasselbesiedlung sowie
Bild 4: Austrag von Wasserasseln aus einer Rohrleitung bei anhaltender Spülung mit klarer Wasserfront (18RV) und anschließender
Spülung mit CO2 (3 Spülphasen mit je 25 RV) im Rahmen interner Forschungsarbeiten
Tab elle 3: Spülungen mit klarer Wasserfront mit einem mehrfachen des Rohrvolumens im Rahmen interner Forschungsarbeiten, an-
gegeben sind die ausgetragenen Wasserasseln pro m-3 Rohrvolumen sowie der Austrag der Wasserasseln in % des Gesamtaustrages
der CO2-Spülung
Spülvolumen Anzahl der
Spülungen
Austrag Wasserasseln bei Spülung mit klarer Wasserfront
(in % des Gesamtaustrages der CO
2
-Spülung)
MW Standardabw. Minimum Maximum
1 Rohrvolumen 32 24,6 18,3 1,4 70,8
8 Rohrvolumen 460,5 22,0 29,1 80,7
10 Rohrvolumen 456,6 19,9 54,5 73,4
22 Rohrvolumen 249,4 -32,3 66,3
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die räumliche Ausdehnung erhöhter Besiedlungsdichten
bestimmen und können Grundlage für die Spülpläne sein.
9. Nachhaltigkeit der Rohrnetzpflege
Das Wiederbesiedlungspotential von Wasserasseln muss als
hoch eingestuft werden, insbesondere wenn es zur Ausbil-
dung einer 3. Generation im Versorgungsnetz kommt, dies
wird durch die Temperatur des Trinkwassers geregelt und
wurde bereits mehrfach im Rahmen der bisherigen Unter-
suchungen nachgewiesen. Die Ausbreitung der Wasseras-
seln wird gefördert durch das Wanderverhalten der Tiere, es
wurden bis zu 100m pro Tag in einer Modellanlage beob-
achtet. Bei hohen Strömungen (>0,12msec
-1
) kann zusätz-
lich eine passive Verfrachtung der Wasserasseln auftreten,
diese wird aber entscheidend über die Ausbildung der la-
minaren Grenzschicht und der Größe der Tiere bestimmt.
Wasserasseln wandern primär am Grund der Rohre (d. h.
nicht über Kopf) und zeigen eine beständige Bewegungs-
aktivität, u.a. aufgrund der aktiven Nahrungssuche. Zudem
können Hausanschlüsse, Muffen, Schieber u. ä. Rückzugs-
und Versteckräume für die Wasserasseln darstellen und so-
mit eine Wiederbesiedlung begünstigen. Dies führt dazu,
dass auch mit der CO
2
-Spülung kein vollständiger Austrag
der Wasserasseln aus einem besiedelten Trinkwassernetz
erfolgen kann.
10. Zusammenfassung und Ausblick
Vor ca. zehn Jahren wurde das CO
2
-Spülverfahren entwi-
ckelt, um insbesondere Wasserasseln (Asellus aquaticus)
aus Trinkwassernetzen zu entfernen, bestehend aus ei-
nem CO
2
-Generator zur Einspeisung des Spülwassers und
einem NDHD Filter mit 100µm Maschenweite zur Abtren-
nung der Kleintiere. Kontaktzeiten von weniger als 15 Mi-
nuten reichen aus, um eine narkotisierende Wirkung zu
erzielen, d. h. die Tiere können sich nicht mehr an der
Rohrwandung festkrallen.
Wasserasseln sind die am meisten verbreiteten makro-
skopisch sichtbaren Rohrnetzbewohner und wurden bei
allen CO2-Spülungen nachgewiesen.
Das Vorkommen der Wasserasseln kann in drei Klas-
sen eingeteilt werden: Normalbesiedlung mit geringem
Vorkommen (<10Ind.m
-3
), Normalbesiedlung mit mä-
ßigem Vorkommen (10-20 Ind. m
-3
), deutlich erhöhtes
Vorkommen (20-180 Ind. m
-3
) und Massenentwicklung
(180-1.600 Ind. m
-3
).
1,4 % der Spülstrecken wiesen eine Normalbesiedlung
mit geringem Vorkommen (< 2 Ind. m-3) auf, und in 21%
der Spülstrecken war eine Normalbesiedlung mit mäßi-
gem Vorkommen; 63% der Spülstrecken hatten ein deut-
lich erhöhtes Vorkommen, und in 16% der Spülstrecken
trat eine Massenentfaltung auf.
Der Wasserassel-Austrag erfolgt zu 98 %, im Mittel
werden 25% im Vorlauf mit klarem Wasser ausgetragen
und 65% werden mit dem 1. und 2. Rohrvolumen der
CO2-Spülung ausgetragen.
Spülungen mit klarem Wasser und einem Vielfachen
des Rohrvolumens (8 bis 22-fach) tragen nur 50-60% der
Wasserasseln aus.
Das Monitoring am Hydranten mit 1 m3 Wasser und
einer Spülgeschwindigkeit von 1 m sec-1 führt nur zum
Bild 5: Nachweis von Wasserasseln bei Hydrantenbeprobungen (blau) im Vergleich zu CO2-Spülungen (gelb) in Abhängigkeit von der
Anzahl der Wasserasseln; die am Hydranten ausgetragen Wasserasseln sind in Prozent der Austräge bei den CO2-Spülungen darge-
stellt; die Anzahlen der Wasserasseln sind in Klassen mit exponentiellem Anstieg eingeteilt
84 gwf-Wasser | Abwasser 12 | 2018
FACHBERICHT Wassernetze
Nachweis von im Mittel 16% der im Verteilungsnetz vor-
handenen Wasserasseln.
Die Anforderungen an die biologische Trinkwasser-
qualität werden durch neue Erkenntnisse bezüglich po-
tentiell pathogener Keime [9,10], der Bedeutung des Bio-
films [11] sowie des Auftretens von Kleintieren in den
Trinkwassernetzen [3,12,13] geprägt und erfordern eine
systematische, problembezogene Rohrnetzpflege. Ver-
schiedene Verfahren sind entwickelt worden, u. a. das
Ice-pigging, das CO2-Spülverfahren, die Luft-Wasser-Im-
pulsspülung und das Schirmspülverfahren, ohne dass
bisher ausreichend vergleichende Untersuchungen über
die Effektivität und Nachhaltigkeit dieser Verfahren für
den Austrag von Wasserasseln vorliegen. Das DVGW For-
schungsvorhaben umfasste nur wenige Spültechniken
und betrachtete nur die mineralischen Austräge [14]. In
einem IWW Forschungsvorhaben wurden verschiedene
Spülverfahren nur auf die Entfernung des Biofilms unter-
sucht [15]. Somit besteht weiterhin dringender For-
schungsbedarf zur Rohrnetzpflege und zur Erhaltung ei-
ner biologisch stabilen Trinkwasserverteilung.
Viele der entwickelten Spülverfahren ermöglichen
keine zeitgleiche quantitative Erfassung der ausgetrage-
nen Organismen – ein Manko, das die Qualitätssicherung
der Spülungen verhindert. Edelstahlbasierte Nieder-
druck-Hochdurchsatz (NDHD) Filter ermöglichen eine
quantitative und schonende Probenahme am Hydranten
bei Spülraten von bis zu 100 m3 pro Stunde, wenn mit
zwei Austrittshydranten gearbeitet wird auch entspre-
chend mehr. Zudem wird in vielen der Spülverfahren das
Spülwasser unfiltriert aus dem vorgelagerten Netz ver-
wendet, ohne dass sichergestellt ist, dass dieses frei von
Ablagerungen und Rohrnetzbewohnern ist.
Eine zukunftsorientierte Rohrnetzpflege muss drei Be-
reiche umfassen, die Modellierung des Ablagerungsver-
haltens im Netz, das Monitoring über Hydranten und eine
Spültechnologie, die die quantitative Erfassung der Aus-
träge ermöglicht. Hier hat sich das CO2-Spülverfahren in
dem mehrjährigen Einsatz bewährt.
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Autoren:
Günter Gunkel
guenter.gunkel@water-quality-control.de
Technische Universität Berlin, Wasserreinhal-
tung
Rüdesheimer Str. 2a
13465 Berlin
Ute Michels
utemichels@aqualytis.com
AquaLytis, Wildau,
Karls Marx-Straße 119
15745 Wil dau
Michael Scheideler
ms@scheideler.com
Scheideler Dienstleistungen
Lorenkamp 3
45721 Halten am See
... The very high abundance of invertebrates in drinking-water networks presented in this paper is supported by several other studies [5,6,23,[51][52][53]. ...
... Several authors report water lice densities of up to 1000 [5,23,52]. It must be considered that, with hydrant sampling, only parts of the water lice population are flushed out (about 15% [53]) because water lice climb to the pipe wall and move into the laminate flow layer. ...
... Advanced pipe-flushing technologies have become more important and are a necessary tool for drinking-water network management [73]. Studies on optimization of flushing parameters, such as sampling and quantifying invertebrates in DWDS [53,74,75], removal of soft deposits [76], flow velocity [77], or deposit formation [78], are available. Some new flushing methods have been developed in the last few years, such as ice-pigging, an injection of a water-salt-ice mousse (Suez Water Technologies, Thame, UK), air scouring as an introduction of air into the water flow to create a high velocity and a turbulent flow, CO 2 -flushing as a flushing with CO 2 -enriched water to anesthetize the invertebrates so they cannot cling to the pipe wall [53], and umbrella flushing, which is the use of an umbrella as a cleaning pig [79]. ...
Article
Full-text available
This paper provides a summary of the knowledge of drinking-water temperature increases and present daily, seasonal, and yearly temperature data of drinking-water distribution systems (DWDS). The increasing water temperatures lead to challenges in DWDS management, and we must assume a promotion of invertebrates as pipe inhabitants. Macro-, meio-, and microinvertebrates were found in nearly all DWDS. Data in relation to diversity and abundance clearly point out a high probability of mass development, and invertebrate monitoring must be the focus of any DWDS management. The water temperature of DWDS is increasing due to climate change effects, and as a consequence, the growth and reproduction of invertebrates is increasing. The seasonal development of a chironomid (Paratanytarus grimmii) and longtime development of water lice (Asellus aquaticus) are given. Due to increased water temperatures, a third generation of water lice per year has been observed, which is one reason for the observed mass development. This leads to an impact on drinking-water quality and an increased health risk, as invertebrates can serve as a host or vehicle for potential harmful microbes. More research is needed especially on (i) water temperature monitoring in drinking-water distribution systems, (ii) invertebrate development, and (iii) health risks.
... Derzeit existieren in der wasserwirtschaftlichen Praxis nur wenige (nachvollziehbar dokumen- tierte) Erfahrungen zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen für den Austrag / die Minimie- rung von Invertebraten in Trinkwassernetzen [9]. Beide Aspekte sind jedoch von großer Bedeu- tung angesichts der Tatsache, dass 53% der seit 2011 untersuchten Trinkwassernetze ( n=15) im Mittel übermäßig von Makroinvertebraten besiedelt sind (d. ...
Chapter
Verminderung von Kleintieren in der Trinkwasserverteilung Von Ute Michels und Günter Gunkel Wirbellose Tiere sind in Trinkwasser-Verteilungssystemen allgegenwärtig und führen bei einer übermäßigen Entwicklung mindestens zu ästhetischen Beeinträchtigungen der Biologischen Trinkwasserqualität. Mit dem überarbeiteten Arbeitsblatt W 271 liegt ein technisches Regelwerk vor, welches das Vorkommen, die Erfassung und die orientierende Bewertung von Kleintieren in Trinkwasseraufbereitung und –verteilung beschreibt. Neben der Kenntnis zum Ausmaß der Besiedelung eines Leitungssystems mit Kleintieren stellt die Konzeption und Durchführung von Maßnahmen zu deren Verminderung die Wasserversorger vor komplexe Herausforderungen. Im W 271 werden mögliche Maßnahmen zur Verminderung von Kleintieren benannt, insgesamt fehlen noch entsprechende Erfahrungen zur Wirksamkeit und Nachhaltigkeit dieser Verfahren. Auf der Basis • detaillierter Untersuchungen der tierischen Lebensgemeinschaft im Trinkwassernetz, • von Kenntnissen von deren natürlicher Lebensweise und • von Kenntnissen zum aktuellen Zustand von Wasseraufbereitung und Trinkwasserverteilung lassen sich die Hauptnahrungsquellen für tierische Organismen und deren Bedeutung für Verteilungssysteme beschreiben, auf deren Basis wiederum konkrete Maßnahmen abgeleitet werden können. An Hand von Praxisbeispielen erfolgen die Beschreibung von Effizienz und Nachhaltigkeit verschiedener Maßnahmen und die Ableitung einer standardisierten Vorgehensweise.
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Activities to ensure and maintain water quality in drinking water networks, including flushing, are presented after standardized hydrant sampling combined with a stainless-steel low pressure–high flow rate (NDHF) filter and a 100 µm mesh size was used to separate pipe inhabitants. A databank of more than 1000 hydrant samples in European lowland areas was developed and used to analyze the diversity and abundance of macroinvertebrates in drinking water networks. Load classes for water louse (Asellus aquaticus) and oligochaetes are given with three evaluation classes: normal colonization, increased colonization, and mass development. The response of Asellus aquaticus in drinking water networks to environmental conditions are presented as are their growth and reproduction, promotion of a third generation by climate change effects, food limitations, and the composition and stability of their feces. Finally, the health risks posed by dead water lice and water lice feces with bacterial regrowth and the promotion of microbe development on house filters are analyzed.
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Wirbellose Tiere sind in Trinkwasser-Verteilungssystemen allgegenwärtig und führen bei einer übermäßigen Entwicklung mindestens zur ästhetischen Beeinträchtigung der Wasserqualität. Die Bedeutung der Rohrnetzbewohner steht im Fokus aktueller Forschungen. Somit ist die Kenntnis des Vorkommens der verschiedenen Arten der Kleintiere und deren Besiedlungsdichten für die Beurteilung und die daraus abzuleitende Rohrnetzpflege von zentraler Bedeutung. Über 800 Hydrantenproben aus dem europäischen Tiefland liefern die Grundlage für eine Bewertung der auftretenden Makroinvertebraten (> 2 mm) und es werden Richt-und Kontrollwerte der Besiedlung mit den Bewertungsklassen "Normalbesiedlung", "Kontrollbereich" und "Massenentwicklung" vorgestellt.
Article
A survey of invertebrates in drinking water from treatment works, internal taps and hydrants on mains was carried out by almost all water companies in the Netherlands from September 1993 to August 1995. Aquatic sow bugs (Asellidae, 1-12 mm) and oligochaeta worms (Oligochaeta, 1-100 mm), both known to have caused rare though embarrassing consumer complaints, were found to form 98% of the mean biomass in water flushed from mains. Their numbers in the mains water ranged up to 1500 (mean 37) Asellidae m(-3) and up to 9900 (mean 135) Oligochaeta m(-3). Smaller crustaceans (0.5-2 mm) dominated the numbers in water from mains. e.g. water fleas (Cladocera and Copepoda up to 14,000 m(-3)). Common invertebrates in treated water and in tap water were Rotifera (<1 mm) and nematode worms (Nematoda, <2 mm). No Asellidae, large Oligochaeta (>5 mm) or other large invertebrates were found in 1560 samples of 200 l treated water or tap water. Large variations in invertebrate abundance were found within and between distribution systems. Of the variability of mean biomass in mains per system, 55%, 60% and 63% could statistically be explained by differences in the Biofilm Formation Rate, non-particulate organic matter and the permanganate index of the treated water of the treatment works respectively. A similar correlation was found between mean invertebrate biomass and mean sediment volumes in the distribution systems (R(2) = 52%).
Article
Most microorganisms on Earth live in various aggregates which are generally termed "biofilms". They are ubiquitous and represent the most successful form of life. They are the active agent in biofiltration and the carriers of the self-cleaning potential in soils, sediments and water. They are also common on surfaces in technical systems where they sometimes cause biofouling. In recent years it has become evident that biofilms in drinking water distribution networks can become transient or long-term habitats for hygienically relevant microorganisms. Important categories of these organisms include faecal indicator bacteria (e.g., Escherichia coli), obligate bacterial pathogens of faecal origin (e.g., Campylobacter spp.) opportunistic bacteria of environmental origin (e.g., Legionella spp., Pseudomonas aeruginosa), enteric viruses (e.g., adenoviruses, rotaviruses, noroviruses) and parasitic protozoa (e.g., Cryptosporidium parvum). These organisms can attach to preexisting biofilms, where they become integrated and survive for days to weeks or even longer, depending on the biology and ecology of the organism and the environmental conditions. There are indications that at least a part of the biofilm populations of pathogenic bacteria persists in a viable but non-culturable (VBNC) state and remains unnoticed by the methods appointed to their detection. Thus, biofilms in drinking water systems can serve as an environmental reservoir for pathogenic microorganisms and represent a potential source of water contamination, resulting in a potential health risk for humans if left unnoticed.
Article
Danish drinking water supplies based on ground water without chlorination were investigated for the presence of the water louse, Asellus aquaticus, microinvertebrates (<2 mm) and annelida. In total, 52 water samples were collected from fire hydrants at 31 locations, and two elevated tanks (6000 and 36,000 m(3)) as well as one clean water tank at a waterworks (700 m(3)) were inspected. Several types of invertebrates from the phyla: arthropoda, annelida (worms), plathyhelminthes (flatworms) and mollusca (snails) were found. Invertebrates were found at 94% of the sampling sites in the piped system with A. aquaticus present at 55% of the sampling sites. Populations of A. aquaticus were present in the two investigated elevated tanks but not in the clean water tank at a waterworks. Both adult and juvenile A. aquaticus (length of 2-10 mm) were found in tanks as well as in pipes. A. aquaticus was found only in samples collected from two of seven investigated distribution zones (zone 1 and 2), each supplied directly by one of the two investigated elevated tanks containing A. aquaticus. Microinvertebrates were distributed throughout all zones. The distribution pattern of A. aquaticus had not changed considerably over 20 years when compared to data from samples collected in 1988-89. Centrifugal pumps have separated the distribution zones during the whole period and may have functioned as physical barriers in the distribution systems, preventing large invertebrates such as A. aquaticus to pass alive. Another factor characterising zone 1 and 2 was the presence of cast iron pipes. The frequency of A. aquaticus was significantly higher in cast iron pipes than in plastic pipes. A. aquaticus caught from plastic pipes were mainly single living specimens or dead specimens, which may have been transported passively trough by the water flow, while cast iron pipes provided an environment suitable for relatively large populations of A. aquaticus. Sediment volume for each sample was measured and our study described for the first time a clear connection between sediment volume and living A. aquaticus since living A. aquaticus were nearly only found in samples with sediment contents higher than 100 ml/m(3) sample. Presence of A. aquaticus was not correlated to turbidity of the water. Measurements by ATP, heterotrophic plate counting and Colilert(®) showed that the microbial quality of the water was high at all locations with or without animals. Four other large Danish drinking water supplies were additionally sampled (nine pipe samples and one elevated tank), and invertebrates were found in all systems, three of four containing A. aquaticus, indicating a nationwide occurrence.
Sedimente und Biofilme eiskalt erwischt
  • G Schaule
  • D Nottarp-Hein
  • Ch Sorge
Schaule, G., Nottarp-Hein, D. & Sorge, Ch. (2012): Sedimente und Biofilme eiskalt erwischt. IWW Journal 38, S. 6-7.