Online-Lösung zur Kontrolle von Mikroverunreinigungen im Wasser
Mikroverunreinigungen – in sehr geringen Konzentrationen im Wasser vorzufindende Chemikalien – stammen aus einer Reihe von Quellen. Dazu gehören Arzneimittel und Shampoos, aber auch Kunststoffe und Pestizide. „In (Ab-)Wasseraufbereitungsanlagen werden diese Mikroverunreinigungen nicht immer erkannt und entfernt“, erklärt ECO-SOS-Projektkoordinator Harsha Ratnaweera von der norwegischen Universität für Umwelt- und Biowissenschaften. „In diesem Fall können sie sich in Gewässern oder sogar im Gewebe von Fischen und Muscheln anreichern. Dies birgt potenzielle Umweltrisiken und Gesundheitsprobleme.“
Herausforderung bei der Erkennung von Mikroverunreinigungen
Das EU-finanzierte Projekt ECO-SOS versuchte, dieses Problem durch die Entwicklung neuartiger Echtzeit-Kontrollsysteme für Mikroverunreinigungen zu lösen. Das Ziel war die Anwendung intelligenter rechnerischer Schätzverfahren auf Daten, die von erschwinglichen und leicht verfügbaren physischen Online-Sensoren erfasst wurden. „Die derzeit verwendeten Instrumente zum Erkennen von Mikroverunreinigungen sind oft teuer, zeitaufwendig und komplex“, erklärt Ratnaweera. „Es ist ein bisschen wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen.“ Ratnaweera und sein Team wollten daher herausfinden, ob intelligente Software-Sensoren Mikroverunreinigungen effizienter erkennen können. Wasserproben aus einer norwegischen Aufbereitungsanlage wurden kontrolliert und anschließend mithilfe von Algorithmen analysiert, die auf komplexen mathematischen Modellen beruhen. Das Team untersuchte auch den möglichen Einsatz von Spektralsonden in Software-Sensorsystemen. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Messung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS). PFAS sind Chemikalien, die zur Herstellung von Fluorpolymerbeschichtungen und schmutzabweisenden Produkten verwendet werden, und gehören zu den bedenklichsten, in der Umwelt vorkommenden Mikroverunreinigungen.
Potenzial von Online-Software-Sensorsystemen
Mit den Ergebnissen des durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten Projekts konnte die Empfindlichkeit und das Potenzial von Online-Software-Sensorsystemen bei der Kontrolle und Erkennung von Mikroverunreinigungen aufgezeigt werden. „Während unserer Probenahmekampagne fanden wir eine Vielzahl von Stoffen, darunter Arzneimittel (welche das Hauptziel waren), aber auch Phthalate (ein Weichmacher) und Bisphenol A (ein weiterer Weichmacher)“, sagt Ratnaweera. „Die meisten dieser Stoffe waren in extrem niedrigen Konzentrationen vorhanden.“ Ein interessantes Ergebnis war die hohe Häufigkeit des Nachweises von Phthalaten. Einige Phthalate wurden in der Mehrzahl der Wasserproben nachgewiesen. Das deutet darauf hin, dass diese Schadstoffe bei kommenden Kontrollen in den Vordergrund rücken sollten. Die Messung von PFAS erwies sich jedoch als schwieriger, da diese Substanzen weder Licht absorbieren noch emittieren. Das Team musste zur Messung dieser Chemikalien nach indirekten Wegen suchen, einschließlich fluoreszierender Signale, die von organischen Stoffen im Wasser abgegeben werden. Die aus diesen Versuchen gewonnenen Informationen werden jedoch bei der Entwicklung künftiger Überwachungssysteme für diese Schadstoffe hilfreich sein.
Verstärkte Überwachung und Kontrolle von Mikroverunreinigungen
Die Datenanalyse der Experimente ist noch nicht abgeschlossen. „Die Erstellung von Software-Sensoren ist ein zeitaufwendiger Prozess, der die Validierung und Bearbeitung umfangreicher Datensätze erfordert“, fügt Ratnaweera hinzu. „Dadurch ist er rechenintensiv. Die geringe Konzentration dieser Schadstoffe ist eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung von Software-Systemen.“ Dennoch ist Ratnaweera der Meinung, dass das Projekt einen wichtigen Beitrag zum Ausbau der Wissenslage über die Datenanalyse und zur Entwicklung von Software-Sensoren zum Nachweis von Mikroverunreinigungen im Wasser geleistet hat. Dies könnte in naher Zukunft durchaus von Bedeutung sein, insbesondere wenn Behörden und Wasserverbände verpflichtet werden, ihre Überwachung und Kontrolle von Mikroverunreinigungen zu verstärken.
Schlüsselbegriffe
ECO-SOS, Mikroverunreinigungen, Sensoren, Schadstoffe, Abwasser, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen, PFAS, Phthalate
