Methan in der Grundwasseraufbereitung: Charakterisierung von methanotrophen bakteriellen Populationen in Trinkwasseraufbereitungsanlagen mit molekularbiologischen Methoden

Trinkwasser wird in Deutschland aus verschiedenen Wasservorkommen gewonnen. Dazu zählt neben Oberflächenwasser und Uferfiltrat auch Grundwasser, welches mit einem Anteil von 65 % den am häufigsten für die Trinkwasseraufbereitung genutzten Rohwassertyp darstellt. Dabei ist der Großteil der Grundwässer als reduziert einzustufen und kann Methan aufweisen, welches bei unzureichender Entfernung die Wasseraufbereitung negativ beeinflussen kann. Dabei stellt nicht das Methan selber, sondern das Wachstum von Methan oxidierenden Bakterien (MOB) das eigentliche Problem dar. MOB oxidieren Methan unter aeroben Bedingungen zu Kohlenstoffdioxid (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O), was zu einer starken Sauerstoffzehrung im Wasser führt und eine unvollständige Eisen-, Ammonium- und Manganoxidation mit sich ziehen kann. Desweiteren kann es auf Grund der  hohen Energieausbeute der Reaktion zu einem starken Wachstum der MOB in Form von schleimigen Biofilmen kommen. Die starke Biomasse- und Schleimproduktion kann  insbesondere in Trinkwasserfiltern negative Auswirkungen haben, da sie filterhydraulische Probleme wie die Zunahme des Filterwiderstands, beschleunigtes Filterkornwachstum, Verbackungen des Filtermaterials und eine Verschlechterung der chemischen Filtratqualität hervorrufen kann. Daneben kann eine erhöhte Ablagerung von organischem Material im Filterbett mikrobiell-hygienische Probleme hinsichtlich einer Vermehrung von aeroben heterotrophen Bakterien und hygienisch relevanten Bakterien als Sekundärbesiedler bewirken.

Im Rahmen des Forschungsgebiets „Methan in der Grundwasseraufbereitung“  sollen in diesem Projekt Methan oxidierende Bakterien in Trinkwasseraufbereitungsanlagen mit molekularbiologischen Methoden charakterisiert und in Zusammenhang mit Problemen in methanbelasteten Aufbereitungen gebracht werden. Die molekularbiologischen Untersuchungen gliedern sich dabei in folgende Hauptaspekte:

1. QUANTIFIZIERUNG

• Etablierung eines quantitativen real-time PCR (qPCR)-basierten Nachweises von MOB in Trinkwasseraufbereitungsanlagen
• Methodenvergleich: Gegenüberstellung der quantitativen Ergebnisse der qPCR mit Ergebnissen der bereits etablierten Methodik der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)

2. DIVERSITÄT

• Molekularbiologische Populationsanalysen der Trinkwasserfilter mittels (Pyro-)
  Sequenzierung und anschließenden phylogenetischer Analysen auf Basis von 16S rRNA und  funktionellen Genen

3. AKTIVITÄT

• Ermittlung der Methanabbauaktivität der MOB durch Methanoxidationstests
• Identifizierung von MOB mit aktiven Stoffwechsel durch  stable isotope probing (SIP): Einbau von Isotopen (¹³C)-markierten Substraten in Zellkomponenten (Nukleinsäuren, Lipide)