Im Fokus des Projektes "Mikrobielle Verockerung in technischen Systemen" standen neutrophile und acidophile Eisenbakterien, die in Leitungen, Brunnen und an und in Pumpen vorkommen und dort Ablagerungen unlöslicher Eisenverbindungen verursachen. In Brunnen, werden diese Ablagerungsprozesse, die den Zustrom behindern und damit die Brunnenleistung mindern, auch als Brunnenalterung bezeichnet. Nach derzeitigem Stand des Wissens weisen in Deutschland dabei rund 80% der gealterten Brunnen biochemisch induzierte Eisenablagerungen auf (Houben & Treskatis 2002). Die Wiederherstellung der Brunnenleistung im Rahmen von Regenerierungen und präventiven Instandhaltungsmaßnahmen ist ressourcen- und energieintensiv, so dass ein besseres Verständnis der Schlüsselparameter und Lebensbedingungen der Eisenbakterien hilft, den Brunnenbetrieb und die Instandhaltungsmaßnahmen zu optimieren und die Brunnenalterung zu reduzieren. Das Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) war einer von insgesamt 14 Verbundprojektpartnern in dem interdisziplinären Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern. In Teilprojekt 5 standen Probenahmen von Berliner Betriebsbrunnen und das Datenmanagement des Gesamtprojektes im Mittelpunkt der Arbeiten. Inhaltlich knüpften die Felduntersuchungen an das von den Berliner Wasserbetrieben (BWB) initiierte und am KWB koordinierte Forschungsprojekt WELLMA (für 'well management') an. Wesentliche Aufgabe des KWB war der frühzeitige Transfer der bei den Forschungspartnern erarbeiteten Ergebnisse in die Betriebspraxis bei den Berliner Wasserbetrieben (Teilprojekt 6). Dazu wurden Brunnen und Unterwassermotorpumpen aus der Trinkwassergewinnung der BWB durch die Projektpartner der TU Berlin (Teilprojekte 1a und 1b) hinsichtlich des Vorhandenseins und der Zusammensetzung biochemisch induzierter Eisenablagerungen untersucht. Neben Belagsproben von Pumpen bei Instandhaltungsarbeiten wurden dabei auch tiefenorientierte, zielgerichtete Proben aus dem Innenrohr (Vollrohr und Filterrohr) von Brunnen sowie Ablagerungsproben aus Steig- und Rohwassersammelleitungen entnommen und mikrobiologisch und chemisch untersucht. Eigene Feldarbeiten des KWB umfassten daneben in-situ-Messungen des Redoxpotentials im nahen Umfeld eines Brunnens sowie in-situ-Messungen der Feststofffracht (Trübung) in Abhängigkeit betrieblicher Randbedingungen. Wesentliche Ziele waren die Identifizierung von Schlüsselparametern zum Verständnis der Prozesse der Eisenverockerung und -rücklösung und die Quantifizierung des sich daraus ergebenden Verbesserungspotentials im Betrieb und der Instandhaltung aus dem Bezug der Untersuchungen auf die wasserchemischen, baulichen und betrieblichen Eigenschaften der untersuchten Brunnen. Im Ergebnis wurden von März 2012 bis September 2013 Pumpen aus 26 von geplanten 30 Brunnen beprobt. Zu deren Auswertung wurden drei Cluster unterschieden: (i) Brunnen, bei denen die Pumpen stark eisenverockert waren (ii) Brunnen ohne sichtbare Eisenverockerung, aber mit Biofilmen und (iii) Brunnen mit sauberen Pumpen. Der Abgleich mit im Rahmen von Instandhaltungsarbeiten erfolgten Kamerabefahrungen bestätigte einen Zusammenhang zwischen der Stärke der Verockerung der Pumpe und dem Vorhandensein und der Stärke von Ablagerungen im Filterrohrbereich.Schlüsselparameter aus statistisch belastbaren Zusammenhängen zwischen den Eisenbakterien-Gemeinschaften, den chemisch-mineralogischen Ockereigenschaften und den wasserchemischen, baulichen und betrieblichen Parametern konnten jedoch nicht herausgearbeitet werden, da die Diversität der beteiligten Eisenbakterien höher als vermutet war und sich selbst direkt benachbarte Brunnen mit ähnlichen Eigenschaften hinsichtlich der Ocker stark unterschieden. Auch stellten die Probenahmen immer nur Momentaufnahmen der zeitlich hochvariablen Anströmbedingungen dar.

Das vorliegende Dokument ist als zusammenfassender Synthesebericht des Forschungsprojektes RIKO-1 konzipiert und ergänzt die fünf Teilberichte zu den Arbeitspaketen aus RIKO-1 mit einer versuchsübergreifenden Betrachtung, Diskussion der Ergebnisse und Schlussfolgerungen zur Risikominimierung. Ausgehend von den in den Teilberichten dokumentierten Recherchen und Versuchen werden dazu in Kapitel 2 zunächst der Kenntnisstand zu Beginn des Projektes zusammengefasst und ein Überblick über die Untersuchungen gegeben. Kapitel 3 unterzieht die Brunnen einer Gefährdungsanalyse und beschreibt mögliche Eintragspfade und Einflussfaktoren mit einer Bewertung der Eintrittswahrscheinlichkeiten. Die vorliegenden Daten werden in Kapitel 4 dann in eine Risikoanalyse überführt und auf Basis der Priorisierung der Gefährdungsereignisse Maßnahmen zur Minimierung von Befunden empfohlen. Indikatorkeime, ihre Überwachung sowie der Stand von Forschung und Entwicklung neuer (molekularbiologischer) Methoden zur Analyse und Früherkennung bzw. Möglichkeiten der Online-Überwachung werden im Teilbericht "Mikrobiologische Methoden: Stand der Technik" von O. Thronicker behandelt. Die deskriptive Datenanalyse vorliegender Befunddaten hinsichtlich möglicher Zusammenhänge mit bestimmten Brunneneigenschaften, insbesondere Lage, Baumerkmalen und Betriebsparametern wurde im Teilbericht "Deskriptive Datenanalyse" zusammengefasst. Die Feldversuche im Rahmen der Einzelbrunnenuntersuchung SPAsued10, die Markierungsversuche an zwei Brunnen im Wasserwerk Jungfernheide sowie die Sediment- und Wasserbeprobungen an einer Transekte entlang des Fließpfades des Uferfiltrats von der Havel zur Galerie Tiefwerder-Schildhorn sind in den entsprechenden Teilberichten dokumentiert. Die Teilberichte beschreiben jeweils die Ausgangslage zu Versuchsbeginn, die Methodik und Ergebnisse und enthalten eine ausführliche Diskussion und Schlussfolgerungen aus den Versuchen. Der hier vorliegende Synthesebericht greift die einzelnen Versuche und Ergebnisse in der Beschreibung des Kenntnisstandes nach dem Konzept eines Water Safety Plans (WSP, WHO 2009) auf. WSPs auf Wasserwerksebene wurden bislang von den BWB für sechs der neun aktiven Wasserwerke im Entwurf erstellt. Sie fokussieren auf die Aufbereitungsschritte vom Rohwasser zum Reinwasser. In RIKO-1 sollte ergänzend vor allem der Einzelbrunnen betrachtet werden. Die Risikobewertung bezieht sich daher auf die Wassergewinnung, d.h. den Weg des Wassers vom zur Uferfiltration genutzten Oberflächengewässer bis zum Eintritt des Rohwassers in die Sammelleitung. Die davor (Ressourcenschutz) und danach (Rohwasseraufbereitung) liegenden Teile des teilgeschlossenen Wasserkreislaufs werden nicht behandelt. Die ganzheitliche Betrachtung und Entwicklung eines WSPs für den gesamten Berliner Wasserkreislaufs ist Ziel im Projekt ASKURIS. Als weitere Grundlagen der Arbeiten in RIKO-1 und der zusammenfassenden Betrachtung im vorliegenden Bericht dienten u.a. das Wasserversorgungskonzept 2040 (Möller & Burgschweiger 2008), eine Fallstudie der Befunde 2003-2007 in WELLMA-1 (Gräber 2009, unveröffentlicht) sowie Forschungsarbeiten aus NASRI und IC-NASRI (Lopez-Pila & Szewzyk 2006; u.a.). Alle geplanten Untersuchungen und Zwischenergebnisse wurden regelmäßig im Projektteam diskutiert (vgl. Besprechungsprotokolle) und daraus folgend ggf. Maßnahmen zur direkten Umsetzung abgeleitet oder Versuchskonzepte angepasst. Ein Verzeichnis der in Ergänzung zum Synthesebericht vorliegenden Berichte und Protokolle, auf die im Weiteren verwiesen wird, findet sich in Anhang 1.

Objective of this synthesis report is to summarize the main achievements of the WELLMA-2 project. Based on the preparatory phase WELLMA-1 (2007-2009), the main project phase WELLMA-2 (2009-2012) included extensive laboratory, pilot-scale and field site investigations aiming at optimizing the operation and maintenance of drinking water production wells with respect to costs, energy efficiency and sustainability. The main reason for inefficient well performance is so-called well ageing. Deposit formation due to multiply correlated biological, chemical and/ or physical clogging processes in and around the well cause a decrease in performance. Thus, the interdisciplinary WELLMA-project team aimed at improving the efficiency of drinking water production wells by providing a scientific basis to support operators in their efforts to reduce well ageing. This included the development of guidance and recommendations for an adapted and well-planned operation scheme and maintenance strategy to sustain or reinstall the well performance. Well ageing processes were intensively studied at a multitude of vertical drinking water production wells located in Berlin, Germany and near Bordeaux, France. Thereby, classical monitoring and diagnosis methods, such as pumping tests and TV inspections, but also newly developed own experimental setups, such as the in-situ measurement of oxygen, depth-oriented water sampling or the exposure of object slides and bio-reactors for biofilm growth were applied. This synthesis report follows the project outline featuring four work packages dealing with (i) the identification of ageing types and the site-specific ageing potential from optimal data processing of site and well characteristics to provide decision support for the diagnosis and subsequent optimisation of well operation, monitoring and maintenance, (ii) field methods and experimental setups applied within the WELLMA-project to investigate mixing processes, oxygen uptake and biofilm formation, (iii) the impacts of intermittent operation on the uptake potential and distribution patterns of oxygen, and (iv) the efficiency of hydrogen peroxide treatments for preventive well maintenance against biochemically induced iron ochre formation and the oxygen uptake potential correlated to the decomposition of H2O2. Intermediate data were presented at various occasions at scientific and practiceoriented conferences, e.g. the Association for General and Applied Microbiology (VAAM), the International Water Association (IWA) Groundwater conference, International Association of Hydrogeologists (IAH), Berlin-Brandenburger Brunnentage, Wasser Berlin etc. and in related papers. A publication list is given at the end of this synthesis report.

The capacity of drinking water wells, i.e. the yield for a given drawdown, is often decreasing after a certain time of operation. This effect is called well ageing and is due to different processes related to the geology and hydrochemistry at any given well site and to the construction and operation of these wells. The Hydrogeology workgroup and partners investigate wells in Berlin and France in terms of their ageing behaviour with the aim to determine suitable measures helping to slow down well ageing processes and optimise strategies for well operation and maintenance. A precondition for well clogging by iron incrustations is the mixing of different groundwaters with incompatible chemical properties in the well and/or within aquifer and is induced by combined hydrochemical and microbiological processes. The assessment of (i) formation of reduced/oxidized groundwater layering in the aquifer, (ii) localization of mixing zones and (iii) mixing ratios within the well was done by field and laboratory studies. The research reveals that redox condition in the well and the surrounding aquifer are subject to short to long-termed variations. These variations are caused by operation intervals of the wells and by seasonal effects. The results permit a characterization of oxygen enrichment and transport dependent on well operation, location and design and further on an input-output balancing and a modeling of incrustation rates.