Etwas im Wasser

Eine Entenfamilie schwamm in einem Klärbecken mit glitzerndem Wasser, einem der letzten Tanks auf dem Weg des Abwassers von West Lafayette in den Wabash River. Sie watschelten ahnungslos über den mechanischen Arm, der „Feststoffe“ von der Wasseroberfläche abstreift, nachdem sie aus dem Wasser auf ihn geklettert waren.

Ungefähr 30 Fuß unter ihnen setzten sich schwerere Feststoffe am Boden des Tanks ab.

Der Tank ist einer von vielen in der Wasseraufbereitungsanlage von West Lafayette, die während des Prozesses auf Schadstoffe und Krankheiten wie COVID-19 getestet werden. Bei Wasser, das an ein Drittunternehmen geliefert und von diesem getestet wurde, ist in den letzten Monaten ein Anstieg der Fälle zu verzeichnen.

Um sicherzustellen, dass das behandelte Abwasser den Reinheitsstandards der Environmental Protection Agency entspricht, wird es an mehreren Stellen im Prozess auf Phosphor, Ammoniak und Stickstoff getestet, Schadstoffe, die das Wachstum von Sauerstoff entziehenden Bakterien verursachen.

Um die Neutralität sicherzustellen, wird der pH-Wert des Abwassers geprüft. Das Vorhandensein von E. coli, einem Indikator für das Vorhandensein anderer Krankheitserreger, wird mithilfe eines Verfahrens namens Fluoreszenzanalyse getestet.

Während die meisten Tests im Labor des Werks vor Ort stattfinden, beauftragt das Werk mit der Durchführung seiner COVID-Tests ein Drittunternehmen namens BioBot. Weder die EPA noch sonst jemand legt Parameter für die COVID-Werte fest.

Die Anlage begann im Jahr 2020 mit Tests darauf, damit Tippecanoe County ein besseres Verständnis der Pandemie in der Region gewinnen konnte.

David Henderson, der Administrator der Anlage, sagte, BioBot habe sich an die Anlage gewandt, um Testdienste anzubieten, als Teil seines Ziels, möglichst viele Menschen in den USA auf COVID zu testen.

BioBot-Tests

Während die Kläranlage West Lafayette das Abwasser aufbereitet, testet BioBot Proben von Anlagen aus dem ganzen Land auf COVID. Im vergangenen Sommer habe es 30 % der US-Bevölkerung mit COVID-Daten versorgt, sagte BioBot-Vertreter Nour Sharana.

Tippecanoe County verfügt über vier Kläranlagen, aber die Anlage in West Lafayette ist die einzige, die Proben an BioBot sendet, das die Daten der Anlage in West Lafayette verwendet, um COVID-Daten für den gesamten Landkreis darzustellen.

BioBot ist das einzige Abwassertestunternehmen, das von den Centers for Disease Control and Prevention beauftragt wurde. Es meldet alle Ergebnisse an die CDC.

BioBot verwendet einen Prozess namens quantitative Polymerase-Kettenreaktion, um seine Proben zu testen. Abwasser tötet COVID ab und hinterlässt Teile seiner RNA. Q-PCR testet effektiv auf das Vorhandensein von COVID-RNA.

Die häufigsten COVID-Tests sind Antigentests. Sie testen auf das Vorhandensein von COVID-Antikörpern, die einen Farbstoff aktivieren, oder auf die Linie, die man auf einem positiven COVID-Test zum Mitnehmen sieht.

Antigentests werden kostengünstig in Massenproduktion hergestellt, können jedoch zu falsch negativen Ergebnissen führen, da ein Proband über genügend Antikörper verfügen muss, um den Test zu aktivieren. Zu Beginn der Infektion sind möglicherweise nicht genügend Antikörper vorhanden, um ein genaues Ergebnis zu erzielen.

Q-PCR-Tests hingegen erfordern spezielle Ausrüstung und können teuer sein, aber sie können extrem kleine Virusmengen nachweisen. Bei einem Q-PCR-Test wird ein kleines Stück RNA, ein sogenannter „Primer“, so hergestellt, dass es zu einem Abschnitt der COVID-RNA passt.

Die Probe, einschließlich des Primers, wird mit einem Synthetase-Enzym und Nukleotiden, den „Buildern“ bzw. „Bausteinen“ der DNA, kombiniert. Dadurch kann ein Strang der COVID-DNA hergestellt werden. Beim Erhitzen wird die DNA gespalten, wodurch zwei Kopien der RNA entstehen.

Dieser Vorgang wird wiederholt, bis in der Probe Tausende Kopien der COVID-DNA vorhanden sind. Anhand der produzierten Menge können Wissenschaftler bestimmen, wie viele RNA-Kopien in der ursprünglichen Probe enthalten waren.

BioBot kartiert seine Proben genetisch, sodass es weiß, welcher COVID-Stamm vorhanden ist. Während diese Ergebnisse den Testern nicht sagen können, wie viele infizierte Personen es in der Gemeinde gibt, können sie zeigen, ob die Zahl der Infektionen im Laufe der Zeit zunimmt.

Tice sagte, diese Technologie gebe uns die Möglichkeit, nach einer Pandemie zu suchen, bevor sie eintritt, und verwies auf die Entdeckung von Polio im Abwasser eines New Yorker Bezirks Anfang dieses Monats. BioBot testet nicht auf andere Krankheiten als COVID, aber Sharana sagte, das Unternehmen erforsche und entwickle Schnelltests für Influenza.

Während Sharana sagte, BioBot erhalte Proben aus über 350 Gemeinden in allen 50 Bundesstaaten, sagte Michael Pollak, außerordentlicher Professor für Wirtschaftswissenschaften an der Indiana University Northwest, dass das Unternehmen nur in der Lage sei, dicht besiedelte Gebiete zu untersuchen.

„Alle Gemeinden brauchen Abwassertests“, sagte Sharana. „Selbst wenn in einer Gemeinde mehr Krankheiten auftreten als in einer anderen, müssen alle dennoch getestet werden.“

Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen den an Pflanzen gesendeten Berichten und den Berichten, die BioBot auf seiner Website veröffentlicht. Pollak beschrieb die Daten ihrer Website als „geglättet“ und zeigte durchschnittliche Spitzen und Einbrüche im Laufe der Zeit anstelle von Virenmengen, die bei jedem Bericht regelmäßig um Hunderttausende Kopien schwanken.

Pollak sagte, ihr Datenglättungsprozess sei „blackboxed“ und nicht für die Öffentlichkeit zugänglich.

Sharana sagte, es gebe eine „Unterzählung“ bei den offiziellen COVID-Zahlen. Während Krankenhäuser, Kliniken, Labore und Bundesstaaten Vereinbarungen zum Datenaustausch getroffen haben, sind die offiziellen COVID-Tests zurückgegangen, da das Virus mit höheren Impfraten weniger schwerwiegend geworden ist.

Pollak sagte, Indiana verlange von Krankenhäusern die Weitergabe von COVID-Testergebnissen, der Staat melde diese Ergebnisse jedoch freiwillig der CDC.

Greg Loomis, Beamter des Gesundheitsministeriums von Tippecanoe County, sagte, seine Abteilung melde den Indiana Disease Intervention Specialists jedes Jahr Zahlen über übertragbare Krankheiten. Wenn eine Krankheit wie Tollwut oder Tuberkulose ausbricht, melden sie sich direkt beim CDC.

Er sagte, seine Abteilung melde Fälle von Affenpocken unverzüglich dem DIS.

„In meldepflichtigen Fällen müssen viele Daten für die Epidemiologie gesammelt werden“, sagte Loomis. „Man muss Fallzahlen melden, die aus dem Rahmen fallen.“

Aufbereitung des Abwassers

Lange bevor die Kläranlage das Wasser auf COVID testete, wurde das Wasser aufbereitet.

Die Kläranlage von West Lafayette verarbeitet täglich 6,13 Millionen Gallonen Abwasser. Purdue und West Lafayette verfügen über einzelne Rohre mit „Rohschlamm“ oder „Zufluss“, die im „Zuflusstank“ der Anlage zusammengeführt werden.

„Purdue ist eine eigene Stadt“, sagte Steve Tice, der Laborleiter der Anlage. „Wir müssen einen ganzen Tank abschalten, wenn die Schule geschlossen ist.“

Sobald das Abwasser den Zuflusstank verlässt, wird es durch etwa 15 Tanksätze gepumpt, die Schadstoffe durch Schwerkraftfiltration, anaerobe Bakterienreinigung und Chlorierung entfernen. Das saubere Wasser wird in den Wabash River gepumpt.

„Wir entfernen 95 % der Schadstoffe, einschließlich der gesamten Schwebstoffe und des biochemischen Sauerstoffbedarfs oder der Verschmutzung des Wassers, die den Fischen Sauerstoff entziehen könnte“, sagte Tice. „Wir stellen sicher, dass wir keine Krankheitserreger oder Krankheitserreger in die Wildnis einbringen.“

Weniger als 1 % des Zuflusses besteht aus Schadstoffen, was bedeutet, dass nur 0,05 % des in den Fluss zurückgeleiteten Wassers Schadstoffe enthalten. Zulauf ist alles, was nach der Spülung in die Kläranlage gelangt. Auch wenn es nicht völlig trinkbar ist, verbreitet es keine Krankheiten und schädigt weder Pflanzen noch Tiere.

Tice sammelt einmal täglich Abwasserproben und sendet sie alle drei Tage zur Untersuchung an BioBot.

Die Proben werden aus dem „Abwasser“-Abschnitt der Anlage entnommen, dem Abschnitt, in dem die meisten Feststoffe, einschließlich Sand, Schmutz und alles, was in die Toiletten gespült wird, entfernt werden. Ein automatischer Probenehmer füllt über einen Zeitraum von 48 Stunden vier große Flaschen mit Abwasser.

„Es saugt das Wasser mit einem Timer von selbst ab“, sagte Tice, während er die Flaschen aus dem Probenehmer zog. „Dadurch können wir es nur einmal am Tag abholen.“

Der Probenehmer befindet sich im Freien neben einem tiefen Abwassertank mit einer darüber liegenden Wartungsbrücke. In der Nähe steht ein Müllcontainer voller geschwärztem Sand, der aus dem Abwasser gefiltert wurde.

Tice nimmt die Flaschen aus dem Probenehmer und gießt sie in einen Behälter, um eine „zusammengesetzte“ Probe zu erstellen. Das abfließende Abwasser ist hellgrün und trüb.

Der Überschuss aus Tices Probe wird in den Abfluss eines nahegelegenen Gebäudes geschüttet, in dem sich ein Müllcontainer voller fester Abfälle befindet.

Sobald die Proben gesammelt sind, bringt Tice sie ins Labor, wo sie gekühlt werden, bis die Proben drei Tage lang gesammelt sind.

Anfang dieses Monats schulte Tice den Labortechniker Chris Speers (38) in der Verarbeitung der für BioBot bestimmten Proben.

Speers füllte drei Fläschchen, die jeweils einem Tag der Probenahme entsprachen, mit 50 Millilitern Abwasser. Dann legt er die Proben in einem FedEx-Paket, das an das BioBot-Labor in Cambridge, Massachusetts, adressiert ist, in eine Eislache und protokolliert sie mit der BioBot-App.

BioBot veröffentlicht die Testergebnisse innerhalb von zwei Tagen, veröffentlicht eine zusammengefasste Version auf seiner Website und sendet der Pflanze einen detaillierten Bericht.

Obwohl das Werk keine COVID-Werte an die EPA oder das Indiana Department of Environmental Management meldet, senden sie dem IDM einen monatlichen Schadstoffbericht. Tice sagte, ihre Schadstoffwerte, insbesondere die von E. coli, seien „sehr niedrig“.

Um den E. coli-Gehalt zu testen, wird Abwasser in eine Plastikverpackung mit einem Quadrat aus Plastikblasen gegeben. Die Verpackung wird unter ultraviolettes Licht gestellt. Blasen mit hohem E. coli-Gehalt „phosphoreszieren“ oder leuchten blau.

Der E. coli-Gehalt wird anhand des Verhältnisses von phosphoreszierenden zu dunklen Bläschen berechnet. Das IDM verlangt, dass die E. coli-Werte unter 235 liegen. Sollte der Wert jemals über die Anforderung hinausgehen, hat die Anlage weniger als einen Tag Zeit, um das Ergebnis an das IDM zu melden.

Tice sagte, er habe so etwas noch nie erlebt, die Pflanze habe normalerweise einen Wert von 5 oder weniger.

Tice sagte, die Kläranlage sei seit ihrem ursprünglichen Bau Mitte des 20. Jahrhunderts kontinuierlich erweitert worden.

Im 19. Jahrhundert, so Tice, seien verbreitete Krankheiten wie Cholera und Typhus durch unbehandeltes Abwasser verbreitet worden, das in Flüsse eingeleitet wurde. Er sagte, in den 1940er Jahren mussten Menschen in Kanus auf dem Wabash River „Abwasserinseln“ umfahren.

Der erste Aufbereitungstank der Anlage wurde gebaut, um Feststoffe aus dem Abwasser zu filtern. Bis zur Verabschiedung des Clean Water Act im Jahr 1972 war er jedoch der einzige Tank in der Anlage.

Mit dem Clean Water Act wurden Bundesvorschriften für Wasserschadstoffe festgelegt. Das Kraftwerk wuchs weiter in Richtung, in die das Wasser aus West Lafayette floss, bis sich seine Infrastruktur über einen ansteigenden Hang erstreckte.

Der Wasserfluss wird durch riesige unterirdische Pumpen sichergestellt. Wenn die Anlage keinen Strom mehr hat und der Notstromgenerator ausfällt, fallen die Pumpen aus und die Anlage wird mit Abwasser überschwemmt.

Tice sagte, dass die meisten Abwasserbehandlungen durch Schwerkraft erfolgen. Feststoffe sinken auf den Boden von Tanks, sogenannten Klärbecken.

Die verbleibenden Feststoffe werden nicht verschwendet. Ein Teil des Schlamms wird in eine Maschine gepumpt, die überschüssiges Wasser entfernt.

Der trockene Schlamm wird dann verbrannt, um Strom für die Anlage zu erzeugen. Tice sagte, dies erspare dem Werk etwa 60.000 US-Dollar pro Jahr.

Der Rest des Schlamms wird zur Verwendung als Pflanzendünger aufbewahrt.

Ammoniak, Phosphor und Stickstoff werden mithilfe anaerober Bakterien entfernt. Das Bakterienbecken ist mit braunem, sprudelndem Schlamm gefüllt, der mit Amöben, Rädertieren, Flimmertieren und anderen Arten von Bakterien versorgt wird, die Schadstoffe verbrauchen.

Tice sagte, das Abwasser werde mehrmals durch den Bakterientank geleitet, um die riesige Bakterienkultur am Leben zu erhalten und so viele Schadstoffe wie möglich zu entfernen.

Nach Verlassen des Bakterienbeckens durchströmt das Wasser ein Chlorkontaktsystem, das Mikroorganismen abtötet. Das Chlor wird mit Natriumbisulfat entfernt. An diesem Punkt des Prozesses ist das fließende Wasser kristallklar und kann zum Wabash geleitet werden.

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