SmartAQAlab - Entwicklung eines teilautomatisierten Assistenzsystems zur multiparametrischen Untersuchung von Trink- und Prozesswässern

Trinkwasser ist nicht nur das mit Abstand wichtigste Lebensmittel, sondern auch das einzige, welches jedem Verbraucher per Hausanschluss zur Verfügung gestellt wird und direkt aus der Leitung genossen werden kann. Die Lebensmittelsicherheit muss daher über regelmäßige Kontrollen von Qualitäts- und Indikatorparametern sichergestellt werden, welche in der Trinkwasserverordnung und zahlreichen weiteren Regelwerken festgeschrieben sind. Dadurch fallen in allen Regionen täglich hohe Probenzahlen an, welche von spezialisierten lokalen Trinkwasserlaboratorien oder den Wasserversorgern selbst untersucht werden. Zur Qualitätsbewertung werden chemische- und biologische Parameter ermittelt und bei Grenzwertüberschreitung geeignete Gegenmaßnahmen verordnet. Aufgrund der Heterogenität der zu ermittelnden Parameter ergibt sich für die vollumfängliche Untersuchung der Wasserproben eine große Methodenvielfalt, welcher in der Vergangenheit durch die Einteilung der Laboratorien in einzelne Abteilungen mit spezialisiertem Personal begegnet wurde. Durch den anhaltenden Fachkräftemangel müssen Labormitarbeiter jedoch zusehens mehr und parameterübergreifende Methoden beherrschen. Trotz des hohen Probenaufkommens und der Vielzahl an Untersuchungsparametern, bei gleichzeitig geringer Fluktuation innerhalb der entsprechenden Nachweismethoden ist eine manuelle Untersuchung Stand der Technik und lediglich in Teilprozessen von automatisierten Analysen durchsetzt.

Ziel des Verbundprojekts ist es daher, im Einklang mit der Innovationsstrategie des Freistaat Sachsen, ein teilautomatisiertes Assistenzsystem zur multiparametrischen Untersuchung von Trink- und Prozesswasserproben zu entwickeln. Dabei wird die nachgelagerte Vermarktung und der Vertrieb des Gesamtsystems oder einzelner Teilkomponenten durch die beteiligten mittelständischen Unternehmen als neuartiges Produkt angestrebt.

Das System soll sowohl biologische als auch chemische Indikatorparameter erfassen und zusammen mit allen entsprechenden Metainformationen in einer Datenbank verfügbar machen. Der Labormitarbeiter wird in diesem System nicht durch eine vollständig automatisierte Anlage ersetzt, sondern durch eine konsequente digitalisierte Prozessführung durch alle Untersuchungsschritte maschinenunterstützt geleitet (Assistensautomation). Das System soll über eine modulare Hardware- und Softwarearchitektur auf die individuellen Bedürfnisse einzelner Laboratorien entsprechend des Funktionsumfangs, als auch des Probendurchsatzes skalierbar gestaltet werden.

Illustration smartAQAlab zur Bestimmung von biologischen und chemischen Parametern in der Trink- und Prozesswasseranalytik.

Im Rahmen des Projektes ist die Entwicklung von Methoden zur optischen Erkennung und Differenzierung von unterschiedlichen biologischen Leitparametern geplant, wodurch eine umfängliche Charakterisierung der bakteriellen Fracht der vorliegenden Probe erreicht wird. Des Weiteren soll ein Verfahren zur automatisierten Aufkonzentrierung der bakteriellen Bestandteile in der flüssigen Probenmatrix entwickelt und etabliert werden, womit erstmals die vollständige Automatisierung der mikrobiellen Trinkwasseranalytik möglich ist. Über eine geeignete Reinigungsstrategie soll hier außerdem der Einsatz von Single-use-Produkten deutlich reduziert und damit ein wesentlicher Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden.