Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Fokus dieses Projektes standen die Auswirkungen von in gereinigtem Abwasser enthaltenen Mikroschadstoffen auf aquatische Wirbellose. Untersucht werden sollte die Frage, ob die Elimi-nation von Mikroschadstoffen, beispielsweise durch Einsatz von Ozonierung, zum Erreichen des Qualit\u00e4tsziels \u0084guter \u00f6kologischer Zustand\u0093 bzw. \u0084gutes \u00f6kologisches Potenzial\u0093 der Europ\u00e4ischen Wasserrahmenrichtlinie f\u00fchrt. Um den Erfolg einer zus\u00e4tzlichen, auf Mikroschadstoffe ab-zielenden Abwasserreinigung auf bewertungsrelevanten Arten des Makrozoobenthos zu untersuchen, wurden die Auswirkungen einer vierten Reinigungsstufe in Form einer Ozonierung im Rezirkulationsbetrieb analysiert, um so abzusch\u00e4tzen, inwieweit damit der Gew\u00e4sserzustand nach Wasserrahmenrichtlinie im abwasseraufnehmenden Gew\u00e4sserverbessert werden kann. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Flie\u00dfrinnenversuchen wurden konventionell behandeltes Abwasser, zus\u00e4tzlich ozoniertes Abwasser und Ruhrwasser (als Umweltreferenz) hinsichtlich ihrer Wirkung auf physiologische und ethologische Parameter bei ausgew\u00e4hlten Wirbellosenarten untersucht. Im Jahr 2018 erfolgten zun\u00e4chst die Erstellung und anschlie\u00dfend die Etablierung einer Versuchsanlage mit unverd\u00fcnntem Abwasser auf der Kl\u00e4ranlage Schwerte. In den Jahren 2019 und 2020 fanden Versuche mit verd\u00fcnntem Abwasser statt, um die Versuchsbedingungen den tats\u00e4chlich im Flie\u00dfgew\u00e4sser vorzufindenden Bedingungen anzugleichen.
\nNachfolgend wurden ausschlie\u00dflich die Ergebnisse auf Basis der Versuche mit verd\u00fcnntem Abwasser (2019 und 2020) ausgewertet und diskutiert. Um die Reaktionen der Versuchsorganismen auf konventionell gereinigtes und zus\u00e4tzlich ozoniertes Abwasser zu untersuchen, wurden drei biologische Antwortvariablen erhoben und ausgewertet: Mortalit\u00e4t (bzw. \u00dcberleben), Bewegungsverhalten und physiologische Reaktionen (Biomarker).<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Weder zus\u00e4tzlich ozoniertes, noch rein konventionell behandeltes Abwasser zeigte \u00fcber den gesamten Versuchszeitraum akut toxische Effekte auf das \u00dcberleben der drei untersuchten Wirbellosenarten. Im Gegensatz dazu legen sowohl die physiologischen Antworten als auch die Verhaltensreaktionen der Organismen chronische Effekte nahe. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die biologischen Endpunkte \u0084Verhalten\u0093 und \u0084Biomarker\u0093 von einzelnen Schadstoffklassen besonders deutlich beeinflusst wurden und beide biologischen Antworten zudem miteinander in Beziehung stehen. Unter vergleichbaren Sauerstoffbedingungen in den Versuchsw\u00e4ssern waren keine signifikanten Unterschiede zwischen der Verhaltensreaktion im zus\u00e4tzlich ozonierten Abwasser und im Ruhrwasser feststellbar, w\u00e4hrend die Reaktion der Tiere im konventionell behandelten Abwasser signifikante Unterschiede zeigte. Die physiologische Reaktion zeigte nur bei einem Biomarker und auch nur f\u00fcr eine Wirbellosenart einen signifikanten Unterschied zwischen zus\u00e4tzlich ozoniertem und konventionell behandeltem Abwasser. <\/p>\n
Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts legen nahe, dass die Verhaltensreaktionen der Organismen in vielen F\u00e4llen deutlicher ausgepr\u00e4gt waren als ihre Biomarkerreaktionen. Hinsichtlich der Versuchsw\u00e4sser zeigten nur die Tiere im konventionellen Abwasser signifikant unterschiedliche Reaktionen von denen im zus\u00e4tzlich ozonierten Abwasser und im Ruhrwasser. Jedoch zeigte sich, dass auch das als Umweltreferenz verwendete Ruhrwasser nennenswert mit Mikroschadstoffen belastet war, deren Ursprung sowohl auf im Einzugsgebiet oberhalb gelegene Punktquellen (z. B weitere Kl\u00e4ranlagen) als auch diffuse Quellen (z. B. Landwirtschaft) zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. <\/p>\n
Im Hinblick auf die Abwasserbehandlung legen die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts nahe, dass die Sauerstoffkonzentration in den Abw\u00e4ssern zum Teil sehr stark reduziert war, was mutma\u00dflich auf einen hohen biologischen Sauerstoffbedarf im behandelten Abwasser zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Insbesondere im zus\u00e4tzlich ozonbehandelten Abwasser waren die Sauerstoffbedingungen f\u00fcr die wirbellosen Organismen pessimal und lagen zum Teil deutlich unter der Umweltqualit\u00e4tsnorm. Gleichzeitig zeigten die Organismen unter diesen Bedingungen eine signifikant erh\u00f6hte Gesamtaktivit\u00e4t und signifikante Ver\u00e4nderungen bei zwei Biomarkern. Somit sollte im Hinblick auf eine Abwasserozonierung auch der potenziell negative Effekt auf die Sauerstoffbedingungen im Gew\u00e4sser ausdr\u00fccklich mitber\u00fccksichtigt werden.
\nBei der von den Versuchsw\u00e4ssern losgel\u00f6sten Betrachtung der biologischen Endpunkte zeigte sich, dass viele der f\u00fcr die Reaktionen der Organismen verantwortlichen Mikroschadstoffe den Schadstoffklassen Pflanzenschutzmittel und Industriechemikalien zuzuordnen sind. Gerade bei den Pflanzenschutzmitteln kommen diffuse (fl\u00e4chenhafte) Eintr\u00e4ge \u00fcber landwirtschaftliche Fl\u00e4chen im gesamten Einzugsgebiet eines Flie\u00dfgew\u00e4ssers als Eintragspfade in Betracht. Mit einer zus\u00e4tzlichen Abwasserbehandlung \u00fcber Kl\u00e4ranlagen sind diese Eintr\u00e4ge nicht zu fassen und insbesondere nicht zu reduzieren. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Zu Beginn des Projekts wurde eine Pressemitteilung auf der Seite der Universit\u00e4t Duisburg-Essen herausgegeben (https:\/\/www.uni-due.de\/2017-12-11-kleinlebewesen-im-fluss). Eine weitere Information der Medien erfolgte im Fr\u00fchjahr 2018 mit dem Beginn der Versuche auf der Kl\u00e4ranlage Schwerte
\n(https:\/\/www.ruhrverband.de\/presse\/pressemitteilungen\/detailansicht\/news\/\/\/ruhrverbandund-uni-duisburg-essen-starten-versuchsbetrieb-zu-forschungsprojekt\/).<\/p>\n
2019 erfolgten mehrere Beitr\u00e4ge zum Projekt auf der Seite vom Forschungskolleg Future Water, in dem Louisa Rothe assoziierte Kollegiatin ist (http:\/\/www.nrwfuturewater.de\/index.php\/universitaet-duisburg-essen.html). Das Projekt wurde in Publikationen und Vortr\u00e4gen auf verschiedenen Veranstaltungen vorgestellt.<\/p>\n
Publikationen:<\/p>\n
1. Rothe, L. E., Feld, C. K., Sures, B., Weyand, M., Gerhardt, A. (2020): Einfluss von Mik-roschadstoffen auf Makrozoobenthosorganismen (MZB). Gew\u00e4sserschutz-WasserAbwasser. In: Gew\u00e4sserschutz \u0096 Wasser \u0096 Abwasser, Schriftenreihe des Instituts f\u00fcr Siedlungswasserwirt-schaft der RWTH Aachen, 2020, 252, S. 9\/1 – 9\/832.<\/p>\n
2. Weyand, M., Rothe, L. E. (2020): Einfluss von Mikroschadstoffen auf das Makrozoobenthos. Ruhrg\u00fctebericht 2019.<\/p>\n
Zu Beginn des Projekts wurde eine Pressemitteilung auf der Seite der Universit\u00e4t Duisburg-Essen herausgegeben (https:\/\/www.uni-due.de\/2017-12-11-kleinlebewesen-im-fluss). Eine weitere Information der Medien erfolgte im Fr\u00fchjahr 2018 mit dem Beginn der Versuche auf der Kl\u00e4ranlage Schwerte
\n(https:\/\/www.ruhrverband.de\/presse\/pressemitteilungen\/detailansicht\/news\/\/\/ruhrverbandund-uni-duisburg-essen-starten-versuchsbetrieb-zu-forschungsprojekt\/).<\/p>\n
2019 erfolgten mehrere Beitr\u00e4ge zum Projekt auf der Seite vom Forschungskolleg Future Water, in dem Louisa Rothe assoziierte Kollegiatin ist (http:\/\/www.nrwfuturewater.de\/index.php\/universitaet-duisburg-essen.html). Das Projekt wurde in Publikationen und Vortr\u00e4gen auf verschiedenen Veranstaltungen vorgestellt.<\/p>\n
Publikationen:<\/p>\n
1. Rothe, L. E., Feld, C. K., Sures, B., Weyand, M., Gerhardt, A. (2020): Einfluss von Mikroschadstoffen auf Makrozoobenthosorganismen (MZB). Gew\u00e4sserschutz-WasserAbwasser. In: Gew\u00e4sserschutz \u0096 Wasser \u0096 Abwasser, Schriftenreihe des Instituts f\u00fcr Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen, 2020, 252, S. 9\/1 – 9\/832.<\/p>\n
2. Weyand, M., Rothe, L. E. (2020): Einfluss von Mikroschadstoffen auf das Makrozoobenthos. Ruhrg\u00fctebericht 2019.
\n3. Rothe, L. E., Botha, T. L., Feld, C. K., Weyand, M., Zimmermann, S., Smit, N., Wepener, V., Sures, B. (2021): Ecotoxicological effects of conventionally treated and ozonated wastewater containing micropollutants on survival, physiology, morphology, and behavior of larval zebrafish (Danio rerio). Environmental Pollution, 286, 117241, https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.envpol.2021.117241<\/p>\n
4. Baetz, N., Rothe, L.E., Wirzberger, V., Sures, B., Schmidt, T., Tuerk, J. (2021): High performance thin-layer chromatography in combination with a Yeast-based multi-effect bioassay to determine endocrine effects in environmental samples. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 413, 1321\u00961335, https:\/\/doi.org\/10.1007\/s00216-020-03095-5<\/p>\n
5. Rothe, L. E., L\u00f6ffler, F., Gerhardt, A., Feld, C. F., Stift, R., Weyand, M., Grabner, D., Sures, B. (2022): Parasite infection influences the biomarker response and locomotor activity of Gammarus fossarum exposed to conventionally-treated wastewater. Ecotoxicology and Environmental Safety (in press)<\/p>\n
Vortr\u00e4ge: <\/p>\n
1. \u00d6kosystemrelevante Bewertung von Schadstoffen, Sures, B., Rothe, L. E., Feld, C. K., DBUTagung Pestizide in der Umwelt \u0096 Defizite erkennen, Handlungsoptionen entwickeln 2019, Osnabr\u00fcck.<\/p>\n
2. Effekte von Mikroschadstoffen aus konventionellem und ozoniertem Abwasser auf Makrozoobenthos-Organismen: Ein Projekt\u00fcberblick, Rothe, L. E., Feld, C. K., Weyand, M., Gerhardt, A., Sures, B., Tagung SETAC GLB 2019, Landau.<\/p>\n
3. Effects of conventional and ozonated wastewater on macroinvertebrates: A Project-Overview. Rothe, L. E., Feld, C. K., Weyand, M., Gerhardt, A., Sures, B., Tagung Gf\u00d6 2019, M\u00fcnster Effekte von Mikroschadstoffen auf aquatische \u00d6kosysteme, Sures, B., 2020,Abschlusskonferenz Mikromodell, Dresden.<\/p>\n
4. Einfluss von konventionell gereinigtem und ozoniertem Abwasser auf Mortalit\u00e4t, Verhalten und Biomarker ausgew\u00e4hlter Makrozoobenthos-Organismen, Rothe, L.E., Feld, C. K., Weyand, M., Gerhardt, A., Sures, B., Future Water Kolloquium, 2021, Essen, online.<\/p>\n
5. Da ist der (Kratz-)wurm drin: Parasiteninfektion ver\u00e4ndert die Reaktionen von Gammarus fossarum auf konventionell gereinigtes Abwasser. Rothe, L. E., L\u00f6ffler, F., Gerhardt, A., Feld, C. F., Stift, R., Weyand, M., Grabner, D., Sures, B., Tagung SETAC GLB 2021, online.<\/p>\n
6. Butter bei die Fische: Auswirkungen von konventionellem und ozonbehandeltem Abwasser auf Embryonen des Zebrab\u00e4rblings Danio rerio. Rothe, L. E., Botha, T. L., Feld, C. K., Weyand, M., Zimmermann, S., Smit, N. J., Wepener, V., Sures, B., Tagung SETAC GLB 2021, (Kurzvortrag) online.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Hinblick auf die Zielerreichung eines guten \u00f6kologischen Gew\u00e4sserzustands bedeuten die vorliegenden Ergebnisse f\u00fcr das zuk\u00fcnftige Management von Ma\u00dfnahmen: Die Etablierung von vierten Reinigungsstufen auf Kl\u00e4ranlagen wird zu einer Verringerung der detektierbaren Mikroschadstoffbelastung in den Gew\u00e4ssern beitragen. Ebenfalls wird dies grunds\u00e4tzlich mit einer Verbesserung der Lebensbedingungen der Gew\u00e4sserorganismen verbunden sein. Diese kann aber in vielen F\u00e4llen (in Abh\u00e4ngigkeit von der Gew\u00e4ssergr\u00f6\u00dfe bzw. vom Klarwasseranteil) nicht ausreichend sein, um einen substanziellen Beitrag f\u00fcr die Erreichung eines guten \u00f6kologischen Zustands zu leisten, da die Stoffe, die nach den Ergebnissen dieses Forschungsprojekts ma\u00dfgeblich von negativem Einfluss auf das Wohlbefinden der Gew\u00e4sserorganismen sind, oft nicht durch die vierten Reinigungsstufen auf Kl\u00e4ranlagen erfasst werden. Erst mit zus\u00e4tzlichen Ma\u00dfnahmen auch in diesem au\u00dferhalb der Siedlungsentw\u00e4sserung liegenden Aktionsfeld (z.B. Etablierung von Gew\u00e4sserrandstreifen mit standorttypischer Vegetation, Verringerung des Einsatzes von Industriechemikalien und Pflanzenschutzmitteln) d\u00fcrfte es daher gelingen, aus stofflicher Sicht die notwendigen Voraussetzungen zur Erf\u00fcllung der Vorgaben der Europ\u00e4ischen Wasser-rahmenrichtlinie zu schaffen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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