Vortrag ansehen - Kompetenzzentrum Mikroschadstoffe.NRW

Weiterführende Abwasserbehandlung und ihr Beitrag zur
Verbesserung des Ökosystems: Langzeit- und Kurzzeit-Effekte
einer Pulveraktivkohlestufe in abwasserbeeinträchtigten
Oberflächengewässern
Paul Thellmann und Rita Triebskorn
Physiologische Ökologie der Tiere
Symposium Mikroschadstoffe; Düsseldorf 11.11.2015
Schussenaktivplus: Hauptfragestellungen
1.
Wie effizient reduzieren neue Technologien in der Abwasser- und
Regenwasserbehandlung
• Nicht-resistente und resistente Pathogene
• Mikroschadstoffe
• Effektpotentiale in Abwasser-, Oberflächenwasser- und Sedimentproben?
2.
Welche Vorteile bieten diese neuen Technologien für das
Einzugsgebiet der Schussen?
3. Welchen Vorteil bietet eine neue großtechnische
PAK-Stufe in einer der an die Schussen angebundenen
Kläranlagen für die Gesundheit des Ökosystems
Schussen?: Effekte in Fischen und Invertebraten?
Schussenaktivplus: Vorgehensweisen für Fragestellung 3
 Schadstoffanalysen in Abwasser-, Oberflächenwasserund Sedimentproben sowie in Biota (165 Chemikalien)
 Durchführung von Labortests (Biotests) mit Abwasser-,
Oberflächenwasser- und Sedimentproben zur
Detektion von endokrinen und toxischen Potentialen
(Genotoxizität, Dioxin-ähnliche Toxizität,
(Anti)Estrogenität etc.)
 Einsatz von Biomarkern zur Charakterisierung des
Gesundheitszustands von Fischen und Invertebraten
 Untersuchung von Lebensgemeinschaften
Arbeiten im Feld
Vergleich von:
 Probestellen oberhalb und unterhalb der Kläranlagen mit Referenzgewässer
Argen
(inkl. Einfluss von Regenüberlaufbecken (RÜB), saisonale/jährliche Variabilität)
 Vor (2012/13) und nach dem Ausbau der Kläranlage Langwiese (2014/2015)
Mikroschadstoffe in Kläranlagenabläufen
 Signifikant geringere Konzentrationen von Mikroschadstoffen im Ablauf
nach PAK-Stufe
 Grad der Elimination ist substanzsspezifisch
Mikroschadstoffe im Oberflächengewässer
Unterhalb Kläranlage
Downstream
WWTP
Mean concentration of
17 fingerprint chemicals (µg/L)
5
4
3
2
Argen
1
P4
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 Geringere Konzentrationen von 17 “Fingerprint-Chemikalien” in der
Schussen unterhalb der KA Langwiese nach dem Ausbau mit PAK
Mikroschadstoffe - Diclofenac im Abwasser, Oberflächenwasser und Fischen
 Nach KA-Ausbau: Reduktion der Diclofenac-Konzentrationen im
KA-Ablauf und im Oberflächenwasser unterhalb der KA Langwiese
sowie in exponierten Fischen
Effekte in Fischen: Kiemen Histologie
Aktiv exponierte Fische – Regenbogenforellen
 Verbesserter Gesundheitszustand der Kiemen in exponierten Forellen unterhalb
der KA Langwiese nach Ausbau durch PAK-Stufe
 Keine Veränderungen oberhalb der KA und in der Kontrolle
Effekte in Fischen: Leber Histologie
Wildlebende Fische – Döbel
 Verbesserter Gesundheitszustand der Lebern in frei lebenden Fischen nach
KA-Ausbau durch PAK-Stufe
 Keine sign. Veränderungen am Referenzgewässer
Effekte in Fischen: Gentoxizität
Wildlebende Fische – Döbel (L. cephalus)
n=38
n=53
n=29
n=42
 Geringere Mikrokernanzahl / reduzierte Gentoxizität in freilebenden und
exponierten Fischen unterhalb der KA Langwiese nach Ausbau durch
PAK-Stufe
Effekt Potentiale in Fischen: Dioxin-ähnliche Toxizität
Effekt-potentiale in Zelltests
Effekte in exponierten Fischen
Dioxin-ähnliche Toxizität (in vitro)
Detoxifikations Enzyme (in vivo)
H4IIEluc – Ratten Leberzelllinie
(Ah-Rezeptor Aktivierung)
EROD Aktivität in Fischen: Exposition in der
Schussen, oberhalb und unterhalb des Ablaufs der
KA Langwiese
 Vollständige Elimination der Dioxin-ähnlichen Aktivität im Ablauf der KA sowie im
Oberflächenwasser durch den Ausbau mit PAK-Stufe
 Entsprechende Effekte in Fischen: vor dem KA-Ausbau höhere Werte
unterhalb des KA-Ablaufs; nach KA-Ausbau reduzierte Level
Effekte in Fisch: Endokrine Disruption
Effekt-Potentiale in Zell-Tests
Östrogenität (in vitro)
E-Screen: Zell Proliferation
Effekte in exponierten Fischen
Östrogenität (in vivo)
Vitellogeninmessung im Blut weiblicher
Regenbogenforellen, exponiert in Bypass-Systemen
No induction in
males!
 Effiziente Reduktion der Östrogenität im KA-Ablauf durch PAK-Stufe; keine Unterschiede im
Oberflächenwasser
 Keine Induktion von VTG in männl. Fischen  Östrogenität als geringeres Problem!
 In Weibchen: höhere Werte in der Schussen vor dem KA-Ausbau;
nach KA-Ausbau: geringere Werte, jedoch auch an der Argen
Effekte auf Lebensgemeinschaften
Veränderungen in der Lebensgemeinschaft von Invertebraten
n=38
n=53
n=29
n=42
 Verminderung der Saprobie und Anstieg der Taxa-Anzahl unterhalb des
KA-Ablaufs nach dem Ausbau mit PAK-Stufe
 Nicht oberhalb des KA-Ablaufs und nicht an der Argen
Gesamtbeurteilung der Effekte
Fisch: Leber und Kiemen
Histologie, Mikrokerne
(Gentoxizität), EROD
(Detoxifikation), Invertebraten:
Lebensgemeinschaft
Keine Verbesserung nach
KA-Ausbau
+
+/Fisch: Vitellogenin,
embryonale Entwicklung
Gammariden: Fekundität
Trend/signifikante
Verbesserung unterhalb
der KA nach Ausbau,
ABER ebenfalls an
anderen Probestellen
Signifikante Verbesserung
nur unterhalb der KA
nach dem Ausbau mit
PAK-Stufe
Gesamtbeurteilung der Effekte
Warum “nur” 21% an deutlichen
Ergebnissen?
+ 21%
- 52%
+/-27%
 Vor Ausbau: bereits gute
Reinigungsleistung
 Ausbau nur an einer KA im
gesamten Einzugsgebiet (18 nicht!)
 Daten nur für 15 Monate nach
Ausbau
 Andere (Stör-)Faktoren (milder
Winter, Pegelstand) von Bedeutung
Langzeiteffekte einer Pulveraktivkohlestufe
KAs Albstadt-Ebingen
und Albstadt-Lautlingen
PAK-Stufe seit 22 Jahren
(ursprünglich zur Entfärbung von
Abwässern aus der Textilindustrie)
Aufnehmende Gewässer:
KA Ebingen: Schmiecha
KA Lautlingen: Eyach
Triebskorn et al. (2014): Korrespondenz
Wasserwirtschaft 10: 587-593
Vogel et al. (2014): Korrespondenz Abwasser.
10:902-907.
Fragestellungen
1. Effizienz der PAK-Stufe bzgl. der Reduktion von Mikroschadstoffen
2. Gesundheitszustand von Fischen und Zustand des Makrozoobenthos
Langzeiteffekte einer Pulveraktivkohlestufe
Ergebnisse
 Sehr effiziente Reduktion von Mikroschadstoffen
Ebenfalls unterhalb der beiden KA:
 Keine Embryotoxizität
 Keine Genotoxizität
 Guter Gesundheitszustand von Geweben in
Fischen (Leber, Kieme)
 Gesunder Zustand der Fischpopulation
 Natürliche Reproduktion von Bachforellen
(alle Altersklassen vertreten)
 Gesunde Invertebraten-Gemeinschaften
Zusammenfassung
 Langzeit- und Kurzzeiteffekte einer Pulveraktivkohlestufe in
Kläranlagen wurden vorgestellt
 Mikroschadstoffe wurden durch die PAK signifikant reduziert,
jedoch nicht alle im gleichen Maße (chemische Eigenschaften)
 Vorteile von PAK für die Gesundheit von Ökosystemen wurden
deutlich erkennbar

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