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Unfreiwillige Schadstoffsammler in Flüssen Flohkrebse zeigen Nutzen von vierter Reinigungsstufe

| Autor/ Redakteur: Mirella Wepf* / Christian Lüttmann

Kläranlagen sollen unsere Flüsse sauber halten. Doch Insektizide und andere Schadstoffe werden bisher nur unzureichend herausgefiltert. Die Folge: Sie reichern sich in den Lebewesen der Gewässer an, zum Beispiel in Flohkrebsen. Forscher aus der Schweiz haben nun untersucht, wie diese Anreicherung vonstattengeht. Sie haben zudem demonstriert, welchen Effekt die Aufrüstung von Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe auf die Wasserqualität hat.

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Der gewöhnliche Flohkrebs, Gammarus pulex, beim Zerkleinern von Falllaub. Er stand im Zentrum von Nicole Munz' Forschungsarbeit.
Der gewöhnliche Flohkrebs, Gammarus pulex, beim Zerkleinern von Falllaub. Er stand im Zentrum von Nicole Munz' Forschungsarbeit.
(Bild: Eawag)

Dübendorf/Schweiz – Das Wasser in vielen Flüssen in Deutschland und in der Schweiz ist mit zahlreichen Mikroverunreinigungen belastet. Noch ist aber kaum erforscht, wie sich diese Spurenstoffe auf die Lebewesen in den Gewässern auswirken. Eine Forschergruppe in der Schweiz konnte nun erstmals im großen Rahmen nachweisen, dass sich solche Spurenstoffe in Flohkrebsen, so genannten Gammariden, anreichern und sich möglicherweise negativ auf die Tiere auswirken. Die Forschung wurde von der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (Eawag) geleitet.

„Weil die Spurenstoffe im Wasser stark verdünnt sind, wussten wir zu Beginn nicht, ob wir die in den Gammariden überhaupt detektieren können“, sagt Juliane Hollender, Leiterin der Abteilung Umweltchemie an der Eawag. Doch ihre Doktorandin Nicole Munz fand mithilfe hochsensibler Messmethoden einen ganzen Cocktail an Stoffen in den Flohkrebsen.

Für ihre Untersuchungen entnahm Munz ober- und unterhalb von dreizehn Abwasserreinigungsanlagen (ARAs) Wasserproben und sammelte Gammariden. Aus den Flohkrebsen konnte sie im Labor insgesamt 63 verschiedene Stoffe extrahieren. Im Durchschnitt fanden sich in den Exemplaren oberhalb des ARA-Ausflusses 4, in denjenigen unterhalb 14 Substanzen.

Die vierte Reinigungsstufe wirkt

An der ARA in Herisau bei St. Gallen entnahm Munz besonders interessante Proben: Während ihrer Arbeiten wurde diese Kläranlage mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe aufgerüstet, die Mikroverunreinigungen eliminieren soll. Das Resultat: Vor dem Umbau steckten in einem Gramm Gammariden fast vierzig Nanogramm Spurenstoffe, danach konnten keine mehr nachgewiesen werden (s. Balkendiagramm unten).

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Das Forschungsprojekt EcoImpact – Die Schweiz als Vorreiter der vierten Reinigungsstufe

Mit dem Entscheid, rund 100 Kläranlagen mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen aufzurüsten, hat die Schweiz international eine Pionierrolle im Gewässerschutz übernommen. Das bietet für die Forschung eine einmalige Gelegenheit, die Auswirkungen dieser Spurenstoffe auf aquatische Ökosysteme zu untersuchen und zu vergleichen.

An 24 ausgewählten Flussstrecken ober- und unterhalb von Kläranlagen im Schweizer Mittelland und im Jura erfasst EcoImpact molekulare, physiologische und ökologische Parameter. Parallel dazu untersuchen die Forschenden den Effekt der Mikroverunreinigungen in kontrollierten Experimenten. Dazu nutzen sie ein Versuchssystem mit Durchflussrinnen, in denen Wasser gezielt mit Mikroverunreinigungen versetzt werden kann. Dank EcoImpact soll klar abgegrenzt werden können, welche Wirkungen Mikroverunreinigungen auf aquatische Ökosysteme haben. Weiter wird analysiert, ob verschiedene Arten von Mikroverunreinigungen unterschiedliche Effekte haben.

„Dieses Ergebnis ist sehr ermutigend“, meint Forschungsleiterin Hollender. Denn aufgrund des neuen Gewässerschutzgesetzes sollen in der Schweiz bald rund hundert ARAs eine zusätzliche Reinigungsstufe erhalten. In Deutschland setzt sich unter anderem das Umweltbundesamt (UBA) dafür ein, die großen Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe aufzurüsten. Die Mehrkosten für den Umbau der Klärwerke schätzt das UBA auf 16 Euro pro Person und Jahr.

Spuren von Medikamenten, Sonnencreme und Rostschutzmittel

Die Grafik zeigt, wieviel Nanogramm Spurenstoffe ein Gramm Gammariden enthielt. Die Spurenstoffkonzentration war unterhalb des Ausflusses der Abwasserreinigungsanlagen (ARAs) deutlich höher als oberhalb.
Die Grafik zeigt, wieviel Nanogramm Spurenstoffe ein Gramm Gammariden enthielt. Die Spurenstoffkonzentration war unterhalb des Ausflusses der Abwasserreinigungsanlagen (ARAs) deutlich höher als oberhalb.
(Bild: Eawag/Nicole Munz, Environmental Science & Technology)

Die am häufigsten detektierten Substanzen in den Flohkrebsen waren das Antidepressivum Citalopram, der UV-Filter Benzophenon, das Metall-Korrosionsschutzmittel Benzotriazol und das Insektizid Thiacloprid. Von letzterem ist bekannt, dass es toxisch auf Flohkrebse und andere wirbellose Tiere wirken kann.

Neben Thiacloprid fand Munz drei weitere Insektizide: Imidacloprid, Acetamiprid und Clodthianidin. Zwar waren diese in den Wasserproben nur in geringen Konzentrationen vorhanden und in einigen Fällen auch gar nicht messbar. In den Gammariden kamen sie aber überraschend häufig vor, selbst wenn in der zugehörigen Wasserprobe das Insektizid nicht direkt nachgewiesen werden konnte – die Organismen schienen die Substanzen im Körper anzureichern.

Weitere Aufnahmewege der Schadstoffe möglich

Um den Anreicherungsprozess der Giftstoffe genauer zu verstehen, sammelte Munz weitere Gammariden in naturnahen, unbelasteten Gewässern. Sie ließ die Tiere dann in belastetes Wasser eines künstlichen Rinnensystems, um herauszufinden wie viele Spurenstoffe sich innerhalb eines Monats in Flohkrebsen anreichern. Mit diesem Experiment unter semi-realistischen Bedingungen erhielt sie Vergleichsdaten zu ihren Feldproben.

Nicole Munz bei der Probenahme im Itziker Ried in der Schweiz. In diesem naturnahen Gewässer fand die Forscherin unbelastete Flohkrebse für ihre Vergleichsstudie im künstlichen Rinnensystem.
Nicole Munz bei der Probenahme im Itziker Ried in der Schweiz. In diesem naturnahen Gewässer fand die Forscherin unbelastete Flohkrebse für ihre Vergleichsstudie im künstlichen Rinnensystem.
(Bild: Eawag, Qiuguo Fu)

Doch die Resultate erklären noch nicht vollständig, warum sich Insektizide in den Flohkrebsen so stark anreichern. Das will Abteilungsleiterin Hollender nun näher untersuchen. „Möglich ist, dass die Gammariden diese Stoffe nicht nur durch das Wasser, sondern auch durch die Nahrung aufnehmen. Sie verzehren beispielsweise Falllaub, das ebenfalls belastet sein könnte“, sagt die Forscherin.

Lebende Schadstoffdetektoren

Weil Flohkrebse und andere kleine Wasserorganismen so leicht Schadstoffe aus ihrer Umgebung anreichern, gewinnt das so genannte Biomonitoring beim Wasser-Risikomanagement immer mehr an Bedeutung. Dabei wird genau diese Anreicherung von Stoffen in Lebewesen gemessen. Das von Munz entwickelte Verfahren ist laut Hollender ein wichtiger Baustein, um nachzuweisen, wie sich die Wasserbelastung auf Organismen auswirkt.

Originalpublikation: Munz, N. A.; Fu, Q.; Stamm, C.; Hollender, J.: Internal concentrations in gammarids reveal increased risk of organic micropollutants in wastewater-impacted streams. Environmental Science and Technology, 52(18), 10347-10358 (2018); DOI: 10.1016/j.watres.2016.11.001

* M. Wepf: Eawag, 8600 Dübendorf/Schweiz

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