Toxizitätsbestimmung als zusätzlicher Parameter zur Einschätzung der Gewässergüte
Abschlu0arbeit zum PGS Toxikologie
eingereicht von: DB Wolfgang Bloß
geb. am 17.05.1953 Wohnhaft:
R.-Hundt-Straße 24 0-6502 Gera-Lusan
Gera, 03.11.1992 Wolfgang Bloß
Inhaltsverzeichnis
Seite 0. Veranlassung 2
1. Wasserbeschaffenheit und ihre Darstellung 3
1.1 Saprotaiensystem und Gewässergüte 3
1.2 Physikalisch- chemische Kriterien zur Gewässergüte 5
1.3 Toxikologie und Saprobie 5
2. Untersuchungsotajekte 7
2.1 Orla 7
2.2 Wisenta 7
3. Ergetanisse 9
3.1 Ermittlung des Saprobienindex und Einstufung in die 9 Gewässergüteklassen
3.2 Darstellung der physikalisch- chemischen Parameter 11
3.3 Bestimmung der Toxizität 12
4. Diskussion der Kausalzusammenhänge 13
4.1 Gewässergüte - Abwasser 13
4.2 Abwasser und Toxizität 13
4.3 Toxizität und Gewässergüte 16
5. Zusammenfassung 18
0. Literaturnachweis ' 19
0. Veranlassung
Das Einsatzgebiet des Verfassers als Angestellter der Thüringer Landeeansta.lt für Umwelt, Außenstelle Gera, liegt im Fachgebiet Rahmenplanung/Abwasser.
Das Bearbeitungsgebiet als Hydrobiologe umfaßt den Raum Ostthü- ringen .
Die Gesamtgüteeinschätzung der Fließgewässer Ostthüringens be- schreibt für zwei Drittel aller eingestuften Fließkilometer eine Güteklasse., die schlechter ist als die Güteklasse II. 25 % aller Fließkilometer weisen noch die Güteklasse III und schlechter auf.
Diese Gewässerabschnitte erfordern vorrangige Schutz- und Sanie- rungsmaßnahmen.
Die Thematik der Abschlußarbeit soll folgenden Anforderungen Rechnung tragen :
unmittelbar praktischen Bezug nehmen auf das Gebiet der biolo- gischen Gewässeranalyse und
- Nutzung und Anwendung der jetzt zugänglichen toxikologischen Untersuchungsmethode.
Zusätzlich bietet sich ein erster Vergleich der BRD- Richtlinien mit den bisher angewandten Vorschriften bezüglich der Saprobiebe- stimmung an.
In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit unter- schiedlich stark belastete Gewässerabschnitte mit einer toxikolo- gischen Untersuchungsmethode bei der Einordnung in das System der Gewässergüteklassen weiter differenzierbar sind.
Die Betrachtungsweise erfolgt vom Fließgewässer aus. Die
Kontrollstellen in den Fließgewässern wurden bezüglich ihrer Relevanz für die Gütebestimmung festgelegt.
Die für die Wasserbeschaffenheit ursächlichen Abwassereinleitun- gen werden primär nicht, quantifiziert.
Bei Eignung der liier eigesetzten toxikologischen Untersuchungsme- thode in der Gewässeranalytik und Nutzung deren Ergebnisse als zusätzliches Gütekriterium sind Anwendungspraktiken zu diskutie- ren.
1. Wasserbeschaffenheit und ihre Darstellung
Obgleich ca. 70 % der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, ist der Anteil, der der Menschheit zur direkten Nutzung zur Verfügung steht, äußerst gering.
Die Vielfalt der Nutzbarkeit eines Gewässers wird durch seine Qualität - sprich seinen Gütezustand - eingeschränkt bzw. vorge- geben.
Dabei ist. offensichtlich, daß die Verschmutzung unserer Gewässer und die Beeinträchtigung ihrer Selbstreinigungsleistung parallel zur Urbanisierung und Industrialisierung verlaufen. Eingeschlos- sen sind hierbei auch die erheblichen Eingriffe durch wass'erbau- liche Maßnahmen.
Die merklichen Qualitätsverschlechterungen erforderten daher Untersuchungen des Gewässersustandes. Mit der Eingliederung in ein Güteklassensystem erhält man direkte Hinweise auf die noch bestehenden Nutzungsmöglichkeiten.
1.1 Saprobiensystem und Gewässergüte
KOLKWITZ und MARSON 1902(1) wandten bereits das Prinzip der Bioindikation an. Sie begründeten das Saprobiensystem, welches eine Zusammenstellung der Saprobien unter Angabe ihrer Indikator- eigenschaft für bestimmte Saprobiebereiche als Grundprinzip beinhaltet. Kriterium ist der Belastungsgrad eines Fließgewässers mit biologisch abbaubaren organischen Wasserinhaltsstoffen und deren Abbauprodukten sowie die dadurch bedingte Beeinträchtigung des Sauerstoffhaushaltes.
Eier Wirkmechanismus kann wie folgt beschrieben werden :
In den Fließgewässern befinden sich Biozönosen von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen, die ständig den sich periodisch oder aperiodisch ändernden Umweltbedingungen ausgesetzt sind. Die Organismengemeinschaften jedes Gewässers entsprechen seiner Gesamtsituation; sie werden somit auch durch die Wasserbeschaf- fenheit geprägt.
Die Analysen der Lebensgemeinschaften eines Gewässers lassen also ganz bestimmte Schlüsse auf die Gewässerbeschaffenheit ein- schließlich der Wasserbeschaffenheit und ihrer raumzeitlichen Veränderung zu.
Vermittler sind Saprobien, d.h. Taxa, die aufgrund ihres relativ engen ökologischen Verbreitungsspektrums geeignet sind, bestimmte Saprobiebereiche anzuzeigen.
Historisch erfolgten mehrere Überarbeitungen des Saprobiensy- stems, v.a. durch KOLKWITZ 1950(2), LIEBMANN 1962(3) und SLADECEK 1973(4).
Heute ist es in die Praxis der routinemäßigen biologischen Gewäs- serüberwachung integriert.
Damit die Berechnung eines Saprobienindex für einen Fließgewäs- serabschnitt auch zwischen unterschiedlichen Bearbeitern möglich ist und bei verschiedenen Gewässern zu vergleichbaren Darstellun- gen führt, wurde diese Methodik vereinheitlicht.
Ihre Festschreibung erfolgte in den Deutschen Normen " Biolo- gisch- ökologische Untersuchungen von Fließgewässern " (DIN 38410 Teil l : " Allgemeine Hinweise, Planung und Durchführung " und DIN 38410 Teil 2: "Verfahren zur Bestimmung des Saprobienindex ") (5).
Die in der Arbeit angeführten Saprobiedaten 1992 wurden gemäß DIN ermittelt.
Saprobiedahen vor 1992 haben die Allgemeinen Methoden der Wasser- untersuchung , Band II : " Biologische, mikrobiologische und toxikologische Methoden " (6) zur Grundlage.
Das unmittelbare Ergebnis bei der Bestimmung des Saprobienindex ist eine dimensionslose Zahl, die sich über folgende Eingangsgrö- ßen verändert :
Saprobiewert - Zahl von 1.0 bis 4.0, die den einzelnen Sapro- bien entsprechend ihrer Indikatoreigenschaft für einzelne Saprobiebereiche zugeordnet ist Indikatorgewicht,- Zahl von l, 2, 4, 8 oder 16 zur Kennzeichnung
der zunehmenden Indikatorqualität der einzelnen Saprobien auf der Basis ihrer enger werdenden Spanne der Saprobiebereiche
Abundanzzahl - ganze Zahl von l (Einzelfund) bis 7 (Massenvor- kommen) zur Kennzeichnung der Individuendichte Tab.l stellt den Zusammenhang zwischen Saprobie und Gewässergüte heraus.
Tab.l Saprobie und Gewässergüte Saprobiebereich Saprobien-
index
Gewässergüte- klasse
Belastung
oligosaprob oligo- bis beta- mesosaprob
beta- mesosaprob beta- bis alpha- mesosaprob
1.0 bis < 1.5 1.5 bis < 1.8
1.8 bis < 2,3 2.3 bis < 2.7
I I- II
II II- III
III III-IV
IV
unbelastet gering belastet
mäßig belastet kritisch belastet
stark verschmutzt sehr stark ver- , schmutzt
übermäßig ver- schmutzt
alpha- mesosaprob 2.7 bis < 3.2 alpha- mesosaprob 3.2 bis < 3.5 bis polysaprob
3.5 bis
polysaprob 4.0
Somit können je nach Grad der Verschmutzung mit abbaufähigen organischen Stoffen bzw. je nach Grad der erreichten Phase im Selbstreinigungsprozeß über das Saprobiensystem Gewässergüteklas- sen definiert werden.
1.2 Physikalisch- chemische Kriterien zur Gewässergüte
Zur Unterstützung bei der Gewässergütebestimmung ist es zweckmä- ßig, aussagefähige chemische und physikalische Kriterien heranzu- ziehen.
Da die Saprobie die Abbaufähigkeit und damit die Sauerstoffver- brauchenden Zustände charakterisiert, sind Sauerstoffstatusbe- schreibende Kriterien sinnvoll.
In der vorliegenden Arbeit wurden nachfolgende chemischen Krite- rien in die Betrachtungen einbezogen :
BSB - Biochemischer Sauerstoffbedarf - Haß für die von Mikro- organismen biochemisch umsetzbare Menge an organischen Substanzen, ausgedrückt in der äquivalenten Menge Sauer- stoff
CSB/ - Chemischer Sauerstoffbedarf
csv
MnTOC - gesamter organisch gebundener Kohlenstoff NH_4 - N- Komponente in reduzierter Form
AOX - Summe der organischen Halogenverbindungen
Die Bestirnmungsmethodiken wurden ebenfalls durch die Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung, Band I-III determiniert.(5) Für CSVMn gelten die Vorgaben in den AMW, Band I.(6)
1.3 Toxikologie und Saprobie
Bei Einstufungen der Gewässergüte auf der Grundlage der Saprobie stellen sich Fragen nach den Auswirkungen von toxikologisch wirksamen Inhaltsstoffen.
Je nach Art und Zusammensetzung der Einleitung von belasteten Abwässern und einer zeitweisen oder dauernden Einwirkung können die toxisch wirkenden Konzentrationen im Gewässer zu einer teil- weisen oder restlosen Vernichtung von Arten einer Biozönose führen.
Für das Herausfinden dieser Komponenten aus dem " Stoffgemisch Abwasser - Fließgewässer " sind chemische Einzelstoff- und Sum- menbestimmungen nicht geeignet.
Hier bieten sich Biotests an.
Unter der Bedingung der Vereinheitlichung und Vergleichbarkeit stehen in den Deutschen Einheitsverfahren Fischtest, Daphnien- test, Algentest und Leuchtbakterientest zxir Verfügung.
Während Fischteste aus Gründen des Tierschutzes umstritten sind, Daphnienteste zusätzlich hohe Anforderungen an die Zucht der Testorganismen stellen und beim Algentest großer Zuchtaufwand und aufwendige Auswertung anfallen, laufen alle drei Teste mit einer relativ langen Versuchszeit ab.
Eine Alternative stellt die im März 1991 in die Deutschen Ein- heitsmethoden aufgenommene DIN 38412 Teil 34 " Bestimmung der Hemmwirkung von Abwasser auf die Lichtemission von Photobakterium phosphoreum- Leuchtbakterium - Abwassertest mit konservierten Bakterien " ( Tab.2 )
Tab.2 Abwasserrelevante Biotests
Nnme Fisclilest Algentest Daphnientest Leuchlbaklerien- test
DIN 384 12 Teil .11 .1.1 .10 34
Testorganisnins Goldorfe Leuciscus idus
Grünalge Sceneclesmus subspicalus
Wasserfioh Daphnia magna
Leiichlbaklerien Vibrio fischeri (&
Photobacte-rium phosphoreum)
reprilsenliiliv ftir Fische Pflanzen Wirbellose Bakterien
Mcßprii)7.ip, - kriteriiim
Überleben aller 3 TcstCische
Zellvermclirung
über (.'lllorO- phyll-FIllOreS- XenZ
sichtbare Strn- delbewegung
Biolumineszen7.
Test/eil 18 h 48 h 24h 30 min
F.rgrbniswert Or GA °i> GL
besondere Anfor- derungen
Tillerung, lillterunp, ; TSchG!)1; (liniatisieriing
Slerililiil für Slanimhiiltung ind Vorkullur;
•luoreszenz- neOgerilt
Standardisierte
All7.UCllt,
Clinialisierung
^uminonieter ind Inktiba-
ionsvorrichtnng nit I 5 " C
(aus "LaborPraxis", Heft 4/1990, Vogel Verlag und Druck KG)
Dieser Leuchtbakterientest ist ein Kurzzeittest. Die Grundlage des Verfahrens besteht in der Hemmung der Lichtemission, die in einem statischen Test ermittelt wird. Testkriterium ist die nach einer Kontaktzeit von 30 Minuten gemessene Lichtintensitätsabnah- me gegenüber einem Kontrollansatz.
7
Die Kausalkette Gewässergüte - Abwassereinleitung und Abwasser - Toxizität birgt, die Frage in sich, inwieweit Gewässergüte und Toxizität in Verbindung stehen.( nachfolgendes Schema )
( Saprobie ) ,r? Gewässergüte
Toxizität , _________ Abwasser
( Toxizitätstest ) ( physik. ehem. Kriterien)
Im Vordergrund steht dabei, ob sich über die angewandte Methode Leuchtbakterientest " zusätzliche Aussagen betreffs Gewässergü- teeinstufung treffen lassen.
Ebenso ist zu untersuchen, ab welchem Gewässergütezustand, durch Abwassereinleitungen hervorgerufen, toxikologische Auswirkungen erkennbar sind.
2. Untersuchungsobjekte
Für die Untersuchungen wurden zwei Fließgewässer herangezogen, die im Verwaltungsbereich der Außenstelle Ost der Thüringer Lan- d e s a n s ta l t f ü r U m w e l t l i e g e n u n d s om i t i m R e g i o n al m e ß n e tz ihres Labors verankert sind.
Um einen weiten Bereich der Saprobie auf toxikologische Nebenwir- kungen erfassen zu können, sind Gewässer mit wechselnder Wasser- beschaffenheit ausgewählt worden.
2.1 Orla
Die Orla ist ein rechter Nebenfluß der Saale, der zwischen Rudol- stadt und Jena in diese einmündet. Die Spezifik des ca. 35 km langen Gewässers liegt darin, daß drei größere Städte, Triptis, Neustadt und Pößneck, mit jeweils 4700, 9800 bzw. 16700 Einwoh- nern durchflossen werden müssen. Dabei beträgt das MNQ 0,40 m/s.
Somit sind bei der Gewässerbelastung eindeutige Schwerpunkte im kommunalen und industriellen Bereich gesetzt.
Oberhalb und unterhalb dieser Ortschaften sind Kontrollstellen der Gewässergüte festgelegt, (siehe Abb. 1)
2.2 Wisenta
Ebenfalls ein rechter Nebenfluß der Saale ist•die Wisenta. Sie entspringt im thüringisch - vogtländischen Grenzbereich. Die Wasserbeschaffenheit wird im Oberlauf durch landwirtschaftliche Aktivitäten geprägt. Nach Durchfließen der TS Lössau, welche mit dem Trinkwassertalsperrensystem Weida/Zeulenroda verbunden ist,
Abb. l Lage der Untersuchungsobjekte und Kontrollstellen
dominieren kommunale und industrielle Einleitungen im Raum Schleiz ( 7500 Einwohner ).
Nach ca. 40 km Fließstrecke mündet die Wisenta bei einem MNQ von 0,11 m/s zwischen den beiden Saaletalsperren in die Saale.
3. Ergebnisse
3.1 Ermittlung des Saprobienindex und Einstufung in die Gewässer- güteklassen
In Abb. 2 Seite 10 sind für beiden Gewässer die Saprobienindizes in Fließrichtung dargestellt.
Die Saprobiebestimmungen wurden jeweils im Juli 92 durchgeführt.
Sie sind demzufolge repräsentativ für den Betrachtungszeitraum Juni bis September 92.
Die Orla bekommt unterhalb Triptis ihren Grundcharakter bezüglich der Wasserbeschaffenheit. Von der Güteklasse II oberhalb Triptis bringen die nur mechanisch gereinigten Abwässer der Stadt Triptis die Orla in die Güteklasse IV.
Das Selbstreinigungsvermögen des Flusses ist ütaerfordert. Die Fließstrecke ist zu kurz, um bis zur nächsten Belastung eine durchgreifende Verbesserung der Gewässergüte zu erreichen. Die Abwassereinleitungen der Stadt Neustadt - Neustadt besitzt, keine Kläranlage - lassen wiederum nur die Einstufung in die Güteklasse IV zu. In diesem Flußabschnitt zeigen die Biozönosen Verödungserscheinungen. Bei ungünstigen Frischwasser - Abwasser- verhältnissen treten H^S- Ausgasungen auf.
Oberhalb und unterhalb Pößneck ( mechanische Abwasserreinigung ) laxifen die Vorgänge ähnlich ab.
Erst durch die längere Fließstrecke von Pößneck bis zur Einmün- dung in die Saale, auf der nur unwesentliche Einleitungen zu ver- zeichnen sind, verändert sich die Wasserbeschaffenheit der Orla dahingehend, daß diese den Bedingungen der Güteklasse II gerecht wird.
Die Wisenta wird in der oberen Fließstrecke v.a. durch landwirt- schaftliche Einträge in ihrer Wassergüte beeinflußt. Im Bereich Uiiterkoskau erfährt der Fluß eine Verschlechterung in die
Güteklasse II-111.
Nachfolgende Belastungen verkraftet die Wisenta auf Grund ihres hohen Selbstreinigungspotentials. Die Gewässergüte bleibt bis oberhalb Schleiz in der Güteklasse II.
Im Raum Schleiz münden mehrere kommunale Abwasserkanäle in die Wisenta ein. Hinzu kommen punktuelle industrielle Einleitungen.
Das Gewässer reagiert mit einer Verschlechterung um drei Gewäs- sergüteklassen; unterhalb Schleiz wurde die Wisenta in die Güte- klasse III-IV eingestuft.
Eine Regeneration der Wasserbeschaffenheit erfolgt bis zum Endpe- gel Grochwitz.
Bei einer Einordnung der 1992er Ergebnisse," die gemäß DIN er- stellt wurden, in die vorjährigen Untersuchungsergebnisse gemäß AMW, sind für die Orla keine Differenzen hinsichtlich der Metho- den zu erkennen.( siehe Abb. 3 Seite 11 )
10
Saprobienindex
10 15 20 25 30 35 40
Güteklasse
rel. Fließkilometer
Orla Wisenta
Abb. 2 Saprobie Orla und Wisenta 1992
11
O R L A Saprobienindex
.WISENTA Saprobsenindex
8l 8l
3,6
2.6
oTtJptfTrlp
Okm 6km 10km 16km 20km 26km 30km 36km PN.Stellen/Fließstrecke
3,6 2.6
\
\v/
oOk uUk Mflhltr Löäs oSchl nacht 1.6
Okm 6km 10km 16km 20km 26km 30Nm 36km PN.Stellen/Fließstrecke
--1990 1988 -•*- 1991 1992 I98B 1987 1992
Abb. 3 Saprobie nach AMW und DIN
Bei der Wisenta ist zu klären, inwieweit sich die Restriktionen in der landwirtschaftlichen Tierproduktion im Oberlauf schon auf die Gewässergüte auswirken, bzw. ob die DIN- Methode im Bereich der kritischen bis starken Verschmutzung empfindlicher reagiert.
Letzteres würde auch für den Gewässerabschnitt im Raum Schleiz zutreffen.
3.2 Darstellung der physikalisch- chemischen Parameter
Die physikalischen und chemischen Parameter wurden dem Untersuch- ungsprogramm des Labors der Außenstelle der Thüringer Landesan- stalt für Umwelt entnommen.
Folgende Untersuchungsfrequenzen konnten im Betrachtungszeitraum genutzt werden •••
Kriterium
CSB , BSB , TOC, NH4
AOX CSVMn ,
BSB , NH4
AOX , TOC
1.6.
Qroch
Gewässer
Orla Orla Wisenta Wisenta
Untersu chungst ermine 6/92 bis 9/92 7/92 , 8/92 '7/92 , 9/92 9/92 nicht bewertet
12
In den Abb. 4 und 5 Seiten 14 und 15 sind die Schwankungsbreiten der Untersuchungsergebnisse der einzelnen Kriterien mittels ihrer Extremwerte dargestellt.
3.3 Toxizität
Wie unter 1.3 erwähnt, wurde für die Toxizitätsbestimmung das Dr. Lange- System " LUMIStox " eingesetzt.
Als Maß für die Toxizität wird die Abnahme der Bioluminiszens während einer 30- minütigen Testaeit gemessen. Leuchtbakterien- suspensionen mit NaCl- Lösung werden als Kontrollansatz parallel mitgemessen.
Als Testergebnis bei unbekannter Zusammensetzung wird angegeben, wie weit die Probe verdünnt werden muß, um das Leuchten weniger als 20 % zu hemmen ( GL < 20 % ) .
Die enge Einbettung der Bioluminiszens in die Stoffwechsel- vorgänge der Bakterien ermöglicht lt. Verfasser (7) grundsätzlich jede Beeinträchtigung des Stoffwechsels, d.h. jede Toxizität, über die Bioluminissens zu erfassen.
Bei unbekannten Proben werden Vorteste angeraten.
Da bei der primären toxikologischen Fragestellung ein Ja/Nein- Ergebnis ausreichend ist, wurde mit den Gewässerproben ein Scree- ning- Test durchgeführt.
Die Dauer wurde dabei auf 30 Minuten festgelegt, so' daß bei einem Ja- Ergebnis gleichzeitig Aufschlüsse über eventuelle notwendige Verdünnungsstufen enthalten sind.
Die Ergebnisse dieser Screening- Tests sind in der Tab.3 ange- führt.
Tab. 3 Ergebnisse dez" Screening- Tests ( in % Hemmung ) Wisenta
0 U M L öS uS G 7/92 2 7 4 4 0 8 6
8/92 -8 1 3 4 3 6 9
9/92 4 0 3 -5 8 -3 -10
Orla
oT uT oN uN oP uP aM
7/92 7 1 2 1 3 7 -6
8/92 5 2 _ -^ 11 1 8 -6
9/92 10 -4 -6 -3 0 0 -4
13
Bei allen Untersuchngsterminen und deren Gewässerproben ist er- sichtlich, daß die 20 % Hemmungsschwelle nicht überschritten, sogar bei weitem nicht erreicht wurde.
Damit erübrigte sich, ausgehend von der 30 Minuten- Dauer der Vortests, eine weiterführende normgerechte Durchführung des Leuchtbakterientestes zur G- Bestimmung.
4. Diskussion der Kausalzusammenhänge 4.1 Gewässergüte - Abwasser
Die einzelnen Gütemeßstellen in den Gewässern Orla und .Wisenta befinden sich abwasserbezogen jeweils unterhalb von Einleitungen.
Hier wirkt sich ein Querschnitt für alle einzelnen Einleitungen - kommunalen, landwirtschaf liehen und industriellen Ursprungs - arif die Gewässerbeschaf f enheit aus.
Eine Verfolgung einer einzelnen Einleitung und deren Auswirkung ist daher nicht möglich.
Zusammenhänge zwischen der Veränderung des Gewässerzustandes, gemessen an der Saprobie, und Abwassereinleitungen sind erwiesen und auch bei beiden Untersuchungsobjekten gegeben.
Vergleicht man die Kriterien CSB und BSB der Orla im Untersuch- ungszeitraum mit dem Verlauf der Saprobienganglinie bsw. den Gewässergüteklassen, besteht eine Gleichförmigkeit in den Maxima als auch Miniina dieser chemischen Kriterien.
Die Maxima der Kriterien TOC und NH^ widerspiegeln ebenfalls die Gewässergüteentwicklung der Orla. Da die biologische Gewässer- analyse als eine integrale Reflexion aller Momentaufnahmen zu verstehen ist, sind die einzelnen Minimumwerte für TOC und NH^
nicht zu überbewerten.
Für den Parameter AOX lassen sich keine Beziehungen zu den Ein- stufungen in die Gewässergüteklassen herstellen.
Die Entwicklung der Gewässergüte in der Wisenta wird ebenfalls durch die organische Belastung im Gewässer - hier noch als CSVjv[n- und durch die vorhandenen Ammoniumkonzentraton widergespiegelt.
Mathematische Beziehungen zur Abhängigkeit Saprobie - chemische Kr-iterien erübrigen sich auf Grund der geringen Wertepaare.
4.2 Abwasser und Toxizität
Über die Beziehung Abwasser/ Abwassereinleitung und Toxizität wurde besonders im Vorfeld der Normierung des Leuchtbakterien- testes geschrieben.
Bei MEIN et al. (8)wurden bei Industrieabwasser und kommunalem Abwasser die Leuchtbakterientoxitität in ein Verhältnis gesetzt mit. anderen, chemischen Kriterien. Es ergaben sich ansatzweise Korrelationen mit CSB, NH4 und TOC.
In GELLERT et al . (9) finden sich Hinweise , daß bestimmte Schwermetallionenkonzentrationen und Schwermetallgemische toxi- schen Einfluß auf die Leuchtbakterien haben ( Zink, Kupfer + Cadmium ) . SEIBEL (10) beschreibt CSB- Abbauraten mit
entsprechenden Toxizi-
i «6 CSB rag/l
S 16 15 20 25 '30 35 40
14
BSB rag/1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 OTuT oN uN oP uP aM
0 5 10 15 20 25 30 35 40 OTuT oN uN oP uP aM
Abb. 4 Chemische Kriterien der Orla
120TOC
160
5 10
AOK MS/1
10 15
NH4 rag/8
15
CSV-Mo rag/l
14
12
0 S 10 IS 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40
NR4 ng/i
9 S 10 15 20 25 30 3S 40 O U M L 08 uS Q
Abb. 5 Chemische Kriterien der Wisenta
BSB rag/1
16
tätsveränderungen in kontaminierten Grundwasser.
LANGE (11) weist auf Empfindlichkeiten des Leuchtbakterientestes gegenüber chlororganischen Substanzen, Mineralölen, Pestiziden und Schwermetallen hin.
Zieht man die einzelnen Konzentrationbereiche der unterschiedli- chen Kriterien bei nachweislicher' Toxizität heran, stehen z.B.
für CSB > 100 mg/1 und NH4 > 150 mg/1.
Diese müssen aber in ihrer Relevanz im gesamten Testwasser gese- hen werden. In der vorliegenden Arbeit sind Abwasseruntersuchngen hinsichtlich ihrer Toxizität selbst nicht vorgesehen. Die Analysen der chemisch- physikalischen Parameter für die Orla und die Wisenta lassen erkennen, daß die hier vorkommenden Kon- zentrationsbereiche unterhalb der toxikologischen Schwelle für dieses Verfahren liegen.
4.3 Toxizität und Gewässergute
Mit den im Untersuchungszeitraum in beiden Gewässern determinier- ten Güteklassen wurden 5 der 7 Klassifizierungsstufen auf toxiko- logische Inhaltsstoffe und deren Nebenwirkungen geprüft.
Die Befunde mittels Leuchtbakterientest stellen bei keiner der geprüften Gewässergüteklassen toxikologische Relevanz im Sinne eines G^- Wertes fest.
Damit ist die auf Seite 7 aiigedachte Kausalkette in dieser Rich- tung nicht schließbar.
Folgende Diskussionspunkte lassen sich diesbezüglich anführen : - Die Toxizitätsbestimmung mittels Leuchtbakterientest ist in der
DIN- Vorschrift als Abwassertest- Methode ausgewiesen, d.h., sie reagiert auf wesentlich höhere Konzeiitrationsbereiche der einzelnen wirksamwerdenden Inhaltsstoffe.
- Für die Gewässergütebestimmung bzw. beim Feststellen der Aus wirkungen von Abwassereinleitungen auf diese werden Gewässerab schnitte herangesogen, in denen die Organismen die Anpassungs phase hinter sich haben. Die Bestimmung der Toxizität in den FlieJ3gewässern erfolgte deshalb nicht unmittelbar unterhalb ei ner Abwassereinleitung.
- Auf der FlieiSstrecke zwischen Abwassereinleitung und Kontroll stelle bildet die Verdünnung der eventuell im Abwasser vorhan denen toxischen Stoffe die Hauptmöglichkeit zur Konzentrations erniedrigung. Weitere Wege bei der Herabsetzung der biologi schen Schadwirkung stellen Adsorption an Partikel, Sedimentaion sowie Austausch mit der Atmosphäre dar.
- Bei mehreren Einleitungen, wie sie z.B. an der Orla vorkommen, können zusätzlich Koergismen die ursprüngliche Toxiaität herab setzen.
Aus diesen ersten Grunderkenntnissen heraus lassen sich hinsicht- lich einer unmittelbar praktischen Nutzung Schlußfolgerungen ziehen.
17
Die zeitlich geringen Aufwendungen der Leuchtbakterienmethode er- lauben ohne weiteres, ihre Anwendung im Problembereich Gewässer- güte - Abwassereinleitung auszudehnen.
Eine Observierung der abwasserbedingten Gewässergüteverschlechte- rung erscheint erst ab Gewässergüteklasse III und höher vertret- bar .
Werden bei den Saprobieuntersuchungen Deformationen der gewöhnli- chen Biozönose wie Verödung, Fehlen von ganzen Organismengruppen u.a. festgestellt, sollte eine toxikologische Prüfung erfolgen.
Ermittelte Hemmungen > 20 % und damit eine echte Bestimmung des
GL- Wertes sind, gestützt auf die Ergebnisse dieser Arbeit, als
" abnormale " Gewässerverunreinugung anzusehen und Bedürfen einer weiteren amtlichen Verfolgung.
Durch eine höhere Qualität in der Anwendung und Durchführung der Tests mit dem LUMIStox- System sollte es möglich sein, ähnlich wie bei LANGE (11), auch im Bereich unterhalb der 20 % Hemmungs- schwelle reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Auf dieser Basis besteht nach entsprechender Häufigkeit der Untersuchungen die Möglichkeit, zur toxikologischen Differenzierung innerhalb der Gewässergüteklassen zu kommen.
Als langfristige Endstufe kann dann eine toxikologische Gebiets- karte entstehen.
Erreicht man eine Reproduzierbarkeit unterhalb der 20 %- Schwel- le, kann sich ein Screeningparameter zur Dimensionierung von Schadens- und Havariefällen in Fließgewässer eignen. Durch diesen können möglicherweise aufwendige chemische Analysen weitgehend ersetzt werden.
Bei Weiterentwicklung der Toxikologiemethodik auf dem Gebiet der Gewässergüte wird der Leuchtbakterientest nur eine methodische Möglichkeit der Bestimmung von relevanten Inhaltsstoffen sein.
Zur Zeit sind Aussagen über toxikologische Verhaltensmuster in belasteten Fließgewässern nur unter Einbeziehung von Fischtest, Daphnien- und Algentest möglich.
18 5. Zusammenfassung
An zwei ostthüringer Fließgewässern wurden Saprobiedaten ermittelt, chemische Parameter bestimmt und toxikologische Wirkungen untersucht.
2. Die Bestimmung der Saprobie wurde gemäß BIN durchgeführt. Bei einem Vergleich mit den AMW- Methoden ist eine Gleichförmig keit in der Tendenz der Ergebnisse gegeben.
3. Die chemischen Parameter CSB/CSV, TOC, BSB und NH4 widerspie geln die Belastung der Gewässer mit organisch abbaubaren Stoffen.
Die vorgefundenen Konzentrationsbereiche dieser Kriterien verhalten sich adäquat zu den ermittelten Saprobiedaten, bzw.
zu den Gewässergüteklassen.
4. Die toxikologische Seite des Themas wurde über den Abwasser- Leuchtbakterientest bearbeitet.
Dabei wurden erste Erfahrungen bei der Anwendung des Systems LUMIStox der Dr. Lange GmbH gemacht.
Die toxikologische Relevanz von Inhaltsstoffen in den 5 vorgefundenen Güteklassen blieb unter der 20 %- Hemmschwelle.
5. Die im Leuchtbakterien- Screening- Test gewonnenen Ergebnisse erbringen in dieser Form keine zusätzlichen Informationen bei der Einstufung der Fließgewässer nach ihrer Belastung mit abbaubaren organischen Stoffen.
6. Es wurden Schlußfolgerungen für die weitere Abwendung dieser toxikologischen Kontrollmethode im Bereich der Gewässerkon trolle und Gewässergüte gezogen.
19 6. Literaturnachweis
(1) KOLKWITZ,R. und M.MARSON : Grundsätze für die Beurteilung des Wassers nach seiner Flora und Fauna
Mitteilungen der Königlichen Prüfanstalt für Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung Berlin- Dahlem l, (1902)
(2) KOLKWITZ,R. : Die Ökologie der Saprobien - über die Beziehun gen der Wasserorganismen zur Umwelt
Schriftenreihe des Vereins für Wasser- Boden- und Lufthygiene 4, (1950), Berlin
(3) LIEBMANN,H. : Handbuch der Frischwasser- und Abwasserbiologie Band l, Gustav- Fischer- Verlag Jena, (1962), Jena
(4) SLADECEK,V.: System of Water Quality System from the Biologi- cal Point of View
Archiv für Hydrobiologie - Beihefte Ergebnisse der Limnologie 16, (1973)
(5) Deutsches Institut für Normung (DIN) : Deutsche Einheitsver fahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung
Band III , VCH Verlagsgesellschaft mbH, (1992), Weinheim (6) Ausgewählte Methoden der Wasseruntersuchung : Band I, Che
mische, physikalisch- chemische und physikalische Mehoden, Band II, biologische, mikrobiologische und toxikologische Methoden
Gustav- Fischer- Verlag Jena, (1982), Jena (7) Anwendungsbericht Bio Nr 101
Dr. Bruno Lange GmbH, Düsseldorf
(8) MEIN,D.; J.LOWIS und A.MUNZINGER :Erfahrungen mit dem Leucht bakterientest bei der Überwachung kommunaler und industriel ler Abwässer
Vom Wasser, 77, (1991)
(9) GELLERT,G.; A.STOMMEL, G.KLINKE und H.KIRCH : Rücklösung von Schwermetallen aus stark belasteten Sedimenten eines Stausees und ihre biologisch akute schädigende Wirkung
Wasser + Boden, 3, (1992)
(10) SEIBEL,H.-J.; P.HARBORTH, E.LANG und H.H.HANERT : Einsatz des Löuchtbakterien- und Daphnientests zur toxikologischen Bewertung von Grundwasser- und Bodenreinigung bei der Altla stensanierung
gwf - Wasser/Abwasser, 132, (1991), Heft 8
(11) LANGE,K.-P. : Toxikologische Bewertung von Altlasten im Zusammenhang mit chemischen Analysen
Altlastenymposium, (1992), Braunschweig
