Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Medizinische ... · Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter

ABSCHLUSSBERICHT

Verbundprojekt: Keimzahlreduktion von Abwässern mitPflanzenkläranlagen

Förderkennzeichen 02 WA 0108

Teilprojekt 4: Anwendung hygienischer und ökotoxikologischer Testsysteme zur Evaluierung der Anlageneffizienz

Unterauftrag: Ökotoxikologische Bewertung der Belastung von Abwasserproben nach unterschiedlicher Behandlung in einer Pflanzenkläranlage

Halle, März 2005

Martin-Luther-Universität Halle-WittenbergMedizinische Fakultät

Institut für HygieneDirektorin: Prof. Dr. med. habil. Marianne Borneff-Lipp

Leiter Unterauftrag:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Braunbeck

Dr. rer. nat. Henner Hollert

Leiter Teilprojekt:

Prof. Dr. med. habil. Marianne Borneff-Lipp

Bearbeiter:

Dipl.-Chem. Matthias Dürr

Weitere Mitarbeiter:

Dr. med. Georg Daeschlein

Stud. Dipl.-Agr.-Ing. Sebastian Scholz

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums

für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 02WA0108 gefördert. Die

Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

DANKSAGUNG

Wir danken...

dem Bundesministerium für Bildung und Forschung für die Finanzierung dieser Studie;

Herrn Dr. Roland A. Müller, Dr. Peter Kuschk, Herrn Dr. Oliver Baeder-Bederski und Herrn Dipl.-Ing. Peter Mosig vom Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbHfür die ausgezeichnete Kooperation,

Herrn Prof. Dr. Thomas Braunbeck und Herrn Dr. Henner Hollert von der Arbeitsgruppe

Aquatische Ökologie & Toxikologie des Institutes für Zoologie der Universität Heidelberg

für die stete hervorragende Zusammenarbeit.

Halle, im März 2005

Prof. Dr. Marianne Borneff-Lipp, Dipl. Chem. Matthias Dürr

Direktorin Wiss. Mitarbeiter

Institut für Hygiene

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

I

1 KURZDARSTELLUNG......................................................1

1.1 Aufgabenstellung.......................................................................................1

1.2 Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde........3

1.3 Planung und Verlauf des Vorhabens ........................................................4

1.3.1 Deutschland.................................................................................................4

1.3.2 Mexico ........................................................................................................6

1.4 Wissenschaftlich-technischer Stand, an dem angeknüpft wurde ............8

1.4.1 Vergleich technologischer Varianten von Pflanzenkläranlagen......................9

1.4.2 Einfluss der Bepflanzung auf die Keimreduktion ........................................11

1.4.3 Einfluss der Bodenmatrix auf die Keimreduktion........................................11

1.4.4 Einfluss klimatischer Verhältnisse auf die Keimreduktion ...........................13

1.4.5 Ökotoxikologische Untersuchungen...........................................................14

1.5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen.....................................................17

1.6 Verwendete Fachliteratur .......................................................................18

2 EINGEHENDE DARSTELLUNG ......................................20

2.1 Erzieltes Ergebnis ....................................................................................20

2.1.1 Methoden ..................................................................................................20

2.1.1.1 Untersuchte Anlagen .................................................................................20

2.1.1.1.1 Deutschland...............................................................................................20

2.1.1.1.1.1 Standort Pilotanlage Langenreichenbach ....................................................20

2.1.1.1.1.2 Standort Belzig..........................................................................................23

2.1.1.1.1.2.1 Praxisanlage der Firma ÖKOTEC an der Waldsiedlung Belzig ...................24

2.1.1.1.1.2.2 Kleintechnische Versuchsanlage der Firma ÖKOTEC an der Waldsiedlung

Belzig........................................................................................................25

2.1.1.1.2 Mexico ......................................................................................................26

2.1.1.1.2.1 Pflanzenkläranlage im Xochitla-Park, Mexico City.....................................26

2.1.1.2 Untersuchte Parameter...............................................................................27

2.1.1.2.1 Methoden in Deutschland ..........................................................................27

2.1.1.2.1.1 Koloniebildende Einheiten (KBE, TrinkwV 1990)......................................27

2.1.1.2.1.2 MPN-Methode für die Bestimmung von Indikatorkeimen (coliforme

Bakterien und E. coli)................................................................................27

http://2.1.1.1http://2.1.1.2

II

2.1.1.2.1.3 Koloniebildende Einheiten (KBE, TrinkwV 2001)......................................30

2.1.1.2.1.4 Thermotolerante Coliforme........................................................................30

2.1.1.2.1.5 E. coli .......................................................................................................31

2.1.1.2.1.6 Enterokokken............................................................................................31

2.1.1.2.1.7 Clostridien.................................................................................................31

2.1.1.2.1.8 Salmonellen ...............................................................................................32

2.1.1.2.1.9 Parasitologische Untersuchungen...............................................................33

2.1.1.2.1.10 Methoden der ökotoxikologischen Untersuchungen ...................................34

2.1.1.2.1.10.1 Cytotoxizitätstest.......................................................................................35

2.1.1.2.1.10.2 EROD-Assay.............................................................................................35

2.1.1.2.1.10.3 Gentoxizitätstest ........................................................................................36

2.1.1.2.1.10.4 Yeast Estrogen Assay (YES) .....................................................................36

2.1.1.2.1.10.5 Bakterienkontakttest..................................................................................37

2.1.1.2.1.10.6 Fischeitest..................................................................................................38

2.1.1.2.2 Methoden in Mexico..................................................................................38

2.1.1.3 Probenahme und Präanalytik ......................................................................41

2.1.1.3.1 Deutschland...............................................................................................41

2.1.1.3.1.1 Pilotanlage Langenreichenbach ..................................................................41

2.1.1.3.1.2 Praxisanlage Belzig....................................................................................48

2.1.1.3.1.3 Kleintechnische Versuchsanlage Belzig ......................................................48

2.1.1.3.2 Mexico ......................................................................................................50

2.1.1.3.2.1 Standort Mexico-City (Xochitla Park) .......................................................50

2.1.1.4 Qualitätssicherung .....................................................................................51

2.1.1.4.1 Qualitätssicherung in Deutschland..............................................................51

2.1.1.4.2 Qualitätssicherung in Mexico .....................................................................52

2.1.2 Mikrobiologische Anforderungen an Bewässerungswasser .........................53

2.1.3 Wissenschaftliche Ergebnisse und wesentliche Ereignisse in Deutschland ...56

2.1.3.1 Ergebnisse der Optimierungsphase der Pilotanlage Langenreichenbach.......56

2.1.3.1.1 Ergebnisse des vorgeklärten Beckenzulaufs................................................56

2.1.3.1.2 Ergebnisse der Abläufe ..............................................................................57

2.1.3.1.2.1 Ergebnisse des Vergleichs horizontaler und vertikaler Becken....................57

2.1.3.1.2.2 Ergebnisse des Vergleichs der Filtersubstrate .............................................60

2.1.3.1.2.3 Ergebnisse des Vergleichs bepflanzter und unbepflanzter Becken ...............61

http:/(...34http://5.1.1.2.http://2.1.1.3http://2.1.1.4http://...56http://2.1.3.1

III

2.1.3.1.2.4 Ergebnisse des unbelüfteten Abwasserteiches.............................................62

2.1.3.1.2.5 Ergebnisse verschiedener hydraulischer Flächenbelastungen .......................62

2.1.3.2 Ergebnisse der Optimierungsphase der Anlagen in Belzig...........................64

2.1.3.2.1 Ergebnisse der Praxisanlage Belzig ............................................................64

2.1.3.2.2 Ergebnisse der Kleintechnischen Versuchsanlage Belzig.............................66

2.1.3.2.2.1 Vergleich der Keimreduktion in Abhängigkeit von verschiedenen

unbepflanzten Filtersubstraten....................................................................67

2.1.3.3 Ergebnisse des Dauerversuchs der Pilotanlage Langenreichenbach .............68

2.1.3.3.1.1 Ergebnisse des Beckenzulaufs (vorgeklärtes Abwasser) .............................68

2.1.3.3.1.2 Ergebnisse der Abläufe ..............................................................................70

2.1.3.3.1.2.1 Kopplung vertikaler Blähtonfilter mit horizontalem Sandfilter ....................70

2.1.3.3.1.2.2 Kopplung vertikaler Sandfilter mit horizontalem Blähtonfilter ....................73

2.1.3.3.1.2.3 Unbelüfteter Abwasserteich .......................................................................76

2.1.3.4 Hygienische Bewertung der mikrobiologischen Klärleistungen der

Pilotanlage Langenreichenbach ..................................................................77

2.1.3.4.1 E. coli .......................................................................................................78

2.1.3.4.2 Enterokokken............................................................................................80

2.1.3.4.3 Thermotolerante Coliforme........................................................................82

2.1.3.4.4 Salmonellen ...............................................................................................84

2.1.3.4.5 Parasiten....................................................................................................88

2.1.3.5 Ergebnisse des Dauerversuchs der Praxisanlage Belzig...............................92

2.1.3.5.1 Ergebnisse des Zulaufes.............................................................................92

2.1.3.5.2 Ergebnisse der Abläufe ..............................................................................93

2.1.3.5.3 Beurteilung der Ergebnisse ........................................................................96

2.1.3.6 Hygienische Bewertung der mikrobiologischen Klärleistungen der

Praxisanlage Belzig....................................................................................97

2.1.3.6.1 E. coli .......................................................................................................98

2.1.3.6.2 Enterokokken............................................................................................99

2.1.3.6.3 Thermotolerante Coliforme......................................................................100

2.1.3.6.4 Salmonellen .............................................................................................101

2.1.3.6.5 Parasiten..................................................................................................104

2.1.3.7 Ergebnisse der ökotoxikologischen Untersuchungen ................................107

2.1.3.7.1 Akuter Cytotoxizitätstest mit der Zelllinie RTL-W1.................................107

http://2.1.3.2http://....http://2.1.3.3http://2.1.3.4http://....http://2.1.3.5http://2.1.3.6http://2.1.3.7

IV

2.1.3.7.2 EROD-Assay mit der Zelllinie RTL-W1...................................................109

2.1.3.7.2.1 EROD-Induktion durch 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) ....109

2.1.3.7.2.2 EROD-Assay mit nativen Wasserproben ..................................................109

2.1.3.7.3 Gentoxische Wirkung im Comet-Assay....................................................116

2.1.3.7.4 Endokrine Wirkung im Yeast Estrogen Assay..........................................120

2.1.3.7.5 Bakterienkontakttest mit Arthrobacter globiformis ..................................124

2.1.3.7.6 Embryotoxizität im Fischeitest mit Danio rerio ........................................128

2.1.3.7.7 Gesamtbewertung der Reinigungsleistung häuslichen Abwassers durch die

Pflanzenkläranlage Langenreichenbach.....................................................132

2.1.4 Wissenschaftliche Ergebnisse und wesentliche Ereignisse in Mexico.........138

2.1.4.1 Hygienische Bewertung der mikrobiologischen Klärleistungen der Anlage in

Mexico City.............................................................................................138

2.1.4.1.1 E. coli .....................................................................................................139

2.1.4.1.2 Enterokokken..........................................................................................141

2.1.4.1.3 Thermotolerante Coliforme......................................................................143

2.1.4.1.4 Salmonellen .............................................................................................145

2.1.4.1.5 Shigellen..................................................................................................147

2.1.4.1.6 Vibrio cholerae .......................................................................................148

2.1.4.1.7 Parasiten..................................................................................................150

2.1.5 Hygienische Empfehlungen für den Bau und Betrieb von Pflanzenkläranlagen

................................................................................................................155

2.2 Voraussichtlicher Nutzen ......................................................................159

2.2.1 Transferkonzeption..................................................................................159

2.2.2 Verwertungsstrategie...............................................................................159

2.3 Fortschritt auf dem Vorhabensgebiet bei anderen Stellen...................160

2.3.1 Hagendorf et al. 2002/2004 .....................................................................160

2.3.2 Verlicchi et al. 2004:................................................................................161

2.4 Erfolgte oder geplante Veröffentlichungen...........................................163

2.4.1 Poster......................................................................................................163

2.4.2 Vorträge..................................................................................................165

2.4.3 Veröffentlichungen ..................................................................................168

3 ABBILDUNGSVERZEICHNIS........................................170

http:/(....http://2.1.4.1

V

4 TABELLENVERZEICHNIS ...........................................178

5 ANHANG.....................................................................181

5.1 Eingehender Abschlussbericht des Unterauftrages „Ökotoxikologische

Bewertung der Belastung von Abwasserproben nach unterschiedlicher

Behandlung in einer Pflanzenkläranlage“ ............................................181

5.2 Ausdruck der Veröffentlichungen ........................................................181

Keimzahlreduktion von Abwässern in Pflanzenkläranlagen

Teilprojekt 4: Anwendung hygienischer und ökotoxikologischer Testsysteme zur Evaluierung der Anlageneffizienz (Förderkennzeichen 02WA0108), gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

1. Kurzdarstellung

1

1 Kurzdarstellung

1.1 Aufgabenstellung

Zielsetzung dieses vom BMBF geförderten bilateralen Technologietransfer-Verbundvorhabens

zwischen Deutschland und Mexico war die Entwicklung und Adaptierung von effizienten und

gleichzeitig kostengünstigen Abwasserbehandlungsverfahren. Um die Reinigungsleistungen

verschiedener Anlagentypen zu beurteilen, wurden Abwässer aus Pflanzenkläranlagen in

Deutschland und Mexico hinsichtlich der erzielbaren quantitativen und qualitativen

Keimreduktion untersucht. Die untersuchten Parameter richteten sich nach der geplanten

Verwendung als Bewässerungswasser. So hat die WHO entsprechende Richtlinien für die

hygienische Qualität von Bewässerungswasser aus Abwässern festgelegt, die entsprechend dem

Stand der Forschung und den politisch-wirtschaftlichen Anforderungen weiter aktualisiert

werden (WHO 19891, Ayres R. M., Duncan Mara D. (1996) 2, Blumenthal et al. 20003).

Darüber hinaus sind Anforderungen in Deutschland und Mexico gesetzlich bzw. normativ

geregelt (DIN 19650 (1999)4, ATV-A 262 (1998)5, NOM-003-ECOL-19976, US EPA 19927).

1 WHO Scientific Group (1989): Health Guidelines for the Use of Wastewater in Agriculture and Aquacultur, Technical Report Series 778, ISBN 92-4-120778-72 Ayres R. M., Duncan Mara D. (1996): Analyses of wastewater for use in agriculture, World Health Organization Geneva3 Ursula J. Blumenthal, D. Duncan Mara, Anne Peasey, Guillermo Ruiz-Palacios, Rebecca Stott (2000): Guidelines for the microbiological quality of treated wastewater used in agriculture: recommendations for revising WHO guidelines Bulletin of the World Health Organization, Ref. No. 00-0741, 78, 9, 1104-11164 Normenausschuß Wasserwesen Bewässerung: Hygienische Belange von Bewässerungswasser; DIN 19650: 1999-025 Abwassertechnische Vereinigung e. V. (1998): Grundsätze für die Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenbeeten für kommunales Abwasser bei Ausbaugrößen bis 1000 Einwohnerwerte ATV-A 262, Bad Hennef6 Diario Oficial de la Federation (1997): Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reusen en servicios al público, Norma Oficial Mexicana, NOM-003-ECOL-1997, 68-857 US Environmental Protection Agency/US Agency for International Development (1992): Guidelines for water reuse., Technical Report no. EPA/625/R-92/004, Washington, DC, Environmental Protection Agency, Office of Wastewater Enforcement and Compliance



1. Kurzdarstellung

2

Ziel des Vorhabens ist weiterhin die Erprobung von zuverlässigen, aussagefähigen und

routinefähigen hygienischen Testsystemen sowie Analysemethoden, die gleichermaßen für eine

Erfolgskontrolle, als auch als prozessbegleitende Analytik Einsatz finden.

Das Institut für Hygiene der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg führte hierzu

mikrobiologische Abwasseruntersuchungen an drei verschiedenen Baugrößen von

Pflanzenkläranlagen in Deutschland durch: einer kleintechnischen Versuchsanlage, einer

Pilotanlage und einer Pflanzenkläranlage im Langzeitbetrieb. Die Betriebsparameter

wurden zwischen den deutschen und den mexikanischen Partnern abgestimmt, auch erfolgte

ein Methodenabgleich der einzelnen Untersuchungsparameter, um eine Vergleichbarkeit der

Ergebnisse zu ermöglichen.

Das Projekt gliederte sich in zwei Phasen:

Ziel der ersten Phase (Optimierungsphase) war die Ermittlung der optimalen Einstellungen

sämtlicher Anlagen. Die anhand von Indikatorkeimen und allgemeinen Keimzahlbestimmungen

ermittelten Daten dienten den Projektpartnern zur Entscheidungsfindung für eine Reihe bau-

und ingenieurtechnischer Veränderungen.

In einer zweiten Phase wurden diese als optimal erkannten technischen Einstellungen für die

Dauer von einem Jahr konstant gehalten. Die Daten dieses Dauerversuches dienten dazu, die

Konstanz des Klärbetriebes zu prüfen, jahreszeitliche Einflüsse auf die Klärleistungen zu

erfassen, um abschließend seuchenhygienische Empfehlungen bezüglich Pflanzenkläranlagen zu

ermöglichen. Daher wurden die Analysen entsprechend den geltenden Richtlinien um die

Bestimmung relevanter bakterieller und parasitärer Wasserkontaminanten erweitert.

Neben diesen mikrobiologischen Bestimmungen wurde in Deutschland bei der Pilotanlage

Langenreichenbach das Spektrum der Analysen um ökotoxikologische Untersuchungen

ergänzt. Begründet ist dies ebenfalls in der späteren Verwendung als Bewässerungswasser

bzw. der Tatsache, dass es durch Kontamination unterschiedlichster Stoffgruppen im

Bewässerungswasser zu akuten und chronischen Schädigungen in Flora, Fauna und auch der



1. Kurzdarstellung

3

Menschen kommen kann (Belfiore & Anderson 20018, Braune et al. 19999, Choi et al. 200410,

Farah et al. 200411, Zietz & Pfeiffer 200012).

1.2 Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt wurde

Das Vorhaben wurde von der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-

Wittenberg im Auftrag des BMBF durchgeführt. Die ausführende Stelle war das Institut für

Hygiene der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Im Unterauftrag führte das

Zoologische Institut der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg die ökotoxikologischen

Untersuchungen durch.

Die wesentlichen technischen Voraussetzungen für die Durchführung des Projektes wurden

durch den Bau des Pilotanlagensystems Langenreichenbach durch den Projektpartner

Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH (UFZ) und des Pilotanlagensystems Xochitla

durch den Projektpartner Umweltschutz Nord GmbH geschaffen. Für die Untersuchungen im

Praxismaßstab wurde die Kläranlage der Waldsiedlung in Belzig (Betreiber ÖKOTEC GmbH)

genutzt. Diese Anlage arbeitet seit 1993. Zusätzlich wurde eine kleintechnische

Versuchsanlage auf dem Gelände der Waldsiedlung im Rahmen des Projektes aufgebaut.

8 Belfiore, N.M. & Anderson, S.L. (2001) Effects of contaminants on genetic patterns in aquatic organisms: a review. Mutat Res 489: 97-122.9 Braune, B., Muir, D., DeMarch, B., Gamberg, M., Poole, K., Currie, R., Dodd, M., Duschenko, W., Eamer, J., Elkin, B., Evans, M., Grundy, S., Hebert, C., Johnstone, R., Kidd, K., Koenig, B., Lockhart, L., Marshall, H., Reimer, K., Sanderson, J. & Shutt, L. (1999) Spatial and temporal trends of contaminants in Canadian Arctic freshwater and terrestrial ecosystems: a review. Sci Total Environ 230: 145-207.10 Choi, K., Sweet, L.I., Meier, P.G. & Kim, P.G. (2004) Aquatic toxicity of four alkylphenols (3-tert-butylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, and 4-isopropylphenol) and their binary mixtures to microbes, invertebrates, and fish. Environ Toxicol 19: 45-50.11 Farah, M.A., Ateeq, B., Ali, M.N., Sabir, R. & Ahmad, W. (2004) Studies on lethal concentrations and toxicity stress of some xenobiotics on aquatic organisms. Chemosphere 55: 257-65.12 Zietz, B. & Pfeiffer, H. (2000) Mutagenes Potenzial von Wasser aus Flüssen, Seen und Meeren. gwf - Wasser Abwasser 141: 164-171.



1. Kurzdarstellung

4

1.3 Planung und Verlauf des Vorhabens

Das Teilprojekt gliederte sich gemäß Antrag in folgende wesentliche Abschnitte:

1. Aufbau und Umsetzung der Probenlogistik für eine quantitative und qualitative Ana-

lytik des Wirkungsgrades der Keimreduktion in Pflanzenkläranlagen in Deutschland in

Zusammenarbeit mit dem UbZ/UFZ

2. Aufbau und Umsetzung der Probenlogistik für eine quantitative und qualitative Ana-

lytik des Wirkungsgrades der Keimreduktion in Pflanzenkläranlagen in Mexico in

Zusammenarbeit mit U-Nord

3. Methodenoptimierung hinsichtlich der Etablierung in den mexikanischen Labors

4. Projektbegleitende Untersuchungen zur Bewertung der Abwasserreinigungseffizienz:

Bakteriologische Untersuchungen

Parasitologische Untersuchungen

Ökotoxikologische Untersuchungen

5. Erarbeitung von Beurteilungskriterien zum Vergleich des Wirkungsgrades der

einzelnen Versuchsansätze

6. Gesundheitspolitische Empfehlungen zur Keimreduktion in Pflanzenkläranlagen

Der Ablauf des Vorhabens in Deutschland entsprach im wesentlichen der Planung, es ergaben

sich jedoch teilweise deutliche zeitliche Verzögerungen innerhalb des Projektverlaufes in

Mexico, die jedoch durch kostenneutrale Verlängerungen des Projektes größtenteils

kompensiert werden konnten.

1.3.1 Deutschland

Mit dem Zuwendungsbescheid vom 30.10.2000 wurde das Teilprojekt mit einer Laufzeit vom

01.11.2000 bis 31.10.2003 in Projektträgerschaft des BMBF für Wassertechnologie und

Entsorgung bewilligt. Im Vorlauf wurde die Pilotanlage Langenreichenbach durch den

Projektpartner Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH nach 4-monatiger Bauzeit im



1. Kurzdarstellung

5

Dezember 2000 fertiggestellt. Nach bauseitiger Mängelbeseitigung und Justage der

Messeinrichtungen wurde im März 2001 mit dem regulären Versuchsbetrieb begonnen.

Zu diesem Zeitpunkt war der Aufbau und die Umsetzung der Probenlogistik in Deutschland

wie vorgesehen abgeschlossen.

Mit den projektbegleitenden Untersuchungen des Institutes für Hygiene der Martin-Luther-

Universität Halle-Wittenberg zur Bewertung der Abwasserreinigungseffizienz konnte somit mit

etwa 2 monatiger Verzögerung in Deutschland begonnen werden.

Da erklärtes Ziel des Verbundprojektes die Optimierung der Bodenfiltertechnologie war,

ergaben sich versuchsbegleitende Anpassungen des Aufbaus der Anlagen. So erfolgte bereits

im Jahr 2002 eine Änderung der Abwasserführung der Pilotanlage Langenreichenbach insofern,

als zweistufige Betriebsweisen untersucht wurden. Dieser Umbau erfolgte aufgrund der

Ergebnisse aus dem Jahr 2002, die zeigten, dass einstufige Anlagen die angestrebte

Reinigungsleistung nicht erbringen.

Ab Januar 2003 wurde unter diesen veränderten Betriebsbedingungen mit dem „Dauerversuch“

unter gleichbleibenden Einstellungen begonnen. In dieser Phase wurden dem Antrag

entsprechend die erweiterten bakteriologischen und parasitologischen Untersuchungen

durchgeführt. Weiterhin erfolgten ökotoxikologische Analysen durch die Arbeitsgruppe

Aquatische Ökologie & Toxikologie; Institut für Zoologie der Ruprecht-Karls-Universität

Heidelberg.



1. Kurzdarstellung

6

1.3.2 Mexico

Abweichungen von der ursprünglichen Planung ergaben sich am Projektstandort Mexico; so

entfiel z. B. aufgrund von fehlender Finanzierung auf mexikanischer Seite der Pilotstandort in

Yucatàn.

Die Anlage im Xochitla Park wurde durch die Umweltschutz Nord GmbH im Rahmen des

Verbundprojektes im Juli 2001 fertiggestellt und begann mit dem Versuchsbetrieb ab August

2001.

Die projektbezogene Tätigkeit des Instituts für Hygiene der Martin-Luther-Universität Halle-

Wittenberg in Mexico beinhaltete:

1) Auswahl eines Labors für die bakteriologische Untersuchungen

2) Auswahl eines Labors für die parasitologischen Untersuchungen

3) Abgleich der in Mexico und Deutschland anzuwendenden Methoden

Ziel all dieser Aufgaben war die Etablierung eines Qualitätssicherungssystems in dem

betreffenden Laboratorium mit dem Ziel, ohne direkte Vorort-Projektbegleitung valide und mit

den Daten aus Deutschland vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Dieses Ziel konnte jedoch

nur teilweise erreicht werden, da die Bedingungen vor Ort durch zum Teil unerwartete

Veränderungen personeller Art beeinflusst wurden.

Für die Durchführung der bakteriologischen Analysen inklusive der Probenahmen wurde das

ortsansässige mikrobiologische Labor Analytical Services Lab S.A. de C.V. beauftragt. Dieses

von der Universidad Naciónal Autonomo de Mexico (UNAM) als geeignet vorgeschlagene

Labor mit wissenschaftlicher Erfahrung wurde nach einer umfangreichen vor Ort-

Begutachtung und dem Vergleich mehrerer Labors durch den wissenschaftlichen Mitarbeiter

des Institutes für Hygiene der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Herrn Dipl.-Chem.

M. Dürr, im Dezember 2001 ausgewählt.



1. Kurzdarstellung

7

Zum Zwecke der qualitativen Vergleichbarkeit der in Deutschland und Mexico erfaßten

mikrobiologischen Parameter wurde das mexikanische Labor in zusätzliche in Deutschland

verwendete mikrobiologische Analysenmethoden eingearbeitet (E. coli ISO 9308-3,

Enterokokken ISO 7899-1, sulfitreduzierende Anaerobier (Clostridien) ISO 6461-1). Diese

Einarbeitung musste jedoch wiederholt werden.

So existierte seit Mai 2003 das Labor „Analytical Services Lab S.A. de C.V. [ASL]“ nicht

mehr. Zeitgleich gründete die bisherige Laborleiterin Frau Aurora Ortegon das Labor „Analysis

and Research Lab, S.A. de C.V.“. Nach einer eingehenden Laborbesichtigung und einer

erneuten Evaluierung durch zwei wissenschaftliche Mitarbeiter des Institutes für Hygiene der

Universität Halle-Wittenberg, Herrn Dr. G. Daeschlein und Herrn Dipl.-Chem. M. Dürr, im

April 2003 wurden die weiteren bakteriologischen Analysen in diesem Labor durchgeführt.

Der Abgleich der bakteriologischen Methoden erfolgte schrittweise in 5 Aufenthalten in

Mexico City mit insgesamt zufrieden stellendem Ergebnis. Die Auswahl eines Labors für die

parasitologischen Untersuchungen gestaltete sich unerwartet schwieriger. Die vor Ort-

Besichtigung von zwei universitären und drei privatwirtschaftlichen Laboratorien führten aus

unterschiedlichsten Gründen, zum Teil aufgrund fehlender Geräteausstattung

Qualitätssicherung bzw. mangelnder Vertrauenswürdigkeit zu keiner akzeptablen Lösung.

Daraufhin wurden die Probenahmen durch Mitarbeiter des Umweltforschungszentrums

durchgeführt, die Probenaufbereitung und -konservierung erfolgte von dem bereits für die

bakteriologischen Untersuchungen beauftragte Labor „Analysis and Research Lab, S.A. de

C.V.“. Die Etablierung dieser parasitologischen Probenahmen konnte allerdings erst im August

2003, während eines weiteren Aufenthaltes der vorgenannten Mitarbeiter des Institutes für

Hygiene der Universität Halle-Wittenberg, erfolgen.

Die Insolvenz des Projektpartners Umweltschutz Nord GmbH & Co KG Ganderkesee führte

zu einer weiteren Einschränkung des Projektplanes am Standort Mexico City. Durch die

Übernahme der Aufgaben dieses Projektpartners durch das UFZ (Dezember 2003 – April

2004: Übertragung der Projektaufgaben der Umweltschutz Nord GmbH an das UFZ und

Umwidmung erforderlicher Projektmittel (Zuwendungsbescheid vom 30.12.2003), wurde eine



1. Kurzdarstellung

8

weitere kostenneutrale Verlängerung nötig. Weiterhin ergab sich dadurch eine deutliche

Reduzierung der Probenzahl und ein verspäteter und gekürzter Untersuchungsbeginn des

„Dauerversuches“ (Dezember 2003 – April 2004) in Mexico.

1.4 Wissenschaftlich-technischer Stand, an dem angeknüpft wurde

Der Begriff „Pflanzenkläranlage“ ist ein oft kritisierter Ausdruck, der besser durch die Begriffe

„Bewachsene Bodenfilter“ oder „Wurzelraumanlage“ ersetzt werden sollte, denn nicht die

Pflanze selbst nimmt die Reinigung vor, sie schafft lediglich eine der Voraussetzung.

Mit dem BMFT-Forschungsprojekt „Erprobung der Leistungsfähigkeit Bewachsener

Bodenfilter zur Abwasserreinigung. Ermittlung von Bemessungsgrundlagen“ (Geller et al.

1992, WA-02-8840713) etablierte sich die Bezeichnung „Bewachsener Bodenfilter“. Darunter

verstand man hauptsächlich mit Sand gefüllte Bodenfilter als biologische Reinigungsstufe, die

zur dauerhaften Erhaltung der Wasserdurchlässigkeit vor allem mit Schilf (Phragmites

australis) bepflanzt wurden (IÖV 199514). Die Anlagen bewirken eine flächenhafte

Abwasserbehandlung, bei der Pflanzen und Boden als Systemparameter zusammenwirken und

durch diese Wechselbeziehung eine optimale Reinigungsleistung erzielen sollen (Engelhardt

199215).

1997 legte die ATV die bis heute geltende Definition fest. Sie besagt, dass Pflanzenbeete „aus

einem mit Sumpfpflanzen bewachsenen sandig-kiesigem Bodenkörper“ bestehen und

13 Geller, G., Kleyn, K., Lenz, A., Netter, R., Rettinger, S. Hegemann, W. (1992): Erprobung der Leistungsfähigkeit Bewachsener Bodenfilter zur Abwasserreinigung. Ermittlung von Bemessungsgrundlagen, Endbericht des BMFT-Forschungsvorhabens 02 WA 162/85153/88407. Freunde der Landschaftsökologie Weihenstephan (Hrsg.). Heft 714 IÖV-Arbeitsblatt W1/95 (1995): Bewachsene horizontal durchströmte Bodenfilter, IÖV Ingenieurökologische Vereinigung DeutschlandKaitzis 197015 Engelhardt, G. (1992) Der Weg zu einem problemlosen Zulassungsverfahren einer Pflanzenkläranlage - Die Nachbehandlung nach DIN 4261 und Kommunale Anlagen -. NNA Berichte 3: 15-18



1. Kurzdarstellung

9

Pflanzenkläranlagen „neben dem Pflanzenbeet selbst auch sämtliche notwendigen peripheren

Einrichtungen zu dessen ordnungsgemäßem Betrieb“ umfassen (Wissing & Hofmann 200216).

Auch in Kleinkläranlagen wie einer Pflanzenkläranlage muss das Abwasser nach den Prinzipien

der mechanisch-biologischen Abwasserreinigung geklärt werden. Die Abtrennung der

Feststoffe erfolgt in einer ersten mechanischen Stufe, der Vorklärung.

Nach Boller et al. (200217) und Haberl et al. (200318) sind Pflanzen für den Reinigungsprozess

wichtig, da sie

- als Aufwuchsfläche für Mikroorganismen dienen,

- durch Abgabe von Wurzelexsudaten die Aktivität der Mikroorganismen fördern,

- für eine gleichmäßige Temperatur im Bodenkörper sorgen,

- durch Wurzelwachstum und Bewegung im Wind einer Verstopfung des Bodenkörpers

entgegenwirken,

- die Oberfläche vor Erosion schützen und durch ihren Schatten einem Algenwachstum

vorbeugen.

1.4.1 Vergleich technologischer Varianten von Pflanzenkläranlagen

Von Kadlec und Knight (199619) stammt eine Zusammenfassung zur Effizienz der Eliminierung

von Coliformen und von Streptokokken in technisch verschiedenen Systemen von

Pflanzenkläranlagen. In der Regel wurden Coliforme zu mehr als 90 % und

Fäkalstreptokokken zu mehr als 80 % eliminiert. Nach den Angaben dieser Autoren ist der

seuchenhygienische Standard der WHO-Richtlinien von 1000 Fäkalcoli/100 ml für den

Einsatz im Bewässerungsfeldbau und Aquakulturen grundsätzlich erreichbar (WHO, 198920;

16 Wissing, F. & Hofmann, K. (2002) Wasserreinigung mit Pflanzen. Eugen Ulmer GmbH, Stuttgart, 1-220 pp.17 Boller, R., Strunkheide, J. & Witte, H. (2002) Betrieb und Wartung von Kleinkläranlagen. F. Hirthammer Verlag, München, 1-288 pp.18 Haberl, R., Grego, S., Langergraber, L., Kadlec, R.H., Cicalini, A.-R., Martins Dias, S., Novais, J.M., Aubert, S., Gerth, A., Thomas, H. & Hebner, A. (2003) Constructed wetlands for the treatment of organic pollutants. Journal of Soils and Sediments 3: 109-124.19 Kadlec, R.H. and Knight, R.L. (1996): Treatment wetlands. CRC Press, Inc., Lewis Publishers, Boca Raton, New York, London, Tokyo20 WHO (1989). Health guidelines for the use of wastewater in agriculture and aquaculture. WHO Tech. Report Series No. 778, Geneva



1. Kurzdarstellung

10

Green et al. 199721). Allerdings bleibt festzuhalten, dass eine systematische Untersuchung und

Bewertung der Hygieneleistung einschließlich aller der für die Norm(en) geforderten Parameter

nicht erfolgte.

Nach Untersuchungen von Hörner u. Bahlo (199622) kann in Anlagen mit vertikalem Durch-

fluss ein im Sinne der EG-Richtlinie für Badegewässer23 ausreichender Effekt erzielt werden.

An drei vertikal durchströmten Pflanzenkläranlagen in Österreich betrug die

Eliminationsleistung hinsichtlich der Gesamtcoliformen 3 bis 4 Zehnerpotenzen, den

Fäkalcoliformen 3 bis 4, bei den Enterokokken 2 bis 3 Zehnerpotenzen (Mitterer 199524).

Längs eines horizontal durchflossenen Bodenkörpers findet ein Abbau des organischen

Materials durch die Mikroorganismen statt. Der Abbau ist an einer bestimmten Stelle mit einem

Wechsel von anaeroben zu aeroben Milieubedingungen verbunden, wodurch es zu einem

Anstieg der Biomasse und damit zur Bildung von Überschussschlamm kommt. Dieser kann die

Poren des Bodenfilters verstopfen, ein Vorgang, der Kolmation genannt wird. In

Pflanzenkläranlagen kennt man die mikrobiologische Kolmation insbesondere aus dem

Einlaufbereich, da hier Luftsauerstoff und anaerobes Abwasser aufeinander treffen (Wissing &

Hofmann 200225). Je stärker das Gefälle in den Pflanzenbeeten ist, desto besser kann der

entstehende Wasserdruck der Bakterienkolmation entgegenwirken (Kollatsch 199226). Dieser

Effekt wird als Vorzug der vertikal durchströmten Beete diskutiert.

21 Green, M.B., Griffin, P., Seabridge, J.K., Dhobie, D. (1997): Removal of bacteria in subsurface flow wetlands. Wat. Sci. Tech. 35(5), 109-11622 Hörner,G., Bahlo,K. (1996): Keimelimination bei der Abwasserreinigung in bewachsenen Bodenfiltern. Wasser u. Boden 48, 13-1623 Richtlinie 76/160/EWG des Rates über die Qualität der Badegewässer vom 8. Dezember, 197524 Mitterer, G. (1995): Hygienisch-bakteriologische Untersuchungen an Pflanzenkläranlagen. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst 11/95, Graz25 Wissing, F. & Hofmann, K. (2002) Wasserreinigung mit Pflanzen. Eugen Ulmer GmbH, Stuttgart, 1-220 pp.26 Kollatsch, D. (1992) "Naturnahe" Kläranlagen bis 1000 EW. NNA Berichte 3: 35-38.



1. Kurzdarstellung

11

Eine mechanische Kolmation wird durch nicht abgefilterte Stoffe verursacht. Diese wandern

zunächst in das Porensystems des Bodenfilters ein und bedecken diesen schließlich als

Schlammkuchen (Löffler 199227).

1.4.2 Einfluss der Bepflanzung auf die Keimreduktion

Den Effekt der verstärkten Eliminierung von Bakterien (E. coli) in der Rhizosphäre von

Phragmites bzw. Typha (mit 35 - 91%) gegenüber unbepflanzten Kontrollvarianten (mit 0 -

35%) konnten Rivera et al. (199528) in Mikrokosmos-Untersuchungen bestätigen. Jedoch

ließen sich zwischen den beiden Pflanzenspecies keine signifikanten Unterschiede in der

Effizienz feststellen. Im Winter ergab sich bei den Untersuchungen im Pilotmaßstab eine

geringere Eliminierungsrate als in den Sommermonaten, wobei aber hier kein signifikanter

Unterschied zwischen bepflanzter und unbepflanzter Variante festzustellen war.

1.4.3 Einfluss der Bodenmatrix auf die Keimreduktion

In Abhängigkeit vom Vorhandensein oberflächenaktiver Bodenkolloide und essensieller

Nährstoffe werden Mikroorganismen im Bodenkörper filtriert. Nach Pekdeger (198429) wird

die Filtrationseffektivität verstärkt durch die irreguläre Gestalt der Bakterien und dem

Vorhandensein von Filamenten an der Bakterienoberfläche.

27 Löffler, H. (1992) Das Pflanzenbeet-Klärverfahren Phytofilt - theoretische Grundlagen - praktische Anwendung. NNA Berichte 3: 5-10.28 Rivera, F., Warren, A., Ramirez, E., Decamp, O., Bonilla, P., Gallegos, E., Calderon, A., Sanchez, J.T. (1995): Removal of pathogens from wastewaters by the root zone method (RZM). Wat. Sci. Technol. 32(3), 211-21829 Pekdeger, A (1984): Pathogenic Bacteria and Viruses in the Unsaturated Zone, In: Yaron, B; Dagan, G.; Goldschmid (Eds.): Pollutants in Porous Media, Springer Verlag, 195-206



1. Kurzdarstellung

12

Der Transport der Mikroorganismen im Boden wird durch deren Adsorption an die

Bodenmatrix beeinflusst. Nach Carlson (198630) können Bakterien im Boden und Viren als

negativ geladene hydrophile Kolloide betrachtet werden, die mit den Oberflächen der

Bodenpartikel in Wechselwirkung treten. Eine weitere Form der Adsorption ist die Anheftung

der Bakterien an Oberflächen über extrazelluläre polymere Substanzen, die von den meisten

Bakterien gebildet werden. Die Adsorption ist abhängig von der Größe der Bodenpartikel und

deren Gehalt an organischer Substanz. Ton- und humusreiche Böden begünstigen aufgrund

ihrer großen spezifischen Oberfläche die Adsorption. Adsorbierte Bakterien sterben nicht

zwangsläufig ab. Nach einer Desorption ist ihr Weitertransport möglich. Sedi-

mentationsvorgänge erhöhen das Rückhaltevermögen des Bodens gegenüber Bakterien.

Hagendorf und Hahn (199432) untersuchten die Leistungsfähigkeit einer Reihe von Anlagen in

Deutschland. Beste Reinigungsergebnisse wurden in Anlagen mit nichtbindigem Bodenmaterial

und vertikalem Durchfluss erzielt. Anlagen mit horizontalem Durchfluss zeigten nicht diese

hohe Leistungsfähigkeit. Anlagen mit kiesigem Boden erreichen eine schwächere

Keimverminderung als diejenigen mit fein- bis mittelsandigem Boden. Bindige Böden führten

zu hydraulischen Problemen (Überstau), was drastisch die Leistungsfähigkeit dezimierte.

30 Carlson, S (1986): Bakteriologie und Virologie des Wassers, In: Höll, K: Wasser, 7. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin, 421-53532 Morell, A; Börnert, W; Hagendorf, U (1992): Ergebnisse und Bewertung von mehrjährigen Untersuchungen an der Wurzelraumanlage Hofgeismar-Beberbeck, Wasser und Boden, H. 4, 212-216Hagendorf, U., Hahn, J. (1994): Untersuchungen zur umwelt- und seuchenhygienischen Bewertung naturnaher Abwasserbehandlungssysteme. Umweltbundesamt Texte 60/94



1. Kurzdarstellung

13

1.4.4 Einfluss klimatischer Verhältnisse auf die Keimreduktion

Die Effizienz einer Anlage hängt darüber hinaus von lokalen klimatischen Bedingungen ab. So

konnten Stott et al. (199733) bei Anlagen in Ägypten eine nur insuffiziente Reinigung von

kommunalem Abwasser hinsichtlich fäkalcoliformer Keime feststellen und weisen auf die

Bedeutung des ariden Klimas hin. Williams et al. (199534) fanden wiederum in England eine im

Vergleich zu Ägypten ungünstigere allgemeine Keimreduktionsleistung. Auch aus Deutschland

liegen Befunde vor, welche die Abhängigkeit der Reinigungsleistung von der Temperatur

belegen; Bauernfeind (198635) sowie Gräf (198136) ermittelten anhand der Untersuchung eines

abwasserbelasteten Weihergebietes mit natürlicher Aufwuchszone einen deutlichen Anstieg der

Bakterienreduktion in den Sommer- gegenüber den Wintermonaten.

Untersuchungen zur Keimreduktionsleistungen an Praxisanlagen sind auf Grund der

wechselnden Belastungen und des unterschiedlichen Designs, anderen Betriebsregimes usw.

nur eingeschränkt für eine systematische Aufklärung der Wirkungsmechanismen und der

Optimierung der Anlagen bezüglich der Keimreduktionsleistung geeignet37. Andererseits

beweisen Untersuchungen an Mikrokosmen, daß offensichtlich erst unter den komplexen

mikrobiologischen Bedingungen in Pilot- und Praxisanlagen die höchsten

Keimreduktionsleistungen erzielt werden können.

33 Stott, R., Jenkins, T., Shabana, M., May, E., (1997): A survey of the microbial quality of wastewaters in Ismailia, Egypt and the implications for wastewater reuse Water Science and Technology 35, 211 - 21734 Williams, J., Bahgat, M., May, E., Ford, M., Butler, J. (1995): Mineralisation and pathogen removal in Gravel Bed Hydroponic constructed wetlands for wastewater treatment water science and technology 32 49 - 5835 Bauernfeind S. (1986): Mikrobiologische und chemische Untersuchungen in einem Klärwerk mit pflanzenbesetztem Abwasserteich im Winter 1983/84: Zbl. Bakt. Hyg. B 182, 177-19236 Gräf, W., Kersch, D., Pawlowsky, Ch. M., (1981): Hygienische und mikrobiologische Beeinflussung natürlicher Gewässerbiotope durch Algen und Wasserpflanzenaufwuchs. 2. Mitteilung: Verbesserung der chemischen und bakteriologischen Gewässergüte durch natürlichen Wasserpflanzenaufwuchs. Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Orig. B 174 530-55537 Mathys, W (1998): Abschätzung gesundheitlicher Risiken beim Betrieb von Kleinkläranlagen, speziell von Pflanzenkläranlagen, Literaturstudie Univ. Münster, Inst. f. Hygiene



1. Kurzdarstellung

14

Untersuchungen zur bakteriellen Reinigungsleitung von Pflanzenklkäranlagen sind insgesamt

bisher nur vereinzelt publiziert38.

Das Anlagendesign der Pilotanlagen „Langenreichenbach“ und „Xochitla“ basiert daher im

Wesentlichen auf den üblichen Empfehlungen und Normen entsprechend den allgemein

anerkannten Regeln der Technik (DIN 4261-139, ATV A 262 1998), einer Planungsgrundlage

des UFZ (UFZ 199940) und der Ausführungsplanung der Umweltschutz-Nord GmbH (U-Nord

200041).

1.4.5 Ökotoxikologische Untersuchungen

In konventionellen Kläranlagen erfolgt ein Abbau vieler Substanzen i. d. R. nicht vollständig; in

manchen Fällen kommt es sogar zur Bildung von Stoffen, die sich negativer auf den

Organismus auswirken, als die Ausgangssubstanz (García-Reyero et al. 200142, Matthiessen &

Sumpter 199843).

1994 wurde man auf sogenannte endokrine Disruptoren aufmerksam (Guillette et al. 199444,

Purdom et al. 199445). In vitro-Tests haben z. B. gezeigt, dass Männchen mancher Fischarten

bei nur 0,1 ng/L 17α-Ethinylestradiol zur Verweiblichung neigen. Es wird angenommen, dass

endokrine Disruptoren, wie sie z. B. in Kunststoffen als Weichmacher oder auch

natürlicherweise als Phytoöstrogene in Pflanzen vorkommen auch einen Einfluss auf die

38 Thurston JA, Gerba CP, Foster KE, Karpiscak MM (2001): Fate of Indicator Microorganisms, Giardia and Cryptosporidium in Subsurface Flow Constructed Wetlands, Water Research, 35, 6, 1547-155139 Normenausschuß Wasserwesen (NAW) im Deutschen Institut für Normung e.V. 2002: DIN 4261 Kleinkläranlagen - Teil 1: Anlagen zur Abwasservorbehandlung, Berlin Dezember 200240 Bederski, O (1999): Planungsgrundlage für ein pilottechnisches Pflanzenkläranlagensystem, UFZ intern41 Umweltschutz Nord GmbH (2000): Ergebnisse der Ausführungsplanung, Baubeschreibung für die Erstellung eines halbtechnischen Pflanzenkläranlagensystems zur Untersuchung der Keimreduktion, UFZ intern42 García-Reyero, N., Grau, E., Castillo, M., López de Alda, M.J., Barceló, D. & Pina, B. (2001) Monitoring of endocrine disruptors in surface waters by the yeast recombinant assay. Environ Toxicol Chem 20: 1152-1158.43 Matthiessen, P. & Sumpter, J.P. (1998) Effects of estrogenic substances in the aquatic environment. In: Braunbeck, T., Hinton, D.E. & Streit, B. (eds.) Fish ecotoxicology. Birkhäuser, pp. 319-335.44 Guillette, L.J.J., Gross, T.S., Masson, G.R., Matter, J.M., Percival, H.F. & Woodward, A.R. (1994) Developmental abnormalities of the gonad and abnormal sex hormone concentrations in juvenile alligators from contaminated and control lakes in Florida. Environ Health Perspect 102: 680-8.45 Purdom, C.E., Hardiman, P.A., Bye, V.J., Eno, N.C., Tyler, C.R. & Sumpter, J.P. (1994) Estrogenic effects of effluents from sewage treatment works. Chem Ecol 8: 275-285.



1. Kurzdarstellung

15

menschliche Reproduktionsfähigkeit haben (Toppari et al. 199646). Sowohl für die Umwelt als

auch den Menschen sind daneben Stoffe in das Zentrum des Interesses gerückt, die eine Ah-

Rezeptor-vermittelte Wirkung besitzen und auch dioxinähnlich wirksame Stoffe genannt

werden. Zu dieser Stoffgruppe gehören halogenierte organische Verbindungen wie

polychlorierte Dibenzodioxine (PCDDs), -furane (PCDFs) und Biphenyle (PCBs), von denen

vielfältige Wirkungen auch auf den menschlichen Organismus bekannt sind (Birnbaum 199547,

Peterson et al. 199348).

Die in dieser Studie eingesetzte Biotestbatterie basiert auf einer Biotestkombination aus

hierarchisch hintereinander geschalteten Teststufen von Fischzellkulturen (Braunbeck 1993,

199449, Hollert & Braunbeck 199750), die im Rahmen früherer Forschungsvorhaben unter

Förderung des „Projektes Angewandte Ökologie“ der LfU Baden-Württemberg entwickelt

wurde. Mit Hilfe dieses In vitro-Testsystems wurden in der Vergangenheit Monosubstanzen

(öko)toxikologischer Relevanz (Braunbeck et al. 1995b51) und Abwasserproben verschiedener

Direkt- und Indirekteinleiter (Braunbeck et al. 1995a52, Braunbeck et al. 199753, Hollert &

46 Toppari, J., Larsen, J.C., Christiansen, P., Giwercman, A., Grandjean, P., Guillette, L.J., Jégou, B., Jensen, T.K., Jouannet, P. & Keiding, N. (1996) Male reproductive health and environmental xenoestrogens. Environ Health Perspect 104: 741-803.47 Birnbaum, L.S. (1995) Developmental effects of dioxins. Environ Health Perspect 103: 89-94.48 Peterson, R.E., Theobald, H.M. & Kimmel, G.L. (1993) Developmental and reproductive toxicity of dioxins and related compounds: cross-species comparisons. Crit Rev Toxicol 23: 283-335.49 Braunbeck, T. (1993) Entwicklung von Biotestverfahren mit Zellkulturen aus Fischen und Mollusken zum Nachweis letaler und subletaler Schäden von Organismen durch Umweltschadstoffe im Wasser. Veröff PAÖ 7: 537-559.50 Braunbeck, T., Hollert, H., Dürr, M. & Erdinger., L. (1997) Biotests in der Ökotoxikologie am Beispiel des Fischzelltests. Veröff. PAÖ 22: 241-256.51 Braunbeck, T., unter Mitarbeit, v., Arnold, H., Bauer, I., Briese, I., Hauck, C., Hollert, H., Holzschuh, J., Islinger, M., Müller, F. & Zahn, T. (1995b) Zelltests in der Ökotoxikologie - Cytotoxizitätstets mit Zellkulturen aus Fischen als Alternative und Ergänzung zu konventionellen Fischtests. Landesanstalt für Umweltschutz des Landes Baden Württemberg, 204 pp52 Braunbeck, T., Berbner, T., Bieberstein, U., Erdinger, L., Geier, V., Hollert, H., Leist, E., Rahman, N. & Zipperle, J. (1995a) Toxikologische und Ökotoxikologische Untersuchung und Bewertung verschiedener Kompartimente in Fliegewässern mit Hilfe eines mehrstufigen Prüfsystem mit Zellkulturen aus Fischen. Veröff PAÖ 345-358.53 Braunbeck, T., Hollert, H., Dürr, M. & Erdinger., L. (1997) Biotests in der Ökotoxikologie am Beispiel des Fischzelltests. Veröff. PAÖ 22: 241-256



1. Kurzdarstellung

16

Braunbeck 1997, Hollert et al. 199654) auf ihr toxikologisches Schädigungspotential überprüft.

Die Biotestbatterie wurde zur Untersuchung partikulär-gebundener Schadstoffe in der

Vergangenheit um den Comet-Assay als Gentoxizitätstest erweitert (Hollert & Braunbeck

199755). Da sich die Biotestkombination als sehr aussagekräftig und praktikabel erwies, wurde

sie auch in dieser Studie eingesetzt.

54 Hollert, H., Dürr, M., Dörr, I., Erdinger, L. & Braunbeck, T. (1996) Toxikologische und ökotoxikologische Untersuchung und Bewertung der Kompartimente in Fließgewässern mit Hilfe von Zellkulturen aus Fischen. Veröff. PAÖ 16: 469-488.55 Hollert, H. & Braunbeck, T. (1997) Ökotoxikologie in vitro - Gefährdungspotential in Wasser, Sediment und Schwebstoffen. Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, 189 pp.



1. Kurzdarstellung

17

1.5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen

Zusammenarbeiten ergaben sich bei den parasitologischen Untersuchungen mit dem Institut für

Hygiene und Öffentliches Gesundheitswesen Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

(Direktor: Prof. Dr. M. Exner). Herrn Prof. Exner danken wir für die Überlassung des

Abschlußberichtes des Forschungsprojektes “Untersuchungen zur mikrobiellen

Fließgewässerbelastung durch Kläranlagen“, gefördert durch das Ministerium für Umwelt,

Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfahlen56.

Eine enge Kooperation besteht außerdem mit dem Institut für Hygiene und Umweltmedizin der

Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald (Direktor: Prof. Dr. A. Kramer).

Im Rahmen des Unterauftrages des Zoologischen Instituts der Ruprecht-Karls-Universität

Heidelberg ergab sich eine Zusammenarbeit mit dem Institut für Hygiene der Ruprecht-Karls-

Universität Heidelberg (Direktor em.: Prof. Dr. Dr. h.c. Hans-Günther Sonntag, Dr. Lothar

Erdinger).

Im Rahmen einer Förderung des Internationalen Büros des BMBF, Deutsches Zentrum für

Luft- und Raumfahrt DLR, Königswinterer Str. 522 – 524, 53227 Bonn fand eine technische

Beratung der mexikanischen Partner in Merida (Yucatàn) statt. Ziel dieser Reise war die

Optimierung der mikrobiologischen Überwachung einer Pilotanlage (Chacsinkin).

Weitere Kooperationen entstanden im Rahmen des Projektes mit:

Abwasserzweckverband Heidelbach e. V., Am Heidelbach 99, 04889

Langenreichenbach

Analysis & Research Lab, S. A. De C. V., Mexico D.F., Emma No.105, Col. Nativitas,

C.P. 03500 Mexico, D.F. (Mikrobiologisches Labor)

Fundación Xochitla, A.C. / Park Xochitla, Edo. de Mexico, Fundación Xochitla, Apdo.

Postal 44, Tepotzotlán, Edo. de México, C.P. 54600 México

56 Siehe auch Kistemann T. et al. (2002): Mikrobielle Fließgewässerbelastung aus Kläranlagenabläufen, 35.Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft 2002, Gewässerschutz-Wasser-Abwasser 188, Aachen 2002



1. Kurzdarstellung

18

Internationales Büro des BMBF, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR,

Königswinterer Str. 522 – 524, 53227 Bonn

Universidad Autonoma de Yucatan, Facultad de Ingenieria, Merida, Calle 60 No. 491-A

X 57 Centro, C.P. 97000, Mérida, Yucatán, México

Universidad Nacional Autónoma de México, Programa de Ingenieria Quimica Ambiental

y Quimica Ambiental, Edificio "E", planta baja, Paseo de la Investigation Cientifica, Ciudad

Universitaria, 04510 México, D. F..

1.6 Verwendete Fachliteratur

Es wurden im wesentlichen die Ergebnisse aus den Zwischenberichten des DBU-Projektes

„Bewachsene Bodenfilter als Verfahren der Biotechnologie“ in Projektarbeit diskutiert und

berücksichtigt:

- DBU-Sachstandsberichte (1999, 2000, AZ: 14178-07) „Bewachsene Bodenfilter als

Verfahren der Biotechnologie: Mikrobiologische Untersuchungen zur seuchen-

hygienischen Bewertung naturnaher Abwasserbehandlungsanlagen“

- DBU-Abschlussbericht „Bewachsene Bodenfilter“ des Teilprojektes zu mikrobio-

logischen Untersuchungen (Hagendorf 2002).

In das Untersuchungsspektrum während des Dauerversuches wurde die Diagnostik auf

Clostridien mit aufgenommen. Grund für die Änderung sind die Ergebnisse des DBU-Projektes

„Bewachsene Bodenfilter als Verfahren der Biotechnologie: Mikrobiologische Untersuchungen

zur seuchenhygienischen Bewertung naturnaher Abwasserbehandlungs-anlagen“ (AZ: 14178-

07). Hierbei wurden Clostridien (sulfitreduzierende anaerobe Species der Gattung Clostridium)

deutlich geringfügiger reduziert als z. B. die Fäkalindikatoren. Die Bedeutung der

Clostridienreduktion als Hygieneleistungsparameter bei der Abwasserklärung ist noch

ungenügend untersucht, Beziehungen zwischen Clostridien und weiteren potentiell pathogenen

Erregern (z. B. Parasiten) sind weiter abzuklären. Hierbei wurde eine geringere

Eliminierungsrate von Clostridien gegenüber den Fäkalindikatorkeimen ermittelt, was als

mögliches Anzeichen auf unterschiedliche artbezogene Wirkungsgrade der Keimelimination in

bewachsenen Bodenfiltern diskutiert wurde.



1. Kurzdarstellung

19

Weiterhin wurden die Diskussionspunkte der DBU-Tagung „Bodenfilter“ in der

Projektgestaltung berücksichtigt57.

57 siehe auch Szewzyk U., Grohmann E., Alexandrino M. (2000): Mikrobiologische Untersuchungen zur seuchenhygienischen Bewertung naturnaher Abwasserbehandlungsanlagen, Teil 1: Untersuchungen zur mikrobiellen Ökologie von Bodenfiltern als Voraussetzung zum Verständnis der Elimination von Krankheitserregern, TU Berlin, Ökologie der Mikroorganismen, Fakultät III, Bericht 2000



2. Eingehende Darstellung

20

2 Eingehende Darstellung

2.1 2.1 Erzieltes Ergebnis

2.1.1 Methoden

2.1.1.1 Untersuchte Anlagen

2.1.1.1.1 Deutschland

2.1.1.1.1.1 Standort Pilotanlage Langenreichenbach

Die Pilotanlage in Langenreichenbach wurde eigens für die Bearbeitung des Projektes

konstruiert. Anhand dieser Pilotanlage wurde die Optimierungsphase über diverse

mikrobiologische Kennwerte und Belastungssituationen durchgeführt und im Anschluss in

einem Dauerversuch getestet. Es handelt sich ursprünglich um eine einstufige Anlage mit einer

Reihe von unbepflanzten und bepflanzten Vertikal- und Horizontalfiltern (Abbildung 1), die

sich zudem auch in der Substratfüllung unterscheiden (Tabelle 1). Getestet wurden die

Substrate Sand, Blähton und ein Blähton-Mischsubstrat (Becken 7a).

Das Rohabwasser (Roh) wurde in einer Rotte vorgeklärt und gelangte dann als Zulaufwasser

(NF) zu den einzelnen Becken. Diese parallel vorgenommene Beschickung der Becken mit

verschiedener Betriebsführung ermöglichte einen unmittelbaren Vergleich untereinander.

Tabelle 1: Übersicht über die Zusammensetzung der Filtermaterialien in der Pilotanlage Langenreichenbach

Filtersubstrat-Bezeichnung Substratcharakterisierung

Sand 0/2 Sand 0/2:100% Korngrößenverteilung: 0/ 2 mm, d10=

0,2 mm, U=3,9

Blähton 2/4 Blähton-Mischsubstrat: 25% Sand (0/2 mm) 75%

Blähton-Rund (2/4 mm), U=4,4

http://2.1.1.1




21

Als zusätzliches Testkonstrukt waren zu Beginn zwei Abwasserteiche, jeweils ein flotierender

und ein unbelüfteter, in der Pilotanlage integriert. Der flotierende Abwasserteich musste

allerdings nach der Optimierungsphase aus dem Programm entfernt werden. Ursache dafür war

die Zersetzung der pflanzlichen Biomasse und der damit verbundene Verlust der Stabilität. Die

Konstruktion war somit nicht mehr als repräsentatives System anzusehen. Folgende bauliche

Veränderungen/Optimierungen wurden unter anderem im Laufe des Berichtszeitraumes 2002

an der Anlage vorgenommen:

- Überführung ausgewählter Einzelbecken in Beckenkopplungen (Ende der

Optimierungsphase), d.h. Umleitung des Ablaufwassers des 1. Beckens als

Zulaufwasser des jeweils 2. Beckens

- Änderung der Beschickungsmengen (hydraulische Flächenbelastung) und Be-

schickungsintervalle

- Veränderung der Einlaufkulisse bei horizontalen Becken

- Außerbetriebnahme von Ablaufschächten.

Die Überführung in Beckenkopplungen ist das Ergebnis der Optimierungsphase (siehe Kapitel

2.1.3.1), wobei diese Einstellungen im Dauerversuch getestet wurden. Abbildung 2 gibt eine

Übersicht über die gewählten Kopplungskombinationen. Eine detaillierte Beschreibung der

Anlage und Informationen über bauliche Veränderungen während des Projektes können dem

Berichtsteil des Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle GmbH entnommen werden.

http://2.1.3.1




22

Becken 5avertikaler Sandfilter, bepflanzt

Zulauf nach Rotte

NF

Becken 6bvertikaler Blähtonfilter, bepflanzt



Becken 4avertikaler Sandfilter, unbepflanzt

Becken 4bvertikaler Blähtonfilter,

unbepflanzt

Becken 7bEinschichtfilter m

it Passivbelüftung

Becken 7bFlotierender

Abw

asserteich

Becken 2ahorizontaler Sandfilter, bepflanzt

Becken 3bhorizontaler Blähtonfilter,

unbepflanzt


bepflanzt

Becken 3ahorizontaler Sandfilter,

unbepflanzt



bepflanzt

Becken 8A

bwasserteich

Vorklärung

(Rotte)

Roh


Zulauf nach Rotte

NF





Becken 4bvertikaler Blähtonfilter,

unbepflanzt

Becken 7bEinschichtfilter m

it Passivbelüftung

Becken 7bFlotierender

Abw

asserteich



unbepflanzt


bepflanzt

Becken 3ahorizontaler Sandfilter,

unbepflanzt



bepflanzt

Becken 8A

bwasserteich

Vorklärung

(Rotte)

Roh

Abbildung 1: Übersicht zu den untersuchten Einzelbecken (mit Abwasserteich) der Pilotanlage Langenreichenbach




23


NFZulauf nach Rotte




Becken 3bhorizontaler Blähtonfilter, unbepflanzt

Becken 3ahorizontaler Sandfilter, unbepflanzt

Becken 1bhorizontaler Blähtonfilter, bepflanzt





Becken 4bvertikaler Blähtonfilter, unbepflanzt

Becken 7bEinschichtfilter mit Passivbelüftung

Becken 8Abwasserteich

Vorklärung(Rotte)

Roh


NFZulauf nach Rotte















NFZulauf nach Rotte














Vorklärung(Rotte)

Roh

Abbildung 2: Übersicht zu den untersuchten Beckenkopplungen (mit Abwasserteich) der Pilotanlage Langenreichenbach

2.1.1.1.1.2 Standort Belzig

Am Standort Belzig wurden 2 Anlagen getestet. Die Praxisanlage einerseits, eine sich seit

1993 im Langzeitbetrieb befindende, zweistufige Pflanzenkläranlage mit vertikal durchströmten

bepflanzten Becken und eine zweistufige kleintechnische Versuchsanlage in

Containerbauweise andererseits mit vertikalen unbepflanzten Becken. In Tabelle 2 sind die

entsprechend der Anlagen verwendeten Filtersubstrate aufgelistet.

Hintergrund der Integration mehrerer Anlagen in das Untersuchungsprogramm war, die

Analytik unter der Anwendung verschiedener technischer Parameter und Einstellungen

gleichzeitig durchzuführen, um somit Aussagen über die optimalen Versuchsbedingungen zu

erhalten. Tabelle 3 gibt einen Gesamtüberblick zu den verschiedenen Versuchsparametern.




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Tabelle 2: Übersicht über die Zusammensetzung der Filtermaterialien der Anlagen in Belzig


Sand (Praxisanlage)Sand (Alter 10 Jahre) mit organischer

Deckschicht (Humus, Laub)

Sand 0/2 (KTV)Sand, 100% Korngrößenverteilung:

0/ 2 mm

Blähton 2/4 (KTV)100% Blähton-Gebrochen

(Korngrößenverteilung 2/ 4 mm)

Lava, grob (KTV) Korngrößenverteilung 4/ 8 mm

Lava, fein (KTV) Korngrößenverteilung 0/ 4 mm

Quarzsand, grob (KTV) Korngrößenverteilung 4/ 8 mm

Quarzsand, fein (KTV) Korngrößenverteilung 0/ 4 mm

Filtersand, grob (KTV) Korngrößenverteilung 3,15/ 5,6 mm

Filtersand, fein (KTV) Korngrößenverteilung 0,4/ 0,8 mm

2.1.1.1.1.2.1 Praxisanlage der Firma ÖKOTEC an der Waldsiedlung Belzig

Auch hier wurde das Rohwasser in einer Rotte vorgeklärt (Rotte Ablauf = Ra), in einem

Sammelbehälter zwischengelagert und anschließend als Zulaufwasser dem 1. Becken zugeführt

(B1z). In diesem Sammelbehälter wurde während der Rezirkulationsversuche Ra mit B1a

vermischt. Das Ablaufwasser des 1. Beckens (B1a) war zugleich Zulaufwasser des 2. Beckens.

Das Ablaufwasser des zweiten Beckens wurde als B2a bezeichnet. Die untersuchten

technischen Parameter bezogen sich auf das Filtermaterial mit verschiedenen Korngrößen

(Sand oder Blähton, Tabelle 2), auf die Bepflanzung (bepflanzt oder unbepflanzt), auf

verschiedene Rückflussverhältnisse sowie auf die hydraulische Flächenbelastung.




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Einen Überblick, welche Versuche in welchen Anlagen erfolgte, gibt Tabelle 3. Folgende

bauliche Veränderungen/Optimierungen wurden unter anderem im Laufe des Berichts-

zeitraumes 2002 an den Anlagen vorgenommen:

- Erprobung diverser Rückflussverhältnisse

- Änderung der Beschickungsmengen (hydraulische Flächenbelastung) und der

Beschickungsintervalle.

Tabelle 3: Überblick über die verschiedenen Versuchsparameter aller Anlagen

Technische ParameterPilotanlage

(Langenreichenbach)KTV (Belzig) Praxisanlage (Belzig)

Flächenhydraulische

BelastungsvariationenX X X

Verschiedene

FiltermaterialienX X

Un- / bepflanzte

Becken im VergleichX

Variierende

RückflussverhältnisseX X

2.1.1.1.1.2.2 Kleintechnische Versuchsanlage der Firma ÖKOTEC an der

Waldsiedlung Belzig

Die kleintechnische Versuchsanlage wurde mit demselben Zulaufwasser wie die Praxisanlage

gespeist. Diese Anlage diente überwiegend der Testung diverser Filtersubstrate (Tabelle 2)

sowie verschiedener Rückflussverhältnisse. Für detailliertere Angaben der baulichen

Veränderungen wird auf den Berichtsteil der Firma ÖKOTEC GmbH verwiesen.




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2.1.1.1.2 Mexico

2.1.1.1.2.1 Pflanzenkläranlage im Xochitla-Park, Mexico City

Die Anlage in Mexico City hat einen konformen Aufbau zur Pilotanlage in Langenreichenbach.

Die technologischen Unterschiede der Anlagen bezogen sich unter anderem auf das

Filtermaterial mit verschiedenen Korngrößen (Tabelle 4), auf die Bepflanzung (Tabelle 5) sowie

auf die hydraulische Flächenbelastung. Weitere technische Einzelheiten sind dem Berichtsteil

des Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle GmbH zu entnehmen.

Tabelle 4: Übersicht über die Zusammensetzung der Filtermaterialien der Pflanzenkläranlage Mexico City


Tezontle Fein 0/16

Tezontle fein 0/8: sehr gleichmäßige

Korngrößenverteilung durch alle Fraktionen,

U=19, hoher Feinanteil d10= 0,11 mm

Tezontle Grob 0/32

Tezontle grob 0/16 : 87% grobes Oberkorn >

2 mm, U=9, Feinanteil d10= 0,5 mm,

Unterkorns bis 2 mm linear verteilt

Tabelle 5: Zweistufige Bodenfilter-Kopplungen während des Dauerversuchs der Pflanzenkläranlage Mexico City

Kopplung 1 VfA – HcA 4.2 – 6.1 Vertikalfilter - feines Tezontle - Arundo Donax

Horizontal - grobes Tezontle - Arundo Donax

Kopplung 2 VfT – HcT 4.4 – 6.3 Vertikalfilter - feines Tezontle – Typha latifolia & domingensis

Horizontal - grobes Tezontle – Typha latifolia & domingensis

Kopplung 3 VcT – HfT 4.3 – 6.4 Vertikalfilter - grobes Tezontle – Typha latifolia & domingensis

Horizontal - feines Tezontle – Typha latifolia & domingensis




27

2.1.1.2 Untersuchte Parameter

2.1.1.2.1 Methoden in Deutschland

Für die Anwendung hygienisch-mikrobiologischer Verfahren wurden diese in einer ersten

Phase hinsichtlich ihrer Reproduzierbarkeit und Praktikabilität für die Untersuchung von

Abwasser optimiert. So war z. B. zu klären, ob die Membranfiltration oder die Bestimmung

der höchstwahrscheinlichen Keimzahl (MPN-Verfahren, most probable number) die

vorzuziehende Methode ist. Der Anwendung dieser Verfahren ging somit eine intensive

Erprobungsphase voraus. Weiterhin stand auch, soweit möglich, die schnelle Etablierung der

Methoden in den Labors in Mexico im Vordergrund. Die mikrobiologischen

Wasseruntersuchungen (Tabelle 6) der ersten Phase beinhalteten folgende Parameter:

2.1.1.2.1.1 Koloniebildende Einheiten (KBE, TrinkwV 1990)

Nachweisverfahren: DIN 38411 T.5 (1979)

Die Koloniezahl (KBE = koloniebildende Einheiten) pro ml (auf DEV Gelatine-Agar) wurde

bei 222 °C und 361 °C, nach 48 h Inkubation, bestimmt. Es wurden ausschließlich

Agarplatten mit einem Keimzahlbereich von 30 bis 300 Kolonien pro Petrischale in die

Berechnung der Koloniezahlen pro ml einbezogen.

2.1.1.2.1.2 MPN-Methode für die Bestimmung von Indikatorkeimen (coliforme

Bakterien und E. coli)

Nachweisverfahren: Fluorocult® LMX-Bouillon (Merck)58; in Anlehnung an die

Badegewässer-Richtlinie 76/160/EWG

Für die Untersuchung der coliformen Bakterien und E. coli wurde die Methode der MPN

(“most probable number”)-Bestimmung etabliert. Aus den entsprechenden Verdünnungsstufen

wurden jeweils 3 LMX-Bouillon-Röhrchen angesetzt.

58 Fluorocult® LMX-Bouillon (Merck): Simultaner Nachweis von Gesamtcoliformen und E. coli durch Kombination von X-GAL (5-Brom-4-chlor-3-indolyl-ß-D-galactopyranosid) und MUG-Reaktion (4-Methylumbelliferyl-ß-D-glucuronid).

http://2.1.1.2




28

Die Inkubation erfolgt bei 361 °C für 48 h. Das Vorhandensein von coliformen Bakterien

zeigt sich im Farbumschlag der LMX-Bouillon von gelb nach blau-grün. Die Röhrchen werden

außerdem mit einer UV-Lampe (Wellenlänge 360 nm) bestrahlt. Eine dabei auftretende

Fluoreszenz bestätigt die Anwesenheit von E. coli. Aus für coliforme Bakterien und E. coli

positiven Röhrchen wurde auf MacConkey-Agar abgeimpft. Nach Inkubation bei 361 °C für

24 h wurde das Wachstum in Form von rosa oder roten Kolonien als Bestätigung für coliforme

Bakterien bzw. E. coli gewertet.

Parallel dazu wurden die LMX-Bouillon-Röhrchen nach dem Abimpfen auf MacConkey-Agar

subkultiviert und die Röhrchen zum Nachweis von Indolbildung mit Kovacs-Reagenz

überschichtet. Die Bildung eines roten Ringes auf der Oberfläche bestätigte das Vorhandensein

von E. coli. Die quantitative Bestimmung erfolgte anhand der MPN-Tabelle für dreifachen

Ansatz durch Ablesen der entsprechenden Reaktionen. Für die gesamten Methoden sind im

Anhang entsprechende Flussschemata angefügt.

Tabelle 6: Mikrobiologische Basisparameter der Etablierungsphase

Parameter VerfahrenAnlage

Langenreichenbach

Anlage

Belzig

Koloniebildende Einheiten

(TrinkwV, 1990) DIN 38411 T 5 (1979) + +

Coliforme Bakterien Fluorocult® LMX-Bouillon

(Merck)+ +

E. coli Fluorocult® LMX-Bouillon

(Merck)+ +

+ durchgeführt




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Nach der erforderlichen Etablierung und qualitätsgesicherten Anwendung der genannten

Methoden zur Bestimmung der Basisparameter während der Anlagen-Optimierungsphase,

erfolgte eine Erweiterung der Analysen für die Bestimmung ausgewählter, aus

seuchenhygienischer Sicht relevanter bakterieller und parasitärer Erreger im Dauerversuch.

Tabelle 7 zeigt eine Liste dieser Parameter.

Tabelle 7: Untersuchungsparameter des Dauerversuchs

Parameter VerfahrenAnlage

Langenreichenbach

Anlage

Belzig

Koloniebildende Einheiten

(TrinkwV 2001) ISO 6222 + +

Thermotolerante Coliforme

ISO 9308-2,

(NMX AA 42-1987;

NMX 003ECOL)

+ +

E. coli (Miniaturisiertes MPN-

Verfahren) ISO 9308-3+ +

Enterokokken (Miniaturisiertes MPN-

Verfahren) ISO 7899-1+ +

Sulfitreduzierende

Anaerobier (Clostridien)ISO 6461-1 + +*

Salmonellen ISO/CD 6340-2 + +*

Cryptosporidium parvum;

Giardia lamblia

in Anlehnung an US-EPA

814-B-95-003 (1995)+ -

+ durchgeführt - nicht durchgeführt +* ab Juli 2003




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2.1.1.2.1.3 Koloniebildende Einheiten (KBE, TrinkwV 2001)

Nachweisverfahren: ISO 6222

Bis 2003 war das Verfahren der Wahl bei der KBE-Bestimmung nach der früheren

Trinkwasserverordnung die in Deutschland anzuwendende Methode bei der Analytik von

Trinkwasser (TrinkwV 1990). Im Januar 2003 wurde mit der neuen Trinkwasserverordnung

eine weitere Methode zur KBE-Bestimmung zugelassen (ISO 6222), die auf internationalem

Standard basiert und auch in Mexico Gültigkeit besitzt. Aus diesem Grund wurde diese

Methode zusätzlich für den Dauerversuch etabliert und angewendet.

Bei dieser Methode werden bestimmte Volumina oder Verdünnungen der Probe in ein

angegebenes Nährmedium durch Mischen in Petrischalen beimpft. Die Inkubation der Platten

von einer Verdünnungsreihe erfolgt bei 361 °C für 44 h und von einer weiteren bei 222 °C

für 68 h. Berechnet wird die Anzahl KBE je Milliliter (ml) Probe aus der Anzahl der Kolonien,

die in dem Medium gebildet wurden.

2.1.1.2.1.4 Thermotolerante Coliforme

Nachweisverfahren: Nachweis und Zählung thermotoleranter Coliformer (ISO-9308-2)

Das Prinzip basiert auf der Herstellung einer Verdünnungsreihe der Probe, mit der

anschließend Lactose enthaltende Röhrchen beimpft werden. Die Inkubation erfolgt bei

361 °C für 48 h. Nach Ablauf von 24 h werden die inkubierten Röhrchen das erste Mal

abgelesen und dabei auf Trübung und Gasbildung untersucht. Sind beide Prüfparameter positiv,

wird in ein selektiveres Nährmedium subkultiviert. Danach wird erneut bei 444 °C inkubiert.

Die Ergebnisse werden als wahrscheinlichste Keimzahl (MPN) je 100 ml angegeben.




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2.1.1.2.1.5 E. coli

Nachweisverfahren: Nachweis und Zählung von E. coli in einem miniaturisierten

Verfahren (ISO 9308-3)

Die verdünnten Proben werden in eine Reihe Mikrotiterplatten-Vertiefungen, die getrocknetes

Kulturmedium enthalten, eingeimpft. Daraufhin erfolgt eine Betrachtung der Mikrotiterplatten

unter UV-Licht (366 nm) nach einer Inkubationszeit von 36 h bis max. 72 h bei 44 0,5 °C.

Das Vorkommen von E. coli wird durch Fluoreszenz angezeigt (Hydrolyse des MUG). Die

Ergebnisse werden als wahrscheinlichste Keimzahl (MPN) je 100 ml angegeben.

2.1.1.2.1.6 Enterokokken

Nachweisverfahren: Nachweis und Zählung intestinaler Enterokokken mit einem

miniaturisierten Verfahren (ISO 7899-1)

Die verdünnten Wasserproben werden in eine Reihe Mikrotiterplatten 36 h bis maximal 72 h

bei 44±0,5 °C inkubiert. Anschließend wird unter UV-Licht (366 nm) das Vorkommen von

Fäkalstreptokokken durch Fluoreszenz angezeigt (Hydrolyse des MUD). Die Ergebnisse

werden als wahrscheinlichste Keimzahl (MPN) je 100 ml berechnet und angegeben.

2.1.1.2.1.7 Clostridien

Nachweisverfahren: Nachweis und Zählung der Sporen sulfitreduzierender Anaerobier

(Clostridien) (ISO 6461-1)

Es erfolgt eine Selektion der Sporen nach einer Hitzebehandlung und anschließender

Inkubation in flüssigem Anreicherungsmedium unter anaeroben Bedingungen für 44±4 h bei

37±1 °C. Die Ablesung positiver Proben erfolgt über eine Schwarzfärbung der Indikatoren

(Sulfidbildung). Die Ergebnisse werden als wahrscheinlichste Keimzahl (MPN) je 100 ml

berechnet und angegeben.




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2.1.1.2.1.8 Salmonellen

Nachweisverfahren: Nachweis von Salmonellen in Wasser natürlicher Badegewässer

gemäß EG-Richtlinie 76/160 EWG mittels Flüssigkeitsanreicherung

Die im Abwasser vorhandenen Salmonellen werden in gepuffertem Peptonwasser (Inkubation:

18±2 h bei 37±1 °C) angereichert. Anschließend erfolgt eine weitere Anreicherung

verschiedener Mengen des kontaminierten Peptonwassers in R.V.S.-Bouillon (Inkubation:

44±4 h bei 41±1 °C).

Aus der R.V.S.-Bouillon wird auf XLD-Agar fraktioniert ausgestrichen, für 20±4 h bei

36±1 °C bebrütet. Morphologisch verdächtige Kolonientypen werden mit polyspezifischen

Antiseren agglutiniert. Bei positiven Agglutinationreaktionen werden die verdächtigen

Kolonien bis zur biochemischen Differenzierung mit präformierten

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Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Medizinische ... · Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter