Modernisierung von Kläranlagen – Medikamente und Chemie im Abwasser: Wer zahlt?
Medikamente und Chemikalien im Abwasser belasten die Kläranlagen – steigende Abwassergebühren für alle drohen. Experten sehen die Industrie in der Pflicht, doch die wehrt sich.
Die Technik der deutschen Klärwerke ist nicht mehr zeitgemäß. Die Reinigung der Abwässer muss in ganz Deutschland nachgerüstet werden – wegen des ständig steigenden Medikamentenkonsums und immer mehr unbekannter Chemikalien in Bächen und Flüssen.
Allein im Rhein werden derzeit 2.500 noch nicht identifizierte Mikroschadstoffe…mehr:
https://www.zdf.de/nachrichten/heute/klaeranlagen-in-deutschland-veraltet-100.html von Andreas Halbach
ARA-Nachrüstungen reduzieren Mikroverunreinigungen
Die nachgerüstete ARA Thunersee leistet einen wertvollen Beitrag im Kampf gegen die Mikroverunreinigungen der Aare. Das geht gemäss Nachrichtenagentur Keystone-SDA aus dem neusten Gewässerbericht hervor, den der Kanton Bern veröffentlicht hat.
Erstmals seit einem Jahrzehnt haben sich die Fachleute des Gewässer- und Bodenschutzlabors wieder vertieft mit der Ökologie der Aare beschäftigt. Deren Wasserqualität halten sie allgemein für «gut bis sehr gut» Allerdings nehme die chemische Belastung von der Quelle in den Alpen bis zur Kantonsgrenze bei Murgenthal zu. Signifikant reduzieren könne man die Mikroverunreinigungen…mehr:
https://www.aquaetgas.ch/de/aktuell/branchen-news/20190917-aare-ara-nachrüstungen/
ECD warnt vor zunehmender Belastung des Grundwassers durch Arzneimittelrückstände
Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) hat vor einer zunehmenden Belastung des Grundwassers durch Arzneimittelrückstände gewarnt. Die Situation werde sich mit steigendem Arzneimittelkonsum verschärfen, der mit dem Wirtschaftswachstum, der Überalterung der Bevölkerung, den Fortschritten im Gesundheitswesen sowie der Zunahme der Vieh- und Fischzucht einhergeht, erklärte die OECD und verwies auf ihren Bericht „Pharmaceutical Residues in Freshwater“, der Ende September 2019 erscheint. Letztendlich sei ein Lebenszyklusansatz erforderlich, der einen Policy-Mix aus quellenorientierten, nutzungsorientierten und End-of-Pipe-Maßnahmen kombiniert, um Arzneimittel über ihren gesamten Lebenszyklus effektiv zu überwachen und ihren Eintrag in Gewässer zu reduzieren. Hierbei müssten Regierungen wirtschaftliche und regulatorische Impulse geben.
Die Steigerungsrate bei der Herstellung und Diversifizierung von Arzneimitteln übersteigt die der meisten bislang anerkannten Faktoren des globalen Wandels, wie steigende Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre, Nährstoffbelastung, Zerstörung von Lebensräumen und Verlust der biologischen Vielfalt, betont die OECD. Dies habe zu ihrem weit verbreiteten Vorkommen in der aquatischen Umwelt auf der ganzen Welt geführt. Viele pharmazeutische Wirkstoffe kämen weltweit in Böden, Biota, Sedimenten, Oberflächenwasser, Grundwasser und Trinkwasser vor.
Derzeit gibt es laut Bericht etwa 4.000 Human- und Tierarzneiwirkstoffe. Sehr hohe Konzentrationen hiervor seien in industriellen Abwässern und Einleitgewässern in China, Indien, Israel, Korea und den USA zu finden. In Deutschland werde der Arzneimittelkonsum von 2015 bis 2045 um 43 bis 67 Prozent zunehmen.
Bestimmte Arzneimittel verursachen nachweislich unerwünschte Auswirkungen auf die Ökosysteme und beeinflussen die Sterblichkeit, die Physiologie, das Verhalten und die Fortpflanzung von Lebewesen, heißt es in dem Bericht weiter. Unter den für den Menschen bestimmten Arzneimitteln seien Hormone, Antibiotika, Analgetika, Antidepressiva und Krebsmedikamente von großer Bedeutung. Bei den Tierarzneien seien es Hormone, Antibiotika und Parasiten abtötende Wirkstoffe. So verursachten beispielsweise hormonelle Kontrazeptiva die Feminisierung von Fischen und Amphibien, während Antidepressiva das Verhalten der Fische dahingehend verändern, dass sie weniger risikoavers und somit anfälliger für Raubtiere werden. Die übermäßige Verwendung und Abgabe von Antibiotika in Gewässer verschärfe das Problem multiresistenter Keime.
Den vollständigen Artikel lesen Sie in einer der kommenden Ausgaben von EUWID Wasser und Abwasser, die in der Regel dienstags als E-Paper und Printmedium erscheinen. Die Fachzeitung informiert Leser mit knappem Zeitbudget kompakt über die relevanten Entwicklungen in der Wasser- und Abwasserbranche.
Micropoll: Die Anleitung für Schüttelversuche mit PAK ist online!
Hier zu finden:
https://www.micropoll.ch/fileadmin/user_upload/Redaktion/Dokumente/01_Berichte/02_Technische_Verfahren/03_Aktivkohle/190620_Anleitung_Sch%C3%BCttelversuche-final.pdf
Micropoll: Der Bericht mit Erfahrungen zum 1. Betriebsjahr der Spurenstoff-Stufe auf der ARA Thunersee ist online!
Hier zu finden: http://www.arathunersee.ch/site/assets/files/1025/betriebsbericht_pak.pdf
Spurenstoffe im Wasserkreislauf – Vierte Reinigungsstufe und Herstellerverantwortung in der Diskussion
Die Wasserwirtschaft warnt vor der zunehmenden Belastung der Gewässer durch Schadstoffe und insbesondere Spurenstoffe. Diese chemischen Substanzen, die in geringsten Konzentrationen vorkommen, stehen seit einigen Jahren im Interesse von Wissenschaft und Wasserwirtschaft, denn aufgrund der Fortschritte in der Analytik können Wissenschaftler heute geringste Stoffkonzentrationen in der Umwelt nachweisen. Spurenstoffe bzw. Mikroverunreinigungen gelangen durch den Gebrauch von Alltagsprodukten, aber auch durch Chemieunfälle und illegale Einleitungen in die Gewässer.
Viele Spurenstoffe gelangen mit dem Abwasser in die Kläranlagen. Die heute in Kläranlagen eingesetzten biologischen Aufbereitungsverfahren können zwar einige organische Spurenstoffe im Abwasser relativ gut beseitigen. Andere Substanzen dagegen, darunter auch Arzneimittel, werden nicht oder nur ungenügend entfernt. Daher werden bundesweit Verfahren der vierten Reinigungsstufe erprobt, die Spurenstoffe zum Beispiel durch Ozon oder Aktivkohle aus dem Abwasser entfernen.
Hier stellt sich unter anderem die Frage, ob die generelle Einführung einer vierten Reinigungsstufe in kommunalen Kläranlagen sinnvoll ist. In der Diskussion ist bei dem Thema aber auch, ob eine Stärkung des Verursacherprinzips dem Gewässerschutz dienlich wäre.
Der Bundesrat spricht sich für mehr Gewässerschutz und die Verringerung von Arzneimitteleinträgen in Gewässer aus, was auf die Zustimmung des Verbandes kommunaler Unternehmen stößt.
Auch der Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) rät, bei Antibiotikaeinträgen an der Quelle anzusetzen. Bereits der Eintrag von Antibiotika in die Umwelt und die Gewässer ist zu verringern, so das Beratergremium der Bundesregierung.
Bei flüssigen und festen Kunststoffzusätzen in Kosmetika und anderen Pflegeprodukten setzt die Länderkammer auf eine freiwillige Selbstverpflichtung der Hersteller. Diese Forderung nach dem Verursacherprinzip findet die Zustimmung des BDEW.
Der Umweltverband BUND fordert im Hinblick auf die Einträge von Mikroplastik ein mit konkreten Zeitvorgaben versehenes Verbot.
Das Umweltbundesamt (UBA) hat sich dem Thema der Duftstoffe aus Wasch- und Reinigungsmitteln, die in die Kläranlagen gelangen, gewidmet. Sie sollten nach Auffassung des UBA systematisch recherchiert und dokumentiert werden.
Die Entfernung von Kunststoff einschließlich Mikroplastik aus Abwasser durch Kläranlagen mit biologischer Reinigungsstufe ist dem UBA zufolge sehr erfolgreich – bei Mischwasserabschlägen und Abwasser aus der Trennkanalisation müsse die Behandlung aber verbessert werden.
Bei einem anderen möglichen Eintragspfad für Schadstoffe, den Unfällen auf Biogasanlagen, setzt die Behörde mit Blick auf den Gewässerschutz auf eine eigene Verordnung.
Das UBA hat darüber hinaus bekannt gegeben, dass die Belastung des Grundwassers mit Pflanzenschutzmitteln und deren relevanten Abbauprodukten rückläufig ist. Das habe eine Datenauswertung von über 14.000 Messstellen für den Zeitraum 2013 bis 2016 ergeben. Der Rückgang liege vor allem daran, dass bestimmte Wirkstoffe nicht mehr zugelassen seien. Die Belastung mit noch zugelassenen Stoffen sei dagegen gleichbleibend hoch.
Von Bedeutung ist auch das Verhalten der Verbraucher. Eine Kampagne in NRW setzt beim Problembewusstsein der Bevölkerung an.
Bundesweit kommen verstärkt zusätzliche Renigungsstufen auf Kläranlagen zum Einsatz. So erhält die Kläranlage Tübingen eine Ozonungsanlage, die Spurenstoffe aus dem Abwasser herausfiltert.
Mehr zum Thema Spurenstoffe lesen Sie in unserem wöchentlichen Brancheninformationsdienst EUWID Wasser und Abwasser, der in der Regel dienstags als E-Paper und Printmedium erscheint. Die Fachzeitung informiert Leser mit knappem Zeitbudget kompakt über die relevanten Entwicklungen in der Wasser- und Abwasserbranche.
Micropoll: Der Bericht „Pulveraktivkohle: Verfahren und Abtrennstufen“ ist online!
Er gibt eine Übersicht der verschiedenen PAK-Verfahren und -Abtrennstufen und ihre Leistung in Bezug auf den AK-Rückhalt.
Mehr unter:
https://www.micropoll.ch/aktuell/
Nanopartikel katalysieren Chemikalien-Zersetzung
Mikroschadstoffe künftig einfacher entfernen ?
Abwasser ist mit einer Vielzahl von chemischen Substanzen belastet. Viele Käranlagen können diese nicht vollständig entfernen.
Chemikalien-Rückstände gelangen mit Medikamenten, Putzmitteln oder Kosmetik zuhauf in unsere Abwässer – und können daraus in den heutigen Kläranlagen bislang nicht vollständig, nur sehr aufwändig oder sogar gar nicht entfernt werden. Nun haben Forscher einen neuen Nanopartikel-basierten Ansatz entwickelt, der solche Mikroschadstoffe künftig einfacher entfernen könnte – per beschleunigter Zersetzung.
Zürich/Schweiz – Wir alle nutzen in unserem Alltag eine Vielzahl von chemischen Substanzen. Kosmetikartikel, Medikamente wie Antibiotika oder Hormone in Antibabypillen, Pflanzendünger, Reinigungsmittel – alle diese Verbindungen erleichtern zwar unser Leben. Doch für die Umwelt hat der Einsatz dieser Produkte ungünstige Folgen. Denn viele dieser Verbindungen können in den heutigen Kläranlagen nicht vollständig aus dem Abwasser beseitigt werden. Als Mikroschadstoffe gelangen sie in der Folge …mehr:
https://www.process.vogel.de/abwasser-nanopartikel-katalysieren-chemikalien-zersetzung-a-832171/?cmp=nl-254&uuid=1DC4B9E7-1718-4A70-B3EA-0C6A17F0F654
ETH Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
2. Betreiber-Erfahrungsaustausch Aktivkohle – Protokoll
Datum: 28. Mai 2019,
Einführung
B. Bangerter begrüsst alle Anwesenden.
A. Meier weist auf die wertvolle Gelegenheit dieses Treffens für einen Austausch hin. Das Ziel ist, dass die Informationen zwischen den Betreibern von verschiedenen Sprachregionen in der Schweiz und von Deutschland fliessen. Zudem hilft ein Austausch zwischen Betreibern und Ingenieuren, die Projekte zu optimieren und das Verständnis für die jeweils andere Sichtweise zu fördern.
Gegenwärtig sind in der Schweiz fünf Aktivkohle-Anlagen in Betrieb, davon zwei Ulmer-Verfahren, ein GAK im Schwebebett, eine Dosierung von PAK vor den Sandfilter und eine PAK-Dosierung in die Belebtschlamm-Biologie. Zahlreiche Projekte sind in Planung. Mehr:
Abwasser: Nanopartikel katalysieren Chemikalien-Zersetzung
Chemikalien-Rückstände gelangen mit Medikamenten, Putzmitteln oder Kosmetik zuhauf in unsere Abwässer – und können daraus in den heutigen Kläranlagen bislang nicht vollständig, nur sehr aufwändig oder sogar gar nicht entfernt werden. Nun haben Forscher einen neuen Nanopartikel-basierten Ansatz entwickelt, der solche Mikroschadstoffe künftig einfacher entfernen könnte – per beschleunigter Zersetzung.
Zürich/Schweiz – Wir alle nutzen in unserem Alltag eine Vielzahl von chemischen Substanzen. Kosmetikartikel, Medikamente wie Antibiotika oder Hormone in Antibabypillen, Pflanzendünger, Reinigungsmittel – alle diese Verbindungen erleichtern zwar unser Leben. Doch für die Umwelt hat der Einsatz dieser Produkte ungünstige Folgen. Denn viele dieser Verbindungen können in den heutigen Kläranlagen nicht vollständig aus dem Abwasser beseitigt werden. Als Mikroschadstoffe gelangen sie in der Folge in die Umwelt und belasten Fauna und Flora in unseren Gewässern.
Entfernung von Mikroschadstoffen bisher aufwändig
Im Rahmen einer Revision des Gewässerschutzgesetzes hat das Parlament deshalb im Jahr 2014 beschlossen, bis 2040 ausgewählte Kläranlagen der Schweiz mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroverunreinigungen auszurüsten. Obwohl die Finanzierung grundsätzlich gesichert ist, stellt das Vorhaben die Betreiber der Kläranlagen vor eine Herausforderung. Denn die kritischen Stoffe lassen sich nur mit aufwändigen Verfahren beseitigen, die in der Regel auf Ozon, Aktivkohle oder Licht basieren.
Mit Nanopartikeln Abbau den Abbau von Chemikaline-Rückständen fördern
Forscher des ETH-Instituts für Robotik und Intelligente Systeme haben nun einen Ansatz entwickelt, mit dem man diese Substanzen möglicherweise auf elegante Weise einfacher beseitigen kann. Mithilfe von so genannten multiferroischen Nanopartikeln gelang es ihnen, die Zersetzung von Chemikalien-Rückständen in verunreinigtem Wasser anzuregen. Die Nanopartikel sind dabei nicht direkt in die chemische Reaktion involviert, sondern beschleunigen als Katalysatoren die Umwandlung der Substanzen in harmlose Verbindungen.
„Solche Nanopartikel werden in der Industrie bereits an verschiedenen Orten als Katalysatoren bei chemischen Reaktionen eingesetzt“, erklärt Salvador Pané, der als Senior Scientist diese Forschung maßgeblich vorangetrieben hat. „Nun konnten wir zeigen, dass sie auch bei der Reinigung von Abwasser hilfreich sein können.“
Reduktion von Medikamenten-Rückständen um 80 Prozent
Am Beispiel von verschiedenen organischen Pigmenten, wie sie beispielsweise in der Textilindustrie verwendet werden, können die Forschenden zeigen, wie wirksam ihr Ansatz ist. Bild links vor der Behandlung, rechts nach der Behandlung.
Für ihre Versuche haben die Forschenden wässrige Lösungen mit Spuren von fünf weit verbreiteten Medikamenten verwendet. Die Experimente bestätigen, dass die Nanopartikel die Konzentration dieser Substanzen im Wasser um mindestens 80 Prozent reduzieren können. „Darunter waren auch zwei Substanzen, die sich mit der herkömmlichen Methode mit Ozon nicht beseitigen lassen“, unterstreicht Fajer Mushtaq, Doktorandin in der Gruppe, die Bedeutung dieser Ergebnisse.
„Bemerkenswert ist, dass wir mithilfe des Magnetfelds die Wirkung der Nanopartikel präzis steuern können“, erklärt Xiangzhong Chen, der als Postdoktorand ebenfalls in das Projekt involviert war. Die Nanopartikel haben einen Kern aus Cobalt-Ferrit, der von einem Mantel aus Bismut-Ferrit
Nanopartikel gegen Mikroverunreinigungen
Problemstoffe im Abwasser effizient beseitigen
Viele Problemstoffe können in den heutigen Kläranlagen nicht vollständig aus dem Abwasser beseitigt werden
Mikroverunreinigungen sind eine große Belastung für unsere Gewässer. Sie aus dem Abwasser zu beseitigen, ist technisch jedoch sehr aufwändig. ETH-Forschende haben nun einen Ansatz entwickelt, mit dem sich diese problematischen Substanzen effizient beseitigen lassen.
Zürich/Schweiz – Wir alle nutzen in unserem Alltag eine Vielzahl von chemischen Substanzen. Kosmetikartikel, Medikamente, Antibabypillen, Pflanzendünger, Reinigungsmittel – alle diese Verbindungen erleichtern zwar unser Leben. Doch für die Umwelt hat der Einsatz dieser Produkte ungünstige Folgen. Denn viele dieser Verbindungen können in den heutigen Kläranlagen nicht vollständig aus dem Abwasser beseitigt werden. Als Mikroschadstoffe gelangen sie in der Folge in die Umwelt und belasten Fauna und Flora in unseren Gewässern.
Im Rahmen einer Revision des Gewässerschutzgesetzes hat das Parlament deshalb im Jahr 2014 beschlossen, bis 2040 ausgewählte Kläranlagen mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe…mehr:
Aktivkohle zur Spurenstoffelimination. DWA-Publikation fast derzeitigen Wissensstand zusammen
Der Einsatz von Aktivkohle oder von Ozon wie auch eine kombinierte Anwendung beider Betriebsmittel wird derzeit in der Fachwelt als Möglichkeit angesehen, gelöste organische Spurenstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Um Betreibern, Planern und Genehmigungsbehörden einen Überblick über den gegenwärtigen Wissensstand an die Hand zu geben, hat die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) den Themenband „Aktivkohleeinsatz auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung – Verfahrensvarianten, Reinigungsleistung und betriebliche Aspekte“ herausgegeben. Er legt verschiedene Teilaspekte zur Aktivkohleanwendung dar. Die Ausführung …mehr:
http://www.gfa-news.de/webcode.html?wc=20190507_003
Der Themenband T1/2019 umfasst 108 Seiten und kann über info@dwa.de oder den DWA-Shop (www.dwa.de/shop) bestellt werden. Er kostet 97,50 Euro (fördernde DWA-Mitglieder zahlen 78 Euro) und ist als Papierversion oder als E-Book im PDF-Format (ISBN Print: 978-3-88721-797-6 und ISBN E-Book: 978-3-88721-798-3) erhältlich.
ETH entwickelt neue Methode zur Beseitigung von Problemstoffen
Problemstoffe – beispielsweise aus Medikamenten oder Putzmitteln – lassen sich nur schwer aus Abwässern beseitigen. ETH-Forschende haben jetzt einen Ansatz entwickelt, wie der dafür notwendige Aufwand reduziert werden kann – dank multiferroischer Nanopartikel.
Bis 2040 will der Bund rund hundert Kläranlagen mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe aufrüsten, die 80 Prozent der Schadstoffe aus Medikamenten, Pflanzenschutzmitteln,…mehr:
Projekt BioSorb setzt auf nachhaltige Adsorbenzien zur Spurenstoffelimination
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT entwickeln neue Adsorptionsmittel für die Eliminierung von Spurenstoffen in kommunalen Abwässern. Das Projekt BioSorb setze auf nachhaltige Adsorbenzien, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren und weitere Vorteile gegenüber der bisher verwendeten Aktivkohle haben, teilte das Institut mit.
Die in Kläranlagen eingesetzte Aktivkohleadsorption könne Spurenstoffe nur zum Teil zurückhalten, so Fraunhofer UMSICHT. Hinzu komme, dass Aktivkohle ein fossiler Rohstoff sei, der in erster Linie unpolare oder wenig polare Substanzen binden könne. Polare und ionisierte Stoffe hingegen blieben meist im Wasser zurück.
Ziel sei, dass die Adsorbenzien ressourcenschonender und selektiver vorgehen, erklärte das Institut. Besonders proteinbasierte Materialien seien vielversprechende Biosorbenzien, da diese weltweit in großem Umfang und oft sogar als Abfallstoffe vorhanden seien. Das Projekt werde zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM durchgeführt.
In einem ersten Schritt soll beim Fraunhofer UMSICHT zunächst ein Screening verschiedener proteinhaltiger Materialien durchgeführt werden, hieß es weiter. Die natürlich nachwachsenden Rohstoffe würden genau untersucht und in ersten Adsorptionsversuchen in kleinem Maßstab auf ihre Eignung getestet. Erste Versuche hätten gezeigt, dass oftmals eine einfache chemische Behandlung – wie eine Kombination aus Säure- und Wärmebehandlung – die Adsorptionsfähigkeit deutlich verbessern könne.
Anschließend sollen laut Fraunhofer UMSICHT im Rahmen einer groß angelegten Versuchsreihe vielversprechende Materialien auf ihre Wirksamkeit als Adsorbenz gegenüber Perfluorbutansulfonsäure (PFBS) geprüft werden.
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Resistente Bakterien auch in europäischen Kläranlagen auf dem Vormarsch
In Deutschland werden in Human- und Veterinärmedizin jeweils 700 bis 800 t Antibiotika pro Jahr verschrieben (Stand 2014). Das EU-Projekt JPI StARE (Stopping Antibiotic Resistance Evolution in the Environment) hat sich zum Ziel gesetzt, gezielt an kommunalen Kläranlagen, die Evolution von Antibiotikaresistenzen zu erfassen und deren Ausbreitung in der Umwelt zu stoppen.
In Deutschland werden in Human- und Veterinärmedizin jeweils 700 bis 800 Tonnen Antibiotika pro Jahr verschrieben (Stand 2014). Je mehr Antibiotika eingesetzt werden, desto höher wird der Selektionsdruck auf Bakterien, resistent oder sogar multiresistent zu werden. „Wenn wir gegen die Ausbreitung resistenter Bakterien nicht entschlossen vorgehen, wird die Behandlung vieler Infektionskrankheiten immer schwieriger oder sogar unmöglich“, sagt …mehr:
Entwicklung eines biokatalytisch arbeitenden Biofilters auf Basis zellularer metallischer Werkstoffe für den gezielten Abbau von Xenobiotika – XenoKat
Motivation: Xenobiotika werden durch den Menschen in die Stoffkreisläufe der Natur eingebracht.
Es sind Hormone, Schmerzmittel, Antibiotika sowie chemische Substanzen, die natürlich in der Umwelt nicht vorkommen. Die bestehenden dreistufigen kommunalen Wasser- und Abwasserreinigungsanlagen sind nur teilweise in der Lage diese Frachten zu eliminieren, viele Xenobiotika gelangen so über das Wasser in die Umwelt; man spricht mittlerweile von anthropogenen Fußabdrücken, welche die menschliche Population weltweit hinterlässt. Die Auswirkungen auf bestimmte Wasserorganismen und Tiere wurden schon umfangreich publiziert. Einige Länder haben bereits Maßnahmen zur Entfernung der Xenobiotika veranlasst, die Einführung einer vierten Reinigungsstufe an den Kläranlagen steht europaweit…mehr:
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/cimtt/ressourcen/dateien/Dossier-XenoKat.pdf?lang=de
Finanzierungssymposium Spurenstoffe
Symposium zur Finanzierung von Maßnahmen zur Reduzierung von Spurenstoffen in Gewässern
Wie können Maßnahmen zur Reduzierung von Spurenstoffen in den Gewässern finanziert werden? Das war das Thema eines vom Umweltbundesamt und Bundesumweltministerium ausgerichteten Symposiums am 22. und 23. Januar 2019 in Berlin. 130 Gäste aus Deutschland und dem benachbarten Ausland waren der Einladung gefolgt. Nun sind die Diskussionsergebnisse und Vorträge nachzulesen.
Die gesamte Bandbreite der Stakeholder sowie eine Vielzahl anschaulicher und präziser Impulsvorträge sorgten für eine intensive Debatte über die Vor- und Nachteile sowie die rechtlichen Grenzen aller möglichen Finanzierungsinstrumente.
Es bestand Konsens in folgenden Punkten:
1. Forderung nach mehr Verursachergerechtigkeit. Die Hersteller- und Produktverantwortung waren unbestritten. Keine Einigkeit gab es über die Art ihrer Wahrnehmung.
2. Die Finanzierung der 4. Reinigungsstufe ist nicht losgelöst von der insgesamt notwendigen Finanzierung auch von anderen Maßnahmen zur Spurenstoffreduzierung zu betrachten.
3. Das Abwasserabgabengesetz ist novellierungsbedürftig.
Dissens bestand in folgenden Punkten:
1. Produktabgaben wurden insbesondere von den betroffenen Stakeholdern abgelehnt. Dies gilt auch für eine Säulenlösung zur Finanzierung der vierten Reinigungsstufe (über Gebühren, Abwasserabgabe und produktbezogene Abgaben).
2. Eine Finanzierung ausschließlich über die Abwasserabgabe wird von den Kommunalverbänden abgelehnt.
3. Maßnahmen zur Umsetzung der Hersteller- und Produktverantwortung
Als Kriterien für die Bewertung von Finanzierungsinstrumenten wurden in der Veranstaltung herausgearbeitet:
1. Wirksamkeit
2. Effizienz
3. Verfassungskonformität
4. Praktikabilität, Vollziehbarkeit, Transaktionskosten
5. Steuerungsfähigkeit
6. Verteilungsgerechtigkeit
An diesen Kriterien werden sich zukünftige Finanzierungsvorschläge messen lassen müssen. Die Vorträge der Veranstaltung sind unter https://finanzierungssymposium-spurenstoffe.de/beitraege nachzulesen.
https://www.umweltbundesamt.de/themen/finanzierungssymposium-spurenstoffe
Fachtagung „Elimination von Spurenstoffe – alles vorgespurt?“ in Luzern
Am 14. März verliessen die 150 Teilnehmer den Panoramasaal des Hôtels Seeburg mit neuen Ideen und Eindrücken – ist alles vorgespurt im Bereich Elimination von Mikroverunreinigungen ? Fast: die Erfahrungen häufen sich an, neue Umsetzungen sind am Laufen, neue Herausforderungen erwarten uns! Mehr:
https://www.micropoll.ch/de/aktuell/
Wissenschaftler der Eawag haben erforscht, wie sich Substanzen aus der Landwirtschaft und geklärtes Abwasser auf das Leben in Flüssen und Bächen auswirken
Kläranlagen und die Landwirtschaft sind hauptverantwortlich für Verunreinigungen in Flüssen und Bächen. Über die Kläranlagen gelangen Medikamentenrückstände, Nährstoffe, Biozide, resistente Bakterien und Schwermetalle in die Gewässer. Aus der Landwirtschaft stammen vor allem Belastungen mit Pflanzenschutzmitteln, Feinsedimenten und Nährstoffen.
Bisher war wenig darüber bekannt, mehr:
Kläranlagen können Risiko durch resistente Bakterien reduzieren
Multiresistente Keime sind ein großes Problem. Die antibiotikaresistente Bakterien breiten sich auch in der Umwelt aus, zum Beispiel im Wasser. Doch Kläranlagen können bei der Bekämpfung der Bakterien helfen.
Dresden/Helsinki
Kläranlagen spiegeln die Situation von Antibiotika-Resistenzen in einer Region recht zuverlässig wider. Eine europäische Vergleichsstudie zeigt die Belastung mit Resistenzgenen für sieben Länder, darunter Deutschland. Demnach können moderne Kläranlagen die Verbreitung von Resistenzgenen verringern, wie das Team um Katariina Pärnänen von der Universität Helsinki und David Kneis von der Technischen Universität Dresden im Fachblatt „Science Advances“ betonen….mehr:
Spurenstoffelimination in Deutschlands grösster Ozonungsanlage in Aachen
In Deutschland hat der Wasserverband Eifel-Rur auf der Kläranlage Aachen-Soers 2017 eine grosstechnische Abwasserozonungsanlage zur Vollstrombehandlung errichtet. Das Ozon wird vor Ort aus Flüssigsauerstoff mittels dreier Ozongeneratoren produziert, welche zusammen maximal 32.4 kg O3/h erzeugen. Über insgesamt 112 Keramik-Diffusoren, aufgeteilt auf zwei Strassen und jeweils zwei…mehr:
Pilotversuch auf der ARA Bülach abgeschlossen
Die Kläranlage Bülach führt seit 2015 einen großtechnischen Versuch mit granulierter Aktivkohle durch. Nach gut 4 Jahren Betrieb ist geplant die Untersuchungen 2019 abzuschliessen. Ein Schlussbericht mit spannenden Erkenntnissen ist auf Mitte 2019 geplant. Mehr:
Forscher erproben neues Verfahren zur Spurenstoffentfernung auf Kläranlagen
BMBF-Verbundprojekt eloise verknüpft umweltfreundliche Energieerzeugung und Abwasserreinigung
Mit einem neuen Verfahren wollen Forscher Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugen und dabei Mikroschadstoffe wie Arzneimittel und Industriechemikalien aus Abwasser entfernen. Die Verfahrenskette aus Elektrolyse zur Produktion von Wasserstoff und ozonbasierter Spurenstoffentfernung soll in einer Pilotanlage auf der Kläranlage Kaiserslautern erprobt werden. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte zweijährige Verbundprojekt eloise, das kürzlich gestartet ist, wird von fünf Partnern aus Wasserwirtschaft und Wissenschaft durchgeführt: Wupperverbandgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH, Anleg GmbH, DBI Gas- und Umwelttechnik GMBH, Kaufmann Umwelttechnik GmbH und Technische Universität Kaiserslautern.
Die Produktion von Wasserstoff ist ein wesentlicher Baustein der Energiewende. Bei der Elektrolyse von Wasser mittels regenerativ erzeugtem Strom aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen fällt neben „grünem“ Wasserstoff als Abfallprodukt jedoch in hohem Maße Sauerstoff an, der bisher nicht genutzt wird. Das Projekt eloise will daher die Bereiche Energieerzeugung und Abwasserreinigung in einem neuen Ansatz miteinander verknüpfen. Der erzeugte Sauerstoff soll hierbei als Grundstoff für die Herstellung von Ozon verwendet werden. Dieses setzen die Forscher ein, um Mikroschadstoffe wie Arzneimittel und Industriechemikalien aus Abwasser zu entfernen. Ziel ist es, eine abgestimmte Verfahrenskette von der Elektrolyse über die ozonbasierte Spurenstoffentfernung bis zur nachgeschalteten biologischen Beseitigung möglicher schädlicher Substanzen, die bei der Ozonierung entstehen, zu schaffen und dabei erneuerbare Energien zu nutzen. Mit dem Projekt soll die grundsätzliche Machbarkeit der Verfahrenskette untersucht und diese auf ihr Wertschöpfungspotenzial überprüft werden.
Am Standort der Kläranlage Kaiserslautern werden die Projektpartner hierfür eine halbtechnische Pilotanlage aufbauen und betreiben. Die in der Praxis untersuchten Verfahrenskomponenten werden zudem modelltechnisch abgebildet, um die Wechselwirkungen zwischen der regenerativen Energieerzeugung, die durch hohe Dynamik und schwankende Überschüsse gekennzeichnet ist, und der ebenfalls dynamischen Abwasserreinigung zu untersuchen. Die Verfahrenskette wird sowohl insgesamt als auch in den Einzelkomponenten nutzbar sein. Mit ca. 10.000 kommunalen Kläranlagen allein in Deutschland versprechen sich die Verbundpartner ein sehr großes Marktpotenzial für eine spätere technische Nutzung.
Das Verbundprojekt „eloise – Innovative Verfahrenskette zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen“ ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz“, Anwendungsbereich „Nachhaltiges Wassermanagement“. Die Maßnahme gehört zum BMBF-Programm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA³).
http://www.wupperverband.de/internet/web.nsf/id/li_pm_eloise_20190218.html
Mikroschadstoffe: IKSR empfiehlt zusätzliche Reinigungsstufe für Kläranlagen
Eine zusätzliche Reinigungsstufe für Kläranlagen könnte zu einer deutlichen Verringerung der Einträge von Mikroschadstoffen beitragen. Maßnahmen an der Quelle sind zwar zu bevorzugen, allerdings reichen diese meist nicht aus, um die Gewässer ausreichend zu schützen. Dies geht aus den neusten Empfehlungen der Internationale Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) hervor, die darstellen wie die Staaten im Rheineinzugsgebiet die Einträge von Mikroverunreinigungen in die Gewässer weiter reduzieren können.
Laut der IKSR belasten vor allem Arzneimittelrückstände, Röntgenkontrastmittel, Pflanzenschutzmittel und unterschiedliche Industriechemikalien den Rhein. Die Kommission habe deswegen die unterschiedlichen Ansätze der Anrainerstaaten zur Eintrags-Vermeidung ausgewertet und im Anschluss gemeinsame Empfehlungen zur Reduktion von Mikroverunreinigungen in Gewässern im Rheineinzugsgebiet erarbeitet.
Als wichtigste Maßnahme erachtet die IKSR eigenen Angaben zufolge Lösungen an der Quelle – die bei den Verbrauchern ansetzten. Zur Reduzierung unnötiger Einträge von Humanarzneimitteln könnten Aufklärungskampagnen zur richtigen Entsorgung nicht verbrauchter Arzneimittel beitragen. Auch sei die separate Sammlung von mit Röntgenkontrastmitteln verunreinigtem Abwasser denkbar. Allerdings könne dies das Problem der Mikroverunreinigungen nicht völlig lösen. Deswegen sei eine Kombination aus Maßnahmen von der Quelle bis zur Abwasserbehandlung erforderlich, um die Einträge in Gewässer zu vermindern.
Wo ist eine zusätzliche Reinigungsstufe sinnvoll?
Für kommunale Abwassersammel- und Behandlungssysteme empfiehlt die IKSR in Frage kommende Kläranlagen auszuwählen, die mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe – beispielsweise Ozonierung oder Aktivkohle – ausgestattet werden sollten. Grund hierfür sei, dass Kläranlagen für viele der betrachteten Stoffgruppen, wie beispielsweise für Arzneimittelrückstände, einen relevanten Eintragspfad in die Oberflächengewässer darstellen.
Eine zusätzliche Reinigungsstufe mit breitem Wirkungsspektrum ist den Angaben zufolge unter dem Gesichtspunkt des Vorsorgeprinzips vorteilhaft. Damit könnten auch neue bzw. bisher nicht identifizierte Stoffe reduziert werden. Jedoch dürften zusätzliche Reinigungsmaßnahmen an kommunalen Kläranlagen nicht dazu führen, dass dezentrale Maßnahmen, wie etwa die Vorbehandlung industrieller Abwässer, und Maßnahmen an der Quelle vernachlässigt werden.
Den vollständigen Artikel lesen Sie in der Ausgabe 07 von EUWID Wasser und Abwasser.
Wahl und Qualitätssicherung von Pulveraktivkohle (PAK)
Welches PAK-Produkt passt zu meinem Abwasser? Welche Angaben soll ich in den Ausschreibungsunterlagen abfragen? Und wie kontrolliere ich die Qualität einzelner PAK-Lieferungen? Diese Fragen sind Bestandteil eines Übersichtsartikels, den die Plattform zusammen mit der Eawag erarbeitet hat und in der Januarausgabe des Aqua und Gas veröffentlichen wird. Zudem wird im Korrespondenz Abwasser, Abfall (wahrscheinlich im Februar oder März) ein Artikel unter der Leitung des KomS erscheinen, über die Auswertung einer Befragung betreffend der bisherigen Betriebserfahrungen zu diesem Thema. Zusätzlich wird im Februar / März der DWA-Themenband T1/2019 publiziert, der umfassende Informationen zum Thema Aktivkohleeinsatz auf ARA ent-halten wird.
Quelle:
https://www.micropoll.ch/fileadmin/user_upload/Redaktion/Dokumente/01_Berichte/05_Newsletter/Newsletter_13.pdf
Antibiotika in Gülle: Biogasanlage keine Barriere
Wirkstoffe trotz veränderter Gärprozesse stabil – Gefahr von resistenten Keimen verringern
Gießen. Viele in der Tiermedizin verwendete Antibiotika, die über Urin und Kot in die Gülle gelangen, lassen sich in Biogasanlagen nicht beseitigen. Das ist das Ergebnis eines Projektes der Justus-Liebig-Universität Gießen, das die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fachlich und finanziell mit rund 343.800 Euro gefördert hat. In Deutschland werden in der Tierhaltung tonnenweise Antibiotika eingesetzt. Ein Großteil davon gelangt über das Düngen landwirtschaftlicher Flächen mit Gülle ungefiltert in die Böden. Dort können sich Bakterien entwickeln, auf die die Arzneien keine Wirkung mehr haben – sogenannte resistente Keime. Da Gülle auch in Biogasanlagen verwendet wird, wurde geprüft, ob Antibiotika dort beseitigt werden können, um den Eintrag in die Umwelt zu verringern. Dieser Weg sei nach Darstellung der Projektbeteiligten für wichtige Verbindungen nicht möglich. DBU-Generalsekretär Alexander Bonde: „Antibiotika müssen schon bei der Vergabe im Stall verringert werden, um Mensch, Tier und Umwelt zu schützen.“
Entwicklung von Antibiotika-resistenten Bakterien weltweites Problem
2017 wurden nach Angaben des Bundesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Deutschland 733 Tonnen Antibiotika an Tierärzte abgegeben, der Großteil davon werde in Nutztierställen eingesetzt. Da nicht alles von den Tieren aufgenommen wird, gelangen Rückstände der Antibiotika und ihrer Stoffwechselprodukte in die Gülle. Diese wird entweder direkt oder nach der Vergärung in Biogasanlagen auf den Äckern verteilt. „Weltweit finden sich Antibiotika in Gülleproben und in Gärresten von Biogasanlagen wieder“, stellt Projektleiterin Dr. Astrid Spielmeyer vom Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie an der Universität Gießen das globale Problem dar. In Deutschland seien Biogasanlagen vor allem in Gebieten mit intensiver Landwirtschaft weit verbreitet. Gleichzeitig seien dies die Regionen mit hohen Antibiotikaabgaben an die Tierärzte. „Es gibt verschiedene Studien, die einen Rückgang der Arzneimittel-Konzentration durch das Vergären von Gülle in den Biogasanlagen beschreiben“, erläutert Spielmeyer. Jedoch seien die genauen Vorgänge bisher nicht eindeutig bekannt gewesen. Ziel des Projektes war es deswegen zu prüfen, ob der Prozess in Biogasanlagen einen Beitrag zum Verringern des Antibiotikaeintrages in die Umwelt leisten könne.
Breitbandantibiotika wie Tetrazyklin wirken bei einer Vielzahl von Bakterien
Spielmeyer: „Rund ein Drittel der in der Tiermedizin abgegebenen Antibiotika gehören zu den antibakteriell wirkenden Sulfonamiden und Tetrazyklinen, die wir untersucht haben.“ Der Wirkstoff Tetrazyklin wird bei Menschen und Tieren als Breitbandantibiotikum verwendet. Das heißt, er wirkt gegen eine Vielzahl von Bakterien und kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn der Krankheitserreger nicht genau bestimmt werden kann. Für die beiden genannten Antibiotika-Gruppen sind bereits resistente Keime nachgewiesen worden. Der Rückgang von Antibiotika in Güllebehandlungsverfahren, wie das Lagern oder das Kompostieren, war in mehreren Studien bereits beschrieben worden – allerdings mit ganz verschiedenen Ergebnissen.
Stabilisierung durch Bindung – Erneutes Freisetzen durch Auswaschen
Im Projekt stellte sich in Zusammenarbeit mit dem Landesbetrieb Hessisches Landeslabor (Bad Hersfeld) heraus, dass unterschiedliche Temperaturen, Säure- und Salzgehalte kaum Einfluss auf die Wirkstoffe hatten. Bei Zusatz von einem Feststoff wie Maissilage, der auch in Biogasanlagen erfolgt, sei es allerdings zu einem Rückgang der Antibiotika-Konzentration gekommen. „Ein derartiger Rückgang, wie er auch in vorherigen Studien festgestellt wurde, heißt nicht unbedingt, dass die chemischen Strukturen zerstört und unwirksam werden“, erklärt Spielmeyer die Zusammenhänge. Wenn sich zum Beispiel Bestandteile der Gülle mit den Wirkstoffen verbinden, könnten die einzelnen Antibiotika zwar nicht mehr nachgewiesen werden, befinden sich aber noch – stabilisiert durch die Bindung – in der Gülle oder den Gärresten. Spielmeyer: „Wenn Wirkstoffe gebunden werden, können sie sich später auch wieder lösen, sodass es zu einem erneuten Freisetzen der Antibiotika in der Gülle oder auch im Boden kommen kann.“ Das hätten die nun veröffentlichten Projektergebnisse gezeigt. Zwar werde oftmals nur ein geringer Teil wieder freigesetzt, dies könne jedoch stetig über einen langen Zeitraum erfolgen.
Weitere Informationen:
https://www.dbu.de/projekt_31812/01_db_2848.html
https://www.dbu.de/doiLanding1328.html
https://www.dbu.de/123artikel38094_2362.html
Inbetriebnahme der Ozonung auf der ARA Bassersdorf
Die ARA Eich in Bassersdorf wurde 1974 in Betrieb genommen und reinigt seither das Abwasser von Lindau, Nürensdorf und Bassersdorf. Die ARA Eich wurde gesetzlich dazu verpflichtet, Mass-nahmen zur Elimination von Mikroverunreinigungen (MV) zu realisieren. Zudem wäre die ARA in naher Zukunft an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt. Im Sommer 2014 entschied sich die Delegiertenversammlung für einen Ausbau der Anlage, nachdem in einer detaillierten…mehr:
Pilotversuch mit GAK im Wirbelbett auf der ARA Langmatt
Auf der ARA Langmatt war im Rahmen eines Pilotversuches das Verfahren GAK im Wirbelbett im Einsatz, zeitweise mit vorgeschalteter Ozonung. Ein A&G-Artikel mit den Resultaten dieses Versuchs wird voraussichtlich in der Ersten Hälfte 2019 erscheinen.
Pilotversuch mit superfeiner PAK und anschliessender Ultrafiltration auf der ARA Châteauneuf, Sion
Im Rahmen eines Pilotversuchs auf der ARA Châteauneuf (Sion) wird die Behandlung von Mikroverunreinigungen mit superfeiner Pulveraktivkohle (SPAK) und anschliessender Ultrafiltration untersucht. Diese Studie wird von den Unternehmen Membratec SA und Alpha Wassertechnik AG sowie dem umweltchemischen Labor der EPFL im Rahmen eines Umwelttechnologieförderungs-Projekts des BAFU durch-geführt.
Mit der vorgeschlagenen Technologie soll die für die Elimination von Mikroverunreinigungen erforderliche PAK-Dosierung signifikant reduziert werden. Die superfeine…mehr:
Projekt Primärenergieverbrauch und Treibhauseffekt von MV-Stufen
Die Verfahren zur Elimination von Mikroverunreinigungen benötigen Energie und verbrauchen Rohstoffe. Diese Aufwände fallen nicht nur als Strom auf der ARA an, sondern es gibt zusätzliche Umwelteinflüsse, wie beispielsweise bei der Produktion der Betriebsmittel Ozon und Aktivkohle. Im Sinne eines sachgemässen Gewässerschutzes ist das Ziel, Massnahmen zur EMV mit möglichst geringen negativen Umwelteinflüssen umzusetzen.
Worauf Betreiber von Schweizer ARA dabei achten sollen, ist Bestandteil des Projekts Primär-energieverbrauch und Treibhauseffekt von MV-Stufen. Die Plattform fasst darin die Erkenntnisse aus bestehenden Studien zusammen und erarbeitet für Schweizer Verhältnisse ein Tool mit dem Schwerpunkt Betriebsmittel. Es ist auch geplant, die Resultate in einem Artikel zu veröffentlichen.
Elimination von Mikroverunreinigungen auf ARA
Pulveraktivkohle – welche passt?
Fünf bis zehn Gramm Pulveraktivkohle weisen die Oberfläche eines Fussballfeldes auf. Das faszinierende schwarze Pulver kann vielerorts eingesetzt werden, zum Beispiel auf Abwasserreinigungsanlagen, um Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser zu eliminieren – und dies immer häufiger. Auf dem Markt sind zahlreiche PAK-Sorten verfügbar, die zwar äusserlich nicht zu unterscheiden sind, aber dennoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dieser Artikel soll Betreiber und Ingenieure bei der Entscheidung unterstützen, welche Pulveraktivkohle für ihr Abwasser optimal ist und wie sie die Qualität neuer Lieferungen überprüfen können.
HINTERGRUND
Aktivkohle (AK) kann vielfältig eingesetzt werden – auch und vor allem im Alltag: Sei es als Kohletabletten oder als Aktivkohle-Filter zur Luft- oder Wasseraufbereitung. Zunehmend kommt sie auch auf kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA) zur Elimination von Mikroverunreinigungen (MV) zum Einsatz. Die gesetzlichen Voraussetzungen für diesen schweizweiten ARA-Ausbau sind in [1] beschrieben. In der Schweiz ist Pulveraktivkohle (PAK) bisher auf der ARA Bachwis in Herisau, der ARA Thunersee (Fig. 1) und der ARA Schönau in Cham in Gebrauch, auf der ARA Penthaz wird granulierte Aktivkohle (GAK) eingesetzt. Aktuell sind …mehr:
https://www.aquaetgas.ch/wasser/abwasser/20183012_ag12_pulveraktivkohle-welche-passt/
Resistenzen schmuggeln sich durch Kläranlagen
Bakterien, die gegen Antibiotikaresistent sind, werden in der Abwasserreinigung nicht vollständig eliminiert. Nur ein Teil der Resistenzen stammt aus dem Zulauf, viele andere finden sich in Belebtschlammbakterien. Wie eine neue Studie der Eawag zeigt, sind Abwasserreinigungsanlagen mehr als nur eine Durchlaufstation – die Resistenzen sind dort aktiv und verändern sich.
Mehr als 95 Prozent aller Bakterien, die aus menschlichen Fäkalien ins Abwasser gelangen, werden in Abwasserreinigungsanlagen entfernt. Trotzdem sind im Auslauf noch viele antibiotikaresistente Bakterien anzutreffen. Wie lässt sich das erklären? Der Mikrobiologe Helmut Bürgmann und seine Gruppe wollten es wissen und untersuchten in zwölf Abwasserreinigungsanlagen (ARA), was mit resistenten Bakterien im Verlauf des Reinigungsprozesses geschieht. Zudem interessierte es die Forschenden, ob Stressoren im Abwasser – zum Beispiel Antibiotika, Biozide oder Schwermetalle – das Auftreten von Resistenzgenen beeinflussen.
Ein «harter Kern» von hartnäckigen Resistenzen
In den zwölf ARAs haben die Forschenden Biomasseproben aus dem Zufluss, den biologischen Reinigungsstufen sowie dem Ablauf entnommen. Daraus extrahierten sie DNA, sequenzierten diese und identifizierten diejenigen Genabschnitte, die für Resistenzen gegen Antibiotika codieren. Zwar haben die Forschenden generell deutlich weniger resistente Bakterien im gereinigten Abwasser nachgewiesen als im Zulauf. Aber: «Der relative Anteil der resistenten Mikroorganismen nimmt in der ARA zu», sagt Bürgmann.
Die Forschenden fanden viele unterschiedliche Resistenzgene, deren Zusammensetzung innerhalb der ARA stark variierte. Eine kleine Gruppe von Resistenzgenen kam auf allen Stufen der Reinigung vor. Dieser «harte Kern» schmuggelt sich durch die ARA und ist vergleichsweise häufig anzutreffen. Aber rund 70 Prozent der verschiedenen Resistenzgene, die mit dem Abwasser in die ARA gelangen, werden im Verlauf des Reinigungsprozesses eliminiert. Dafür kommen aber auch neue hinzu: «Rund 40 Prozent der Resistenzen im Auslauf der ARA haben ihren Ursprung vermutlich im Belebtschlamm», sagt Bürgmann.
Überleben dank Resistenz
Die Forschenden vermuten, dass die Bedingungen in der ARA einen Überlebensvorteil für resistente Mikroorganismen bieten. Ein Hinweis dafür sei, dass sich zwischen der Häufigkeit von Resistenzen und dem Vorkommen von manchen Antibiotika ein Zusammenhang zeigte – obwohl diese in der ARA nur in sehr tiefen Konzentrationen vorhanden sind. Zudem waren die Resistenzgene in der ganzen ARA bis zum Ablauf tatsächlich aktiv. Dass Belebtschlammbakterien häufig Resistenzen tragen, führt Bürgmann auch auf das enge Beieinander der Mikroorganismen in der ARA zurück: «Die Bakterien in den biologischen Reinigungsstufen enthalten zum Teil Resistenzgene, die zu 100 Prozent identisch sind mit denen von Krankheitserregern. Diese haben sie vermutlich durch Genaustausch erworben.»
Mobile Gene
Nebst den eigentlichen Resistenzgenen suchten Bürgmann und seine Gruppe deshalb auch nach sogenannten Mobilitätsgenen. Diese sind ein Hinweis darauf, dass Teile der Erbsubstanz zwischen verschiedenen Bakterien ausgetauscht werden. Wie sich zeigte, befanden sich diese Gene häufig in enger Nachbarschaft zu Resistenzgenen. Das weist darauf hin, dass zwischen menschlichen Krankheitserregern und anderen Bakterien ein substantieller Austausch von Resistenzgenen stattfindet. Das hat Folgen: «Wenn Resistenzen auf Belebtschlammbakterien übertragen werden und diese in die Umwelt gelangen, können sie dort vermutlich besser überleben als die Krankheitserreger», gibt Bürgmann zu Bedenken. Die einfachste Methode um dies zu verhindern sei, die Biomasse in der ARA möglichst vollständig aus dem Wasser zu eliminieren. Die neuen Reinigungsstufen zur Elimination von Mikroverunreinigungen, die Schweizer Kläranlagen in den nächsten Jahren erhalten, werden dazu einen Beitrag leisten.
Originalpublikation
Wastewater treatment plant resistomes are shaped by bacterial composition, genetic exchange, and upregulated expression in the effluent microbiomes
Wastewater treatment plants (WWTPs) are implicated as hotspots for the dissemination of antibacterial resistance into the environment. However, the in situ processes governing removal, persistence, and evolution of resistance genes during wastewater treatment remain poorly understood. Here, we used quantitative metagenomic and metatranscriptomic approaches to achieve a broad-spectrum view of the flow and expression of genes related to antibacterial resistance to over 20 classes of antibiotics, 65 biocides, and 22 metals. All compartments of 12 WWTPs share persistent resistance genes with detectable transcriptional activities that were comparatively higher in the secondary effluent, where mobility genes also show higher relative abundance and expression ratios. The richness and abundance of resistance genes vary greatly across metagenomes from different treatment compartments, and their relative and absolute abundances correlate with bacterial community composition and biomass concentration. No strong drivers of resistome composition could be identified among the chemical stressors analyzed, although the sub-inhibitory concentration (hundreds of ng/L) of macrolide antibiotics in wastewater correlates with macrolide and vancomycin resistance genes. Contig-based analysis shows considerable co-localization between resistance and mobility genes and implies a history of substantial horizontal resistance transfer involving human bacterial pathogens. Based on these findings, we propose future inclusion of mobility incidence (M%) and host pathogenicity of antibiotic resistance genes in their quantitative health risk ranking models with an ultimate goal to assess the biological significance of wastewater resistomes with regard to disease control in humans or domestic livestock.
See DOI
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Ju, F.; Beck, K.; Yin, X.; Maccagnan, A.; McArdell, C. S.; Singer, H. P.; Johnson, D. R.; Zhang, T.; Bürgmann, H. (2018) Wastewater treatment plant resistomes are shaped by bacterial composition, genetic exchange, and upregulated expression in the effluent microbiomes, ISME Journal, doi:10.1038/s41396-018-0277-8, Institutional Repository
GAK-Filtration im DynaSand-System auf der ARA Moos
Die ARA Moos bei Amriswil (Thurgau) ist auf 155 l/s Trockenwetterzufluss ausgelegt. Bei Trockenwetter liegt der Abwasseranteil ihres Vorfluters Aach bei 50%, weshalb sie mit einer Stufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus-gebaut werden muss. Die ARA verfügt über eine dreistrassige Biologie mit grosszügig dimensionierten Nachklärbecken und… mehr:
Überraschender Fund von Schadstoffen in Flohkrebsen
Flohkrebse sind in Schweizer Gewässern Insektiziden, Arzneimittelrückständen und anderen Spurenstoffen ausgesetzt und reichern diese in ihrem Körper an. Immerhin: Werden Kläranlagen aufgerüstet, weisen die Tierchen praktische keine Spurenstoffe mehr auf. Das zeigt eine neue Eawag-Studie.
Das Wasser in Schweizer Flüssen ist mit zahlreichen Mikroverunreinigungen belastet. Noch ist aber kaum erforscht, wie sich diese Spurenstoffe auf die Lebewesen in den Gewässern auswirken. Eine Forschungsgruppe der Eawag konnte nun erstmals im grossen Rahmen nachweisen, dass sich solche Spurenstoffe in Flohkrebsen (Gammariden) anreichern und sich möglicherweise negativ auf die Tiere auswirken.
«Weil die Spurenstoffe im Wasser stark verdünnt sind, wussten wir zu Beginn nicht, ob wir die in den Gammariden überhaupt detektieren können», sagt Juliane Hollender, Leiterin der Abteilung Umweltchemie an der Eawag. Doch ihre Doktorandin …mehr:
Der Schlussbericht des Projekts „Aktivkohle-Schlupf aus Reinigungsstufen zur Elimination von Mikroverunreinigungen“
wurde publiziert und ist verfügbar. Es wird eine Interpretationshilfe der Plattform dazu folgen.