Schutz für ein gefährdetes Gut

Effektbasiertes Monitoring für Oberflächengewässer
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  7. Effektbasiertes Monitoring für Oberflächengewässer

Schutz für ein gefährdetes Gut

November 1986: Bei dem Chemieunternehmen Sandoz steht in der Nähe von Basel eine Lagerhalle in Flammen. Das Löschwasser schwemmte 20 Tonnen Gift, insbesondere Pestizide und Insektizide, aber auch 150 Kilogramm Quecksilber in den Rhein. In dem rot gefärbten Fluss starben über eine Strecke von 400 Kilometern große Fischpopulationen und auch die Trinkwasserversorgung brach in verschiedenen Regionen zusammen. Diese Umweltkatastrophe stellte den Auftakt zu umfassenden Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserqualität und deren Überwachung dar.

Ein bedeutender Meilenstein auf dem langen Weg innerhalb dieser Maßnahmen war die im Jahr 2000 in der EU in Kraft getretene Wasserrahmenrichtlinie (WRRL), die die Erreichung eines guten ökologischen und chemischen Zustands in allen europäischen Flüssen und Seen spätestens bis 2027 vorsieht: die Gewässer sollen demnach möglichst nur geringfügig durch Schadstoffe belastet sein und Pflanzen und Tieren einen naturnahen Lebensraum bieten.

Viele europäische Flüsse enthalten Chemikalien-Cocktails, von denen zwar einige wenige in ihrer Konzentration überwacht werden, aber es gibt Zweifel darüber, ob die richtigen Schadstoffe im Fokus stehen. Das Ziel der WRRL wird bis heute in Europa nicht erreicht. Welche zusätzlichen Substanzen aus den komplexen Mischungen von Schadstoffen in unseren Gewässern überwacht werden sollen, ist das ambitionierte Ziel der aktuellen Überarbeitung der WRRL. Bislang wird der chemische Zustand anhand von 45 sogenannten Prioritären Stoffen bestimmt. Die meisten dieser Stoffe sind inzwischen nicht mehr zugelassen. Demgegenüber bleibt der Großteil der im täglichen Gebrauch befindlichen 100.000 Substanzen aus Pestiziden, Bioziden, Pharmazeutika, Tenside, Farbstoffe, Haushalts- und Industriechemikalien unberücksichtigt. 

Effektbasiertes Monitoring

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität

An dieser Stelle tritt die Überarbeitung der WRRL mit der effektbasierten Überwachung komplexer Umweltbelastung auf den Plan. Die Überwachung komplexer Umweltbelastung anhand von wenigen festgelegten Prioritären Stoffen besitzt bezüglich zu erwartender Effekte und Risiken für Ökosysteme und der menschlichen Gesundheit nur geringe Aussagekraft. Zudem können die festgelegten Prioritären Stoffe leicht durch andere Stoffe mit ähnlichem Gefährdungspotential ersetzt werden. Der Effekt: Die Umweltqualitätsnormen werden eingehalten, ohne dass das tatsächliche Risiko reduziert wird. Außerdem beschränkt sich die gegenwärtige Überwachung nur auf die Prüfung von Einzelstoffen. Schadstoffe wirken in der Umwelt aber nicht einzeln, sondern in Kombination. Wobei diese sich hier in ihrer Wirkung gegenseitig verstärken können.

Daher wurde eine Ergänzung der bisherigen Praxis der WRRL durch effektbasiertes Monitoring vorgeschlagen. Ergänzend zu Alarm-Biomonitoring und Abwassertestung zur Aufdeckung akut toxischer Belastung durch Störfälle oder kontinuierliche Einleitungen, zielt das effektbasierte Monitoring auf die gemeinsame bioanalytische Erfassung von Mikroschadstoffen mit ähnlichen Wirkungen auf Wasserorganismen, über die akute Letalität hinaus. Im Vergleich zur chemischen Analytik erfasst das effektbasierte Monitoring eine größere Zahl von Stoffen als Wirkung und berücksichtigt Mischungseffekte. Gleichzeitig ist es ein diagnostisches Werkzeug und erlaubt, Hypothesen zu bilden, welche Effekte in aquatischen Lebensgemeinschaften auftreten. Im Gegensatz zur chemischen Analytik liefern effektbasierte Monitoringverfahren keine Substanznamen über die zugrunde liegende stoffliche Belastung. Im Fall einer Überschreitung effektbasierter Prüfwerte wird dann eine Identifizierung dieser Treiber notwendig, um gezielte Minderungsmaßnahmen an der Quelle anzugehen. 
An der TU Dresden entwickelten Dr. Jungmann und sein Team in Zusammenarbeit mit der GWT-TUD die Strategien zum effektbasierten Monitoring von Oberflächengewässern und Abwasser mit in vitro-Biotests zur ökotoxikologischen Bewertung von Spurenstoffen.
Die in vitro-Biotests können die toxischen Wirkpotentiale summarisch erfassen, diese auf spezifische Substanzgruppen eingrenzen, Probenahmestellen für intensivere Untersuchungen bzw. Verursacher und Emissionsquellen identifizieren als auch die Sanierung begleiten und sowohl Erfolgskontrollen als auch Maßnahmenevaluierung beinhalten.

Biotests für ein effektbasiertes Monitoring von kommunalen Abwassereinleitungen an kleinen Gewässern

Sehr viele Oberflächengewässer befinden sich noch nicht im guten Zustand. Im Rahmen der Maßnahmenfindung stellt sich die Frage nach den Auswirkungen und den Risikopotenzialen für die aquatische Gemeinschaft bei erhöhten Konzentrationen geregelter Schadstoffe und nicht geregelter Spurenstoffe. Die komplexe Belastung dieser mit einer Vielzahl von Substanzen lässt sich in erster Näherung mit einem wirkungsorientierten Monitoring gut charakterisieren. 

Um Belastungsquellen zu identifizieren und den Handlungsbedarf einzugrenzen, können ausgewählte Kläranlagen in ökologisch nicht gut bewerteten Oberflächenwasserkörpern in einem effektorientierten Monitoring auf der Basis von Biotests näher betrachtet werden. Dabei sollen negative Wirkungen von den in den Einleitungen vorhandenen Substanzen - wie mutagene, dioxinähnliche oder östrogene Wirkungen – erkannt werden.  Mit dem Vorhaben werden bestimmte, noch im wissenschaftlichen Stadium befindliche Biotests hinsichtlich ihrer Eignung als Screening für kommunale Abwässer und die Einleitgewässer geprüft. Ziel ist es, Möglichkeiten zu beschreiben, zielgerichtet Belastungspfade zu ermitteln.  

Ausblick

Mit dem effektorientierten Monitoring lassen sich auch negative Wirkungen bzw. Potentiale im Gewässer erfassen, beispielsweise ob an einer Probenahmestelle Substanzen vorhanden sind, die ein mutagenes, also erbgutveränderndes Potential besitzen und auch Dioxin ähnliche oder östrogene Wirkungen. Grundsätzlich ersetzt ein Monitoring mit Biotests eine chemische Analytik nicht, sondern deckt Umweltverschmutzungen auf, die dann mit der chemischen Analytik aufgeklärt werden. Umgekehrt können aber auch Gewässerabschnitte charakterisiert werden, in denen eine potentielle Umweltbelastung nicht nachgewiesen und somit eine chemische Analytik eingespart werden kann. Die komplexe Belastung von Oberflächengewässern mit einer Vielzahl möglicher Substanzen lässt sich folglich in erster Näherung mit einem effektbasierten Monitoring gut charakterisieren und Handlungsbedarf entweder begründen oder ausschließen.

Leistungen der GWT

Administration, rechtliche und kaufmännische Abwicklung
Personalorganisation, Kommunikation und Management
Angebotsverhandlung/-erstellung gemäß den Vergabeunterlagen
Projektverwaltung, Verwaltung von Unteraufträgen
Kommunikation mit externen Dienstleistern

Projektbeteiligte Personen

Projektleiter

Technische Universität Dresden
Institut für Hydrobiologie
Dr. Dirk Jungmann
Leiter Ökotoxikologie und Biomonitoring

Projektadministration

GWT-TUD GmbH
Jana Ulber
Bereichsleiterin Industrie

Ansprechpartner

Haben Sie Fragen oder Anregungen? Dann treten Sie gern in persönlichen Kontakt zu uns. Wir freuen uns auf Sie!

Katharina Bock

Projektadministratorin