Histologische Diagnostik Und Biotransformationsleistung Bei Forellen, Döbeln Und Schneidern
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Biologische Erfolgskontrolle des Ausbaus der Kläranlage Langwiese an der Schussen: Histologische Diagnostik und Biotransformationsleistung bei Forellen, Döbeln und Schneidern Dissertation der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Eberhard Karls Universität Tübingen zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) vorgelegt von Diana Maier aus Hadamar Tübingen 2016 Gedruckt mit Genehmigung der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Eberhard Karls Universität Tübingen. Tag der mündlichen Qualifikation: 04.03.2016 Dekan: Prof. Dr. Wolfgang Rosenstiel 1. Berichterstatter: Prof. Dr. Rita Triebskorn 2. Berichterstatter: Prof. Dr. Ewald Müller Ein Gelehrter in seinem Laboratorium ist nicht nur ein Techniker; er steht auch vor den Naturgesetzen wie ein Kind vor der Märchenwelt. (Marie Curie) Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung .................................................................................................................... 1 1. Promotionsthema ................................................................................................................ 1 2. Graphische Darstellung des Promotionsthemas ................................................................. 1 3. Einleitung ............................................................................................................................ 2 4. Material und Methoden .................................................................................................... 10 5. Ergebnisse und Diskussion ............................................................................................... 31 6. Zusammenfassung und Schlussfolgerung ........................................................................ 50 7. Literatur ............................................................................................................................ 54 Eigenanteil an den durchgeführten Arbeiten in den zur Dissertation eingereichten Publikationen und Manuskripten ................................................................................. 70 Kapitel 1: SchussenAktivplus: Reduction of micropollutants and of potentially pathogenic bacteria for further water quality improvement of the river Schussen, a tributary of Lake Constance, Germany ......................................................................................................... 75 Kapitel 2: SchussenAktiv - Eine Modellstudie zur Effizienz der Reduktion der Gehalte an anthropogenen Spurenstoffen durch Aktivkohle in Kläranlagen: Expositions- und Effektmonitoring vor Inbetriebnahme der Adsorptionsstufe auf der Kläranlage Langwiese des AZV Mariatal, Ravensburg ........................................................................................ 95 Kapitel 3: Are in vitro methods for the detection of endocrine potentials in the aquatic environment predictive for in vivo effects? Outcomes of the projects SchussenAktiv and SchussenAktivplus in the Lake Constance area, Germany. ............................................ 120 Kapitel 4: Biological plausibility as a tool to associate analytical data for micropollutants and effect potentials in wastewater, surface water, and sediments with effects in fishes ..... 164 Kapitel 5: Reduction of dioxin-like toxicity in effluents by additional wastewater treatment and related effects in fish ................................................................................................ 216 Kapitel 6: Does wastewater treatment plant upgrading with activated carbon result in an improvement of fish health in the connected river? ........................................................ 252 Danksagung ........................................................................................................................... 302 Publikationsliste ................................................................................................................... 304 Lebenslauf ............................................................................................................................. 306 Zusammenfassung 1. Promotionsthema Biologische Erfolgskontrolle des Ausbaus der Kläranlage Langwiese an der Schussen: Histologische Diagnostik und Biotransformationsleistung bei Forellen, Döbeln und Schneidern 2. Graphische Darstellung des Promotionsthemas Abwasserreinigung mit Abwasserreinigung mit 3 Reinigungsstufen zusätzlicher 4. Reinigungsstufe Verschiedene Untersuchungsmethoden für toxische und endokrine Wirkungen : Rita Triebskorn Hennebergund Anja Fotos 1 Zusammenfassung 3. Einleitung 3.1 Hintergrund der Arbeit Die Qualität unserer Gewässer ist auf Grund eines steigenden Umweltbewusstseins in den letzten Jahrzehnten immer mehr in den Fokus von Politik und Bevölkerung gerückt. Durch die Installation von Kläranlagen konnte die Gewässergüte zunehmend verbessert werden, wodurch beispielsweise in den 1970er Jahren der in Baden-Württemberg und Teilen der Schweiz und Österreich gelegene Bodensee vor der Eutrophierung gerettet werden konnte. Hauptursache für die Nährstoffanreicherung im Bodensee war ein hoher Eintrag von Phosphat durch Düngemittelausschwemmungen und kommunale Abwässer, welche mit Fäkalien und Phosphaten aus Waschmitteln belastet waren. Jedoch werden kontinuierlich immer neue chemische Stoffe entwickelt, die ihren Weg in die Gewässer finden. Zu diesen Stoffen gehören Arzneimittel und Pestizide, aber auch Zusatzstoffe, wie Süßstoffe und Weichmacher. Der Eintrag dieser Substanzen erfolgt zum einen über diffuse Quellen, wie Abschwemmung von Boden in landwirtschaftlichen Gebieten (Kanzari et al. 2015; Vymazal und Březinová 2015), aber auch über Punktquellen, wie zum Beispiel Kläranlagen und Regenüberlaufbecken (Bueno et al. 2012; Herzog et al. 2015; Liu et al. 2015). Die Eliminierungsraten für diese neuen Stoffe variieren stark, so werden manche beinahe vollständig, andere hingegen nur in geringem Maße aus dem Abwasser entfernt (Eggen et al. 2014; Luo et al. 2014; Vieno und Sillanpää 2014). Durch die Einführung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) am 23. Oktober 2000 sollte bis Ende 2015 eine gute Gewässerqualität erreicht und erhalten werden. Zudem sollte die Einleitung gefährlicher Stoffe in Gewässer schrittweise verringert werden, wofür die Mitgliedstaaten unter anderem die besten verfügbaren Technologien für die Behandlung von kommunalem Abwasser einsetzen sollten (EU 2000). Zunächst sollten die Länder eine umfassende Bestandsaufnahme der Belastungsfaktoren vornehmen und diese Gewässerdefizite durch geeignete Monitoringverfahren bestätigen. Diese Defizite sollten dann mit Hilfe von Maßnahmenprogrammen im Rahmen von Bewirtschaftungsplänen beseitigt werden. Wie oben erwähnt, sollten diese Maßnahmen und die damit einhergehende Verbesserung der Gewässerqualität bis Ende 2015 beendet sein, jedoch sieht die WRRL eine begründete Verlängerungsmöglichkeit um zweimal sechs Jahre vor. Der Stand in Baden- Württemberg stellt sich folgendermaßen dar: (1) die Bestandsaufnahme ist abgeschlossen, (2) die Entwürfe der Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenprogramme sind verfasst worden, (3) die Entwürfe sind im Dezember 2015 in Kraft getreten. Diese Umsetzung lief als erster Bewirtschaftungszyklus ab. Zwei weitere Bewirtschaftungszyklen (von 2016 bis 2021 bzw. 2 Zusammenfassung von 2022 bis 2027) sind vorgesehen. In diesen Zyklen werden die Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenprogramme laufend ergänzt und eventuell neu erarbeitet und angepasst. Viele Kläranlagen verfügen bereits über eine dritte Reinigungsstufe, beispielsweise einen Flockungsfilter, wodurch viele Stoffe dem Wasser besser entzogen werden können als im zweistufigen Reinigungsverfahren (Ma et al. 2005). Allerdings sind, wie oben bereits erwähnt, die Eliminierungsraten für neuere Stoffe oft ungenügend. Daher werden neue, sogenannte vierte Reinigungsstufen, in Betracht gezogen. Darunter versteht man Verfahren wie Ozonierung, Umkehrosmose, die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder das Filtern durch granulierte oder pulverisierte Aktivkohle (Gabet-Giraud et al. 2010). In den meisten Kläranlagen wird die Ozonbehandlung in Kombination mit verschiedenen Sandfiltern und/oder Aktivkohle favorisiert (Margot et al. 2013). In diversen Studien konnte nachgewiesen werden, dass durch diese zusätzlichen Reinigungsstufen die Eliminierungsraten von Stoffen wie Komplexbildnern, Hormonen und synthetischen hormonellen Verhütungsmitteln, Pestiziden oder Arzneimitteln erhöht werden konnten (Altmann et al. 2014; Coors et al. 2004; Furuichi et al. 2006; Gulkowska et al. 2008; Hey et al. 2014; Hollender et al. 2009; Jálová et al. 2013; Jarošová et al. 2014a; Mailler et al. 2015; Margot et al. 2013; Snyder et al. 2007; Ternes et al. 2003). Problematisch bei der Ozonierung ist das Entstehen von Transformationsprodukten (Lajeunesse et al. 2013; Margot et al. 2013), weshalb eine nachgeschaltete Filterung, zum Beispiel in Form eines Sandfilters, erforderlich ist (Magdeburg et al. 2014). Das Projekt, im Rahmen dessen die vorliegende Arbeit erstellt wurde, basiert auf einer Literaturstudie von Triebskorn und Hetzenauer (2012) über Mikroverunreinigungen in den Bodenseezuflüssen Argen, Schussen und Seefelder Aach. Die darin beschriebene hohe Belastung an der Schussen und die geplante Erweiterung der an der Schussen gelegenen Kläranlage (KA) Langwiese mit einer Aktivkohlestufe führten zu der Idee, die aus dem Ausbau resultierenden Veränderungen in der Schussen begleitend zu untersuchen. Im Jahr 2009 wurden erste Beprobungen an Schussen und Argen durchgeführt und 2010