Effekt-dirigierte Analytik zur Beurteilung von Abwasser und Oberflächengewässern

Michelle Klein, IUTA

Die Verunreinigung von Gewässern mit Mikroschadstoffen stellt eine der größten Herausforderungen an unseren Wasserkreislauf dar. Um die Wasserqualität zu prüfen oder Reinigungsstufen zu kontrollieren, ist es ausschlaggebend Verbindungen und potentielle Transformationsprodukte nicht nur zu identifizieren und chemische Prozesse aufzuklären, sondern auch deren biologischen Auswirkungen zu analysieren. Effekt-basierte Methoden (EBMs) ermöglichen es die Wirkung entlang vielseitiger Endpunkte sowohl von einzelnen Spurenstoffen als auch von unbekannten Gemischen zu bestimmen. Letzteres ist von besonders hoher Bedeutung, da Schadstoffe in der Umwelt nicht alleine vorkommen. Sie liegen in komplexen Matrixzusammensetzungen und Stoffgemischen vor, welche eventuell toxikologische Auswirkungen beeinflussen können. Die wirkungsbezogene Analytik bietet damit ein geeignetes Mittel für die ganzheitliche Betrachtung der Wasserqualität ohne dafür jede potentiell enthaltende Substanz einzeln zu analysieren. Zusammen mit der instrumentellen Analytik und Identifizierung ist es möglich Ursachen aufzuklären und dort für Verbesserungen anzusetzen.

Im Zuge dieses Projektes geht es um eine Kombination aus effekt-dirigierter und instrumenteller Analytik zum Monitoring von Mikroschadstoffen in Oberflächengewässern und Abwasser. Dazu werden zunächst diverse Fließgewässer mit unterschiedlichen Eintragsszenarien mittels effekt-basierter Methoden (EBM), die auf Rezeptoraktivierung in transgenen Hefezellen oder Enzyminhibition beruhen, untersucht. Außerdem wird der Einfluss von Regenfällen auf die Wasserqualität kontrolliert, insbesondere in Bezug auf Mischwasserüberläufe. Ein breites Spektrum von bioaktiven Substanzen und deren kumulativer Effekt kann somit erfasst werden.  Hierbei wird der Schwerpunkt auf eine Reihe von toxisch relevanten Endpunkten gelegt und zwar hormonaktive Substanzen und Acetylcholinesterase-Hemmer. Zusätzlich wird die Beurteilung mit GC- und LC-MS Analyse begleitet.

Das Gewässermonitoring beinhaltet auch die Betrachtung des kleinen Fließgewässers vor und nach der Direkteinleitung einer bisher nicht angewendeten Abwasseraufbereitungsanlage zur Reinigung von Krankenhausabwasser. Im Zusammenhang mit der Implementierung dieser Anlage, wird ebenfalls mit effekt-basierten Methoden (endokrine Disruptoren, Acetylcholinesterase-Hemmer, Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor) die Effizienz der einzelnen Reinigungsstufen beurteilt. Besonders wichtig für Krankenhausabwasser ist außerdem die Eliminierung von Antibiotikarückständen, welche die Bildung von Antibiotikaresistenzen beschleunigen können. In einem weiteren Schritt wird darum zusätzlich auch das Antibiotikavorkommen vor und nach der Abwasserbehandlung mit einem neuen mikrobiellem Reportergen-Assay untersucht.