Die Güte von Gewässern kann anhand der darin vorkommenden Organismen bewertet werden. Oft passieren dabei Fehler, weil sich viele Arten ähnlich sehen. Neue Methoden setzen daher auf DNA-Analysen. Biologen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben das Verfahren weiterentwickelt, sodass sie viele Organismen auf einmal anhand kurzer DNA-Sequenzen identifizieren können – und zwar schnell und zuverlässig. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „PLOS ONE“ veröffentlicht.

Expertenwissen für Artbestimmung droht verloren zu gehen
Industrie, Landwirtschaft und Besiedlung belasten die Gewässer; einige Organismen können unter den veränderten Bedingungen in Bächen und Flüssen nicht überleben. Ihre Anwesenheit gibt daher Aufschluss über die Qualität des Lebensraums. Die Experten, die die kleinen Tiere anhand ihres Aussehens identifizieren können, werden jedoch immer seltener; nur wenige Nachwuchsforscher betätigen sich in dem Bereich. RUB-Forscher vom Lehrstuhl Evolutionsökologie und Biodiversität der Tiere helfen dabei, das Expertenwissen zu konservieren.

Datenbank mit „DNA-Barcodes“
Zu diesem Zweck entsteht derzeit eine Datenbank in Zusammenarbeit mit dem „German Barcode of Life Project“: Zunächst identifizieren ausgewiesene Fachleute die Wasserorganismen anhand ihres Aussehens. Dann wird ein kurzer charakteristischer Bereich des Erbguts der Tiere – Barcode genannt – entschlüsselt und in der Datenbank hinterlegt. Wer wissen will, welche Arten in einem Gewässer vertreten sind, nimmt eine Wasserprobe, sequenziert die DNA der darin enthaltenen Organismen und vergleicht sie mit der Datenbank. Vasco Elbrecht und Dr. Florian Leese haben ein innovatives Laborprotokoll entwickelt, mit dem dieses sogenannte DNA-Barcoding wesentlich schneller geht als bislang. Über tausend Tiere können sie innerhalb von einer Woche nach der Probennahme identifizieren. Schon jetzt in der Pionierphase bestimmt die Methode mehr als 80 Prozent der Spezies richtig. Damit ist sie zuverlässiger als die Artbestimmung anhand äußerlicher Merkmale, und die Bochumer Biologen sind überzeugt, dass sie die Quote zeitnah noch deutlich steigern können.

Bewertungssysteme müssen an die neue Methode angepasst werden

Die Bochumer Biologen haben in ihrer Studie auch Limitationen des DNA-Barcoding aufgezeigt. Mit dem Verfahren lässt sich nicht ermitteln, wie viele Individuen einer bestimmten Art in einem Gewässer vorkommen. Die bisherigen Bewertungskriterien für die Gewässergüte beziehen jedoch solche Daten mit ein. „Das ist ein Problem für die gültigen Bewertungssysteme“, weiß Florian Leese. „Allerdings sind Fließgewässer sehr dynamisch; die Häufigkeit der Arten schwankt über die Jahre hinweg auch natürlicherweise stark. Es ist somit sinnvoll, die Qualität anhand von eindeutigen Artenlisten zu erheben, ohne zu sehr auf die Häufigkeit zu bauen.“

V. Elbrecht, F. Leese (2015): Can DNA-based ecosystem assessments quantify species abundance? Testing primer bias and biomass – sequence relationships with an innovative metabarcoding protocol, PLOS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0130324, Link: http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0130324

Weitere Informationen
Dr. Florian Leese, Lehrstuhl Evolutionsökologie und Biodiversität der Tiere, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-25072, E-Mail: florian.leese@rub.de

In der Nanotechnologie werden Materialien mit einer Größe von maximal einem zehntausendstel Millimeter entwickelt und angewendet. Diese „Zwergpartikel“ besitzen viele Vorzüge, sie bergen jedoch auch Risiken, die bislang erst ansatzweise erforscht sind. ISOE-Forscherin Carolin Völker ist jetzt mit dem P&G Nachhaltigkeitspreis 2015 ausgezeichnet worden für ihre Dissertation, in der sie die toxischen Wirkungen von Silbernanopartikeln auf die Umwelt untersucht hat.

Das Kuratorium des Procter & Gamble Nachhaltigkeitspreises verleiht die Auszeichnung seit 1972 an die beste an Goethe-Universität entstandene wissenschaftliche Arbeit auf dem Gebiet der Nachhaltigkeit. Carolin Völker nahm den mit 3000 Euro dotierten Preis vergangene Woche für ihre Dissertation „Ecotoxicological analysis of silver nanoparticles: A contribution to the risk assessment of nanomaterials“ entgegen.
Mit den Silbernanopartikeln hat die Biologin jene Substanz untersucht, die aufgrund ihrer antimikrobiellen Eigenschaften besonders häufig eingesetzt wird in elektronischen Geräten, Textilien, Medizinprodukten, Kosmetikartikeln und Lebensmitteln. Im Unterschied zu früheren Studien, bei denen Organismen über kurze Zeiträume sehr hohen Konzentrationen der Silbernanopartikel ausgesetzt wurden, führte Carolin Völker Langzeitstudien mit wirbellosen Tieren durch, bei denen die Organismen den Partikeln teilweise über mehrere Generationen ausgesetzt waren. Dabei konnte sie zeigen, dass ein wesentlicher Teil der Toxizität der Nanopartikel auf eine Freisetzung von Silberionen nach der Aufnahme der Partikel in die Zellen zurückzuführen ist.

Wichtiger Beitrag für die Risikobewertung von Silbernanopartikeln
Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Silbernanopartikel sich als „trojanisches Pferd“ für den Transport toxischer Silberionen in den Organismus erweisen könnten. Untersuchte Kleinkrebse, Muscheln und Schnecken zeigten sich als besonders empfindlich gegenüber der Aufnahme von Silbernanopartikeln. Bei Wasserflöhen verstärkten sich die negativen Effekten, wenn diese über mehrere Generationen den Nanopartikeln ausgesetzt waren. Zum Teil bestanden die Effekte, wie beispielsweise eine geringere Reproduktion, auch nach dem Ende der Exposition in Folgegenerationen fort.

Mit ihrer experimentellen Forschung zur Risikobewertung von Silbernanopartikeln, die am Fachbereich Biowissenschaften der Goethe Universität Frankfurt entstanden sind, leistet Carolin Völker einen wichtigen Beitrag zur Risikobewertung von Silbernanopartikeln. Ihre Ergebnisse dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung und nachhaltige Nutzung dieser Nanotechnologie. Seit 2014 arbeitet Carolin Völker am ISOE – Institut für sozial-ökologische Forschung im Forschungsschwerpunkt Wasserinfrastruktur und Risikoanalysen. Hier forscht sie insbesondere zur Risikoabschätzung anthropogener Spurenstoffe im Wasserkreislauf sowie zu klimabedingten Veränderungen der Biodiversität.

http://www.isoe.de/medien/news/news-single/nachhaltigkeitspreis-fuer-isoe-forscherin-ausgezeichnete-forschung-zum-einfluss-von-nanopartikeln-a/?tx_ttnews%5Byear%5D=2015&tx_ttnews%5Bmonth%5D=07&tx_ttnews%5Bday%5D=13&cHash=e8fc2405f963eca33e28e64fa87b77cf

Die Abwasserentsorgung an Bergbauten und Herbergen gewinnt durch den steigenden Stellenwert von Freizeiteinrichtungen fernab urbaner Siedlungsstrukturen sowie aufgrund der umweltrechtlichen Anforderungen in ökologisch sensiblen Gebieten zunehmend an Bedeutung. Deren zentrale abwassertechnische Erschließung ist aus wirtschaftlichen Gründen hingegen selten realisierbar. Zudem ergibt sich eine besondere Herausforderung aus dem hohen Stickstoffanteil durch Urin im Abwasser. Der Abwasseranfall an Ausflugszielen im Zusammenhang mit wassersparender Sanitärtechnik führt zu einer außergewöhnlichen Abwasserzusammensetzung, sodass eine konventionelle biologische Reinigung an Grenzen stößt.

Für diese Sondersituation hat sich eine Vielzahl von Verfahren mit jeweils standortspezifischen Vorteilen durchaus bewährt. Aufgrund verschiedener Nachteile erscheinen diese allerdings nicht immer geeignet.
Daniel Meyer hat in seiner Dissertation „Umgang mit stickstoffbelasteten Abwässern an Ausflugszielen in exponierter Lage“ einen Optimierungsansatz entwickelt, der es erlaubt, hinreichende Empfehlungen für eine Technologieauswahl abzuleiten und damit die jeweiligen Stoffströme auf biologischem, physikalischem und chemischem Wege so aufzubereiten, dass sie einer umweltgerechten Entsorgung genügen. Den Kern der Arbeit bilden kleintechnische Versuche im Labormaßstab zu den drei Einzelkomponenten modulare Tropfkörperanlage, Ammoniakluftstrippung sowie die Klärschlammhydrolyse. Der Versuchsbetrieb verlief unter stetiger Frachterhöhung durch Zugabe extern gesammelten Urins, um die Abwassercharakteristik infolge Tagesgästen nachzubilden. Als Leistungsgrenze zeigte der Einfluss abnehmender Pufferkapazität auf die Leistungsfähigkeit der biologischen Abwasserbehandlung und führte zu Untersuchungen einer Vorbehandlung des stickstoffbelasteten Urins sowie zu Überlegungen, die Pufferkapazität im Ablauf durch eine möglichst weitegehende Denitrifikation zu stabilisieren.
Die im Rahmen der Untersuchungen ermittelten Zusammenhänge bilden eine zentrale Voraussetzung für das Aufstellen einer Abwasserentsorgungsstrategie mit dem Ziel des Zusammenwirkens der vorgestellten Komponenten für eine dezentrale Behandlung aller anfallenden Abwasserströme.
Die dokumentierten Ergebnisse der Dissertation ermutigen zu der Aussage, dass der Praxis ein weiteres zuverlässiges Behandlungsverfahren für hohe Stickstoffeliminationsleistungen zur Verfügung gestellt werden kann und damit die Palette bestehender technischer Lösungen erweitert ist.

Die Dissertation „Umgang mit stickstoffbelasteten Abwässern an Ausflugszielen in exponierter Lage“, ist als Band 28 der Schriftenreihe des Bauhaus-Instituts für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is) der Bauhaus-Universität Weimar erschienen (ISBN 978-3-944101-28-6).

Die EIT Knowledge and Innovation Community (KIC) InnoEnergy besteht aus europaweit 35 Partner aus Unternehmen, Universitäten, Forschungseinrichtungen und Business Schools. Sie treten an, um für Europa ein nachhaltiges Energiesystem zu schaffen, neue Energietechnologien schneller auf den Markt zu bringen und Europa im weltweiten Wettbewerb zu stärken.

Für die kommenden vier Jahre plant das Konsortium 65 Energie-Patente sowie 50 Ausgründungen. 90 neue Produkte sollen auf den Markt kommen. Es ist vorgesehen, 1500 Masterstudierende und Doktoranden erstklassig aus- bzw. fortzubilden. Die Umsetzung des Wissens in wettbewerbsfähige Produkte ist bereits in der Ausbildung ein zentrales Thema.

KIC InnoEnergy gliedert sich in sechs regionale Knotenpunkte in insgesamt acht europäischen Ländern. Diese europäischen Co-Location Centres (Benelux, Iberia, AlpsValleys, Sweden, Poland plus, Germany) koordinieren jeweils ein wichtiges Energiethema für alle Partner im Konsortium. Das KIT ist am deutschen Knotenpunkt mit dem Schwerpunktthema Energie aus chemischen Brennstoffen beteiligt.
KIC InnoEnergy

Neue Energietechnologien sind die Zukunft. Sind Sie ein neugieriger, kreativer Student und wollen Sie diese Zukunft mitgestalten? Dann machen Sie bei unserem neuen Masterprogramm ENTECH mit und werden Sie ein „Energie-Designer“ von morgen.

KIC InnoEnergy MSc ENTECH
„Für zukünftige Gründer im Energiesektor. Werden Sie Teil einer neuen Generation, die den europäischen Energiemarkt anführt, werden Sie KIC InnoEnergy Doktorand.
Das Doktorandenprogramm von KIC InnoEnergy ergänzt Ihre Promotion am KIT durch den Zugang zu einem europäischen Netzwerk aus Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen im Energiesektor und durch eine dem Energiemarkt angepasste Ausbildung im Bereich Unternehmensgründung und Entrepreneurship.“

www.kic-innoenergy.com/phdschool
http://www.energie.kit.edu/297.php

Zusammen mit KIC Inno Energy in Karlsruhe und der Universität Stuttgart hat das Technologieunternehmen Outotec gerade eine Pilotanlage vorgestellt, die helfen kann, Biomasse in saubere Energie umzuwandeln und gleichzeitig das Problem des Algenwachstums in Gewässern in Angriff zu nehmen.

Karlsruhe – Es hört sich ein wenig nach Science-Fiction an: Mehr:
http://www.process.vogel.de/wasser_abwasser/articles/492695/?cmp=nl-254
 

Dr.-Ing. Sebastian Petzet (BASF SE, Antwerpen) wurde mit dem Willy-Hager-Preis ausgezeichnet. Der mit 6000 Euro dotierte Preis wurde ihm am 11. Mai 2015 auf der Jahrestagung „Wasser 2015″ der Wasserchemischen Gesellschaft, einer Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker, in Schwerin für seine an der TU Darmstadt angefertigte Dissertation „Phosphorrückgewinnung in der Abwassertechnik: Neue Verfahren für Klärschlamm und Klärschlammaschen“ überreicht (eine Zusammenfassung der Arbeit ist erschienen in KA 6/2014, S. 552). Petzets Arbeit ist von besonderer Bedeutung, weil die natürlichen Phosphatvorkommen begrenzt sind. Alternativ werden daher Wege gesucht, Phosphat aus Abfallströmen zurückzugewinnen. Klärschlämme und Klärschlammaschen sind besonders ergiebig, jedoch gilt es, Verunreinigungen wie Schwermetalle, Krankheitserreger und organische Schadstoffe zu beseitigen. Hierzu hat Petzet Verfahren entwickelt, die gleichermaßen effektiv wie kostengünstig sind. Der von der WillyHagerStiftung gestiftete Preis wird jährlich gemeinsam von der DECHEMA und der Wasserchemischen Gesellschaft verliehen. Prämiert werden hervorragende Arbeiten junger Hochschulwissenschaftler auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung.

Quelle: Korrespondenz Abwasser Heft 7- 2015

Die Bundesregierung will den Ausbau eines flächendeckenden schnellen Internets weiter forcieren und dafür u. a. Abwasserkanäle als Mantelrohr für Breitbandkabel nutzen. Das geht aus dem Entwurf des Wirtschaftsministeriums zur Änderung des Telekommunikationsgesetzes (§§ 77 ff TKG) zur Umsetzung entsprechender EU-Richtlinien hervor. Es ist vorgesehen, dass die Betreiber von Kanalnetzen grundsätzlich Auskunft über die Lage von Kanälen und die Bedingungen der Mitbenutzung von Abwasserkanälen geben müssen. Der Erftverband steht dem Gesetzentwurf kritisch gegenüber.

http://www.erftverband.de/ev-telegramm-82015/
 

Forscherinnen der Universität Tübingen untersuchen die Folgen des Eintrags von verunreinigtem Löschwasser in den Fluss

Bei Löscharbeiten nach einem Mühlenbrand gelangten am 22. August 2015 versehentlich große Mengen an Kunstdünger in die Jagst. Neben der giftigen Wirkung auf die Fische und dem Sauerstoffentzug im Wasser führt das aus den landwirtschaftlichen Düngemitteln stammende Ammoniumnitrat auch im Flusswasser zu einer starken Düngung – und einer massenhaften Vermehrung von Algen. Dr. Julia Kleinteich und Professorin Christiane Zarfl vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen haben das Algenwachstum seit dem Giftunfall beobachtet und dabei einen etwa 50 Kilometer langen Flussabschnitt zwischen der Jagstmündung in den Neckar und Gommersdorf an der Jagst beprobt.

Die Wissenschaftlerinnen nahmen am 2. und am 7. September Wasser- und Sedimentproben, die im Labor näher untersucht werden. Dabei dient die Konzentration des Chlorophylls, des grünen Farbstoffs, der die Algen zur Fotosynthese befähigt, als Indikator für die Biomasse der Algen. Untersuchungen zur Artenzusammensetzung und deren Änderung im Zuge der Überdüngung des Flusses stehen noch an.

Bei der Probennahme am 2. September lag die Hälfte der Entnahmestellen in Herbolzheim, Züttlingen und Ruchsen unterhalb, also flussabwärts der Ammoniumfahne und war nicht von dieser beeinflusst, während die andere Hälfte der Proben direkt aus der Ammoniumfahne oder von deutlich dahinter liegenden Stellen genommen wurde, in Jagsthausen, Bieringen und Gommersdorf. „Bereits mit bloßem Auge ließ sich bei der zweiten Hälfte der Proben die massenhafte Algenvermehrung und grüne Färbung des Flusswassers erkennen“, berichtet Julia Kleinteich. Einer ersten Einschätzung zufolge hat nicht nur eine einzelne Algenart, sondern haben viele verschiedene Arten wie Kieselalgen und Grünalgen von der plötzlichen Düngung profitiert.

Am 7. September kam die Ammoniumfahne an der Mündung der Jagst in den Neckar an und wurde stark vom Neckarwasser verdünnt. „Wir haben nochmals eine längere Strecke hinter der Fahne beprobt, um so einen Rückgang der Algenblüte dokumentieren zu können“, sagt Zarfl. In Bieringen und Jagsthausen sei die Algenblüte bereits deutlich zurückgegangen und habe sich nach Herbolzheim und Untergrießheim etwa 20 Kilometer flussabwärts, der Ammoniumfahne folgend, verlagert. „Wenn die Algenmassen absterben, wird dem Flusswasser bei der Zersetzung erneut Sauerstoff entzogen“, erklärt die Wissenschaftlerin. „Es könnte daher sinnvoll sein, die Jagst für eine Weile weiterhin zu belüften, zum Beispiel so, wie es bislang über die Umwälzung des Fließgewässers und die dadurch entstandenen Turbulenzen in der Jagst erfolgt ist.“

Kontakt:
Juniorprofessorin Dr. Christiane Zarfl
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften
Telefon +49 7071 29-76076
christiane.zarfl@uni-tuebingen.de