Projekt 04602/01

Verbesserung der dezentralen Abwasserreinigung – Machbarkeitsstudie zum Einsatz von adaptiertem Zooplankton in ausgewählten Abwasserteichanlagen

Projektdurchführung

Private Universität Witten/Herdecke gGmbH Lehrstuhl für Umwelttechnik und -management
Alfred-Herrhausen-Str. 50
58448 Witten

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gegenstand der Machbarkeitsstudie waren Untersuchungen zur Abwasserreinigungsleistung sowie zur Biomasseproduktion von langjährig adaptiertem Zooplankton (insbesondere Daphnia magna) in ausgewählten Abwasserteichanlagen. Die Zielsetzung bestand darin, die lediglich vermuteten Einsatzmöglichkeiten von Daphnia magna im Abwasserbereich zu verifizieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Untersuchungszeitraum von Dez. 1994 bis Dez. 1995 wurde die Populationsentwicklung des Zooplanktons (i.w. Daphnia magna) sowie die Phytoplanktonentwicklung in ausgewählten Teichen der Abwasserteichanlage Frenswegen/Nordhorn unter Berücksichtigung biotischer und abiotischer Faktoren dokumentiert.
Experimente zur Abwasserreinigungsleistung, inkl. Nährstoffelimination (N, P) und Entkeimung, zum Klärschlammabbau sowie zur Biomasseproduktion von Daphnia magna wurden sowohl im Freiland als auch im Labor durchgeführt. In Freilandversuchen wurden ausgewählte Abwasserteiche mit Klär-schlamm und/oder teilgereinigtem Abwasser beschickt und die Populationsentwicklung des Zooplanktons (i.w. Daphnia magna) dokumentiert. Parallel dazu wurden chemisch-physikalische Analysen des Trübwassers durchgeführt.
Die Betrachtung der Entwicklung der Abwasserteichbiozönose erfolgte durch Bestimmung der Zoo- und Phytoplanktonzusammensetzung und der Zooplanktondichte. Via Licht- und Rasterelektronenmikroskopie wurde Daphnia magna eingehend charakterisiert.
Hinsichtlich einer möglichen Verwendung der Daphnienbiomasse als Fischfutter wurde die chemische Zusammensetzung des Zooplanktons auf eine mögliche Schadstoffakkumulation analysiert.


Ergebnisse und Diskussion

Die jahreszeitliche Entwicklung der Daphnia magna-Population in ausgewählten Abwasserteichen zeichnete sich durch hohe bis sehr hohe Individuendichten aus. Trotz auftretender Populationsschwankungen, die u. a. von der Phytoplanktonzusammensetzung abhängig sind, erscheint eine ganzjährige Bewirtschaftung der Abwasserteiche hinsichtlich einer Ernte der Daphnienbiomasse möglich.
Die Phytoplanktonzusammensetzung und -dichte in den Abwasserteichen hat einen wesentlichen Einfluss auf die Daphnien-Entwicklung. Nicht alle der ermittelten Vertreter der Phytoplanktongesellschaft hatten den gleichen Nahrungswert für die Daphnien. Die nächtlichen Dissimilationsprozesse des Phytoplanktons führten z.T. zu so starken Sauerstoffzehrungen, dass ein Überleben des Zooplanktons nicht möglich war.
Eine Beschickung der Abwasserteiche mit teilgereinigtem Abwasser und Klärschlamm führte in der Regel zunächst zu einer Populationsabnahme. Insbesondere auf die Einleitung von Klärschlämmen reagierten die Tiere empfindlich. Sowohl in Labor- als auch Freilandversuchen konnte jedoch gezeigt werden, dass eine Ansiedlung von Daphnia magna auf frischem bzw. stabilisiertem Klärschlamm möglich ist und hohe Biomassedichten erreicht werden können. Die generelle Belastbarkeit von Abwasserteichen mit Abwasser/Klärschlamm während des Aufkommens hoher Daphniendichten mus im Einzelfall überprüft werden.
In Labor- und Pilotversuchen konnte nachgewiesen werden, das die Filteraktivität der Daphnien für eine bessere Durchmischung der Wassersäule (wichtig für mikrobielle Abbauprozesse) als auch eine Verbesserung des Absetzverhaltens des Klärschlamms sorgt. Eine erhöhte Daphnienaktivität bewirkt eine schnellere Abnahme des CSB sowie des Klärschlammvolumens. Eine Ernte von Zooplanktonbiomasse bietet die Möglichkeit der Nährstoffelimination (N, P) aus Abwasserteichen.
In weiteren Laborversuchen konnte gezeigt werden, dass durch den gezielten Einsatz von Daphnien der Nordhorner Klär- und Oxidationsschlamm verhältnismäßig rasch abgebaut wird. Eine Massenvermehrung störender Fadenalgen wird durch die Daphnien reduziert.
Erste Untersuchungsergebnisse belegen, dass Daphnien eine Reduktion von Abwasserkeimen ermöglichen.
Hinsichtlich der Vermarktung der geernteten Daphnien als Fischfutter ist die Schadstoffakkumulation in der Zooplanktonbiomasse (im Sinne der Futtermittelordnung) als gering zu bewerten. Damit ergeben sich gute Voraussetzungen für den Vertrieb. Inwieweit die Ergebnisse auf andere Abwasserteiche übertragbar sind, muss im Einzelfall überprüft werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Auszüge der Zwischenergebnisse wurden in allgemeinverständlicher Form über ein Interview mit der Westdeutschen Allgemeinen Zeitung (WAZ) vom 05.07.1995 veröffentlicht.
Vortrag am 30.10.1995, KFA- Forschungszentrum Jülich, Abteilung Biotechnologie
Vortrag am 19.01.1996, Universität Oldenburg, Abteilung Ökochemie und Umweltanalytik
Vortrag am 22.03.1996, Universität Jena, Institut für Ökologie


Fazit

Die vorliegende Machbarkeitsstudie hat aussichtsreiche Perspektiven hinsichtlich der sich eröffnenden Möglichkeiten für die unterstützende Abwasserreinigung, inkl. Nährstoffelimination (N, P) sowie Entkeimung und zum weitergehenden Klärschlammabbau durch Daphnia magna ergeben. Um die in der Praxis geforderte Betriebsstabilität der Ablaufwerte zu erreichen, sind noch länger angelegte Untersuchungen im Rahmen eines Pilotprojekts erforderlich.
Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Vermehrung langjährig adaptierter Daphnien in den Nordhorner Abwasserteichen sowie in Abwasserbehältern unter dem Einfluss von Klärschlamm/ teilgereinigtem Abwasser z.T. gute Ergebnisse lieferten. Eine Übertragung auf Abwasserteiche anderer Kläranlagen erscheint möglich. Die zumutbare Belastung der an abwasserspezifische Lebensbedingungen adaptierten Daphnien wäre unter Berücksichtigung der jeweiligen Standortfaktoren zu prüfen. Der Abzug zooplanktischer Biomasse aus dem wässrigen Milieu bietet eine umweltfreundliche und ressourcensparende Technik zur unterstützenden N- und P- Elimination im Klärbetrieb.
Ökonomisch günstig wäre eine Vermarktung des Zooplanktons als Fischfutter, wobei eine Schadstoffanreicherung der Daphnien fallweise untersucht werden muss.