Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002983-0

Detektion hormonell aktiver Substanzen im wirkungsrelevanten Konzentrationsbereich zur Beurteilung einer großtechnischen Abwasser Ozonung

  • Natürliche Hormone und Substanzen mit einer hormonellen Wirkung werden als organischen Spurenstoffen oder Mikroschadstoffe bezeichnet und werden über verschiedene Quellen in die Umwelt eingetragen. Dies führt insbesondere bei aquatischen Lebewesen zu Veränderungen im endokrinen System. Um die Belastung der Gewässer mit hormonell aktiven Substanzen zu verringern und einen guten chemischen und ökologischen Status nach europäischer Wasserrahmenrichtlinie zu erreichen, wird eine Reduktion des Eintrags hormonell aktiver Substanzen angestrebt. Die meisten Abwässer werden in Kläranlagen gesammelt, die somit Punktquellen für den Eintrag von hormonell aktiven Substanzen in die Umwelt darstellen. Zur Untersuchung neuer Methoden zur Abwasserreinigung sind zuverlässige und sensitive analytische Messtechniken notwendig. Da aktuelle instrumentelle Messmethoden nicht in der Lage sind hormonell aktive Substanzen im wirkungsrelevanten Konzentrationsbereich zu messen, wurden Hefezellenassays zur Detektion der östrogenen (A-YES) und androgenen (A-YAS) Aktivitäten für eine Anwendung in Oberflächengewässern und Abwässern evaluiert. Im Anschluss wurden diese Assays zur Beurteilung und Optimierung der Eliminationsleistung einer großtechnischen Ozonung auf einer kommunalen und einer Krankenhaus Kläranlage eingesetzt. Die untersuchten Abwassermatrices zeigten keine Effekte auf die Enzym Substrat Reaktion und die optische Dichte der A-YES Hefezellensuspension. Proben eines Oberflächengewässers sowie von Kläranlagen Zuläufen verursachten im A-YAS eine erhöhte optische Dichte der Zellsuspension im Vergleich zur Referenz. Eine verringerte optische Dichte der A-YAS Hefezellsuspension konnte in Extrakten von Zulaufproben bestimmt werden. Durch die Dotierung unterschiedlicher Konzentrationen der Referenzsubstanzen zu Oberflächengewässer- und Abwasserproben konnten Dosis Wirkungskurven mittels A-YES und A-YAS Assays abgebildet werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass insbesondere in Kläranlagen-Zulaufproben sowohl eine östrogene als auch eine androgene Aktivität bereits in der undotierten Ausgangsprobe vorhanden war. Des Weiteren konnten inhibierende Effekte in den Proben detektiert werden, die auf antagonistische Substanzen hindeuten. Die Analyse von Kläranlagen Abläufen zeigte östrogene Aktivitäten zwischen 0,035 und 5,5 ng EEQ/L sowie androgene Aktivitäten zwischen < 0,31 und 6,1 ng DHTEQ/L. Während der großtechnischen Ozonung konnte die östrogene Aktivität in einer kommunalen sowie einer Krankenhaus Kläranlage um bis zu 97% bzw. 83% reduziert werden. Die Reduktion der androgenen Aktivität lag bei 80% und 66%. Für zwei Verfahren zur bedarfsabhängigen Steuerung der Ozonung basierend auf der östrogenen Aktivität und auf dem DOC Gehalt konnte die Machbarkeit gezeigt werden. Allerdings stellten sich beide Methoden zum jetzigen Zeitpunkt als nicht wirtschaftlich heraus. Antagonistische Aktivitäten konnten in einem Konzentrationsbereich von 330 - 2.700 µg OHTEQ/L (anti-östrogene Aktivität) und 550 - 730 µg FEQ/L (anti-androgene Aktivität) mittels anti A-YES und anti A-YAS detektiert werden. Während der einzelnen Reinigungsstufen konnte keine Reduktion der antagonistischen Aktivitäten nachgewiesen werden. Sowohl A-YES als auch A-YAS sind für die Analyse von Abwasserproben geeignet und ermöglichen so erstmals die Beurteilung von Verfahren zur Abwasserreinigung im wirkungsrelevanten Konzentrationsbereich.
  • Natural hormones and hormonal active substances are organic micropollutants and enter the environment by different sources. They can affect especially aquatic organisms resulting in changes of the endocrine system. For the reduction of hormonal active compounds in surface waters and to achieve a good ecological and chemical status according to the Water Framework Directive the entry into the aquatic environment of these substances should be reduced. Most wastewaters are collected in wastewater treatment plants (WWTP) which act as point source of micropollutants into the environment. For evaluation of novel methods for wastewater treatment reliable and sensitive analytical methods are essential. As current analytical tools using instrumental methods are not able to detect hormonal active compounds in the effect relevant concentration range yeast cell assays for the detection of estrogenic (A-YES) and androgenic (A-YAS) activity were evaluated for their use in surface waters and wastewaters. Subsequently they were used for the evaluation of a full scale ozonation plant at a municipal and a hospital WWTP. Investigated matrices did not show effects on the enzyme-substrate reaction and to the optical density of the A-YES cell suspension. Surface water and WWTP influent samples increases optical density of the yeast cell suspension when compared to the reference water. Reduced optical density of A-YES cell suspension was detected in extracts of WWTP influents. Different concentrations of spiked reference substances results in dose response curves determined by the A-YES and A-YAS. Especially WWTP influent samples showed estrogenic and androgenic activity already in the unspiked sample. Additionally inhibitory effects were detected indicating antagonistic substances in the samples. Analysis of WWTP effluents showed estrogenic activity in the range of 0.035 5.5 ng EEQ/L and androgenic activity between < 0.31 and 6.1 ng DHTEQ/L. During a full scale ozonation estrogenic activity at a municipal and a hospital WWTP estrogenic activity was reduced up to 97% and 83%, respectively. Androgenic activity was reduced up to 80% and 66%. Both methods for demand depended control of ozonation based on estrogenic activity and DOC concentration were feasible but not applicable because of economic points of view up to now. Antagonistic activity was detected in the range of 330 - 2,700 µg OHTEQ/L (anti-estrogenic activity) and 550 - 730 µg FEQ/L (anti-androgenic activity) using anti A-YES and anti A-YAS. During treatment process antagonistic activity was not reduced. The A-YES and the A-YAS assays were suitable for the analysis of wastewater samples and firstly offer the assessment of processes for a further wastewater treatment in the effect relevant concentration range.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Linda Gehrmann
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002983-0
Title Additional (English):Detection of hormonal active Substances in the effect relevant concentration range for evaluation of full-scale ozonation of wastewater
Advisor:Prof. Dr. Henner Hollert, Prof. Dr. Frieder Schauer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2018/01/04
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2017/12/18
Release Date:2018/01/04
Tag:Hefezellen-Assay, hormonelle Aktivität
GND Keyword:Abwasser, Aktivität, Hormone, Ozonung
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Mikrobiologie - Abteilung für Genetik & Biochemie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie