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Limnologie und Wasserhygiene |
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Grundlage:
Naturräumliche Gegebenheiten
Definition Licht Temperatur Morphologie 3.1 Leistungen von Organismen im aquatischen Ökosystem 3.1.2 Stoffkreisläufe:
C, N, P, S
3.2 Auswirkungen biologischer Aktivität auf die Wasserqualität 3.2.1 Auswirkungen auf den
Wasserkörper und das Gewässer
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Inhalt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Begriff Limnologie Limnologie ist die Wissenschaft von Binnengewässern als Ökosystem, deren Struktur und Funktion sie erforscht. Die Grundvoraussetzungen zum Verständnis der Prozesse im Gewässer sind Kenntnisse über physikalische, chemische und biologische Zusammenhänge.
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"Süßwasser- ökologie" |
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Limnophysik Klima- und witterungsinduzierte
Einflüsse auf einen Wasserkörper bestimmen wesentlich dessen
qualitative Beschaffenheit. Ebenso wirken naturräumliche Gegebenheiten
wie Beckenmorphologie, Einzugsgebietsgröße und Untergrundbeschaffenheit
auf die Wasserqualität. Dabei kann eine erhebliche räumliche
und zeitliche Variabilität der Qualität auftreten, die in bestimmten
Grenzen vorhersehbar ist.
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Struktur Schichtung Hydrologie |
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Strahlung
Die Strahlung, die in ein Gewässer eindringt ist ein entscheidender Faktor für die Primärproduktion sowie für die sich einstellende Temperaturschichtung. Das in ein Gewässer eindringende Licht wird gestreut und absorbiert, wodurch ein vertikaler Gradient entsteht. Der zurückgehaltene Betrag der Strahlung wird "Extinktion", der durchgehende als "Transmission" bezeichnet.
Einzelne Wellenlängen werden unterschiedlich stark absorbiert, so daß sich die Lichtfarbe mit der Wassertiefe ändert. In reinem Wasser wird Rot am stärksten absorbiert, während das kurzwellige Blau die größte Transmission hat. Entsprechend der im Wasser gelösten Substanzen und suspendierter Partikel (Algen, Huminstoffe) können sich diese Verhältnisse ändern. Diese Spektralverhältnisse bestimmen, bis zu welcher Tiefe Photosynthese (Spektralbereich 400 - 750 nm photosynthetisch aktive Strahlung, PAR) möglich ist. Als grobes Maß für die Untergrenze, in der noch autotrophe Produktion erfolgt, gilt 1 % der PAR an der Gewässeroberfläche (Kompensationspunkt, Atmung = Photosynthese). Dieser durchlichtete Bereich wird euphotische Zone bezeichnet.
Von außen wird die Farbe eines Gewässers durch die Reflexion der Himmelsfärbung und von dem Spektrum des Lichts, welches das Wasser wieder verläßt, nachdem es schon eingedrungen war, bestimmt. Blaues Licht wird von reinem Wasser am stärksten gestreut, so daß reines Wasser blau erscheint. |
Extinktion |
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Schichtungsverhältnisse
Eine entscheidende Beeinflussung der Wasserqualität ergibt sich aus dem jeweiligen Schichtungstyp eines Gewässers. Je nach geographischer Lage und Beckenmorphologie können folgende Typen unterschieden werden:
Die Ursache für das in Tab. 2 aufgezeigte Schichtungsverhalten liegt in der Dichteanomalie des Wassers und dem Einfluß des Windes. Da Wasser bei °C seine größte Dichte hat, wird es sowohl bei weiterer Abkühlung als auch bei weiterer Erwärmung leichter. Durch die so entstehenden Dichtegradienten entsteht eine stabile Schichtung. Je höher der Dichtegradient wird, um so stabiler wird die Schichtung und der Widerstand, welcher der Kraft des Windes entgegenwirkt. In den Sommermonaten werden an Seen gemäßigter Breiten deshalb nur die oberflächennahen Bereiche durchmischt (Epilimnion).Abb. 3: Schichtungsverhalten tiefer Gewässer im Jahresverlauf |
Mixis |
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Naturräumliche Gegebenheiten
Die Wasserqualität eines Gewässers wird in entscheidendem Maße von der Gestalt des Beckens (Form, Größe), dessen Lage (Windrichtung, Sonneneinstrahlung) und von der Größe des zugehörigen Einzugsgebiets bestimmt. Deshalb werden für die Einstufung von Gewässern im Hinblick auf die Wasserqualität nicht nur die Angaben über die vorliegende Qualität, sondern auch morphologische Daten herangezogen [TGL-Vorsperren, TGL-KLassifizierung]. |
Becken- volumen |
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3.1 Leistungen von Organismen im aquatischen
Ökosystem
In allen natürlichen Gewässern, welche nicht durch extrem lebensfeindliche Umwelteinflüsse (z. B. toxische Abwässer, hohe Temperaturen) geprägt sind, bauen sich Populationen verschiedenster Organismengruppen auf, die, geprägt durch externe und interne Energie- und Stoffströme sowie durch Wechselbeziehungen innerhalb der Lebensgemeinschaften, eine Biocoenose bilden. Ausschlaggebend für die Intensität und Qualität biologischer Stoffumsatzprozesse ist die Verfügbarkeit von Ressourcen (Nahrungs-, Licht- und chemische Energie). Wesentliche Interaktionen zwischen den Arten sowie innerhalb einer Art sind Konkurrenz um Ressourcen und Räuber-Beute-Beziehungen. Aus diesen Wechselwirkungen und der Verfügbarkeit von Ressourcen resultieren Wachstums- und Reproduktionsraten. Aquatische Lebensgemeinschaften dienen in vielfältiger Weise der Verbesserung der Wasserqualität (z. B. Selbstreinigungspotential von Fließgewässern, Abwasserbehandlung). Andererseits können Anwesenheit und Aktivität bestimmter Organismen die Wasserqualität erheblich beeinträchtigen. |
Leistungen |
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3.1.1 Nahrungsnetze
Die wichtigsten Wechselwirkungen innerhalb einer Lebensgemeinschaft beruhen auf dem Verbrauch und dem Gewinn von Nahrung. Die daraus resultierenden Räuber-Beute-Beziehungen können in einer einfachen Veranschaulichung der Nahrungskette - Pflanzen (Produzenten) pflanzenfressende Tiere (Primärkonsumenten) fleischfressende Tiere (Sekundärkonsumenten) Bakterien (Destruenten) - dargestellt werden. In aquatischen Nahrungsketten des Freiwassers werden diese trophischen Ebenen durch die Lebensgemeinschaften - Phytoplankton, Zooplankton, planktonfressende Fische, Raubfische und Bakterien - eingenommen.
Die Besiedlung eines Gewässers mit Organismen und der Aufbau von Nahrungsketten erfolgt in starker Abhängigkeit vom verfügbaren Nahrungsangebot für das Phytoplankton, da nur dieses im Freiwasser in der Lage ist, unter Nutzung von Nährstoffen Biomasse zu produzieren. Nur wenn alle lebensnotwendigen Nährstoffe sowie Lichtenergie zur Verfügung stehen, ist Photosynthese und somit Bioproduktion überhaupt erst möglich. Dies sind C-, N-, und P-Verbindungen. In mäßig bis wenig belasteten Talsperren unserer Breiten kommt dabei dem Phosphor eine entscheidende Bedeutung zu, da dieser natürlich begrenzt ist und somit als limitierender Faktor für das Algenwachstum (Primärproduktion) wirkt. Die Höhe der Primärproduktion eines Gewässers entscheidet über die Intensität aller Stoffumsatzprozesse und somit über die bestehende Wasserqualität (Eutrophierung). Die Phosphorbelastung und das daraus resultierende Algenwachstum (gemessen in Form des Pigments Chlorophyll-a) sind deshalb entscheidende Kriterien zur Bewertung des trophischen Zustandes stehender Gewässer [LAWA, TGL].Abb. 6: Verfügbarkeit von Energie und mineralisch gelösten Nährstoffen im Wasser für die Primärproduktion von Algenbiomasse Grafik 2.4.2 Die Stoff- und Energieströme zwischen den einzelnen Gliedern einer Nahrungskette beruhen auf dem Austausch von chemischer Energie (organische Substanzen für heterotrophe Lebensformen, anorganische Verbindungen für chemoautotrophe Bakterien). Diese steht in Form von Partikeln oder gelösten Stoffen zur Verfügung. Der Hauptanteil der erforderlichen Energie gelangt in Form von Lichtenergie in die Nahrungskette, welche für die Photosynthese des Phytoplanktons unter Nutzung mineralischer Pflanzennährstoffe zum Aufbau der Biomasse erforderlich ist. Wärmeenergie kann zur Primärproduktion nicht genutzt werden; ist aber für die Geschwindigkeit biogener Stoffumsatzprozesse und chemischer Reaktionen von Bedeutung.Abb 7: Die in Abb. 7 dargestellten Beziehungen stellen die grundlegenden Zusammenhänge zum Verständnis der trophischen Beziehungen innerhalb des Freiwasser-Ökosystems dar. Das tatsächliche Bild würde wesentlich komplexer und für jedes Gewässer individuell anders aussehen. Die eindeutige Zuordnung von Organismengruppen zu bestimmten trophischen Ebenen ist nur bedingt möglich, da sich das Nahrungsspektrum auf verschiedene Ebenen erstrecken kann. So können beispielsweise innerhalb des Zooplanktons räuberische Arten auftreten, die dann schon der nächst höheren Ebene zugeordnet werden müßten. Viele Fischarten können sowohl algenfressend, zooplanktonfressend und sogar räuberisch leben. Zudem ist bei Fischen der Kannibalismus nicht zu vernachlässigen. Anstelle der einfachen Nahrungskette tritt deshalb ein wesentlich komplexeres Bild eines Nahrungsnetzes. Wichtige Bestandteile dieses Nahrungsnetzes im Freiwasser sind (mit wenigen Beispielen):Tab. 3.1: Glieder des Nahrungsnetzes im Freiwasser eines Gewässers
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Nahrungs- netz
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3.1.2 Stoffkreisläufe: C, N, P, S
Die wichtigsten Nährstoffe für die Primärproduzenten im Gewässerökosystem sind Phosphor, Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff und Kieselsäure. Aber auch Spurenmetalle sowie organische Komponenten und Vitamine werden genutzt (vergl. Abb. 6). Der Umsatz dieser Nährstoffe erfolgt in Kreisläufen, die im Folgenden einzeln behandelt werden. In natürlichen Gewässern sind diese Kreisläufe vielfältig miteinander verknüpft. Allen Stoffkreisläufen ist gemeinsam, daß sie extern über Zuflüsse und atmosphärische Einträge gespeist werden können und daß ihnen auf der anderen Seite durch Abfluß, Sedimentation und Ausgasung Stoffe entzogen werden. Stoffkreisläufe beruhen auf biologischen Umsetzungen und abiotischen Reaktionen. Für die Praxis der Wassergütebewirtschaftung ist entscheidend, daß viele biologische Umsetzungen mit einer Überführung gelöster Substanzen in partikuläre Form verbunden sind. Diese Prinzipien werden technologisch vielfältig genutzt. |
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Kohlenstoffkreislauf: Kohlenstoff liegt im Gewässer in folgenden Formen vor:
Der DIC setzt sich aus CO2, HCO3- und CO32- zusammen. Der jeweilige Anteil dieser Verbindungen ist pH-abhängig. Der abiotische Eintrag in das Gewässer erfolgt in Form von CO2, während der Austrag über Sedimentation (Kalkfällung) und CO2-Ausgasung erfolgt. Der biologische Input von CO2 erfolgt durch die Atmung, während bei Photosynthese und Chemosynthese DIC verbraucht wird und in POC überführt wird. Der anaerobe Abbau von Biomasse führt zum Methan (CH4, organisch), welches bei Anwesenheit von Sauerstoff zu CO2 oxidiert wird.
Der POC wird durch alle im Wasser lebenden Organismen repräsentiert sowie durch tote organische Substanz (Detritus). Die Quelle des POC ist die Primärproduktion. Der POC - Anteil wird wesentlich durch die Aktivität der Organismen innerhalb des Nahrungsnetzes bestimmt. Durch den mikrobiologischen Abbau des POC wird dieser wieder in DOC überführt. Durch anthropogene Einflüsse können erhebliche DOC-Frachten in Oberflächengewässer gelangen, die dort zu intensiven bakteriellen Stoffumsatzprozessen (Sauerstoffzehrung) führen. Kommunale Abwässer und vor allem Abwässer aus Lebensmittelbetrieben weisen hohe DOC-Konzentrationen auf. In der Laboranalytik werden äquivalente Kriterien für den DOC (CSV, BSB) bestimmt. |
Kohlenstoff- kreislauf
BSB,
CSB,
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Stickstoffkreislauf
Stickstoff liegt in Gewässern in Form von elemetarem Stickstoff (N2) sowie Nitrat (NO3-), Nitrit (NO2-) und Ammonium (NH4+) vor. Der elementar gelöste Stickstoff (Löslichkeit ca. 20 mg/l) kann jedoch nur durch wenige Organismen (Cyanobakterien) als Nährstoff genutzt werden. Die wichtigsten anorganischen Stickstoffquellen für die Primärproduktion sind somit NO3-, NO2- und NH4+. Der in Biomasse fixierte Stickstoff wird als PON (partikulärer organisch gebundener Stickstoff) oder SON (suspendierter organisch gebundener Stickstoff) bezeichnet. Durch den Abbau von PON und Exkretion entsteht gelöster organischer Stickstoff, DON.
Durch den mikrobiellen Abbau des PON (SON) sowie durch Ausscheidungen von Organismen wird Ammonium freigesetzt (Ammonifikation), während durch Aminosäuresynthese PON gebildet wird. Der Begriff "Nitratammonifikation" beschreibt die im anaeroben Milieu stattfindende Nitratatmung, bei der ebenfalls Ammonium entsteht. Entsteht dabei elementarer Stickstoff, wird von "Denitrifizierung" gesprochen. Bei Anwesenheit von Sauerstoff (aerobes Milieu) wird wiederum Ammonium über die Zwischenstufe Nitrit zu Nitrat oxidiert (Nitrifikation).
Anorganische Stickstoffverbindungen gelangen überwiegend durch Zuflüsse und atmosphärische Einträge in die Gewässer. Hohe Ammoniumkonzentrationen lassen auf kommunale Abwässer und Gülle schließen, während hohe Nitratfrachten dem Einfluß mineralischer Düngung zuzuschreiben sind. Entsprechend der Belastung eines Gewässers mit weiteren bakterienverfügbaren Nährstoffen (DOC, P-Verbindungen) erfolgen Auf- und Abbau der jeweiligen Stickstoffverbindungen mit unterschiedlicher Intensität. Im Tiefenwasser belasteter Standgewässer und vor allem im Sediment ist beispielsweise eine rasche mikrobielle Zehrung von Nitrat zum Ammonium bzw. Stickstoff möglich, während in Zuflüssen von Standgewässern aufgrund der guten Sauerstoffversorgung (atmosphärischer Eintrag) der größte Teil des anorganischen Stickstoffs in Form von Nitrat vorliegt. An dieser Stelle sei darauf verwiesen, daß ein wichtiges Kriterium zur Bewertung des pflanzenverfügbaren Stickstoffs auf landwirtschaftlich genutzten Flächen der mineralisch gebundene Stickstoff (Nmin) ist. Dieser Nmin kann durch Erosion und Auswaschung zu erheblichen Nitrateiträgen in die Gewässer führen, da anorganische Stickstoffkomponenten gut löslich und somit sehr mobil sind. |
Stickstoff- kreislauf |
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Phosphor ist ein essentieller Nährstoff für die Primärproduktion von Biomasse. Phosphor ist wesentlich schwerer löslich als mineralischer Stickstoff, wodurch er in unbelasteten Gewässern zum limitierenden Faktor für das Algenwachstum und somit für die Eutrophierung wird. Der Phosphor liegt in Gewässern in unterschiedlichen Fraktionen vor, welche eher durch methodisch bedingte Analysenmethoden als durch chemische Charakteristika unterschieden werden:Im durchlichteten Epilimnion wird der SRP rasch in Algenbiomasse aufgenommen und innerhalb der Nahrungskette weitergegeben so daß er dort oft kaum noch analytisch nachweisbar ist (< 3 µg/l). Vor allem gegen Ende der Sommerstagnation kann dieser algenverfügbare P-Anteil sehr niedrig werden, während im Hypolimnion durch bakteriellen Abbau der Algenbiomasse SRP freigesetzt wird. Mit beginnender Zirkulation (Frühjahr, Herbst) wird SRP wieder in den durchlichteten Bereich transportiert, in dessen Folge verstärktes Algenwachstum möglich ist (Frühsommer). Im aeroben Milieu wird Phosphor relativ schnell an Partikel adsorbiert und gelangt ins Sediment. Die dort vorherrschenden Sauerstoffverhältnisse (Redoxpotenial) bestimmen, ob Phosphat wieder zurückgelöst (Sauerstoffmangel) oder fixiert wird. Phosphorverbindungen gelangen zum überwiegenden Anteil über die Zuflüsse in die Gewässer. Kommunale und landwirtschaftliche Abwässer tragen dabei entscheidend zur Eutrophierung bei. Die Verwendung phosphatfreier Waschmittel sowie die Einführung von Reinigungsstufen zur P-Eliminierung in kommunalen Kläranlagen führten in Deutschland zu einem Rückgang der P-Belastung der Gewässer. Besiedlung und landwirtschaftliche Aktivitäten im jeweiligen Einzugsgebiet werden jedoch immer eine "Grundlast" darstellen, die vor allem bei Hochwässern eingetragen wird (Erosion, Regenwasserüberläufe von Kläranlagen). Weiterhin stellt die zunehmende Verwendung von phosphorhaltigen Reinigungstabletten in Geschirrspülmaschinen eine nicht zu unterschätzende P-Belastung dar. Abb. 10: Vereinfachter Überblick zum Phosphorkreislauf in Standgewässern |
Phosphor- kreislauf |
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Weitere Stoffkreisläufe
Neben den oben beschriebenen C-, N-, und P-Kreisläufen sollen an dieser Stelle weitere, für die Wassergüte von Standgewässern ebenfalls bedeutende Stoffumsatzprozesse erwähnt werden: |
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Abb. 11: Beispiel
für die Stabilität von Eisen- und Manganverbindungen in einem
Standgewässer
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Eisen, Mangan |
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Silizium Silizium ist als Nährstoff
vor allem für eine Organismengruppe von Bedeutung. Kieselalgen (Diatomeen,
Bacillariophyceen) benötigen Silikat zum Aufbau ihres Kieselskelettes.
Das gelöste Silikat gelangt als Kieselsäure durch Verwitterung
von Silikatmineralien in die Gewässer. Der Lösungsprozeß
des partikulären Siliziums erfolgt nur sehr langsam, so daß
ein Großteil der Kieselalgenschalen nach dem Absterben bzw. nach
der Darmpassage der Zooplankter sedimentiert. Deshalb kann die Zeitspanne
zwischen dem Auftreten von Kieselalgenmassenentwicklungen während
der Stagnationsphase relativ lang sein. Die Rücklösung von Kieselsäure
aus dem Sediment ist vorrangig temperaturabhängig und wird durch die
Wasserbewegung über dem Sediment gefördert. Erst die Einmischung
von Si-haltigem Tiefenwasser in das Epilimnion während der Zirkulation
kann dann erneut zu intensivem Kieselalgenwachstum führen.
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Silizium, Kieselsäure |
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Schwefel gelangt durch die Verwitterung schwefelhaltiger Mineralien (Gips, Pyrit) und über atmosphärische Einträge in die Gewässer. Schwefel hat als Nährstoff nur geringe Bedeutung, ist aber an einer Vielzahl von mikrobiellen Stoffumsatzprozessen beteiligt. Unter aeroben Bedingungen liegt der größte Teil des anorganischen Schwefels oxidiert als Sulfat (SO42-) vor. Unter Sauerstoffmangel (Tiefenwasser, Sediment) erfolgt eine Reduktion der Schwefelverbindungen über mehrere Oxidationsstufen. Schwefelreduzierende Bakterien sind am Abbau vom Sulfat bis zum Schwefelwasserstoff (H2S) beteiligt. Zwischenstufen dieses Abbaus sind Sulfit, Thiosulfat und elementarer Schwefel. Ähnlich der Nitratreduzierung laufen schwefelreduzierende Prozesse an der Sedimentoberfläche am intensivsten ab. Versauerungsgefährdete, ungepufferte Gewässer sind gegenüber atmosphärischen Schwefeleinträgen gefährdet. Die im sächsichen Raum seit über 4 Jahrzehnten bestehende SO2-Belastung führte nicht nur zu enormen Waldschäden, sondern auch zu einer starken Versauerung einzelner Fließ- und Standgewässer (teilweise unter pH 5,0). |
Schwefel |
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3.2 Auswirkungen biologischer Aktivität
auf die Wasserqualität
Organismen können die Wasserbeschaffenheit positiv oder negativ beeinflussen. Obwohl positive Einflüsse durch die Aktivität von Organismen möglich sind und auch in der Gütebewirtschaftung genutzt werden (vergl. Kap. 4), wird prinzipiell ein Minimum biologischer Aktivität durch Begrenzung der Wachstumsfaktoren, insbes. der Nährstoffeinträge angestrebt. |
Eutrophierungs- kontrolle |
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3.2.1 Auswirkungen auf den Wasserkörper
und das Gewässer
Die Intensität der Wirkungen von Organismen sowie von Energie- und Stoffumsatzprozessen wird in erster Linie durch die Intensität des Algenwachstums bestimmt, da auf diesem Weg Biomasse gebildet wird, welche dann in vielfältiger Weise von anderen Organismengruppen (Nahrungsnetz) genutzt wird. Dabei sind die Wasserorganismen keinesfalls homogen auf den gesamten Wasserkörper verteilt, sondern orientieren sich an physikalisch/chemischen Gradienten (Licht- und Redoxverhältnisse) und dem Nahrungsangebot bzw. Fraßdruck durch Räuber. Wasserflöhe bilden beispielsweise große Schwärme ("patchiness"), in denen sie sich entsprechend dem täglichen Lichtrhythmus im Tiefenwasser (tagsüber, Schutz vor Räubern) oder im oberflächennahen Bereich (nachts, Filtration von Algen) aufhalten (Grafik). |
Wirkungen von Organismen |
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Nachts bzw. im Tiefenwasser ist keine Photosynthese möglich. Auch im Phytoplankton überwiegen dann respiratorische (Atmungs-) Prozesse, wobei unter Sauerstoffverbrauch CO2 entsteht. |
Wirkungen des Phytoplanktons - Biovolumen
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Direkte Auswirkungen des Zooplanktons:
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Wirkungen des Zooplanktons: Qualitäts-
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carnivore Invertebraten: Bio-
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Friedfische |
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Raubfische |
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Abb. 12: Beeinflussung der Wasserqualität durch wichtige Organismengruppen des Freiwassers im Epilimnion |
Grafik |
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Die in der Primärproduktion gebildete und durch die Nahrungskette veränderte Biomasse wird durch den mikrobiellen Abbau (Bakterien) mineralisiert. Bakterien sind in der Lage, die Energie nahezu aller natürlichen Verbindungen über Oxidations- und Reduktionsreaktionen zu verwerten. Alle aquatischen Lebensräume werden mit Bakterienpopulationen besiedelt, die äußerst effektiv die vorhandenen Ressourcen nutzen. Die Vielfalt der dabei ablaufenden Prozesse übertrifft die bereits erwähnten Interaktionen zwischen Phytoplankton, Zooplankton und Fischen mehrfach. Die Wasserbeschaffenheit kann durch bakteriologische Aktivitäten erheblich verändert werden.
Die in Abb. 13 gezeigten Beispiele zeigen nur einige wesentliche Verbindungen, die beim Abbau von Biomasse entstehen und für die Wasserqualität von Bedeutung sind. Für den Abbau der Biomasse (Umsatz reduzierter, organischer Verbindungen in oxidierte, mineralische Verbindungen) wird Sauerstoff benötigt. Andererseits wird die Abbauleistung der Bakterien entscheidend durch die Sauerstoffverhältnisse geprägt. Die unter aeroben Verhältnissen entstehenden Konzentrationen mineralisierter Verbindungen üben in der Regel keine negativen Einflüsse auf die Wasserqualität im Hinblick auf die Trinkwassernutzung aus. Sie sind ökotoxikologisch unbedenklich. Organische Verbindungen werden durch Bakterien unterschiedlich schnell mineralisiert. Schwer abbaubare Moleküle können über längere Zeit stabil bleiben (Huminstoffe, Braunfärbung) und mit anderen Elementen komplexe Verbindungen eingehen. |
Wirkungen von Bakterien - Abbau
von
Eisen Mangan |
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Makrophyten Amphibien |
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3.2.2 Trinkwasseraufbereitung / Leitungsnetz Obwohl Probleme der Wasseraufbereitung und -verteilung nicht vordergründiger Gegenstand des vorliegenden Informationssystems sind, werden von Verbänden, Büros und Institutionen, die sich mit der Gewässerqualität beschäftigen, in der Regel grundlegende Kenntnisse über die Aufbereitung des Oberflächenwassers zu Trinkwasser erwartet. Das Rohwasser unbelasteter, oligotropher Seen und Talsperren kann zwar bereits Trinkwasserqualität aufweisen, für den Transport in weitverzweigten Fernleitungsnetzen mit langen Fließ- und Aufenthaltszeiten müssen jedoch einige grundlegende Aufbereitungsschritte erfolgen. Die wichtigsten sind:
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Flockung Filtration Desinfektion Entsäueung Enteisung Entmanganung chemisches Gleichgewicht |
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Einige Algen (Uroglena spp., Synura spp.) sind dafür bekannt, daß sie vor allem unter Stress in der Wasseraufbereitung intensive Geruchs- und Geschmacksstoffe (fischig usw.) bilden, die einen zusätzlichen Einsatz von Aktivkohle erfordern . Besonders problematisch ist das Auftreten von Cyanobakterien ("Blaualgen"), da diese neben Allergenen auch Cyto- und Neurotoxine ausscheiden [5]. |
Geruch Geschmack Toxine |
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Viele einzellige Algen (Cyanobakterien, Chrysophyceen, Cryptophyceen, Chlorophyceen) und natürlich die Zooplankter sind eigenbeweglich. Sie können sich aus dem Al- bzw. Eisenflocken befreien und auch auf diese Weise in das Reinwasser und somit ins Leitungsnetz gelangen. Dann ist der Einsatz zusätzlicher Oxidationsmittel zur Hemmung der Beweglichkeit (z. B. Kaliumpermanganat) bereits vor der Filtration erforderlich. |
Eigen- beweglichkeit |
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Geringste Biomasseenteile, die in das Reinwasser bzw. ins Leitungsnetz gelangen, sind zwar in der Regel nicht unmittelbar gesundheitlich bedenklich, sie stellen aber einen Nährboden für die Wiederverkeimung des Rohrnetzes dar. In weitverzweigten Leitungsnetzen, in denen der Eintrag gelöster (DOC) oder partikulärer organischer Substanzen nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, muß ein Desinfektionsschutz bis zum Endverbraucher gewährleistet sein. Dies erfolgt in vielen Fällen durch den Einsatz von Oxidationsmitteln wie Chlor oder Chlordioxid, welche die Zellmembranen der Bakterien oxidieren. Die Betreiber von Aufbereitungsanlagen streben jedoch eine vollständige Entnahme der Biomasse an, da der Einsatz von Chlor und Chlordioxid bei Anwesenheit organischer Verbindungen zu gesundheitsschädlichen Desinfektionsnebenprodukten führen kann. Einige Versorger in Deutschland kommen bereits mit einer alleinigen UV-Desinfektion am Wasserwerksausgang aus. Unter dem Aspekt des Auftretens chlorresistenter Darmparasiten [11] sollte die Entnahme von Partikeln so perfektioniert werden, daß ein Trübungswert von 0,1 NTU unterschritten wird (Grenzwert nach [24] 1,5 NTU). |
Wieder- verkeimung |
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3.3 Krankheitserreger Trinkwasserbedingte Erkrankungen gaben gegen Ende des 19. Jahrhunderts den Anstoß, erste Normen über die Beschaffenheit und Aufbereitung von Trinkwasser zu erstellen (z. B. Hamburger Cholera-Epidemie 1892, bei der 17.000 Menschen erkrankten) [1]. Die folgende Tabelle stellt die bekanntesten und stark virulente Erreger dar. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl von bekannten Erregern, die jedoch in mehr oder weniger pathogenen Stämmen auftreten können (Salmonellen). Schwache Krankheitsverläufe, wie unspezifische Durchfälle, können trinkwasserbedingt sein. Sie werden jedoch nur selten ärztlich behandelt bzw. statistisch erfasst.
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Trübung
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Unter den genannten Erregern sind viele, die durch die klassischen Bestimmungsmethoden (Indikatorsystem, s..4.4) erfaßt werden und durch oxidative Verfahren (Chlor) abgetötet werden können. Die bereits erwähnten Epidemien im angelsächsischen Raum durch Cryptosporidien und Giardien lösten jedoch auch in Deutschland eine erneute Diskussion über die hygienischen Anforderungen an die Trinkwasserversorgung aus Talsperren aus. Diese Protozoen sind chlorresistent, wobei bereits eine lebenfähige Cyste eine Infektion auslöst. Man geht deshalb daran, Verfahren der Wasseraufbereitung dahingehend neu zu bewerten, daß nicht nur partikuläre Inhaltsstoffe insgesamt (ästhetische Aspekte) sondern auch einzelne Organismen aus dem Wasser abgetrennt werden müssen. |
Chlor Desinfektion |
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