Algenbürtige organische Bromverbindungen: Charakterisierung, Nachweis, Identifizierung und Bedeutung für das Trinkwasser
Final Report Abstract
Die hier durchgeführten Studien bestätigen, dass saisonal erhöhte AOBr Konzentrationen algenbürtig sind. Der AOBr Gehalt in Oberflächenwasser korreliert mit Microcystinen, insbesondere mit MC-LR und/oder Chlorophyll-a. Die Feldstudien sowie auch die Laborversuche zeigen, dass Microcystis für die AOBr Bildung verantwortlich ist. Unter vergleichbaren Bedingungen produziert Micorcystis vergleichbar hohe AOBr Gehalte im Medium Nährstofflösung und autoklaviertes Tegeler See Wasser, obwohl die Algenzahl im Medium Tegeler See Wasser viel geringer ist. Der AOBr besteht aus einer Vielzahl von Verbindungen, wie am Beispiel von Algenkulturen gezeigt werden konnte. Der AOBr aus Oberflächenwasser und Algenkulturen ist generell (stark) polar und teilweise anionisch. Der AOBr aus Oberflächenwasser besteht aber zu einem größeren Anteil aus (stark) polaren Verbindungen. Im Tegeler See besteht während der AOBr Bildungsphase ca. 32 % des AOBr aus Verbindungen mit einer labilen N-Br Bindung, in Kulturen beträgt dieser Anteil 20 %. Vor und nach der AOBr Bildungsphase verringert sich dieser Anteil auf 17 % bzw. 7 %. Der Nachweis von bromorganischen Verbindungen in realen Proben war sehr schwierig. Grund sind die sehr niedrigen AOBr Gehalte, so dass in natürlichen Proben nur 2 Verbindungen nachgewiesen werden konnten. In den Microcystiskulturen konnten hingegen zahlreiche organische Bromverbindungen detektiert werden, allerdings waren die Übereinstimmungen innerhalb der zahlreichen Kulturen sehr gering. Durch die Bestimmung exakter Massen konnte für 18 Verbindungen eine Summeformel bestimmt werden. Für 13 Verbindungen konnten auch plausible Strukturformeln formuliert werden, allerdings stets mit zahlreichen Strukturmöglichkeiten. Bei den hier nachgewiesenen Verbindungen, die Teile des AOBr bilden, handelt es sich um bromierte (hetero-)aromatische Strukturen mit Hydroxy-, Keto- und Carbonsäurefunktionen mit Molekulargewichten von 150 – 650 g/mol. Die Ergebnisse hinsichtlich des Verhaltens des biologischen Abbaus und der Trinkwassergewinnung ergaben: Unabhängig vom Test oder dem Aufbereitungsverfahren zeigt sich immer eine höhere Konzentrationsabnahme für den in Kulturen erzeugten AOBr. Die maximale technische AOBr Entfernung (inkl. Uferfiltration) von in Oberflächenwasser vorliegendem AOBr beträgt 30-40%, wobei eine 38 %ige Entfernung durch Adsoprtion erreicht wird. Anhand von Vibrio fischeri werden toxische Effekte erst in Konzentrationen von über 100 µg/L AOBr nachgewiesen (bestimmt in Extrakten von Oberflächenwassers). Im Rahmen des Kooperationsprojektes konnte gezeigt werden, dass reale Proben mit erhöhten AOBr Gehalten (Tegeler See und Stößensee) nur marginale neurotxische Effekte (C. elegans, Lebensdauer, Reproduktion, Stressresistenz und Wachstum) verursachen. Der AOBr besteht aus einer hohen Anzahl unterschiedlicher polarer Verbindungen in geringer Konzentration. Der AOBr aus Oberflächenwasser und Algenkultur ist (sehr) polar wobei der AOBr aus Oberflächenwasser zu einem höheren Anteil aus polaren Verbindungen besteht. Durch die technische Aufbereitung (inkl. Uferfiltration) kann nur ein geringer Anteil vom AOBr entfernt werden. Für bisher umweltrelevante Konzentrationen konnten keine toxikologischen/biologischen Effekte der algenbürtigen AOBr bildenden Verbindungen festgestellt werden.
Publications
- (2012) Natürlich gebildete organische Bromverbindungen: Charakterisierung und eine Abschätzung zum Verhalten bei der Trinkwasseraufbereitung. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, 14.-16. Mai 2012, Neu-Ulm, Deutschland, Seite 360-364. ISBN 978-3-936028-71-3
Kochan C., Putschew A., Jekel M.
