Showing papers in "Acta Hydrochimica Et Hydrobiologica in 2002"

Occurrence, Fate, and Assessment of Polycyclic Musk Residues in the Aquatic Environment of Urban Areas — A Review

Abstract: In recent years, polycyclic musk compounds frequently used as synthetic fragrances in perfumes and various household products have been recognized as important organic residues in the aquatic environment, especially, in urbanized areas. These persistent contaminants are primarily discharged via municipal sewage effluents into the receiving surface waters. In some investigations of samples from different environmental compartments, 1, 3, 4, 6, 7, 8-hexahydro-4, 6, 6, 7, 8, 8-hexamethylcyclopenta-(g)-2-benzopyran (HHCB; Galaxolide®, Abbalide®) and 7-acetyl-1, 1, 3, 4, 4, 6-hexamethyltetralin (AHTN; Tonalide®, Fixolide®) were identified as the most important synthetic musk compound residues. In Europe, all of the other synthetic musks, including the nitro musk compounds, were only found at trace-level concentrations more than 20 times lower than those measured for HHCB. This paper compiles and discusses the results from investigations of sewage, sewage sludge, surface water, aquatic sediment, and biota samples. The results from several prolonged monitoring investigations of musk residues in Berlin, Germany, are presented as an example for the occurrence and fate of polycyclic musks in the aquatic system of an urbanized area. Significant differences were observed for the concentration ratios of HHCB and AHTN in samples originating from different aquatic compartments. Thus, an average HHCB/AHTN ratio of approximately 2.5:1.0 was measured in sewage sludges, sewage effluents, surface waters, and fish. In sediment samples, AHTN was, however, found at concentrations equal or even higher than those measured for HHCB (HHCB/AHTN ratio of 0.90:1.0). Bioaccumulation, metabolism in fish, and environmental and human risk assessment issues are discussed and results obtained for the urban area of Berlin are compared with those from other investigations. Vorkommen, Verbleib und Bewertung von Ruckstanden polycyclischer Moschusverbindungen in der aquatischen Umwelt urbaner Raume — eine Ubersicht Polycyclische Moschusverbindungen, die haufig als synthetische Duftstoffe in Parfumen und zahlreichen Haushaltsprodukten Verwendung finden, wurden in den letzten Jahren als wichtige organische Ruckstande in der aquatischen Umwelt, speziell in urbanen Raumen, erkannt. Die persistenten Verbindungen gelangen dabei primar uber kommunale Klarwerksablaufe in die angrenzenden Vorfluter. In zahlreichen Untersuchungen von Proben aus unterschiedlichen Umweltkompartimenten wurden 1, 3, 4, 6, 7, 8-Hexahydro-4, 6, 6, 7, 8, 8-hexamethylcyclopenta-(g)-2-benzopyran (HHCB; Galaxolide®, Abbalide®) und 7-Acetyl-1, 1, 3, 4, 4, 6-hexamethyltetralin (AHTN; Tonalide®, Fixolide®) als die wichtigsten Ruckstande unter denen der synthetischen Moschusverbindungen identifiziert. Die ubrigen synthetischen Moschusverbindungen, einschlieslich der Nitromoschusverbindungen, wurden in Europa lediglich in Spurenkonzentrationen gefunden, die jeweils mehr als 20-fach unter denen des HHCB lagen. In der vorliegenden Publikation werden die Ergebnisse von Befunden polycyclischer Moschusverbindungen in Abwassern, Klarschlammen, Oberflachengewassern, aquatischen Sedimenten und biologischem Material zusammengefasst und diskutiert. Ergebnisse von Langzeituntersuchungen in Berlin werden als Beispiel fur das Vorkommen und den Verbleib dieser Verbindungen im aquatischen System urbaner Raume vorgestellt. So wurden auch signifikante Unterschiede der Konzentrationsverhaltnisse von HHCB und AHTN fur Proben aus verschiedenen aquatischen Kompartimenten beobachtet. In Klarschlammen, Klarwerksablaufen, Oberflachenwasser- und Fischproben wurde ein mittleres HHCB-zu-AHTN-Verhaltnis von 2.5:1.0 gemessen. In Sedimentproben wurde AHTN jedoch in Konzentrationen detektiert, die vergleichbar oder sogar hoher waren als die des HHCB (mittleres HHCB-zu-AHTN-Verhaltnis von 0.90:1.0). Weitere Themen wie die Bioakkumulation der Verbindungen, deren Metabolismus in Fischen und Abschatzungen zum Umwelt- und Humanrisiko der polycyclischen Moschusverbindungen werden diskutiert, und fur den Berliner Raum berechnete Werte werden mit denen anderer Untersuchungen verglichen.

Relevance of intra- and extracellular cyanotoxins for drinking water treatment

Abstract: Bloom-forming cyanobacteria have been observed in eutrophic waterbodies including drinking water reservoirs all over the world. In this connection investigations about the relevance of intra- and extracellular cyanotoxins for drinking water treatment were carried out in laboratory- and pilot-scale experiments. An algae growth phase depended toxin release from cyanobacteria was obtained naturally caused from cultured cyanobacteria (Microcystis aeruginosa) and in a eutrophic reservoir containing Planktothrix rubescens. Results from laboratory-scale tests using cultivated cyanobacteria and pilot-scale experiments at a eutrophic reservoir underline the induced toxin release during conventional water treatment. Additional to the known toxin release using pre-oxidation, it was obtained the first time that the application of flocculation/filtration also effects in toxin release under the conditions investigated, possibly caused by turbulences in pipes and pressure gradients in filters. Bedeutung intra- und extrazellularer Cyanotoxine fur die Trinkwasseraufbereitung Die Beeintrachtigung der Trinkwasserqualitat infolge oftmals uberraschender Algenmassenentwicklungen stellt die Wasserwerke in vielen Landern der Welt vor erhebliche Probleme. In diesem Zusammenhang wurde das Verhalten intra- und extrazellularer Cyanotoxine im Prozess der Wasseraufbereitung anhand von Laborversuchen und an einer kleintechnischen Versuchsanlage untersucht. Die naturliche Freisetzung der Cyanotoxine wurde, abhangig vom Wachstumsstadium der Cyanobakterien, sowohl an einer Microcystis aeruginosa-Kultur als auch an einer mit Planktothrix rubescens belasteten eutrophen Talsperre nachgewiesen. Im Ergebnis von Labor- und kleintechnischen Versuchen an kultivierten bzw. naturlich vorkommenden Cyanobakterien wurde festgestellt, dass im Prozess der konventionellen Aufbereitung eine induzierte Toxinfreisetzung stattfindet. Neben der bereits bekannten Freisetzung bei der Voroxidation konnte erstmals auch die Freisetzung von Cyanotoxinen im Prozess der Flockung/Filtration, wahrscheinlich hervorgerufen durch Turbulenzen im Leitungssystem und Druckgradienten in Filtern, nachgewiesen werden.

Säulenversuche zum Transportverhalten von Arzneimittelwirkstoffen in der wassergesättigten Zone

Abstract: In recent years, a number of pharmaceutical residues have been detected in surface water, groundwater, and even in drinking water. Laboratory column experiments with disturbed samples of aquifer material (median grained sand) have been conducted to obtain information about the transport behavior of selected pharmaceutically active substances (carbamazepine, clofibric acid, diclofenac, ibuprofen, propyphenazone) in the saturated zone. During a testing period of ten days the pharmaceutically active compounds were added to test water, which was natural groundwater from the same aquifer, and changes of their concentrations were observed at the outflow of the column. The transport behavior of the substances was independent of pH, temperature, oxygen content, and the concentration of groundwater constituents. Compared to the tracer lithium, a retardation factor (R-d) of 2.8 was observed for carbamazepine which was the most strongly retarded substance of all the test compounds. For ibuprofen the retardation factor of 4.0 could only be estimated because of the low concentration ratio (C/C-0 = 0.45) measured in the lab experiment. While the drugs diclofenac (R-d = 2.6) and propyphenazone (R-d = 2.0) were transported more slowly than lithium, a retardation factor of 1.1 was found for the metabolite clofibric acid. The transport behavior of the observed drugs is characterized by different sorption and degradation processes. Ibuprofen was degraded whereas under aerobic conditions no or only low degradation was observed for carbamazepine (C/C-0 = 0.85) and diclofenac (C/C-0 = 0.88), and no degradation was found for propyphenazone (C/C-0 = 1.0). Clofibric acid was not influenced by sorption or degradation processesEine Reihe von Arzneimittelruckstanden wurde in den letzten Jahren im Oberflachenwasser, im Grundwasser und sogar im Trinkwasser nachgewiesen. Um detaillierte Informationen uber das Transportverhalten von ausgewahlten Arzneimittelwirkstoffen (Carbamazepin, Clofibrinsaure, Diclofenac, Ibuprofen, Propyphenazon) in der wassergesattigten Zone zu erhalten, wurden Saulenversuche mit gestorten Proben aus Grundwasserleitermaterial (Mittelsand) im Labormasstab durchgefuhrt. Uber einen Zeitraum von jeweils 10 Tagen wurde Versuchswasser, ein dem Grundwasserleitermaterial entsprechendes naturliches Grundwasser, mit den Wirkstoffen dotiert (10 g/L), und die Konzentrationsanderungen am Saulenauslauf wurden beobachtet. Das Transportverhalten der untersuchten Medikamentenwirkstoffe war unter den gegebenen Bedingungen nicht von pH-Wert, Temperatur, Sauerstoffgehalt und Grundwasserinhaltsstoffen abhangig. Mit einem Retardationsfaktor von 2.8 ist der Transport des Wirkstoffes Carbamazepin am deutlichsten gegenuber Lithium verzogert. Aufgrund des geringen C/C0-Verhaltnisses von 0.45 konnte fur den Wirkstoff Ibuprofen der Retardationsfaktor lediglich abgeschatzt werden; demnach lag der Retardationsfaktor bei 4.0. Wahrend Diclofenac (Rd = 2.6) und Propyphenazon (Rd = 2.0) langsamer als Lithium transportiert wurden, konnte fur Clofibrinsaure ein Retardationsfaktor von 1.1 ermittelt werden.Das Transportverhalten der untersuchten Substanzen ist in unterschiedlichem Mas von Sorptions- und Abbauprozessen charakterisiert. Wahrend Ibuprofen hauptsachlich abgebaut wird, ist der Abbau bei Carbamazepin und Diclofenac mit einem C/C0-Verhaltnis von 0.85 und 0.88 im aeroben Milieu allenfalls gering und bei Propyphenazon (C/C0 = 1.0) ist kein Abbau unter oxischen Bedingungen nachzuweisen. Clofibrinsaure war ganzlich unbeeinflusst von Sorptions- und Abbauprozessen.

Production of Drinking Water from Highly Contaminated Surface Waters: Removal of Organic, Inorganic, and Microbial Contaminants Applying Mobile Membrane Filtration Units

Abstract: In military out of area missions of the Bundeswehr, it can be necessary to produce drinking water even from highly polluted surface waters containing a variety of organic, inorganic, and microbiological contaminants Thus, mobile drinking water purification systems must be able to remove such contaminants as far as possible to meet the requirements of the German and European drinking water regulation/directive Presently, two novel drinking water purification units applying membrane filtration undergo intensive long-term trials carried out by the Bundeswehr If these trials positively proof the functionality of these units and their ability to remove all possible contaminants they shall substitute so far available devices which use large amounts of chemicals and charcoal filtration for water purificationIn the course of a research project, the functionality of the new devices and their efficacy to remove high amounts of algae, microbes, and organic and inorganic pollutants are additionally tested in “worst-case” field studies In September 2000, the first mobile drinking water purification unit was tested at the Teltowkanal in Berlin, GermanyThis canal was chosen because it carries high burdens of municipal sewage effluents The results from the fatigue test confirmed the ability of the water purification unit to reduce the concentrations of all contaminants meeting the maximum tolerance levels set by the German/European drinking water regulationThe pre-filtration device was very effective in removing algae and solid particles to protect the membranes from clogging and to enable an almost maintenance-free operation Residues of pharmaceuticals and some other organic contaminants have almost totally been removed from the surface water where they were detected at individual concentrations up to the μg/L-level Gewinnung von Trinkwasser aus hochbelasteten Oberflachengewassern: Entfernung organischer, anorganischer und mikrobieller Kontaminanten mittels mobiler Membranfiltrationsanlagen Im Rahmen militarischer Auslandseinsatze der Bundeswehr kann es notwendig sein, Trinkwasser auch aus hochkontaminierten Oberflachengewassern zu gewinnen, die eine Vielzahl verschiedener organischer, anorganischer und mikrobiologischer Verunreinigungen enthalten Mobile Trinkwasseraufbereitungsanlagen mussen deshalb in der Lage sein, auch solche Kontaminanten soweit wie moglich zu entfernen, um die Anforderungen der deutschen bzw europaischen Trinkwasserverordnung/-richtlinie zu erfullen Derzeit werden mehrere neuartige, auf der Membranfiltrationstechnik basierende Trinkwasseraufbereitungsanlagen im Rahmen extensiver Langzeittests bei der Bundeswehr untersucht Sollten diese Tests im Hinblick auf die Funktionalitat der Anlage und ihrer Fahigkeit zur Entfernung aller relevanten Kontaminanten positiv verlaufen, so sollen diese die bislang verfugbaren Anlagen ersetzen, die grose Mengen an Chemikalien und Aktivkohle verbrauchen Im Rahmen eines Forschungsprojekts wird die Funktionalitat und die Effektivitat zweier mobiler Trinkwasseranlagen zur Entfernung groser Mengen Algen, Mikroorganismen, organischer und anorganischer Verunreinigungen in sogenannten „Worst-case”-Szenarios getestet Im September 2000 wurde die erste der beiden mobilen Trinkwasseraufbereitungsanlagen am Teltowkanal in Berlin getestet, der aufgrund seiner hohen Belastung durch kommunale Abwasser ausgewahlt wurde Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigten, dass die Anlage die Konzentrationen aller gepruften Parameter deutlich unterhalb der gesetzlich geforderten Trinkwassergrenzwerte reduzieren konnte Die Vorfiltration mittels konventioneller Beutelfilter war in der Lage, Algen und Feststoffpartikel effektiv zu entfernen und die Membranen vor Verblockung zu schutzen und somit einen weitgehend wartungsfreien Betrieb zu ermoglichen Ruckstande von Arzneimitteln und anderer organischer Kontaminanten, die z T in individuellen Konzentrationen bis in den μg/L-Bereich im Teltowkanal gefunden wurden, konnten mit der Anlage fast vollstandig (i d R < NWG) entfernt werden

Comparative Life Table Demography and Population Growth of Brachionus macracanthus DADAY, 1905 and Platyias quadricornis EHRENBERG, 1832 (Rotifera, Brachionidae) in Relation to Algal (Chlorella vulgaris) Food Density

Abstract: We tested the effect of five different concentrations (0.25 · 106, 0.5 · 106, 1.0 · 106, 2.0 · 106 and 4 · 106 cells mL—1) of the green alga Chlorella vulgaris on the life table demography and population growth of two rotifers (Brachionus macracanthus and Platyias quadricornis). Based on the data from life table studies, we calculated selected survivorship and reproduction variables (age-specific survivorship, life expectancy and stable age distribution, gross reproductive rate, net reproductive rate, generation time and the rate of population increase). In general, both the rotifer species had nearly the same response with increasing food levels as regards the survivorship variables but differed in their reproductive variables. Age-specific survivorship curves were broadly rectangular at lower or intermediate food levels for B. macracanthus while these curves were steep for P. quadricornis. At lower food levels both the rotifer species showed a nearly normal distribution pattern of neonate production. With increasing food levels, both rotifer species showed reduced offspring production. The maximum offspring production was 2.5 ind. female—1 d—1 for B. macracanthus, comparable to P. quadricornis. At the lowest algal food density, the generation time of both the rotifer species was different ((7.12 ± 0.14) d vs (9.87 ± 0.18) d for B. macracanthus vs P. quadricornis, respectively), while at the highest Chlorella level, this was nearly the same. B. macracanthus had higher gross and net reproductive rates than P. quadricornis at any tested food level. The rate of population increase was higher (0.42 to 0.52 d—1) for B. macracanthus than P. quadricornis (0.17 to 0.28 d—1) atany Chlorella level. Statistical analysis of the selected life history variables revealed significant (p 0.05). Data on the population growth of B. macracanthus and P. quadricornis in relation to the five algal densities have also been presented. In general at any given Chlorella level, both B. macracanthus and P. quadricornis showed increased population abundance with increasing food availability. However, B. macracanthus had lower population abundance than P. quadricornis. The lowest peak population density recorded for B. macracanthus was 4.3 ± 0.08 ind mL—1 at 0.25 · 106 cells mL—1, while the highest values (117.3 ± 2.4 ind mL—1) were for P. quadricornis at 4 · 106 cells mL—1. The rate of population increase per day increased with food level for both the rotifer species. However, at any given food level, B. macracanthus had lower growth rates than P. quadricornis. The growth rates ranged from (0.059 ± 0.001) d—1 to (0.11 ± 0.001) d—1 for B. macracanthus and (0.14 ± 0.005) d—1 to (0.21 ± 0.002) d—1 for P. quadricornis. The observed differences in the life history variables of both the rotifer species in relation to food level have been interpreted in terms of species-specific adaptations, based on a combination of life table demography and population growth parameters. Vergleichende Lebenstafel-Demographie und Populationswachstum von Brachionus macracanthus DADAY, 1905 und Platyias quadricornis EHRENBERG, 1832 (Rotifera, Brachionidae) in Bezug zur Algen-Futterdichte (Chlorella vulgaris) Untersucht wird der Einfluss von funf verschiedenen Konzentrationen (0.25 · 106, 0.5 · 106, 1.0 · 106, 2.0 · 106, 4.0 · 106 Zellen mL—1) von Chlorella vulgaris auf die Lebenstafel-Demographie und das Populationswachstum der beiden Rotifera Brachionus macracanthus und Platyias quadricornis. Auf Basis der Lebenstafeln werden ausgewahlte Parameter zu Uberleben und Fortpflanzung berechnet (altersspezifische Uberlebensrate, Lebenserwartung und stabile Altersverteilung, Raten der Brutto- und Nettoproduktion, Generationszeit und Rate des Populationswachstums). Im allgemeinen zeigen beide Arten fast die gleiche Reaktion auf die zunehmende Futterkonzentration hinsichtlich der Uberlebens-Parameter, aber unterschiedliche Reaktionen hinsichtlich der Parameter zur Reproduktion. Alterspezifische Uberlebenskurven sind im unteren und mittleren Bereich der Futterdichte fur B. macracanthus nahezu rechtwinklig, fur P. quadricornis steiler. Bei geringer Futterdichte zeigen beide Arten fur die Produktion von Neonaten nahezu das Muster einer Normalverteilung. Beide Arten zeigen bei steigender Futterkonzentration abnehmende Produktion an Nachkommen mit dem Maximum von 2.5 Ind. je Weibchen und Tag. Bei der geringsten Futterkonzentration betrug die Generationszeit (7.12 ± 0.14) d fur B. macracanthus und (9.87 ± 0.18) d fur P. quadricornis, bei der hochsten Futterkonzentration (4.97 ± 0.04) d bzw. (4.94 ± 0.17) d. Die Brutto- und Nettoproduktionsraten waren fur B. macracanthus stets hoher als fur P. quadricornis. Die Rate des Populationswachstums betrug 0.42…0.52 d—1 fur B. macracanthus und 0.17…0.28 d—1 fur P. quadricornis. Die statistische Analyse ausgewahlter Parameter der Lebensgeschichte ergab einen signifikanten Einfluss (p 0.05). Die maximale Populationsdichte zeigt fur beide Arten lineare Regression zur Futterdichte mit generell hoheren Werten fur P. quadricornisy. Die Rate des Populationswachstums zeigt fur B. macracanthus lineare Regression zur Futterdichte, fur P. quadricornis lineare Regression zum Logarithmus der Futterdichte. Die Differenzen in den Parametern der Lebensgeschichte beider Arten im Verhaltnis zur Nahrungsdichte werden als artspezifische Anpassungen interpretiert.

A Field Study on the Hydrochemistry of Land/Inland Water Ecotones with Reed Domination

Abstract: The hydrochemistry of land/water ecotones dominated by a reed (Phragmites australis) community was studied in a eutrophic shallow lake in China. The ecotones are composed of reed beds divided by many artificial ditches and serve as a connecting link between the upstream Fuhe River mouth and the downstream central lake. This lake-side ecotone exhibited a strong chemical buffering function and high nutrient removal processes. In the subsurface water of reed beds, the partial CO(2) pressure was 23...704 times of that in the atmosphere and the partial O(2) pressure was 5...34% of atmospheric O(2) pressure. The change of hydrochemical type and greatest nutrient reduction occurred at 0.5 m landward from the reed-bed/ditch boundary. The dominant cations in ditch water and subsurface water were Na(+) and Ca(2+), respectively. The nutrient level in the reed-bed subsurface water maintained low and stable despite the variable high concentrations of nutrients in the ditch water. The crisscrossed reed-bed/ditch landscape greatly increases the active area between eutrophic river mouth water and subsurface water. Since the area of reed fields in the lake occupies 22% of the lake area, the exchange between the subsurface water of reed beds and ditches can act as a huge buffer to reduce allochthonous nutrient input and the nutrient concentrations in the lake. Thus, the self-purification capacity of the lake ecosystem increased with the presence of an active ecotone.

Cryptosporidium and Giardia in natural, drinking, and recreational water of Northwestern Greece

Abstract: An investigation about distribution of Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts in natural, drinking, and recreational water in Northwestern Greece was performed. Five rivers (Aoos, Arachthos, Kalamas, Louros, and Voidomatis) and one lake (Pamvotis Ioannina Lake) in Northwestern Greece were investigated during a 10-month period. Drinking and recreational water (swimming pools) from the area were also examined. Samples were collected from prefixed sampling stations and processed following a modification of standard methods for the microbiological examination of water, as suggested by the APHA/AWWA/WEF. Both Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts were isolated from Pamvotis Ioannina Lake (15 positive/27 examined samples). Significantly lower numbers of Cryptosporidium oocysts were detected in Arachthos River (1/5), Voidomatis River (1/5), drinking water (1/7), and pool water samples (1/9). No Giardia cysts were detected, neither in river water, nor in drinking, and pool water samples. The results clearly show that, with the exception of Pamvotis Ioannina Lake, where contamination of high level was observed, natural water sources of the investigated area have low pollution, resulting in low contamination with parasites. Cryptosporidium und Giardia in Roh-, Trink- und Schwimmbadwasser in Nord-West-Griechenland Es wurden Untersuchungen uber das Vorkommen von Giardia-Zysten und Cryptosporidium-um-Oozysten in Roh-, Trink- und Schwimmbadwasser in Nord-West-Griechenland durchgefuhrt. Funf Flusse (Aoos, Arachthos, Kalamas, Louros und Voidomatis) und ein See (Pamvotis) wurden in einen Zeitraum von 10 Monaten untersucht. Es wurden auch Trink- und Schwimmbadwasserproben entnommen und untersucht. Die Proben wurden in ausgewahlten Stationen entnommen und mit einer modifizierten Standardmethode (APHA/ AWWA/WEF) fur die mikrobiologische Untersuchung des Wassers verarbeitet. Sowohl Giardia-Zysten als auch Cryptosporidium-Oozysten wurden aus dem Pamvotis Ioannina See isoliert (15 positive/27 untersuchte Proben). Deutlich niedrigere Konzentrationen von Cryptosporidium-Oozysten wurden in Arachthos (1/5), Voidomatis (1/5), Trink- (1/7) und Schwimmbadwasser (1/9) nachgewiesen. Keine Giardia-Zyste wurde in Fluss- und Trinkwasser oder in Schwimmbadern gefunden. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass mit Ausnahme vom Pamvotis Ioannina See, wo hohe Kontaminationen beobachtet wurden, Rohwasserquellen aus dem untersuchten Gebiet leicht belastet und mit Parasiten kontaminiert sind.

Use of Chemotaxonomy To Study the Influence of Benzalkonium Chloride on Bacterial Populations in Biodegradation Testing

Abstract: Contradictory results are reported for the behaviour of quaternary ammonium compounds (QACs) in sewage treatment plants (STPs). QACs may sorb onto activated sludge. Only little information is available with respect to effects of QACs against bacteria in STPs. Only 5 to 15 % of bacteria present in sewage sludge can be detected by means of culture dependent microbiological methods. The shift of the bacterial populations due to effects of test compounds have not been studied up to now with culture independent methods. The microbial populations shift was studied in situ using culture independent chemotaxonomy profiling ubiquinones and polyamines. Additionally, toxic effects of QACs against bacteria present in the test vessels of the Zahn-Wellens test (OECD 302 B) were assessed with a toxicity control in the test. The ubiquinone profiles representing changes in Gram-negative populations mainly showed that the activated sludge was affected only in test vessels containing benzalkonium chloride. According to chemotaxonomy Acinetobacter or/and some members of Pseudomonas spp. have been selected by benzalkonium chloride after some adaptation period (8 to 12 days). Chemotaxonomie zur Untersuchung des Einflusses des Desinfektionsmittels Benzalkoniumchlorid auf bakterielle Populationen in Abbautests Hinsichtlich des Verhaltens und des Abbaus von quartaren Ammoniumverbindungen werden in der Literatur widerspruchliche Ergebnisse berichtet. Einerseits kann neben dem biologischen Abbau Benzalkoniumchlorid an dem Belebtschlamm adsorbieren und dadurch auch eliminiert werden. Andererseits sind nur max. 5 bis 15 % der Bakterien des Klarschlamms bekannt und konnen mit klassischen Methoden kultiviert werden. Der Einfluss von Testsubstanzen auf bakterielle Populationen in Abbautests wurde bisher kaum mit kulturunabhangigen Methoden untersucht. Daher ist auch wenig Information bezuglich der Effekte von Desinfektionsmitteln wie Benzalkoniumchlorid gegenuber Bakterien in Klaranlagen und Abbautests verfugbar. Es wurden die Verschiebungen einiger mikrobiellen Populationen in Testgefasen des Zahn-Wellens-Tests (OECD 302 B) in situ mittels der kulturunabhangigen Chemotaxonomie untersucht. Es wurden dazu Ubichinone, Polyamine und Menachinone herangezogen. Erganzt wurden diese Untersuchungen durch Mitfuhren einer Toxizitatskontrolle im Test. Die Ubichinon-Profile zeigten, dass die durch die Marker erfassten Populationen des Belebtschlamms nur in Testgefasen, die Benzalkoniumchlorid enthalten, beeinflusst werden. Die Testbedingungen hatten demnach keinen entscheidenden Einfluss auf die Populationen in Batch-Tests wie dem hier verwandten Zahn-Wellens-Test. Nach einer Adaptationsperiode von 8 bis 12 Tagen wurden Acinetobacter und Pseudomonas Spezies durch Benzalkoniumchlorid selektiert.

The Role of Dissolved Organic Carbon in a Shallow Lowland Reservoir Ecosystem — A Long-term Study

Abstract: Long-term studies were conducted on the polymictic Siemianowka reservoir (SR), situated in a seminatural forest-peat catchment in NE Poland. The studies were started on the second year of the reservoir's existence. The records showed dissolved organic carbon (DOC) concentrations gradually increasing up to 25…30 mg/L. The largest DOC pool in the reservoir comes from the spring load input, supplemented by the excessive development of phytoplankton with cyanobacteria dominance. The DOC limited the range of the photic zone, eliminated the occurrence of aquatic plants, and was a significant carrier of nutrients, which were gradually released to water, bringing about the “humoeutrophication” of the reservoir. Die Rolle des gelosten organisch gebundenen Kohlenstoffs in einem flachen Stausee des Tieflands — eine Langzeitstudie Durchgefuhrt wurden Langzeit-Untersuchungen am polymiktischen Stausee von Siemianowka, gelegen in einem halbnaturlichen Einzugsgebiet von Wald und Moor des Narew. Die Untersuchungen wurden im zweiten Jahr nach Anstau begonnen. Die DOC-Konzentrationen steigen fortschreitend an bis zu 25…30 mg/L. Der groste Anteil des DOC im Stausee stammt aus dem Fruhjahrszufluss des Narew, erganzt aus der exzessiven Entwicklung des Phytoplanktons mit Dominanz der Cyanobakterien. Der DOC-Gehalt begrenzt die Tiefe der euphotischen Zone, eliminiert das Vorkommen aquatischer Makrophyten und ist signifikanter Trager von Nahrstoffen, die allmahlich an das Wasser abgegeben werden. Insgesamt fuhrt der DOC damit zur „Humoeutrophierung” des Stausees.

Photochemical Degradation of Organic Carbon in Acidic Mining Lakes

Abstract: The investigated coal mining lakes of the Lusatian lignite mining district and the mid-German lignite district are geogenically acidified caused by pyrite and marcasite oxidation. All lakes are characterized by high ionic strength and extremely high concentrations of dissolved ferric iron. In oxic water layers, up to 10% of total iron is present as Fe(II). Mean concentrations of dissolved organic carbon (DOC) are extremely low in the investigated Lusa-tian lakes (<0.1 mmol/L). During summer months, DOC concentrations below the detection limit were observed in epilimnetic layers accompanied by increased concentrations of ferrous iron. It is suggested that photochemical reactions are responsible for depletion of DOC and formation of ferrous iron as it has been described for acidic soft-water lakes. The coupling of DOC degradation and ferrous iron production was verified with sunlight exposure experiments. Samples of acidic mining lakes were irradiated in quartz glass vessels. Up to 50% of DOC was transformed to CO2 after 300 min of irradiation with natural sunlight, and the light-induced production of Fe(II) was up to 450% (compared to 100% Fe(II) concentration before irradiation). As a consequence of acidification and photochemical reactions, the carbon budget of investigated mining lakes is kept low because organic carbon is finally oxidized to carbon dioxide which leaves epilimnetic water layers as a gas. Photochemischer Abbau von organisch gebundenem Kohlenstoff in sauren Bergbaurestseen Die untersuchten Bergbauseen der Braunkohlenabbaugebiete des Lausitzer Braunkohlenreviers und des mitteldeutschen Braunkohlenreviers sind durch Pyrit- und Markasitoxidation geogen versauert. Alle Seen sind durch hohe Ionenstarken und extrem hohe Konzentrationen an gelostem Eisen(III) charakterisiert. In oxischen Wasserschichten liegen bis zu 10% des Gesamteisens als Eisen(II) vor. Die Konzentrationen von gelostem organischen Kohlenstoff (DOC) sind in den untersuchten Seen der Lausitz meist extrem niedrig (< 0.1 mmol/L). Wahrend der Sommermonate liegen die DOC-Konzentrationen im Epilimnion unterhalb der Nachweisgrenze und werden von ansteigenden Konzentrationen an Eisen(II) begleitet. Es ist zu vermuten, dass photochemische Reaktionen, wie sie fur saure Weichwasserseen beschrieben wurden, fur diese Verarmung an DOC und die Bildung von Eisen(II) verantwortlich sind. Der Zusammenhang zwischen dem DOC-Abbau und der Eisen(II)-Bildung wurde mit Sonnenlicht-Experimenten bestatigt. Proben aus sauren Bergbauseen wurden in Quarzglasgefasen bestrahlt. Bis zu 50% des DOC wurde nach 300 Minuten Bestrahlung mit naturlichem Sonnenlicht zu CO2 transformiert und die Lichtinduzierte Bildung von Eisen(II) machte bis zu 450% aus (bezogen auf 100% Eisen(II)-Konzentration vor der Bestrahlung). Als Konsequenz der Versauerung und der photochemischen Reaktionen bleibt das Kohlenstoffbudget der untersuchten Bergbauseen niedrig, da der organische Kohlenstoff letztlich zu Kohlendioxid oxidiert wird, der das Epilimnion als Gas verlasst.

Contaminant Levels and Ecotoxicological Effects in Sediments of the River Odra

Abstract: The large-scale analysis of contaminant levels in sediments in the Odra river basin during the study period from 1997 to 1999 showed that sediment quality varies according to the prevailing anthropogenic impacts. The levels of PAHs, Zn, and Cd in the Upper Silesian coal-mining and metallurgy district are by a factor of four above the quality targets (Zielvorgaben) defined by the Working Group on Water of the German Federal States. In the Lower Silesian district that is dominated by non-ferrous metallurgy, Cu and Hg were found in concentrations of a factor of three above the target values. Downstream of the inflow of the river Warta, the concentrations of Cd and of nutrients continue to increase, what suggests impacts of the electrotechnical/electronics industries around Poznan and emissions from agriculture. Temporal trends were recorded for heavy-metal concentrations in sediments near Widuchowa. The maximum was observed in the year of the flood event 1997. Cd and As levels were nearly double the median throughout the study period. The flood wave transported contaminated sediments downriver. After the flood, the levels dropped below the values measured in the time before this event. In the German river reach, the flood had a diluting effect for organic contaminants, that continued with view to PCBs until 1999. The PAH load, however, rose again, because the anthropogenic activities on the upper river course continued. The ecotoxicological effect of sediments is tested by means of bacteria, algae, and daphnia in pore waters and elutriates. Algal toxicity was repeatedly observed in pore waters from all study areas, in those from the headwaters and Widuchowa also in combination with bacteria toxicity. Elutriates of sediments from the headwaters did not show inhibiting effects. PAHs are considered to play a major role in the toxicity of Odra sediments. Schadstoffgehalte und okotoxische Wirkung von Odersedimenten Im Untersuchungszeitraum 1997 bis 1999 zeigt die grosraumige Analyse der Schadstoffbelastung der Sedimente im Odereinzugsgebiet, dass entsprechend den vorhandenen anthropogenen Einflussen die Sedimentbeschaffenheit variiert. Im Bereich des oberschlesischen Kohle- und Erzreviers herrschen PAK- sowie Zn- und Cd-Gehalte mit dem Faktor 4 oberhalb der LAWA-Zielvorgaben vor. Im niederschlesischen Revier der Buntmetallurgie werden fur Cu und Hg Faktoren von 3 gegenuber den Zielvorgaben beobachtet. Unterhalb der Warta steigen die Cd- und Nahrstoffkonzentrationen weiter an, was auf Einflusse aus der Elektrik/Elektronik-Industrie um Poznan bzw. Eintrage aus der Landwirtschaft hinweist. Zeitliche Trends werden fur die Schwermetallkonzentrationen in Sedimenten bei Widuchowa ermittelt. Im Jahr des Hochwassers wird das Maximum festgestellt. As und Cd-Gehalte betragen nahezu das Doppelte des Medians uber den gesamten Untersuchungszeitraum. Mit dem Hochwasser werden belastete Sedimente flussab transportiert. Nach dem Hochwasser sinken die Gehalte unter das Niveau aus der Zeit vor dem Hochwasser. Fur organische Schadstoffe bewirkt das Hochwasser im deutschen Abschnitt einen Verdunnungseffekt, der sich fur die PCB bis 1999 fortsetzt. Demgegenuber steigt die PAK-Belastung infolge andauernder Aktivitaten im Oberlauf danach wieder an. Die okotoxische Wirkung der Sedimente wird mittels Bakterien, Algen und Daphnien in Porenwassern und Eluaten untersucht. In den Porenwassern werden in allen Untersuchungsgebieten wiederholt algentoxische Effekte beoachtet, die im Quellgebiet und in Widuchowa in Kombination mit Bakterientoxizitat auftreten. Im Quellgebiet wird in den Eluaten keine Hemmwirkung beobachtet. Dieses Erscheinungsbild deutet auf PAK als Hauptverursacher hin, die auf alle eingesetzten Testorganismen toxisch wirken und bei der Elution nur in geringem Mase mobilisiert werden.

Effects of Short-term and Long-term Aluminium Stress on Photosynthesis, Respiration, and Reproductive Capacity in a Unicellular Green Flagellate (Euglena gracilis)

Abstract: Effects of short-term (1 h exposure) and long-term (7 d exposure) aluminium stress on photosynthesis and reproductive capacity have been studied in Euglena gracilis strain Z. Following concentrations of Altot (added as AlCl3) were tested: 0.5 mg L-1, 1.0 mg L-1, 1.5 mg L-1, 2.5 mg L-1, 5.0 mg L-1, 7.5 mg L-1, 10.0 mg L-1, and 15.0 mg L-1 Al, respectively. Growth rates at different aluminium concentrations did not show significant differences, except at 15.0 mg L-1Al. Initial respiration was higher in long-term than in the short-term experiments. It is supposed that an energy-dependent mechanism of excretion of aluminium ions has been active in the stressed cells. Consequently, the cells of E. gracilis after long-term exposure to aluminium are believed to be more acclimatised to the aluminium stress. Photosynthetic efficiency (PE) has been negatively affected by aluminium in all experiments performed. Differences between control algae and those treated with aluminium were significant in all cases. PE in long-term experiments was in general significantly higher at all concentrations of aluminium studied, compared to the short-term experiments. The aluminium concentrations tested led only to a general decrease in PE while the level of decrease was not especially concentration-dependent. In general, aluminium tolerance of E. gracilis can be estimated as low, especially by short-term exposure. However, good acclimatisation capacity of this green flagellate to aluminium doses by long-term exposure can be supposed. Wirkungen von Kurz- und Langzeit-Aluminium-Stress auf Photosynthese, Respiration und Reproduktions-Kapazitat eines einzelligen grunen Flagellaten, Euglena gracilis Kulturen von Euglena gracilis werden uber 1 h und uber 7 d gegen 0.5 mg L-1, 1.0 mg L-1, 1.5 mg L-1, 2.5 mg L-1, 5 mg L-1, 7.5 mg L-1, 10 mg L-1 und 15 mg L-1 Aluminium aus AlCl3 exponiert. Die Wachstumsrate zeigt mit Ausnahme der hochsten Al-Konzentration keine Beeinflussung. Die initiale Respiration ist in der Langzeitexposition hoher als im Kurzzeitexperiment. Als Ursache wird angenommen, dass unter Stresseinfluss ein energieabhangiger Mechanismus der Exkretion von Aluminiumionen in den Zellen induziert wird. Als Konsequenz sind die langzeitig exponierten Zellen von E. gracilis starker an den Stress akklimatisiert. Die photosynthetische Effizienz wird durch Aluminiumionen unter allen Versuchsbedingungen gegenuber der Kontrolle signifikant negativ beeinflusst, wobei keine Konzentrationsabhangigkeit nachzuweisen ist. Im Langzeitexperiment war unter allen Versuchsbedingungen die photosynthetische Effizienz hoher als im Kurzzeitversuch. Allgemein ist die Aluminium-Toleranz von E. gracilis als gering anzusehen, speziell im Kurzzeitexperiment, wahrend im Langzeitexperiment eine gute Akklimatisationskapazitat angenommen werden kann.

Effect of Four Species of Cladocerans (Crustacea) on the Population Growth of Brachionus patulus (Rotifera)

Abstract: In freshwater ecosystems, rotifers and cladocerans often dominate, in terms of both, numbers and biomass. However, between these groups, competition leads to an inverse relation. We quantified the effect of cladocerans (at fixed density = 0.5 ind mL—1; and biomass = 9.6 μg mL—1 (dry weight)) on the population growth of Brachionus patulus, using Daphnia pulex, Simocephalus vetulus, Moina macrocopa, and Ceriodaphnia dubia at 0.5 · 106 cells mL—1 and 1.5 · 106 cells mL—1 of Chlorella vulgaris. The initial density of rotifers in the controls and in the mixed cultures was 5 ind mL—1, while the density and the biomass of cladocerans (experiments conducted separately) was kept constant. Our results showed that regardless of food density, the presence of cladocerans had a significantly negative effect on the maximal population density and the rate of population growth of B. patulus. Control rotifer populations increased with increasing food density. Population density of B. patulus was least affected by Ceriodaphnia dubia, while the maximum negative effect was caused by the presence of Daphnia pulex. The rate of population increase per day (r) of B. patulus in controls was (0.27 ± 0.01) d—1 and (0.32 ± 0.01) d—1 under low and high food levels, respectively. The r values were negative in the presence of D. pulex regardless of food density while in the presence of S. vetulus, a negative r value was obtained only at the lower food level. Einfluss von vier Cladoceren-Arten auf das Populationswachstum von Brachionus patulus (Rotifera) In Okosystemen des Suswassers dominieren oft Rotatorien und Cladoceren, sowohl in der Anzahl wie in der Biomasse. Konkurrenz zwischen diesen Gruppen fuhrt jedoch zu einer inversen Beziehung. Untersucht wird der Einfluss von vier Cladoceren-Species (Daphnia pulex, Simocephalus vetulus, Moina macrocopa und Ceriodaphnia dubia) bei konstanter Dichte (0.5 Ind. mL—1, 9.6μg mL—1 (Trockenmasse)) auf das Populationswachstum von Brachionus patulus bei einem Nahrungsangebot von Chlorella vulgaris mit 0.5 · 106 Zellen mL—1 und 1.5 · 106 Zellen mL—1. Die initiale Dichte von Brachionus in den Kontrollen und gemischten Kulturen betrug 5 Ind. mL—1, wahrend die Dichte und Biomasse der Cladoceren in den Experimenten konstant gehalten wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass — unabhangig von der Nahrungsdichte — die Anwesenheit der Cladoceren einen signifikant negativen Effekt auf die maximale Populationsdichte und das Populationswachstum von B. patulus hat. Im Kontrollexperiment nahm die Rotatorien-Population mit steigender Nahrungsdichte zu. Die Populationsdichte von B. patulus wurde von Ceriodaphnia dubia am geringsten, durch Daphnia pulex am starksten beeinflusst. Die Wachstumsrate r von B. patulus betrug in den Kontrollen (0.27 ± 0.01) d—1 bzw. (0.32 ± 0.01) d—1 bei geringer bzw. hoher Futterdichte. Die r-Werte waren bei Anwesenheit von D. pulex unabhangig von der Futterdichte negativ, bei Anwesenheit von S. vetulus wurde ein negativer r-Wert nur bei der geringeren Futterdichte erreicht.

Reduction of tributyltin (TBT) and other organic pollutants of concern in contaminated sediments by means of an electrochemical oxidation

Abstract: In contaminated sediments butyltin compounds and PAH can be diminished by means of an electrochemical treatment The butyltin concentrations of the fine fraction (particle size <20 pm) of a mechanical separation unit were reduced from 350 pg/kg to < 10 μg/kg for tetrabutyltin (TeBT), from 2600 μg/kg to <30 μg/kg for tributyltin (TBT), 380 pg/kg to <100 pg/kg for dibutyltin (DBT), and from 570 pg/kg to <100 μg/kg for monobutyltin (MBT), respectively Furthermore the sum of PAH concentrations for 16 PAH descended approximately 90% during a residence time in the electrolysis cell of 3 h, while in contrast PCB concentrations remained the same before and after the treatment Apparently, the presence of PCB limited the application of this process, if the initial concentration exceeded guideline values for relocation Further investigations have to be undertaken to clarify this point Nevertheless the promising results obtained from a technical treatment unit have led to the construction of a pilot plant, which is installed in Bremen and operating since the beginning of 2002

Investigation of Colloidal Water Content with Laser-induced Breakdown Detection during Drinking Water Purification†

Abstract: Colloids (diameter typically < ca. 1 μm) are present in all aquatic systems. They have a high surface to mass ratio and therefore a large sorption capacity for both pollutants and microbial water impurities. Also, microorganisms as such can be regarded as colloidal matter. For drinking water purification it is vitally important to effectively remove such particulate water contents. The laser-induced breakdown detection (LIBD) was used as a powerful tool for the quantification of aquatic nano-particles in very low concentrations. The Fe(III)-assisted filtration used for purification of water from Lake Constance did not only remove suspended particles, but also colloids with a mean efficiency higher than 98 % (regarding the mass concentration). The number weighted mean particle diameter before filtration was typically several hundred nanometers, after filtration it was reduced to an average of 54 nm. The average mass concentration before the filtration step was 57 μg/L, afterwards only 0.66 μg/L. In a separate experiment it could be shown that the LIBD technique is capable of detecting microorganisms in water. Untersuchung kolloidaler Wasserinhaltsstoffe mittels Laser-induzierter Breakdown-Detektion bei der Trinkwasseraufbereitung Kolloide sind omniprasent in allen naturlichen Aquifern, ihre Grose liegt typischerweise unterhalb von ca. 1 μm. Sie weisen ein hohes Oberflache/Masse-Verhaltnis auf und besitzen daher eine hohe Sorptionskapazitat gegenuber Schadstoffen und auch Mikroorganismen. Weiterhin konnen Mikroorganismen selbst als kolloidale Wasserverunreinigungen angesehen werden. Fur eine moderne Trinkwasseraufbereitung ist es daher wichtig, kolloidale Stoffe moglichst vollstandig aus dem Rohwasser zu entfernen. Mit Hilfe der Laser-induzierten Breakdown-Detektion (LIBD), einer sehr empfindlichen Methode zur Quantifizierung aquatischer Nano-Partikel in sehr geringer Konzentration, konnte gezeigt werden, dass die Fe(III)-unterstutzte Filtration bei der Aufbereitung von Wasser aus dem Bodensee mehr als 98 % (bezogen auf die Partikelmasse) nicht nur der Schwebstoffe, sondern auch der enthaltenen Kolloide zuruckzuhalten vermag. Der anzahlgewichtete mittlere Partikeldurchmesser vor der Filtration lag im Bereich einiger hundert Nanometer, nach der Filtration betrug er durchschnittlich 54 nm. Die mittlere Massenkonzentration vor dem Filtrationsschritt betrug 57 μg/L, danach nur mehr 0.66 μg/L. In einem separaten Experiment konnte gezeigt werden, dass mittels LIBD auch Mikroorganismen in Wasser detektiert werden konnen.

Beeinflusst die Strukturgüte von Fließgewässern das Vorkommen von Makrophyten

Abstract: Eine wichtige Rolle bei der integrierenden Bewertung von Fliesgewassern spielt neben der Nahrstoffsituation, die uber die Makrophytenvegetation indiziert werden kann, die Gewasserstruktur. Die Frage nach moglicherweise bestehenden Zusammenhangen zwischen der Strukturgute und der Makrophytenvegetation steht im Mittelpunkt der Arbeit. Im Sommer 2000 wurden in 135 Kartierabschnitten an Fliesgewassern in Suddeutschland die Gewasserstruktur nach LAWA, die Makrophytenvegetation sowie ausgewahlte Standortparameter kartiert. Da in Gewassern mit hoher struktureller Diversitat hohere Artenzahlen zu erwarten sind als in solchen mit geringer Standortvielfalt, wurden die Artenzahlen der Makrophyten in den einzelnen Strukturguteklassen verglichen. Bei Betrachtung aller Arten lies sich kein statistisch signifikanter Unterschied in der Artenzahl mit sich verschlechternder Strukturgute nachweisen. Wahrend die Bryophyta eine signifikante Abnahme in der Artenzahl mit sich verringernder Strukturqualitat zeigten, war eine leichte Zunahme bei den ubrigen Lebensformgruppen erkennbar. Mit Hilfe einer Kanonischen Korrespondenzanalyse wurde die Beziehung des Parameters Gewasserstruktur zu den anderen Umweltfaktoren untersucht. Die strukturell hochwertigen Gewasser wiesen dabei eine meist hohe Fliesgeschwindigkeit auf und waren stark beschattet. Diese Umweltbedingungen, die charakteristisch fur die Gewassertypen hoherer Lagen sind, wurden vorwiegend von den Bryophyta toleriert. Von den ubrigen Lebensformgruppen bevorzugte Gewassertypen waren strukturell mehr oder weniger stark beeintrachtigt. Ein Zusammenhang zwischen der Artenzahl von Makrophyten und der Gewasserstrukturklasse lies sich damit bei Betrachtung aller Gewassertypen nicht nachweisen, da typspezifische okomorphologische Parameter die Unterschiede in den Artenzahlen maskieren. Diese Einflussfaktoren werden diskutiert. Fur Gefaspflanzen und Characeen konnen auch beeintrachtigte Gewasser gute Lebensbedingungen bieten. Von der Strukturguteklasse kann daher nur bei einer Differenzierung nach Gewassertyp auf die Besiedlungsbedingungen fur Makrophyten geschlossen werden. Does the Structural Quality of Running Waters Affect the Occurrence of Macrophytes? The morphological structure plays, besides e.g. nutrient concentration, an important role for the integrated assessment of running waters. This paper focuses on the relationship between structural quality and macrophyte vegetation. During summer 2000 structural quality according to LAWA, macrophyte vegetation, and selected habitat parameters were recorded in 135 mapping sections in running waters in Southern Germany. In streams of high structural diversity, generally higher species richness is expected than in rivers of low diversity of habitats. However, no significant differences in macrophyte species richness were detected between different classes of structural quality. In contrast, bryophytes alone showed a significant decrease in species richness with degradation of structural quality. The number of species of other macrophytes increased, respectively. The relationship between occurrence of macrophytes, structural quality, and other environmental variables was analysed using canonical correspondence analysis. Rivers of high structural quality mostly showed high flowing velocities and were heavily shaded. These environmental conditions, which characterize river types of mountainous regions, were predominantly tolerated by bryophytes. Vascular plants and charophytes generally prefer slowly flowing and unshaded habitats. River types exhibiting these environmental conditions often are more influenced by human activities and are more structurally degraded, respectively. With respect to these fundamental differences between river types, species richness of macrophytes and class of structural quality are not correlated when all types of rivers are taken into account. Type-specific ecomorphological parameters, which conceal the differences in species richness caused by structural quality, are discussed. Structural degraded rivers can provide good environmental conditions for vascular plants and charophytes. To predict macrophyte species richness from structural quality, a differentiation of river types is essential.

Abschätzung und Beeinflussbarkeit der Arsenmobilität in kontaminierten Böden

Abstract: Die Sickerwasserkonzentration in arsenkontaminierten Rieselfeldboden eines ehemaligen Gerbereistandortes wird durch Schuttel- und Saulenversuche abgeschatzt. Zusatzlich wird der Einfluss reduzierender Verhaltnisse, des pH-Wertes und der Ionenstarke berucksichtigt. Der eisenreiche Unterboden (C-Horizont) stellt die Hauptquelle fur eine Belastung des Grundwassers mit Arsen dar. Hier ist bei starkerer Durchfeuchtung zeitweise mit reduzierenden Verhaltnissen und einer erhohten Mobilisierung zu rechnen. Die potentiell freisetzbare Arsenfraktion wird daher durch Auflosen der leicht reduzierbaren Eisenoxidfraktion mit 0.1 M Ascorbinsaure naherungsweise erfasst. Die Arsenkonzentration in der Losung lasst sich durch Erhohung der Ionenstarke (z. B. mit 0.01 M CaCl2-Losung) von uber 100 μg/L auf unter 20 μg/L stabilisieren. Arsenkontaminierte Boden sollten mit CaCO3 behandelt werden, um eine moglichst hohe Calciumkonzentration in der Bodenlosung zu erzielen. Die Arsenkonzentration im Sickerwasser wird in erster Linie durch Sorptionsprozesse gesteuert und nicht durch Losungs- und Fallungsprozesse. Assessment and Modification of Arsenic Mobility in Contaminated Soil Arsenic concentration in the seepage of contaminated soils of an old tannery site is assessed using batch and column experiments. The effect of reducing conditions, pH, and ionic strength is also investigated. The iron oxide rich subsoil (C-horizon) is the main source of groundwater pollution with arsenic. In this horizon, mobilization can increase as a result of reducing conditions upon periodical water saturation. Therefore, the potentially mobile arsenic is determined by a reductive dissolution of the poorly crystalline iron oxide fraction using 0.1 M ascorbic acid. Arsenic concentration can be reduced from 100 μg/L to below 20 μg/L by an increase of ionic strength (e.g. by a 0.01 M CaCl2 solution). Arsenic contaminated soils should be limed regularly in order to maintain the highest possible calcium concentration in the soil solution.

Reduction of matrix-effects in pesticide analysis with gas chromatography-ion trap mass spectrometry (GC/ITD-MS) by clean-up processes

Abstract: In this work analytical determination of some pesticides frequently used in Morocco and Turkey was carried out with solid-phase extraction (SPE) and gas chromatography-ion trap mass spectrometry (GC/ITD-MS). Because of coextracts from the SPE material and/or water sample, recovery values beyond 100 % for some of the selected analytes were observed. This enhanced signal intensity was explained by an enhanced ionisation that is introduced by coeluting sample matrix. A clean-up method using florisil was tested for the removal of matrix substances. The removal of coextracts in the sample after forisil clean-up was proved by a standard addition method. Probenaufbereitungsschritte zur Verminderung von Matrixeffekten bei der Pestizidanalytik mittels Gaschromatographie-Ion-Trap-Massenspektrometrie (GC/ITD-MS) In der vorliegenden Arbeit wurde die analytische Bestimmung einiger in Marokko und der Turkei haufig verwendeter Pestizide mittels Gaschromatographie-Ion-Trap-Massenspektrometrie (GC/ITD-MS) nach vorhergehender Festphasenextraktion (SPE) vorgenommen. Aufgrund von Co-Extrakten aus dem Festphasenmaterial und/oder der Wasserprobe wurde fur einige der Analyten eine Wiederfindung von uber 100 % beobachtet. Die verstarkte Signalintensitat wird auf die zusatzliche Ionisierung co-eluierender Matrixbestandteile zuruckgefuhrt. Durch einen Vorreinigungsschritt mit Florisil liesen sich die Matrixbestandteile entfernen, was mit Hilfe der Standardadditionsmethode gezeigt wurde.

Scum in Nutrient Removal Plants: The Role of Carbon Sources in “Microthrix parvicella” Growth

Abstract: Scum formation is a widespread problem in activated sludge nutrient removal plants. It often comes along with an excessive development of the filamentous bacterium “Microthrix parvicella” stabilizing the flotation process. As “M. parvicella” was found to depend on long-chain fatty acids (LCFA) as sole carbon source not only in vitro but also in situ, some options of in-situ substrate supply are discussed. Wastewater concentrations of fatty acids in the range of 2 to 15 mg L-1 and homologue concentrations from synthetic surfactant degradation below 10 mg L-1 rule out these substrates as source for excessive biomass production. They might, however, well be suitable for start-up of a “M. parvicella” population. Build-up of excessive biomass might rely on fatty acid supply originating in cell walls of lysed stationary phase bacteria of long residence time sludge fractions such as scum layers. Moreover, biogenic surfactants such as rhamnolipids have been proved to be an excellent carbon source for excessive biomass production in vitro. Schaum in nahrstoffeliminierenden Klaranlagen: Der Einfluss von Kohlenstoffquellen auf das Wachstum von „Microthrix parvicella” Starke Schaumbildung ist gegenwartig ein weit verbreitetes Phanomen in Belebungsanlagen mit Nahrstoffelimination. Es geht oft mit einem ubermasigen Wachstum des Fadenbakteriums „Microthrix parvicella” einher, das den Flotationsprozess stabilisiert. Bisherige Befunde zeigen, dass „M. parvicella” auf langkettige Fettsauren als einzige Kohlenstoffquelle angewiesen ist, nicht nur in vitro, d.h. im Labor, sondern auch in situ, d.h. im Belebtschlamm selbst. Daher werden im Folgenden einige Moglichkeiten der Substratversorgung des Organismus in situ diskutiert. Fettsaurekonzentrationen im Abwasser im Bereich von 2 bis 15 mg L-1 und Homologenkonzentrationen aus dem Abbau synthetischer Tenside unter 10 mg L-1 machen diese Quellen als Grund fur exzessives Wachstum unwahrscheinlich. Sie konnten aber sehr wohl eine Rolle beim Aufbau einer „M. parvicella”-Population spielen. Die Bildung exzessiver Biomasse ist dann wahrscheinlich, wenn eine hohe Fettsaurekonzentration aus der Zellwand lysierter Zellen in der stationaren Wachstumsphase zur Verfugung steht, wie dies in Schaumschichten mit extrem hohem Schlammalter gegeben ist. Weiter haben sich biogene, d.h. organismenburtige Tenside, wie z.B. Rhamnolipide, als exzellente Kohlenstoffquelle fur starken Biomassenzuwachs in vitro herausgestellt.

Competition Between Littoral Cladocerans Macrothrix triserialis and Alona rectangula (Cladocera) in Relation to Algal Food Level and Inoculation Density

Abstract: We studied the relative competitive abilities of littoral cladocerans M.triserialis and A. rectangula using green algal food at two levels (0.5 · 106 and 2 · 106 cells mL−1 of Chlorella) under five different inoculation ratios. Both the cladoceran species were influenced by food availability and mutual competitive pressure. Macrothrix could withstand competition better under conditions of lower food availability while Alona grew better, despite competition, when more Chlorella was available. Population growth rates (r) ranged from 0.022…0.070 for Alona and from 0.024…0.075 for Macrothrix. There was a significant impact of the inoculation ratio on the maximal population density reached by either test species. Food concentration had a significant influence on the peak population density reached only for Alona rectangula. Data on the body sizes of M. triserialis and A. rectangula showed that there was a higher somatic growth with increasing food availability and decreased competitive pressure in both the test species. In Macrothrix, food concentration and the competition from Alona through different initial inoculation densities had a significant impact on the body size. At the lower food concentration, the body size was significantly smaller when the inoculation density was lowest (highest competitive pressure). The body size of Alona, on the other hand, was not affected by the competition but was significantly higher under conditions of greater food availability. These results have been discussed in light of different theories of competition. Konkurrenz zwischen den litoralen Cladoceren Macrothrix triserialis und Alona rectangula (Cladocera) in Bezug zur Nahrungsdichte der Algen und zur Inokulationsdichte Untersucht wird die relative Konkurrenzfahigkeit der litoralen Cladoceren M. triserialis und A. rectangula bei zwei Algendichten von Chlorella als Nahrungsquelle (0.5 · 106 und 2 · 106 Zellen mL−1) und funf verschiedenen Inokulationsdichten. Beide Cladoceren-Arten werden beeinflusst durch die Verfugbarkeit der Nahrung und den wechselseitigen Konkurrenzdruck. Macrothrix widersteht der Konkurrenz besser unter den Bedingungen geringeren Nahrungsangebotes, wahrend Alona trotz Konkurrenz besser wachst, wenn mehr Chlorella verfugbar ist. Die Wachstumsraten der Population (r) betragen 0.022…0.070 fur Alona und 0.024…0.075 fur Macrothrix. Fur jede der untersuchten Arten ergab sich ein signifikanter Einfluss der Inokulationsrate auf die erreichte maximale Populationsdichte. Die Nahrungskonzentration hatte nur fur Alona rectangula einen signifikanten Einfluss auf die erreichte maximale Populationsdichte. Daten zur Korpergrose von M. triserialis und A. rectangula zeigen ein hoheres somatisches Wachstum beider Arten bei zunehmender Nahrungsdichte und abnehmendem Konkurrenzdruck. Fur Macrothrix haben die Nahrungskonzentration und die Konkurrenz durch Alona bei unterschiedlicher initialer Inokulationsdichte signifikanten Einfluss auf die Korpergrose. Bei der geringeren Nahrungskonzentration war die Korpergrose signifikant geringer, wenn die Inokulationsdichte am geringsten war (hochster Konkurrenzdruck). Andererseits war die Korpergrose von Alona nicht beeinflusst von der Konkurrenz, aber signifikant groser bei hoherer Verfugbarkeit der Nahrung. Die Ergebnisse werden im Licht unterschiedlicher Theorien der Konkurrenz diskutiert.

The Possible Role of Reduced Sulfur Compounds in the Toxic Properties of Pulp and Paper Mill Effluents

Abstract: A comparative analysis of different bioassays was carried out using as an example black liquor solutions, simulating wastewaters of the Kraft process for the digestion of cellulose. Alongside the analysis of products of lipid peroxidation (LPO) in blood plasma and the liver of mice in vivo, the most sensitive assays were based on the analysis of Ceriodaphnia reproduction, the analysis of LPO intensity in vitro, the mixed function oxygenase (MFO) assay in fish liver, and the population growth test of Tetrahymena pyriformis. The toxicological analysis of pulp and paper mill effluents at different stages of their formation and treatment has demonstrated two relationships, as follows: (i) a correlation between toxicity and the presence of reductive substances (as titrated by hydrogen peroxide in the presence of a catalyst), and (ii) a correlation between the content of these reductive substances in wastewater and the reduced sulfur compounds formed during cellulose digestion. Using the MFO induction assay and the LPO intensity assay in the model test system has demonstrated that the addition of hydrogen peroxide into solutions of black liquor results in their detoxification. It is concluded that the reduced sulfur compounds play a significant role in the toxicity of pulp and paper mill effluents. Mogliche Rolle reduzierter Schwefelverbindungen fur die toxischen Eigenschaften der Abwasser von Zellstoff- und Papierfabriken Durchgefuhrt wird eine vergleichende Analyse unterschiedlicher Toxizitatstests am Beispiel des Schwarzwassers, einem Abwasserteilstrom der Sulfat-Zellstoffproduktion. Am empfindlichsten erweisen sich neben der liposomalen Peroxidation von Lipiden in vitro als auch in vivo (Nachweis in Blutplasma und Leber von Mausen) die Reproduktion von Ceriodaphnia (Crustacea, Cladocera), die Oxygenase-Aktivitat in Regenbogenforellen und das Populationswachstum von Tetrahymena (Protozoa, Ciliata). Aus der toxikologischen Untersuchung der Zellstoffabwasser in verschiedenen Stationen ihrer Entstehung und der Abwasserreinigung werden Korrelationen festgestellt zwischen der Toxizitat und der Anwesenheit reduzierender, mittels H2O2 tritrierbarer Stoffe als auch zwischen letzteren und den bei der Zelluloseherstellung gebildeten reduzierten Schwefelverbindungen. An Hand der Tests zur Oxygenase-Aktivitat und der liposomalen Lipidperoxidation wird nachgewiesen, dass die Zugabe von Wasserstoffperoxid zum Abwasser die Toxizitat des Abwassers drastisch reduziert. Demnach kann vorausgesetzt werden, dass der Gehalt an reduzierten Schwefelverbindungen die Toxizitat von Abwassern der Zellstoff- und Papierproduktion wesentlich bestimmt.

Assessment of Primary Production by Statistical Analysis of Water‐quality Data

Abstract: Time series of weekly water-quality data at Schnackenburg on the Elbe River (1985-2000) were subjected to principal component analysis (PCA). Considering the amplitudes of composite patterns of variables is a step towards a process-oriented interpretation of water-quality data. One specific objective was to investigate the impact of improved water quality after the German reunification in 1990 on primary production and the oxygen budget. To discriminate anthropogenic signals from natural fluctuations a separation of the impact of discharge was attempted based on a linear regression approach. A dominant pattern of co-variation in the residual data could be attributed to biological activity (primary production). The most relevant variables of this 'biomode' are oxygen saturation, pH, and orthophosphate. We conclude that multivariate statistical analysis of water-quality data can help to estimate primary production when direct observations of algal concentrations are missing. In the years from 1998-2000 the trend of the 'biomode' indicates an increased load of oxygen consuming biomass caused by enhanced primary production in the middle stretches of the Elbe River which corresponds with the observation of more severe oxygen deficits in the tidal section of the river.

Short-term sunlight irradiation of organic matter dissolved in lake water increased its susceptibility to subsequent biooxidation

Abstract: The influence of daylong sunlight irradiation on the susceptibility of dissolved organic matter (DOM) to subsequent bacterial respiration was investigated in freshwater. The analyzed samples differed both in DOM content and photoreactivity (absorbance spectra). Filter-sterilized samples (0.2 μm pore size filters) were exposed to daylong sunlight in a wide-open vessel. After that, the samples and non-irradiated blanks were inoculated with the native bacterial community and respiration was monitored for 20 h with 1 h frequency. In all of the analyzed samples, the exposure to sunlight resulted in increased respiration. The increase in respiration ranged from 17 to 54 %. The observed respiration changes were poorly correlated with changes in spectral characteristics of the samples caused by irradiation. Zunahme der Biooxidierbarkeit geloster organischer Wasserinhaltsstoffe (DOM) eines Suswassersees durch kurzzeitige Sonneneinstrahlung Untersucht wurde der Einfluss eintagiger Sonneneinstrahlung auf die Verfugbarkeit der gelosten organischen Wasserinhaltsstoffe (DOM) eines Suswassersees fur die nachfolgende bakterielle Respiration. Die Proben unterschieden sich im Hinblick auf DOM-Gehalt und Photoreaktivitat (Absorptionsspektren). Sterilfiltrierte Proben (0.2-μm-Filter) wurden einen Tag lang in offenen Gefasen dem Sonnenlicht ausgesetzt. Danach wurden die bestrahlten Proben und unbestrahlte Vergleichsproben mit der nativen Biozonose aus dem See inokuliert, und ihre Respiration wurde 20 h lang in Stundenabstanden verfolgt. In allen Fallen fuhrte die Sonneneinstrahlung zu einer Steigerung der Respiration, diese betrug 17 bis 54 %. Dabei wurde nur eine geringe Korrelation zwischen der Zunahme der Respiration und der Anderung spektraler Eigenschaften der Proben festgestellt.

Investigation on the behaviour of iron, manganese, and phosphate at the sediment/water interface influenced by an electric field

Abstract: This study presents laboratory experiments for the development of a new, innovative technology for the fixation of iron, manganese, and phosphate in sediments of stagnant waters. The method is intended for the use in lakes and reservoirs, in which high concentrations of iron and manganese in the hypolimnion lead e. g. to a limitation of utilization of raw water for the drinking water production. High phosphate contents released from the sediment can cause eutrophication. Due to the positioning of an electrode system at the sediment/water interface, a pH and redox barrier is established through electrochemical initiated reactions for the immobilization of iron, manganese, and phosphate. This reaction mechanisms are studied and discussed in a laboratory scale, based on investigations of the sediment, the pore and the overlying water. It is shown that in the process of the electrochemical polarization first iron and manganese are mobilized from the sediment through anodic proton formation. The dissolved species migrate in the electric field to the sediment/water interface with simultaneous oxidation through anodically produced oxygen (redox-barrier) and are hydrolyzed there. They are accumulated in the pH-barrier as hydroxides/oxyhydroxides/ oxides. Cathodically produced hydroxide ions, which migrate into the opposite direction, form a pH-barrier and prevent the migration of the dissolved iron and manganese ions into the overlying water. Eventually, these reaction processes will generate the accumulation of iron and manganese in sediment layer direct over the anode. After remediation of the sediment for a period of 3 years it was possible to demonstrate the transformation of amorphous ferric hydroxide phases (Fe(OH)3)to crystalline goethite (α-FeOOH) as well as hematite (α-Fe2O3). Parallel to the iron and manganese oxidation or precipitation respectively, phosphate from the interstitial, from the water, and from the layer close to the sediment is chemically bound to the iron or aluminium phases. Untersuchungen zum Verhalten von Eisen, Mangan und Phosphat an der Phasengrenzflache Sediment/Wasser unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes Im Beitrag werden Laborstudien zur Entwicklung eines neuen, innovativen Verfahrens der Fixierung von Eisen, Mangan und Phosphat im Sediment stehender Gewasser vorgestellt. Die Technologie ist fur den Einsatz in Gewassern vorgesehen, in denen hohe Eisen- und Mangankonzentrationen im Hypolimnion zu Nutzungseinschrankungen z. B. bei der Trinkwassergewinnung fuhren oder in denen Eutrophierungserscheinungen infolge erhohter Phosphatrucklosungen aus dem Sediment auftreten konnen. Durch die Positionierung eines Elektrodensystems an der Phasengrenze Sediment/Wasser wird infolge elektrochemisch initiierter Reaktionen eine Redox- und pH-Barriere zur Immobilisierung von Eisen, Mangan und Phosphat aufgebaut. Im Labormasstab werden diese Reaktionsmechanismen anhand von Untersuchungen des Sedimentes, des Interstitials und des freien Wasserkorpers studiert und diskutiert. Es wird gezeigt, dass im Verlauf der elektrochemischen Polarisation zunachst durch anodisch gebildete Protonen Eisen und Mangan im Sediment mobilisiert werden. Die gelosten Spezies migrieren im elektrischen Feld bei gleichzeitiger Oxidation durch anodisch erzeugten Sauerstoff (Redoxbarriere) an die Phasengrenze, werden dort hydrolysiert und in der pH-Barriere als Hydroxide/Oxidhydrate/Oxide festgelegt. Kathodisch erzeugte Hydroxidionen, die in entgegengesetzte Richtung migrieren, bilden an der Phasengrenze eine pH-Barriere gegen die Diffusion der gelosten Eisen- und Manganspezies in den freien Wasserkorper. Diese Reaktionsfolge fuhrt schlieslich zur Aufkonzentrierung von Eisen und Mangan in den uber der Anode liegenden, obersten Sedimenthorizonten. Nach einer dreijahrigen Behandlung des Sedimentes konnte die Transformation der zunachst amorphen Eisenhydroxidphase Fe(OH)3 zu kristallinen Strukturen, wie Goethit (α-FeOOH) und Hamatit (α-Fe2O3), nachgewiesen werden. Parallel zur Eisen- und Manganoxidation bzw.-fallung wird Phosphat aus dem Interstitial und der sedimentnahen Zone des freien Wasserkorpers an Eisen- bzw. Aluminiumphasen chemisch gebunden.

Coupling of Electrochemical and Biological Treatment To Remove Diethylenetriaminepentaacetic Acid (DTPA) from Pulp and Paper Effluents

Abstract: To enhance the biodegradability of diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), effluents containing this chelating agent were electrochemically treated. Electrochemical pretreatment effectively fragmented DTPA into biodegradable compounds as demonstrated by increased BOD/ThOD ratios. The presence of other organic compounds reduced the rate of electrochemical DTPA degradation, but less than proportionally, indicating that DTPA degradation is partially selective. Finally, an experiment was performed to assess removal of DTPA under the conditions of an activated sludge plant treating pulp and paper effluent. The combined electrochemical and biological treatment resulted in an overall removal of 70 % of DTPA nitrogen. The combined processes degraded more than 95 % of the DTPA. Verfahrenskombination aus elektrochemischer und biologischer Behandlung zur Entfernung von Diethylentriaminpentaessigsaure (DTPA) aus Abwassern der Zellstoff- und Papierindustrie Um die biologische Abbaubarkeit von Diethylentriaminpentaessigsaure (DTPA) zu verbessern, wurden Abwasser, die diesen Chelatbildner enthalten, elektrochemisch behandelt. Durch die elektrochemische Vorbehandlung wurde DTPA tatsachlich in biologisch abbaubare Verbindungen zersetzt, wie sich an hoheren Werten des BOD/ThOD-Verhaltnisses zeigte. Wenn andere organische Verbindungen vorhanden waren, ging der Umfang der elektrochemischen Zersetzung von DTPA zuruck, jedoch unterproportional, so dass der Abbau von DTPA teilweise selektiv zu erfolgen scheint. Schlieslich wurde versucht, den Abbau von DTPA unter den Bedingungen einer Belebtschlammanlage abzuschatzen, in der Zellstoff- und Papierabwasser behandelt wurden. Die Kombination der elektrochemischen und der biologischen Behandlung ergab insgesamt einen Abbau von 70 % des DTPA-Stickstoffs. Die beiden Prozesse gemeinsam fuhrten zu einem Abbau der DTPA von uber 95 %.