Institut für Hygiene und Umwelt

Biotestgeräte Das Biologische Frühwarnsystem (BFWS)

Im Biologischem Frühwarnsystem (BFWS) werden in Hamburg verschiedene kontinuierliche Biotestgeräte zur Schnellindikation schubartig auftretender Schadstoffbelastungen eingesetzt. 

Institut für Hygiene und Umwelt - Biologische Frühwarnsystem (BFWS) - hamburg.de

Daphnientoximeter

Diese Biotestgeräte sind Geräte, die ein Überwachungs- und ein Warnsystem in einem integriert haben. Mit diesen Testverfahren werden Wasserorganismen, hier Algen und Wasserflöhe, kontinuierlich oder semikontinuierlich im Takt weniger Minuten mit dem zu untersuchenden Wasser in Kontakt gebracht. Durch spezifische Registrierungseinrichtungen, in der Regel Computersteuerungen,  werden in den Testautomaten ständig stoffwechselphysiologische Größen oder Verhaltensparameter gemessen, ausgewertet und bewertet. Damit bieten diese Geräte die Möglichkeit einer zeitlich lückenlosen Überwachung des Flusswassers auf toxische Substanzen.

Bei der kontinuierlichen Überwachung von Gewässern sind messtechnisch nur wenige Parameter, Stoffgruppen und Einzelsubstanzen über längere Zeit hinweg problemlos erfassbar. Allein in der Bundesrepublik werden etwa 50.000 verschiedene Chemikalien produziert, die wie ihre Ab- und Umwandlungsprodukte, auf verschiedene Wege wie z.B. beim Einsatz in der Landwirtschaft, bei Unfällen oder Leckagen, beim Umschlag im Hafen, beabsichtigt oder unabsichtlich in die Umwelt und auch in die Gewässer gelangen können. Diese Vielzahl potentieller Schadstoffe kann auf chemisch-analytischem Wege kontinuierlich nicht annähernd bestimmt werden. Da bei einer Schadstoffeinleitung weder Ort, Zeit, noch der Schadstoff selbst bekannt sind, ist es in einem kontinuierlich arbeitenden Gewässerüberwachungssystem ökonomischer, Methoden mit biologischem Effektmonitoring einzusetzen und diese mit physikalisch-chemischen Laboranalysen zu ergänzen.

Ein weiteres Problem der Analysen im Labor kann die zeitliche Verzögerung zwischen Probenahme und dem Analyseergebnis sein. Diese ist bedingt durch die räumliche Trennung vom Ort der Probenahme und dem Labor, in dem die Analytik durchgeführt wird.

Ziel eines solchen biologischen Warnsystems ist es, die toxisch wirkenden Einleitungen bereits zu erfassen bevor es zu auffälligen Schädigungen der Ökologie im Flusssystem kommt. Dadurch können kurzfristige Gegenmaßnahmen ermöglicht werden und Hinweise auf den Verursacher gewonnen werden. In Verbindung mit chemischen Analysen dienen biologische Testverfahren der Beweissicherung bei unerlaubten Einleitungen und Störfällen.

Ein weiterer positiver Effekt der kontinuierlichen Überwachung ist eine nicht zu unterschätzende Abschreckung für illegale Einleiter. Daher dient dieses System auch als Präventivmaßnahme zu Verhinderung von grob fahrlässig oder vorsätzlich herbeigeführten Schadensfällen.

Die Feststellung einer Schadwirkung im dynamischen Biotest ist stets auch ein Hinweis auf eine potentielle Schädigung der Gewässerbiozönose. Eine Alarmauslösung kann daher auch Anlass für weitergehende biologische Untersuchungen sein. Umgekehrt können mittels Biotestverfahren für bekannte Einleitungen Abschätzungen bezüglich einer Wassergefährdung vorgenommen werden.

Die Wasserorganismen zeigen auf bedrohliche Veränderungen der Umwelt jeweils ein artspezifisches Reaktionsmuster. Der Vorteil ist, dass die Wirkung aller biologisch wirksamen Wasserinhaltsstoffe sowie deren synergistischen und antagonistischen Effekte auf ausgewählte Testorganismen erfasst werden. Auslöser können also Einzelstoffe oder Stoffgemische sein (synergistische Wirkungen). Selbst wenn sich die einzelnen Chemikalien alle unter vorgegebenen Richtwerten befinden, können im Biotest Auffälligkeiten angezeigt werden. Organismen reagieren also auch auf Synergieeffekte, die durch das Zusammenspiel verschiedener Chemikalien hervorgerufen werden. Das ist ein bedeutender Vorteil gegenüber rein physikalisch-chemischen Methoden.

Mit Hilfe von kontinuierlichen Biotests können jedoch keine direkten Dosis- Wirkungs- Beziehungen aufgestellt werden, denn die Reaktionen der Organismen sind unspezifisch. Dies bedeutet, dass aus dem Ansprechen des Warnsystems nicht direkt auf Art und Umfang der Belastung geschlossen werden kann. Um die Information von der Anwesenheit einer Schadstoffwelle qualitativ und quantitativ genau beschreiben zu können, ist die chemische Analytik wiederum unverzichtbar. Die Wirkungstests müssen also gekoppelt werden mit einer Sicherstellung von Proben, die dann im Labor weitergehend biologisch und chemisch-analytisch untersucht werden können.

Da die verschiedenen Testorganismen unterschiedlich empfindlich gegenüber Schadstoffen reagieren, müssen sinnvollerweise mehrere Tests parallel als sog. "Testbatterie" eingesetzt werden um die Vielfalt der potentiell zu erfassenden Schadstoffe zu erhöhen. Es ist daher notwendig, eine Testpalette mit unterschiedlichen Organismen stellvertretend für einzelne Trophieebenen einzusetzen. Neben der höheren Empfindlichkeit des Systems können im Falle einer Schädigung eines bestimmten Testorganismus Rückschlüsse auf die Schäden im Ökosystem abgeleitet werden. Diese Hinweise sind für die ökologische Bewertung von Schadensfällen sicherlich ebenso wichtig wie die Identifizierung der Giftstoffe und die Ursachenermittlung selbst.

Für aquatische Ökosysteme dienen in Hamburg Grünalgen (Chlorella vulgaris) als Stellvertreter der Produzenten und  Daphnia magna (Wasserflöhe), als filtrierende Organismen, vertreten die Primärkonsumenten. Es könnten aber auch andere Funktionsträger eingesetzt werden, wie beispielsweise Bakterien (Destruenten), Muscheln (Konsumenten) oder Fische (Konsumenten).

Bei einer Alarmauslösung gilt es möglichst schnell den Schaden, die Herkunft und die Art des eingebrachten Schadstoffs zu beurteilen. Wird der Rechnerzentrale ein Alarm durch ein Biotestgerät gemeldet, so wird gemäß des Störfallplanes automatisch eine zusätzliche Probenahme veranlasst und ein Mitarbeiter wird per Handy/City Ruf/Mail über den Alarm informiert, um entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Durch die chemische Analyse der nach einem Alarm sichergestellten Proben kann die Art der Verunreinigung ermittelt werden. Aus dieser Analyse kann möglicherweise direkt auf den Verursacher geschlossen werden. 

Die Messstationen Bunthaus (Elbe), Seemannshöft (Elbe), Fischerhof (Bille), Wandsbeker Allee (Wandse) (siehe die blauen Stationen in der Karte) sind mit dem biologischen Frühwarnsystem (BFWS) ausgestattet.

WGMN-Karte mit BFWS-Stationen

Die Stationen mit biologischem Frühwarnsystem (blaue Kästchen)

Die in Bergedorf an der Bille gelegene Messstation hat die besondere Funktion, eine Sicherung der Wasserentnahme für das Wassergewinnungsgebiet Curslack dauerhaft zu gewährleisten. Für das Billewasser wird laut Bewirtschaftungsplan eine Mindestqualität angestrebt, weil Wasser aus der Bille über ein umfangreiches Grabensystem in Curslack eingeleitet wird und dort teilweise versickert. Die Trinkwassergewinnung könnte so bei mangelhafter Qualität des Billewassers beeinträchtigt werden.