OECD 209 Belebtschlamm, Atmungshemmungstest (Kohlenstoff- und Ammoniumoxidation)

Die Norm „OECD 209 Aktivschlamm, Atmungshemmungstest (Kohlenstoff- und Ammoniumoxidation)“, veröffentlicht im Rahmen der OECD-Leitlinien für verantwortungsvolles unternehmerisches Handeln multinationaler Unternehmen (OECD-Leitlinien) , dient der Beurteilung der Auswirkungen einer Substanz auf Mikroorganismen aus Belebtschlamm in Kläranlagen. Dabei wird deren Atmungsrate (Kohlenstoff- oder Ammoniumoxidation) als Sauerstoffverbrauch gemessen. Die Testergebnisse können auch als Indikator für geeignete, nicht hemmende Konzentrationen von Testsubstanzen in biologischen Abbaubarkeitstests verwendet werden.

Mit dieser Prüfmethode können die wirksame Konzentration und die beobachtete wirkungslose Konzentration der Prüfsubstanz bestimmt werden. Drei verschiedene Arten der Sauerstoffaufnahmehemmung können ermittelt werden: die totale, die ausschließlich heterotrophe und die nitrifikationsinduzierte Hemmung in An- und Abwesenheit von N-Allylthioharnstoff, einem spezifischen Nitrifikationshemmer.

Um sowohl die beobachtete wirkungslose Konzentration als auch die wirksame Konzentration zu ermitteln, wird eine geometrische Reihe von fünf Replikaten mit sechs Kontroll- und fünf Behandlungskonzentrationen empfohlen. In jedem Testgefäß werden Testmischungen aus Wasser, synthetischem Abwasser und der Testsubstanz bei einem pH-Wert von 7,5 ± 0,5 und einer Temperatur von 20 °C ± 2 °C unter Zwangsbelüftung inkubiert, um die gelöste Sauerstoffkonzentration über 60–70 % Sättigung zu halten. Der Sauerstoffverbrauch wird nach drei Stunden Exposition gemessen. Bei schnellem Abbau der Testsubstanz können zusätzliche Messungen nach 30 Minuten Exposition durchgeführt werden.

Der OECD-Standard 209 ist eine von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) entwickelte Standardmethode zur Bewertung der potenziellen Toxizität von Chemikalien für Mikroorganismen in Abwasseraufbereitungssystemen. Dieser Test ist entscheidend für die Beurteilung der Umweltauswirkungen von Chemikalien, insbesondere im Zusammenhang mit Kläranlagen, in denen Belebtschlamm eine wichtige Rolle beim Abbau organischer Stoffe spielt.

Das Hauptziel der OECD-Testmethode 209 besteht darin, die Auswirkungen einer Substanz auf Mikroorganismen im Belebtschlamm, einem wichtigen Bestandteil aerober Abwasserbehandlungsprozesse, zu bewerten. Die Atmungsrate dieser Mikroorganismen, insbesondere ihr Sauerstoffverbrauch bei der Kohlenstoff- und Ammoniumoxidation, wird gemessen, um festzustellen, ob eine Substanz die mikrobielle Aktivität hemmt. Diese Information ist entscheidend für:

• Umweltrisikobewertungen: Tests helfen dabei, die potenzielle Toxizität von Chemikalien auf mikrobielle Gemeinschaften zu bewerten, die für den Abbau organischer Schadstoffe im Abwasser notwendig sind.
• Prüfung der biologischen Abbaubarkeit: Die Ergebnisse können auf geeignete, nicht hemmende Konzentrationen einer Testsubstanz für die Verwendung in nachfolgenden Studien zur biologischen Abbaubarkeit hinweisen.
• Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: Durch Tests werden Daten bereitgestellt, die behördliche Entscheidungen hinsichtlich der Sicherheit von Chemikalien unterstützen und sicherstellen, dass diese die Abwasseraufbereitungsprozesse nicht stören.

Mit dieser Testmethode werden wichtige Endpunkte gemessen, die zur Quantifizierung der Toxizität einer Substanz verwendet werden, wie etwa die wirksame Konzentration (z. B. EC50, die Konzentration, die eine 50-prozentige Hemmung bewirkt) und die Konzentration, bei der keine Wirkung beobachtet wird.

Beim OECD-209-Test werden Mikroorganismen im Belebtschlamm unter kontrollierten Bedingungen verschiedenen Konzentrationen einer Testsubstanz ausgesetzt. Die Methodik ist auf Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit ausgelegt und erfüllt strenge Validierungskriterien.

Die grundlegenden Schritte der Testmethode sind wie folgt:

• Testorganismen: Für den Test wird Belebtschlamm verwendet, der typischerweise aus dem Belebungsbecken einer gut funktionierenden Kläranlage stammt, die hauptsächlich kommunales Abwasser behandelt. Der Schlamm enthält eine vielfältige mikrobielle Gemeinschaft, die für den Abbau organischer Stoffe und die Nitrifikation verantwortlich ist. Um die Konsistenz zu gewährleisten, kann der Schlamm gewaschen werden, wenn die endogene Atmungsrate niedrig ist. Er wird in der Regel innerhalb eines Tages nach der Entnahme verwendet.
• Versuchsaufbau:
  • Testmischungen: Der Test umfasst die Inkubation von Mischungen aus Belebtschlamm, synthetischem Abwasserfutter (das Abwassernährstoffe nachahmt) und Testsubstanz in 1000-ml-Reaktoren mit 500 ml Reaktionsmischung. Zur Überprüfung der Empfindlichkeit des Testsystems werden eine Blindprobe (ohne Testsubstanz) und eine Referenzsubstanz (z. B. 3,5-Dichlorphenol oder Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat) hinzugefügt.
  • Konzentrationen: Der Test umfasst üblicherweise mindestens drei Konzentrationen der Testsubstanz in einer geometrischen Reihe (z. B. 10 mg/l, 100 mg/l und 1000 mg/l) sowie bei Dosis-Wirkungs-Tests sechs Kontrollen und fünf Replikate pro Behandlung. Bei Grenzwerttests kann eine einzelne Konzentration (z. B. 1000 mg/l) verwendet werden, um festzustellen, ob eine signifikante Toxizität auftritt.
  • Bedingungen: Die Prüfung erfolgt bei einem pH-Wert von 7,5 ± 0,5 und einer Temperatur von 20 Grad Celsius ± 2 Grad Celsius. Die Sauerstoffsättigung wird durch Zwangsbelüftung über 60–70 Prozent gehalten. Der Sauerstoffverbrauch wird nach einer dreistündigen Expositionszeit gemessen; bei schnell abbaubaren Substanzen sind 30-minütige Messungen optional.
• Messung: Die Atemfrequenz wird durch Messung des gelösten Sauerstoffverbrauchs im Bereich von 2–7 mg/l mithilfe einer Sauerstoffelektrode in einer geschlossenen Zelle bestimmt. Der Test kann drei Arten der Sauerstoffaufnahme erfassen:
  • Gesamtatmung: Gesamter Sauerstoffverbrauch des Schlamms.
  • Heterotrophe Atmung: Der für die Kohlenstoffoxidation verwendete Sauerstoff wird in Gegenwart von N-Allylthioharnstoff, einem Nitrifikationshemmer, gemessen.
  • Nitrifizierende Atmung: Der für die Ammoniumoxidation verwendete Sauerstoff wird als Differenz zwischen totaler und heterotropher Atmung berechnet.

Die Respirationsraten der Prüfsubstanz und der Referenzsubstanz werden mit Blindproben verglichen und als prozentuale Hemmung ausgedrückt. Aus diesen Daten werden die wirksame Konzentration und die beobachtete Konzentration ohne Wirkung berechnet.

• Validitätskriterien: Um die Reliabilität des Tests zu gewährleisten, müssen folgende Kriterien erfüllt sein:
  • Blindkontrollen sollten eine Sauerstoffaufnahmerate von mindestens 20 mg pro Gramm Belebtschlamm pro Stunde aufweisen.
  • Der Variationskoeffizient der Sauerstoffaufnahme bei Kontrollwiederholungen sollte 30 Prozent nicht überschreiten.
  • Der EC50-Wert der Referenzsubstanz (z. B. 3,5-Dichlorphenol) sollte im erwarteten Bereich aus früheren Ringversuchen liegen.

Der OECD-209-Test ist auf nichtflüchtige Substanzen anwendbar, einschließlich schwerlöslicher und absorbierender Substanzen. Er wird häufig in regulatorischen Rahmenwerken wie der Verordnung (EG) Nr. 440/2008 der Europäischen Kommission verwendet und ist mit Normen wie ISO 8192 kompatibel.

Diese Methode weist jedoch einige Einschränkungen auf:

• Kurze Expositionszeit: Die Standardexpositionszeit von 3 Stunden (oder 30 Minuten bei schnell abbaubaren Substanzen) erfasst möglicherweise keine Langzeiteffekte. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, wurde eine modifizierte Version mit einer Inkubationszeit von 27 Stunden vorgeschlagen.
• Komplexe Gemische: Bei komplexen Gemischen oder schnell zerfallenden Substanzen sind die Tests möglicherweise weniger effektiv und erfordern möglicherweise zusätzliche Bewertungen oder Messungen.
• Spezifität: Obwohl der Test zwischen Kohlenstoff- und Ammoniumoxidation unterscheidet, erfasst er möglicherweise nicht vollständig die ökologischen Auswirkungen von Substanzen auf andere mikrobielle Prozesse.

Der OECD 209-Test ist ein Eckpfeiler der ökotoxikologischen Prüfung und bietet eine schnelle und kostengünstige Screening-Methode zur Bewertung der potenziellen Gefahren von Chemikalien in Abwasseraufbereitungssystemen. Seine Ergebnisse sind für Branchen wie die Chemie-, Pestizid- und Farbstoffindustrie von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass ihre Produkte die mikrobielle Aktivität in Kläranlagen nicht stören. Die Konformität des Tests mit internationalen Standards und seine weltweite Akzeptanz in Prüflaboren unterstreichen seine Bedeutung für die Bewertung der Umweltverträglichkeit.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der OECD-209-Standard einen robusten Rahmen für die Bewertung der Toxizität von Substanzen für Belebtschlamm-Mikroorganismen bietet. Durch die Messung der Atmungshemmung liefert er wertvolle Daten für die Bewertung von Umweltrisiken und regulatorische Entscheidungen. Seine standardisierte Methodik und strengen Validierungskriterien gewährleisten zuverlässige Ergebnisse, während kontinuierliche Verbesserungen, wie z. B. längere Inkubationszeiten, die Anwendbarkeit erhöhen. Für Forscher, Regulierungsbehörden und die Industrie bleibt der OECD-209-Test ein wichtiges Instrument zur Sicherung von Abwasserbehandlungsprozessen und zum Schutz der Umweltgesundheit.

Unsere seit vielen Jahren tätige Organisation, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt, führt mit einem qualifizierten Team und einer umfassenden Infrastruktur Tests, Messungen und Analysen in einer Vielzahl von Bereichen für Unternehmen aller Branchen durch. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Testdienstleistungen gemäß dem OECD-Standard 209 für Belebtschlamm, Atmungshemmtest (Kohlenstoff- und Ammoniumoxidation) an.