Do contaminants originating from state-of-the-art treated wastewater impact the ecological quality of surface waters?

Since the 1980s, advances in wastewater treatment technology have led to considerably improved surface water quality in the urban areas of many high income countries. However, trace concentrations of organic wastewater-associated contaminants may still pose a key environmental hazard impairing the ecological quality of surface waters. To identify key impact factors, we analyzed the effects of a wide range of anthropogenic and environmental variables on the aquatic macroinvertebrate community. We assessed ecological water quality at 26 sampling sites in four urban German lowland river systems with a 0–100% load of state-of-the-art biological activated sludge treated wastewater. The chemical analysis suite comprised 12 organic contaminants (five phosphor organic flame retardants, two musk fragrances, bisphenol A, nonylphenol, octylphenol, diethyltoluamide, terbutryn), 16 polycyclic aromatic hydrocarbons, and 12 heavy metals. Non-metric multidimensional scaling identified organic contaminants that are mainly wastewater-associated (i.e., phosphor organic flame retardants, musk fragrances, and diethyltoluamide) as a major impact variable on macroinvertebrate species composition. The structural degradation of streams was also identified as a significant factor. Multiple linear regression models revealed a significant impact of organic contaminants on invertebrate populations, in particular on Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera species. Spearman rank correlation analyses confirmed wastewater-associated organic contaminants as the most significant variable negatively impacting the biodiversity of sensitive macroinvertebrate species. In addition to increased aquatic pollution with organic contaminants, a greater wastewater fraction was accompanied by a slight decrease in oxygen concentration and an increase in salinity. This study highlights the importance of reducing the wastewater-associated impact on surface waters. For aquatic ecosystems in urban areas this would lead to: (i) improvement of the ecological integrity, (ii) reduction of biodiversity loss, and (iii) faster achievement of objectives of legislative requirements, e.g., the European Water Framework Directive

Bioanalytical and chemical evaluation of disinfection by-products in swimming pool water

Pool water disinfection is vital to prevent microbial pathogens. However, potentially hazardous disinfection by-products (DBP) are formed from the reaction between disinfectants and organic/inorganic precursors. The aim of this study was to evaluate the presence of DBPs in various swimming pool types in Brisbane, Australia, including outdoor, indoor and baby pools, and the dynamics after a complete water renewal. Chemical analysis of 36 regulated and commonly found DBPs and total adsorbable organic halogens as well as invitro bioassays targeting cytotoxicity, oxidative stress and genotoxicity were used to evaluate swimming pool water quality. Dichloroacetic acid and trichloroacetic acid dominated in the pool water samples with higher levels (up to 2600μg/L) than the health guideline values set by the Australian Drinking Water Guidelines (100μg/L). Chlorinated DBPs occurred at higher concentrations compared to tap water, while brominated DBPs decreased gradually with increasing pool water age. Biological effects were expressed as chloroacetic acid equivalent concentrations and compared to predicted effects from chemical analysis and biological characterisation of haloacetic acids. The quantified haloacetic acids explained 35-118% of the absorbable organic halogens but less than 4% of the observed non-specific toxicity (cytotoxicity), and less than 1% of the observed oxidative stress response and genotoxicity. While the DBP concentrations in Australian pools found in this study are not likely to cause any adverse health effect, they are higher than in other countries and could be reduced by better hygiene of pool users, such as thorough showering prior to entering the pool and avoiding urination during swimming

Graphic Flash: A Collaboration of Writing, Arts and Media

Graphic Flash is an interdisciplinary collaborative project involving almost 100 students at SUNY Oswego. The process begins with a flash fiction story produced by advanced creative writers. These narratives are given to students in digital illustration, filmmaking students, and music students who come up with their own artistic interpretations of the stories. All of the student artworks are then brought together into a single Graphic Flash application. The app, designed by SUNY Oswego students studying digital publication, creates a space for all of the different art forms to exist aesthetically together in one location. The interactivity of the app allows the audience to read stories or hear the authors read them; to view an illustration; to listen to music based on the narrative themes; to watch short films. The resultant experience invites the audience to experience the versatility and depth of a single artistic idea explored creatively through the prism of multiple artistic lenses. SUNY Oswego students representing the various disciplines involved in Graphic Flash will speak to their creative processes and the ways they introduced their personal vision into the shared practices. Discussion from panelists will likely also include topics like ekphrasis (art responding to art), adaptation, the role of professionalism in writing and the arts, the role of taste in collaborative work, and arts in the digital age

Spoilt for choice: A critical review on the chemical and biological assessment of current wastewater treatment technologies

The knowledge we have gained in recent years on the presence and effects of compounds discharged by wastewater treatment plants (WWTPs) brings us to a point where we must question the appropriateness of current water quality evaluation methodologies. An increasing number of anthropogenic chemicals is detected in treated wastewater and there is increasing evidence of adverse environmental effects related to WWTP discharges. It has thus become clear that new strategies are needed to assess overall quality of conventional and advanced treated wastewaters. There is an urgent need for multidisciplinary approaches combining expertise from engineering, analytical and environmental chemistry, (eco)toxicology, and microbiology. This review summarizes the current approaches used to assess treated wastewater quality from the chemical and ecotoxicological perspective. Discussed chemical approaches include target, non-target and suspect analysis, sum parameters, identification and monitoring of transformation products, computational modeling as well as effect directed analysis and toxicity identification evaluation. The discussed ecotoxicological methodologies encompass in vitro testing (cytotoxicity, genotoxicity, mutagenicity, endocrine disruption, adaptive stress response activation, toxicogenomics) and in vivo tests (single and multi species, biomonitoring). We critically discuss the benefits and limitations of the different methodologies reviewed. Additionally, we provide an overview of the current state of research regarding the chemical and ecotoxicological evaluation of conventional as well as the most widely used advanced wastewater treatment technologies, i.e., ozonation, advanced oxidation processes, chlorination, activated carbon, and membrane filtration. In particular, possible directions for future research activities in this area are provided

Towards reducing DBP formation potential of drinking water by favouring direct ozone over hydroxyl radical reactions during ozonation

When ozonation is employed in advanced water treatment plants to produce drinking water, dissolved organic matter reacts with ozone (O) and/or hydroxyl radicals (OH) affecting disinfection byproduct (DBP) formation with subsequently used chlorine-based disinfectants. This study presents the effects of varying exposures of O and OH on DBP concentrations and their associated toxicity generated after subsequent chlorination. DBP formation potential tests and in vitro bioassays were conducted after batch ozonation experiments of coagulated surface water with and without addition of tertiary butanol (t-BuOH, 10 mM) and hydrogen peroxide (HO, 1 mg/mg O), and at different pH (6-8) and transferred ozone doses (0-1 mg/mg TOC).Although ozonation led to a 24-37% decrease in formation of total trihalomethanes, haloacetic acids, haloacetonitriles, and trihaloacetamides, an increase in formation of total trihalonitromethanes, chloral hydrate, and haloketones was observed. This effect however was less pronounced for samples ozonated at conditions favoring molecular ozone (e.g., pH 6 and in the presence of t-BuOH) over OH reactions (e.g., pH 8 and in the presence of HO). Compared to ozonation only, addition of HO consistently enhanced formation of all DBP groups (20-61%) except trihalonitromethanes. This proves that OH-transformed organic matter is more susceptible to halogen incorporation. Analogously, adsorbable organic halogen (AOX) concentrations increased under conditions that favor OH reactions. The ratio of unknown to known AOX, however, was greater at conditions that promote direct O reactions. Although significant correlation was found between AOX and genotoxicity with the p53 bioassay, toxicity tests using 4 in vitro bioassays showed relatively low absolute differences between various ozonation conditions

Ecotoxicological assessment of advanced wastewater treatment technologies

Wastewater treatment plants (WWTPs) do not eliminate micropollutants completely and are thus important point sources for these substances. In particular, concerns about en-docrine disrupting compounds in WWTP effluents give rise to the implementation of advanced treatment steps for the elimination of trace organic contaminants. The present study investigated ozonation (O3) and activated carbon treatment (AC) at two WWTPs. For an ecotoxicological assessment at WWTP Regensdorf, conventionally treated wastewater, wastewater after ozonation, and ozonated wastewater after sand filtration were evaluated in parallel via the fish early life stage toxicity test (FELST) using rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Additionally, a comparative toxicity evalu-ation of ozonated and activated carbon treated effluents was performed at the pilot scale treatment plant in Neuss (WWTP Neuss). For this purpose, four invertebrate tests and one higher plant toxicity test were selected to assess potential biological effects on or-ganisms [Lemna minor growth inhibition test, chironomid toxicity test with Chironomus riparius, Lumbriculus variegatus toxicity test, comet assay with haemolymph of the zebra mussel (Dreissena polymorpha), reproduction test with Potamopyrgus antipo-darum]. All in vivo assays were performed on site at the treatment plants in flow-through test systems. Furthermore, the present study investigated the effects of ozona-tion and activated carbon treatment on endocrine activities [estrogenicity, anti-estrogenicity, androgenicity, anti-androgenicity, aryl-hydrocarbon receptor (AhR) agonistic activity] with yeast based bioassays using solid phase extracted water samples. To evaluate the removal of in vitro non-specific toxicity, a cytotoxicity assay using a rat cell line was applied. The FELST at WWTP Regensdorf revealed a considerable developmental retardation of test organisms exposed to ozonated WW. This was accompanied by a significant decrease in body weight and length compared to reference water, to the conventionally treated WW, and to the ozonated water after sand filtration. Hence sand filtration obvi-ously prevents from adverse ecotoxicological effects of ozonation. An additional test – starting with yolk-sac larvae – resulted in a significant reduction of vitellogenin levels in fish exposed to ozonated wastewater compared to fish reared in conventionally treat-ed wastewater. This demonstrates the effective removal of estrogenic activity by ozonation. At WWTP Neuss, the reproduction test with the mudsnail P. antipodarum exhibited a decreased reproductive output after advanced treatment compared to conventional treatment. This indicates an effective estrogenicity removal by ozonation and activated carbon treatment and is confirmed by results of the yeast estrogen screen with a reduc-tion of in vitro estrogenic activity by > 75%. The L. variegatus test revealed a signifi-cantly enhanced toxicity after ozonation compared to conventional treatment, whereas this effect was reduced following subsequent sand filtration. When ozonation was applied, a significantly increased genotoxicity was observed, detected with the comet assay using haemolymph of the zebra mussel. Again, this effect was removed by subsequent sand filtration to the level of conventional treatment. Activated carbon treatment even resulted in a significant reduction of genotoxicity. At both treatment plants, adverse effects after ozonation may have been a result of the formation of toxic oxidation by-products. However, sand filtration reduced toxication effects, indicating that these oxidation by-products are readily degradable or adsorbable. The results point out that, in any case, ozonation should not be applied without subsequent biologically active post treatment appropriate for oxidation by-products removal (e.g. sand filtration). However, only activated carbon achieved a toxicity reduction compared to the conventional treated wastewater. Thus, it cannot be excluded that po-tential beneficial effects due to ozonation might be masked by residual toxic oxidation by-products passing the sand filter or ozonation is not as effective in toxicity removal as PAC treatment. The yeast based assays with solid phase extracted samples revealed an effective endo-crine activity removal during ozonation and activated carbon filtration (estrogenicity: 77 – 99%, anti-androgenicity: 63 – 96%, AhR agonistic activity: 79 – 82%). The cyto-toxicity assay exhibited a 32% removal of non-specific toxicity after ozonation com-pared to conventional treatment. Ozonation in combination with sand filtration reduced cytotoxic effects by 49%, indicating that sand filtration contributes to the removal of toxicants. Activated carbon treatment was the most effective technology for cytotoxici-ty removal (61%). Sample evaporation reduced cytotoxic effects by 52% (after activated carbon treatment) to 73% (after ozonation), demonstrating that volatile substances contribute considerably to toxic effects, particularly after ozone treatment. These results confirm an effective removal or transformation of toxicants with receptor mediated mode of action and non-specific toxicants during both investigated treatment steps. However, due to the limited extractability, polar ozonation by-products were neglected for toxicity analysis, and hence non-specific toxicity after O3 is underestimated. In the long run, only on-site comparisons at WW receiving water bodies (e.g. communi-ty analysis of fish, macroinvertebrates, plants, microorganisms) – before and after up-grading WWTPs – allow drawing environmentally relevant conclusions regarding bene-fits and risks of advanced WW treatment methods. Conclusively, the benefits and possible negative impacts have to be carefully evaluated to prove that not more environmental impact will be induced than removed by advanced treatment technologies as each additional treatment requires considerable amounts of energy, resources, and infrastructure facilities. Accordingly, comprehensive sustainable approaches for pollution prevention and wastewater treatment (e.g. source control and source separation) are preferable compared to end-of-pipe treatment systems.Die Belastung von Oberflächengewässern mit Makroverunreinigungen (Salze, Nährstoffe, natürliches organisches Material in μg/L- bis mg/L-Konzentrationen) stellt, dank qualitativ hochwertiger Abwasseraufbereitung, in vielen Regionen – vor allem Westeuropas – kein vorrangiges Problem mehr dar. Die Folge ist eine weit reichende Verbesse-rung der Wasserqualität in den letzten Jahrzehnten und damit einhergehend eine Erho-lung der Flora und Fauna in den Gewässern. Dennoch sind kommunale und industrielle Abwässer – insbesondere in dicht besiedelten Gebieten – weiterhin Haupteintragspfade für Schadstoffe. Vor allem so genannte Mikroverunreinigungen oder Spurenschadstoffe (organische Schadstoffe in ng/L-Konzentrationen oder darunter) erlangen zunehmende Aufmerksamkeit aufgrund ihres negativen Einflusses auf aquatische Ökosysteme. Tausende verschiedener Chemikalien werden in Spurenkonzentrationen in die Gewässer eingebracht, aber nur wenige sind bereits umfassend ökotoxikologisch charakterisiert. Darunter weisen insbesondere Arzneimittelwirkstoffe und Körperpflegeprodukte häufig eine hohe biologische Aktivität auf und einige Substanzen überdies eine hohe Persistenz oder Pseudopersistenz sowie ein beträchtliches Bioakkumulationsvermögen. Die Folge ist ein realistisches Gefährdungspotential für Nichtziel-Organismen in der Umwelt. Oxidative oder adsorptive Verfahren können – als so genannte end-of-pipe Techniken im Anschluss an die konventionelle Reinigung – eine wichtige Rolle spielen, um relativ kurzfristig die Schadstoffbelastung effektiv zu reduzieren. Aktuell gelten die Ozonierung sowie die Abwasserbehandlung mit Aktivkohle als favorisierte Lösungen, um die Gewässerbelastung mit Mikroverunreinigungen zu verringern. Beide Techniken sind bezüglich der Reduktion eines sehr breiten Spektrums von Substanzen viel versprechend. Jedoch fokussiert die chemische Analytik häufig ausschließlich bekannte Substanzen, während Transformationsprodukte oftmals unbekannt sind und daher bisher kaum berücksichtigt werden. Folglich sind ökotoxikologische Testverfahren unerlässlich für eine qualitative Beurteilung von erweiterten Abwasseraufbereitungsmethoden. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene erweiterte Abwasseraufbereitungsmethoden hinsichtlich ihres Potentials zur Reduktion der Abwassertoxizität untersucht. An der Kläranlage Regensdorf (Schweiz) wurde der fish early life stage toxicity test (FELST) mit der Regenbogenforelle eingesetzt, um die allgemeine Toxizität bzw. vertebratenspezifische Toxizität konventionell und erweitert aufbereiteter Abwässer zu untersuchen. Die Kläranlage Regensdorf war mit einer Vollstrom-Ozonierungsanlage im Anschluss an das Nachklärbecken nach konventioneller Reinigung mittels Belebtschlammsystem ausgestattet. Im Anschluss an den Ozonierungsreaktor befand sich außerdem eine Sandfiltrationsstufe. Die Fischeier wurden direkt nach Befruchtung insgesamt 65 Tage gegenüber Abwässern nach dem Nachklärbecken, nach der Ozonierung und nach dem Sandfilter in einem Durchflusssystem vor Ort an der Kläranlage exponiert. Bei diesem Versuch wurde eine deutliche und nach Testende signifikant verzögerte Entwicklung der Forellen nach der Ozonierung beobachtet (verzögertes Aufschwimmverhalten der Fische). Außerdem waren die Biomasse sowie die Länge der Fische im Vergleich zur konventionellen Reinigung signifikant reduziert. Nach dem Sandfilter wurden keine signifikanten Effekte beobachtet. Auf Basis dieser Befunde wird angenommen, dass toxische Oxidationsprodukte infolge der Ozonierung entstehen, die die Entwicklung der Fische beinträchtigen. Die Reduktion negativer Effekte durch den Sandfilter auf das Ausgangsniveau nach der konventionellen Reinigung bestätigt eine effektive Reduktion toxischer Nebenprodukte. Eine Vielzahl solcher Oxidationsprodukte gilt als reaktiv und relativ schnell abbaubar (u.a. Aldehyde, Ketone, Alkane, Carboxysäuren, etc.). Daher wird ein bioaktiver Nachbehandlungsschritt (z.B. Sandfiltration) für Ozonierungsanlagen empfohlen. Allerdings wurden keine positiven Effekte auf die Allgemeintoxizität im Vergleich zum Abwasser des Nachklärbeckens beobachtet, weshalb nicht auszuschließen ist, dass toxische Oxidationsprodukte den Sandfilter passieren und positive Effekte infolge der Schadstoffoxidation maskieren. Eine ebenfalls durchgeführte Vitellogeninbestimmung als Marker für die östrogene Aktivität der Abwässer ergab einen erhöhten Vitellogenin-Gehalt in den Fischen, die gegenüber konventionell gereinigtem Abwasser exponiert wurden. Infolge der Ozonierung wurde der Vitellogeningehalt auf Kontrollniveau reduziert, was eine deutlich reduzierte östrogene Aktivität der Abwässer in Folge der Ozonierung bestätigt. An der halbtechnischen Kläranlage (HTK) Neuss wurden verschiedene Invertebraten-tests eingesetzt, um Ozonierung und Aktivkohlereinigung vergleichend zu untersuchen. Die HTK behandelt einen Teilabwasserstrom der Kläranlage Neuss Süd zu Forschungs-zwecken nach dem konventionellen Belebtschlammsystem. Ein Teil des gereinigten Abwasserstroms wurde anschließend ozoniert und darauf folgend sandgefiltert. Ein paralleler Teilstrom des Abwassers wurde mit Pulveraktivkohle behandelt (20 mg/L) und anschließend ebenfalls sandgefiltert. Folgende Testsysteme wurden im Durchflusssystem eingesetzt: Lemna minor-Wachstumshemmtest, Lumbriculus variegatus-Toxizitätstest, Chironomus riparius-Toxizitätstest, Reproduktionstest mit der Zwergde-ckelschnecke Potamopyrgus antipodarum und der Comet-Assay mit Hämolymphe von 70 Tage exponierten Zebramuscheln (Dreissena polymorpha). Die Tests mit L. minor und C. riparius ergaben keine signifikanten Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen. L. variegatus zeigte hingegen eine signifikant verringerte Reproduktion und Gesamtbiomasse nach dem Ozonreaktor, wohingegen diese Effekte nach dem Sandfilter wieder auf das Ausgangsniveau nach konventioneller Reinigung zurückgeführt wurden. Nach Aktivkohlebehandlung wurden bei Lumbriculus keine signifikanten Effekte beobachtet. Beim Reproduktionstest mit P. antipodarum sanken die Embryonenzahlen nach Ozonierung und Aktivkohlebehandlung im Vergleich zur konventionellen Reinigung, was auf eine verringerte östrogene Aktivität der Abwässer hindeutet. Dies wurde außerdem mit dem yeast estrogen screen mit nativen Abwasserproben bestätigt, wobei die östrogene Aktivität im Schnitt zwischen 75% (Aktivkohle) bis 91% (Ozonierung nach Sandfilter) abnahm. Der Comet-Assay ergab eine signifikant erhöhte Gentoxizität nach der Ozonierung, während dieser Effekt durch den Sandfilter wieder auf das Ausgangs-niveau zurückgeführt werden konnte. Lediglich die Aktivkohlereinigung erbrachte eine signifikant verringerte Gentoxizität im Vergleich zur konventionellen Reinigung. Insgesamt wurde an der HTK Neuss, ebenso wie an der Kläranlage Regensdorf, eine erhöhte Allgemeintoxizität nach der Ozonierung festgestellt. Insbesondere die erhöhte Gentoxizität ist vermutlich ein Resultat der Bildung von reaktiven Oxidationsnebenprodukten. Der Sandfilter konnte die erhöhte Toxizität erneut auf das Ausgangsniveau zurückfüh-ren, womit eine effektive Entgiftung von toxischen Oxidationsnebenprodukten bestätigt wird. Allerdings wurde nur mit Aktivkohlereinigung eine verringerte unspezifische Toxizität erreicht, was vermuten lässt, dass die bioaktive Sandfiltration Oxidationsprodukte nicht vollständig entfernt bzw. entgiftet. Die verringerten Embryonenzahlen im Re-produktionstest sowie der yeast estrogen screen bestätigten abermals die verringerte östrogene Aktivität der Abwässer sowohl nach Ozonierung als auch nach Aktivkoh-lereinigung. In Regensdorf und an der HTK Neuss wurden zudem Abwasserproben entnommen und festphasenextrahiert. Anschließend wurde die endokrine Aktivität der Extrakte bestimmt, um das Entgiftungspotential von Ozonierung und Aktivkohlebehandlung abzuschätzen. Mittels rekombinanter Hefetests wurden die Östrogenität und Androgenität sowie die entsprechend antagonistischen Wirkungen bestimmt. Außerdem wurde die agonistische Aktivität am Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor (AhR) als Marker für die Belastung mit dioxionartigen Stoffen sowie polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen ermittelt. Zur Abschätzung der unspezifischen Toxizität wurde außerdem ein Test auf Zytotoxizität mit Rattenzellen etabliert und eingesetzt. Die Östrogenität wurde während der konventionellen Reinigung um 78 – 91% reduziert. Nach Aktivkohlebehandlung und Ozonierung sank die östrogene Aktivität weiterhin um 77 – 95% im Vergleich zur konventionellen Reinigung. Bei der Anti-Östrogenität wurden keine eindeutigen Effekte festgestellt. Die Androgenität wurde während der konventionellen Reinigung bereits von ca. 200 – 400 ng/L Testosteronäquivalenten im Abwasserzulauf um mehr als 99% reduziert. Nach der erweiterten Abwasserreinigung ergaben sich keine eindeutigen Effekte. Eine anti-androgene Aktivität war im ungereinigten Abwasser vermutlich aufgrund von Maskierungseffekten durch die Androgenität nicht feststellbar. Nach konventioneller Reinigung lag die Anti-Androgenität bei durchschnittlichen 302 – 614 μg/L Flutamidäquivalenten. Nach Ozonierung und Aktivkohlereinigung sank diese um 63 – 90%, wobei Aktivkohle etwas weniger effektiv war als die Ozonierung. Die AhR agonistische Aktivität konnte mittels erweiterter Aufbereitung um ca. 80% reduziert werden. Der Zytotoxizitätstest ergab, ebenso wie der Comet-Assay, dass Aktivkohle die unspezifische Toxizität am effektivsten reduziert. Außerdem ist ein Großteil der Zytotoxizität – insbesondere nach der Ozonierung – auf volatile Substanzen zurückzuführen. Insgesamt wurde bei diesen In-vitro-Versuchen gezeigt, dass beide Aufbereitungsmethoden die rezeptorvermittelte Toxizität sehr effektiv verringern können. Ozonierung und Aktivkohlebehandlung ermöglichen eine effektive Reduktion der Schadstoffbelastung von Abwässern. Beide Techniken erreichen außerdem eine deutlich reduzierte Toxizität im Vergleich zur konventionellen Abwasserreinigung, wobei die Ozonierung bislang als kosteneffektiveres Verfahren gilt. Unmittelbar nach der Ozonierung auftretende adverse Effekte sind vermutlich auf schnell abbaubare, toxische Oxidationsprodukte zurückzuführen. Ein nachgeschalteter biologisch aktiver Sandfilter entgiftet bzw. entfernt die ursächlichen Substanzen effektiv, wobei hier weiterer Forschungsbedarf besteht, um eventuelle Risiken für aquatische Organismen auszuschließen. Vor diesem Hintergrund ist vor allem zu berücksichtigen, dass ein Großteil (> 50%) der bei der Ozonierung entstehenden assimilierbaren organischen Kohlenstoffe bisher noch nicht identifiziert sind. Des Weiteren wird die Bildung von Oxidationsprodukten – neben Ozondosis und Kontaktzeit – im Wesentlichen von der Ausgangszusammensetzung des Abwassers bestimmt. So führen beispielsweise hohe Bromid-Konzentrationen während der Ozonierung zu hohen Konzentrationen des karzinogenen Bromats, und ähnlich kann die Bildung des mutagenen N-Nitrosodimethylamins (NDMA) durch die ausgangskonzentration chemischer Vorstufen beeinflusst werden. Deshalb und aufgrund der Unsicherheiten bezüglich unbekannter Oxidationsprodukte sind toxikologische Routineuntersuchungen notwendig, um mögliche Risiken zu erfassen und zu bewerten. Für eine abschließende Beurteilung der erweiterten Aufbereitung ist allerdings eine Langzeitbeobachtung vor Ort an abwasserreichen Fließgewässern unumgänglich. Populationsbeobachtungen von sensitiven Arten verschiedener taxonomischer Gruppen (z.B. Makrozoobenthos, Fische, Wasserpflanzen, Mikroorganismen) im Freiland vor und nach der Etablierung erweiterter Abwasserbehandlungsschritte sowie Biomarkeruntersuchungen und die Einbeziehung histopathologischer Endpunkte würden helfen, eine tatsächlich umweltrelevante ökotoxikologische Bewertung solcher Techniken zu erreichen. Dadurch ließe sich feststellen, ob sich Arten, die negativ durch Abwasserschadstoffe beeinflusst werden, nach der Installation einer erweiterten Aufbereitung erholen und ob Biomarkerantworten (beispielsweise für östrogene Aktivität oder Gentoxizität) sowie das Auftreten von Intersex (Verweiblichung männlicher Fische oder anderer Organismen) reduziert werden. Außerdem könnten potentiell negative Auswirkungen durch toxische Oxidationsprodukte untersucht werden. Zu berücksichtigen bleibt allerdings, dass jeder erweiterte Reinigungsschritt durch einen erhöhten Ressourceneinsatz sowie Schadstoffemissionen an anderer Stelle (durch Infrastrukturmaßnahmen, Material- und Energieproduktion, thermische Beseitigung belasteten Materials) negative Umwelteinflüsse zur Folge hat. Die Abwägung solcher Umweltkosten gegenüber möglichen Vorteilen der erweiterten Aufbereitung ist daher zwingend erforderlich, um zusätzliche Maßnahmen unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten zu rechtfertigen. Aufgrund dessen sind auf lange Sicht source control Strategien zur nachhaltigen, res-sourcenschonenden und kosteneffektiven Abwasserreinigung gegenüber end-of-pipe Techniken zu bevorzugen, um den Eintrag von Schadstoffen bereits an der Quelle zu minimieren

Comparative toxicity assessment of ozone and activated carbon treated sewage effluents using an in vivo test battery

Wastewater treatment plants do not eliminate micropollutants completely and are thus important point sources for these substances. Ozonation and activated carbon treatment might be beneficial for ecosystem health as these techniques provide effective barriers to organic contaminants. However, a toxicity evaluation is required to investigate toxicity reduction and to assess the potential formation of toxic oxidation byproducts during ozonation.Therefore a comparative toxicity evaluation of different treated wastewater effluents was performed on site at a half scale treatment plant equipped with an ozonation step and an activated carbon treatment step in parallel subsequent to conventional activated sludge treatment. For this purpose four invertebrate and one higher plant toxicity test were selected to assess potential biological effects on whole organisms.The reproduction test with the mudsnail Potamopyrgus antipodarum exhibited a decreased reproductive output after advanced treatment compared to conventional treatment. This indicates an effective estrogenicity removal by ozonation and activated carbon treatment and is confirmed by results of the yeast estrogen screen with a reduction of in vitro estrogenic activity by >75%. The Lumbriculus variegatus test revealed a significantly enhanced toxicity after ozonation compared to conventional treatment whereas this effect was reduced following subsequent sand filtration. When ozonation was applied, a significantly increased genotoxicity was observed, detected with the comet assay using haemolymph of the zebra mussel. Again, this effect was removed by subsequent sand filtration to the level of conventional treatment. Activated carbon treatment even resulted in a significant reduction of genotoxicity.Adverse effects after the ozone reactor are possibly a result of the formation of toxic oxidation byproducts. Biologically active sand filtration obviously is an effective barrier to such compounds

Integrated Solar Tracker Positioning Unit in Distributed Grid-Feeding Inverters for Photovoltaic Power Plants

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Fingerprinting the reactive toxicity pathways of 50 drinking water disinfection by-products

A set of nine in vitro cellular bioassays indicative of different stages of the cellular toxicity pathway was applied to 50 disinfection by-products (DBPs) to obtain a better understanding of the commonalities and differences in the molecular mechanisms of reactive toxicity of DBPs. An Eschericia coli test battery revealed reactivity towards proteins/peptides for 64% of the compounds. 98% activated the NRf2-mediated oxidative stress response and 68% induced an adaptive stress response to genotoxic effects as indicated by the activation of the tumor suppressor protein p53. All DBPs reactive towards DNA in the E. coli assay and activating p53 also induced oxidative stress, confirming earlier studies that the latter could trigger DBP's carcinogenicity. The energy of the lowest unoccupied molecular orbital ELumo as reactivity descriptor was linearly correlated with oxidative stress induction for trihalomethanes (r(2) = 0.98) and haloacetamides (r(2) = 0.58), indicating that potency of these DBPs is connected to electrophilicity. However, the descriptive power was poor for haloacetic acids (HAAs) and haloacetonitriles (r(2) 0.80, indicating that HAAs' potency is connected to both, electrophilicity and speciation. Based on the activation of oxidative stress response and the soft electrophilic character of most tested DBPs we hypothesize that indirect genotoxicity e.g., through oxidative stress induction and/or enzyme inhibition is more plausible than direct DNA damage for most investigated DBPs. The results provide not only a mechanistic understanding of the cellular effects of DBPs but the effect concentrations may also serve to evaluate mixture effects of DBPs in water samples. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved