ELARIA hat gezeigt, wie Antibiotikaresistenzen, Krankheitserreger und Fäkalindikatoren in weitergehend behandeltem Abwasser praxisnah erfasst und bewertet werden können.
Kläranlagen sollen die Schadstoffkonzentration verringern und die direkte Einleitung von Abwasser in Flüsse und Meere vermeiden. Die herkömmliche Abwasserreinigung reicht jedoch nicht aus, um biologische Verunreinigungen vollständig zu entfernen. Fäkale Mikroorganismen, einschließlich multiresistenter bakterieller Krankheitserreger und pathogener Viren, werden durch Kläranlagen in die aquatische Umwelt eingetragen. Um die Freisetzung dieser biologischen Verunreinigungen zu minimieren und die Wasserqualität im Hinblick auf die Wiederverwendung von Wasser zu verbessern, wird eine weiterführende Abwasserbehandlung immer wichtiger.
Im deutsch-israelischen Verbundprojekt ELARIA wurde untersucht, wie weitergehende Abwasserbehandlungsverfahren hygienisch relevante Mikroorganismen, antibiotikaresistente Bakterien, Antibiotikaresistenzgene sowie virale und bakterielle Indikatoren reduzieren können. Ziel war es, belastbare Daten zur Entfernungseffizienz verschiedener Behandlungsansätze zu gewinnen und daraus Empfehlungen für ein praxisnahes Monitoring und eine mikrobiologische Bewertung abzuleiten.
Dazu wurden Untersuchungen an realen Kläranlagen, Versuche im Labor- und Technikumsmaßstab sowie Pilotuntersuchungen in Israel miteinander kombiniert. Betrachtet wurden unter anderem Behandlungsverfahren wie Ozonung, UV- beziehungsweise UV-LED-Bestrahlung, Chlorung und elektrochemische Verfahren. Die Bewertung erfolgte mit einem erweiterten mikrobiologisch-molekularbiologischen Methodenspektrum. Neben klassischen Kulturverfahren kamen quantitative PCR-Methoden zum Einsatz, um sowohl kultivierbare Mikroorganismen als auch genetische Marker erfassen zu können.
Ein praxisrelevanter Schwerpunkt war die Frage, welche zusätzliche hygienisch-mikrobiologische Wirkung reaktive weitergehende Behandlungsverfahren entfalten. Die Ozonung als vierte Reinigungsstufe wird in der Praxis überwiegend zur Entfernung organischer Spurenstoffe ausgelegt. Die Untersuchungen an großtechnischen Kläranlagen zeigten, dass eine auf rund 80 % Spurenstoffentfernung betriebene Ozonbehandlung zugleich mikrobiologische Parameter reduzieren kann. Je nach Zielparameter und Betriebsbedingungen wurden kultivierbare Bakterien und Bakteriophagen um etwa 1 bis 2 log₁₀-Stufen vermindert. Für ausgewählte Antibiotikaresistenzgene lagen die Reduktionen bei etwa 0,5 log₁₀-Stufen. Es wurde deutlich, dass Verfahren wie Ozonung, UV-Behandlung oder elektrochemische Behandlung neben der Minderung chemischer Zielstoffe auch zur Verringerung mikrobiologischer Belastungen beitragen können.
Zur vertieften Analyse wurde ergänzend die Long-Amplicon-PCR herangezogen. Im Gegensatz zu konventionellen PCR-Verfahren, die überwiegend kurze Zielsequenzen amplifizieren, ermöglicht dieser Ansatz die Untersuchung deutlich längerer Nukleinsäureabschnitte. Dadurch kann differenzierter beurteilt werden, ob nach einer Behandlung noch intakte Gene vorliegen oder bereits strukturelle Schädigungen eingetreten sind. Die Methode stellt somit eine sinnvolle Ergänzung zu klassischen qPCR-Analysen dar und liefert insbesondere bei der Bewertung oxidativer oder desinfizierender Prozesse zusätzliche, weiterführende Informationen.
Die Ergebnisse zeigten, dass kurze qPCR-Amplifikate die tatsächliche Schädigung von Nukleinsäuren nach weitergehender Behandlung nur eingeschränkt abbilden können. Die Long-Amplicon-PCR erwies sich daher als hilfreicher ergänzender Ansatz, um die Wirkung reaktiver Behandlungsverfahren differenzierter zu bewerten.
Auf Basis der Projektergebnisse wurden Ansätze für ein modular nutzbares Monitoringkonzept abgeleitet. Dieses kann je nach Fragestellung, Kläranlage und vorhandenen Behandlungsstufen angepasst werden. Das Konzept kann Betreiber, Behörden und Planende dabei unterstützen, Behandlungsleistungen einzuordnen, geeignete Monitoringparameter auszuwählen und Behandlungsergebnisse nachvollziehbar darzustellen.
Damit liefert ELARIA wichtige Grundlagen für die zukünftige Überwachung und Bewertung von gereinigtem Abwasser. Die Projektergebnisse unterstützen den Gewässerschutz, die fachliche Einordnung von Wasserwiederverwendung und die Vorbereitung auf zukünftige Anforderungen an das Abwassermonitoring im Sinne der neuen EU-Kommunalabwasserrichtlinie.
Veröffentlichungen:
Nasser, A.; Eghbaria, Y.; Stange, C.; Tiehm, A. (2025): Combined disinfection processes for the reduction of microbial indicators and antibiotic resistance genes in wastewater effluents. Beitrag zur 22nd Health-Related Water Microbiology Conference (HRWM), Amersfoort, Niederlande, 15.–20. Juni 2025. Abstractband, mündlicher Vortrag (A. Nasser).
Ho, J.; Stange, C.; Diadko, D.; Eghbaria, Y.; Nasser, A.; Tiehm, A. (2025): Elimination of antibiotic resistance, pathogens and faecal indicators in advanced wastewater treatment. Beitrag zur 22nd Health-Related Water Microbiology Conference (HRWM), Amersfoort, Niederlande, 15.–20. Juni 2025. Abstractband, mündlicher Vortrag (A. Tiehm).
Stange, C.; Tiehm, A. (2025): Entfernung von Antibiotikaresistenzen, Pathogenen und Fäkalindikatoren bei der weitergehenden Abwasserbehandlung. Gewässerschutz – Wasser – Abwasser (GWA) 259, S. 22/1–22/15. Vortrag auf der Essener Tagung, März 2025 (A. Tiehm), sowie schriftliche Veröffentlichung im Abstractband.
Tiehm, A.; Stange, C.; Stelmaszyk, L.; Ho, J. (2025): Vorteile der Long-Amplicon-PCR beim Monitoring von Antibiotikaresistenzen. Mündlicher Vortrag (A. Tiehm) auf dem TZW-Workshop „Innovative Methoden in der Mikrobiologie“, 02.04.2025, Karlsruhe.
Ho, J.; Schweikart, C.; Tiehm, A. (2025): Abwasserwiederverwendung: Sicherung der mikrobiologischen Qualität. Beitrag zum 30. TZW-Kolloquium (hybrid): Mit Erfahrung Zukunft gestalten, 03.12.2025, Karlsruhe. Mündlicher Vortrag (J. Ho).
Stange, C.; Kalyetsi, R.; Owokuhaisa, J.; Ntaro, M.; Mulogo, E.; Nasser, A.; Tiehm, A. (2025): Wastewater surveillance of antimicrobial resistance and wastewater treatment efficiency in Mbarara, Uganda, and Karlsruhe, Germany. Posterbeitrag zum 10th Symposium on Antimicrobial Resistance in Animals and the Environment, Berlin, 30.06.–02.07.2025.
