AB Archiv des Badewesens 03/2010 | Bädertechnik · Wasseraufbereitung1

Bäde

rtech

nikKeimelimination durch Zooplankton

W a s s e r r e i n i g u n g i n S c h w i m m - u n d B a d e t e i c h e n *

Dipl.-Biol. Inga Eydeler und Dr. Jürgen Spieker, Dipl.-Biol., KLS Gewässerschutz, Hamburg

Schwimm- und Badeteiche sind klei-ne Stillgewässer, in denen weitgehenddie gleichen gewässer-ökologischenProzesse ablaufen wie in natürlichenSeen. Technische Einrichtungen kön-nen diese Prozesse lenken, unterstüt-zen oder auch behindern.

Genau wie in einem See findet auchin einem Schwimm- und Badeteicheine Insitu-Entkeimung schon durchnatürliche Prozesse im Gewässer selbststatt. Eine wichtige Rolle spielt dabeidas Zooplankton (im Wasser frei schwe-

bende, tierische Kleinstorganismen),das sich zum Großteil von Bakterienund Algen ernährt. Zusätzlich findet ei-ne weitere Reduktion der Keime durchdas natürliche UV-Licht, das Absinkenauf den Gewässerboden (Sedimenta-tion), bestimmte Milieubedingungen,Konkurrenzdruck und den Wegfraßdurch das Makrozoobenthos statt.

Der Wasserkörper des SchwimmteichsIn einem Stillgewässer lebt eine Viel-zahl von Organismen, die über komple-

xe Nahrungsgeflechte miteinander inBeziehung stehen. Der Freiwasserkör-per, das Pelagial, wird dominiert vomPlankton, den „schwebenden“ Gewässer-organismen. Dazu zählen u. a. das Bak-terioplankton, das Phytoplankton unddas Zooplankton.

Vorkommen und Nahrung des ZooplanktonsIm Süßwasser bilden die Flagellata (Gei-ßeltierchen), die Ciliata (Wimpertierchen),die Rotatoria (Rädertierchen), die Cla-docera (Wasserflöhe) und die Copepo-

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Strudler: Ciliata (Wimpertierchen) und Rotatoria (Rädertiere)

Filtrierer: Cladocera (Wasserflöhe)

Greifer: Copepoda (Hüpferlinge)

■ Ciliata: Vorticella auf einer Algenkolonie imFreiwasser siedelnd, strudeln Bakterien ein.

■ Rotatoria: Keratella beim Fressen coccalerCyanobakterien

■ Rotatoria: Brachionus beim Verdauen vonBakterien

■ Cladocera: Bosmina ■ Cladocera: Ceriodaphnia ■ Cladocera: Daphnia

■ Calanoide und Cyclopoide: Copepoda ■ Calanoider Copepod: Eudiaptomus ■ Cyclopoide Copepoda: Cyclops

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da (Ruderfußkrebse, Hüpferlinge) die amhäufigsten im Zooplankton vertretenenGruppen. Die Mehrzahl der Zooplank-ter ernährt sich von Bakterien (bakte-riovor) und/oder Phytoplankton (herbi-vor). Einige Zooplankter ernähren sichauch räuberisch, d. h. ihre Beute ist tie-risch. Unter den Copepoda gibt es vieleArten, die je nach Entwicklungsstadiumalles fressen (omnivor). Die bakterivo-ren und herbivoren Zooplankter sindStrudler, Filtrierer oder Greifer (Schön-born, 2003).

Die Strudler strudeln durch Cilien oderWimpern die Nahrung in den Mund,wie z. B. Ciliaten und Rotatorien. DieFiltrierer pressen einen Wasserstromdurch siebartige Strukturen und filterndie Nahrung heraus, wie bei den Cla-doceren. Die Greifer ergreifen gezieltihre Nahrung, wie z. B. viele Copepodaund phagotrophe Flagellata.

Die Wimperntierchen und Rädertierchenbevorzugen für ihre eingestrudelte Nah-rung eine Partikelgröße zwischen 0,5 und3 µm. Die Wasserflöhe können je nachArt und Größe ein Partikelspektrum von0,2 µm bis hin zu 50 µm verwerten.

Filtrations- und Ingestionsleistungendes ZooplanktonsDie Entschlüsselung des Nahrungsgefü-ges und der Stofffluxe in aquatischenÖkosystemen ist schon seit JahrzehntenGegenstand intensiver limnologischerund mikrobiologischer Forschungen. In-zwischen sind für viele Zooplanktonor-ganismen die Fraß- und Filtrationsleis-tungen bekannt (siehe Tabelle 1). DieseErkenntnisse führten angesichts von zu-nehmender Ressourcenknappheit undwachsender Weltbevölkerung innerhalbder letzten Jahre dazu, angewandte For-schungen auf den gezielten Einsatz vonZooplanktonorganismen zur Abwasser-behandlung und Keimelimination zukonzentrieren.

Insbesondere die großen Daphnien-For-men, wie z. B. Daphnia magna, sind fürihre enormen Filtrations- und Inges-

tionsleistungen bekannt. Die Ingesti-onsrate eines Individuums gibt an, wieviele Futterpartikel oder wie viel Fut-termasse ein Individuum pro Zeitein-heit frisst. Die Filtrationsrate gibt an, inwelchem Wasservolumen die gefresse-ne Futtermenge vorhanden war (Lam-pert & Sommer, 1993) (siehe dazu auchden „Infokasten“).

So wurden in diversen Experimentenallein Bakterien-Filtrationsraten vonDaphnien von bis zu 42 bis 66 ml/Indi-viduum/Tag ermittelt (Schallenberg etal., 2005; Porter et al., 1983). Mittelsunterschiedlich konzipierter Fraßversu-che, Darminhaltsuntersuchungen undRadioisotopenversuchen wurde doku-mentiert, dass Fäkalkeime wie Escheri-chia coli und Campylobacter jejuni vonden Daphnien nicht nur aufgenommen,sondern auch in großer Zahl abgetötetund verdaut werden (siehe Tabelle 2).Für Daphnia magna wurden Ingestions-raten von Escherichia coli bis zu 5,6 x106 E.coli-Zellen pro Stunde beobach-tet (Mc. Mahon et al., 1963).

Filtrationsrate„Die Filtrationsrate (F) gibt an, inwelchem Wasservolumen die gefres-sene Futtermenge vorhanden war.Da sie aus der Zahl der aufgenom-menen oder aus der Suspension ver-schwindenden Partikel berechnetwird und die Retention filtrierbarerPartikel meist < 100 % ist, gibt siekeinen wirklichen Wasserdurchsatzdurch den Filterapparat an und kannauch auf Arten angewandt werden,die nicht wirklich filtrieren.

Die englische Bezeichnung „clear-ance rate“ macht besser deutlich,dass angegeben wird, welches Was-servolumen pro Zeit partikelfrei ge-macht wird. Die individuelle Filtra-tionsrate hat die Dimension V/ind/tund kann aus dem Quotienten derIngestionsrate (I) und der Futter-konzentration (C) berechnet wer-den: F ind = I/C […]”.

Aus: Lampert & Sommer, 1993,S. 235

Infokasten

Zooplanktongruppe Filtrationsraten [ml / Ind. / Tag]

Minimum Maximum Mittelwert

Ciliata 0,012 0,163 0,0875

Rotatoria 0,007 16,992 8,500

Copepoda 0,048 129,600 64,824

Cladocera 0,096 66,480 33,288

■ Tabelle 1: Experimentell ermittelte Filtrationsraten von Zooplanktern(Literatur im Anhang; die hier aufgeführten Werte stammen aus unterschiedlichen Versuchs-ansätzen mit verschiedenen Arten und geben einen Eindruck über die Spannbreiten.)

Zooplanktonart Ingestionsraten Futterorganismus[Zellen / Ind. / Tag]

Daphnia magna 5,6 x 106 Escherichia coli

Daphnia parvula 9,6 x 105 natürliche Bakterienpopu-lationen (Größe: 0,1 - 1 µm)

clearence rate [ml / Ind. / h]

Daphnia carinata 1,75 Campylobacter jejuni, E.coli

■ Tabelle 2: Experimentell ermittelte Ingestionsraten von Zooplanktern(Literatur im Anhang; die hier aufgeführten Werte stammen aus unterschiedlichen Versuchs-ansätzen.)

Schwimm- und Badeteiche wurden da-für mit einer Index-Nummer belegt (NI= Schwimm- und Badeteich-Index). Die

Zooplanktondaten wurden im Rahmendes gewässerökologischen Monitorings(KLS, 2007 und 2008) erhoben.

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Aber auch für andere Arten aus denGruppen der Cladocera und der Cope-poda wurden hohe Filtrationsraten er-mittelt. So sind z. B. die häufig vor-kommenden Wasserflöhe der Gattun-gen Bosmina, Ceriodaphnia, Diaphano-soma und Chydorus starke Bakterien-Filtrierer. Unter den Copepoda sind Ar-ten aus der Gattung Eudiaptomus alsBakterien-Greifer bekannt.

Zooplankton in Schwimm- und BadeteichenIm Rahmen der gewässerökologischenÜberwachung von Schwimm- und Ba-deteichen gemäß FLL (Forschungsge-sellschaft Landschaftsentwicklung Land-schaftsbau e. V., Bonn; Anmerkung derRedaktion) wird das Zooplankton einmalim Monat mit beprobt und ausgewertet.Im Rahmen des Forschungsprojektes „Da-tenbank Naturbäder (DANA)“ wurden dieZooplanktondaten aus 13 verschiedenenSchwimm- und Badeteichen aus denJahren 2007 und 2008 ausgewertet. Die

Individuen/m3 Minimum pro Maximum pro Mittel ganzeProbenahme Probenahme Saison

Rotatoria (Rädertiere) 0 377 389 19 039

Copepoda (Hüpferlinge) 21 146 369 8 589

Cladocera (Wasserflöhe) 0 87 898 7 274

Gesamt 42 454 729 34 903

■ Tabelle 3: Zooplankton-Individuendichten in 13 verschiedenen Schwimm- und Badeteichen,Badesaison 2007 und 2008 (KLS 2007, 2008)

Minimum Maximum Mittel MaximumAnzahl Arten pro pro ganze ganze

Probenahme Probenahme Saison Saison

Rotatoria (Rädertiere) 0 12 5 18

Copepoda (Hüpferlinge) 0 6 2 7

Cladocera (Wasserflöhe) 0 8 3 11

Gesamt 2 22 10 32

■ Tabelle 4: Zooplankton-Artenanzahl in 13 verschiedenen Schwimm- und Badeteichen, Badesai-son 2007 und 2008 (KLS 2007, 2008)

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ZooplanktonartenFolgende Zooplanktonarten wurden inden 13 verschiedenen Schwimm- undBadeteichen vorgefunden:

Rotatoria (Rädertiere)Ascomorpha sp., Asplanchna sp., Bra-chionus angularis, Brachionus c.f. ur-ceolaris, Brachionus calyciflorus, Bra-chionus sp., Cephalodella sp., Collo-theca sp., Colurella sp., Euchlanis c.f.dilatata, Euchlanis c.f. triquetra, Ech-lanis sp., Filinia longiseta, Kellicottialongispina, Keratella cochlearis, Kera-tella cochlearis f. tecta, Keratella qua-drata, Lecane c.f. luna, Lecane c.f. lu-naris, Lecane c.f. quadridentata, Leca-ne sp., Lepadella sp., Monammata sp.,Mytilina mucronata, Mytilina sp., No-tholca acuminata, Notholca c.f. squa-mula, Platiyas quadricornis, Polyar-thra sp., Pompholyx sulcata, Scaridiumlongicaudum, Synchaeta sp., Testudi-nella patina, Trichocerca sp., Tricho-tria pocillum

Copepoda (Ruderfußkrebse, Hüpferlinge)Acanthocyclops sp., Cyclops sp., Dia-cyclops sp., Eucyclops sp., Eudiaptomusvulgaris, Macrocyclops sp., Megacyclopssp., Mesocyclops leuckarti, Thermocy-clops sp., Tropocyclops prasinus, Cala-noide Copepodide, Cyclopoide Copepo-dide, Nauplien

Cladocera (Wasserflöhe)Acroperus harpae, Alona c.f. affinis,Alona c.f. quadrangularis, Alona c.f.rectangula, Alona guttata, Alona sp.,Bosmina longirostris, Ceriodaphnia c.f.dubia, Ceriodaphnia sp., Chydorus sp.,Daphnia c.f. pulex, Daphnia c.f. rosea,Daphnia magna, Daphnia pulex, Dah-nia sp., Eurycercus lamellatus, Grapto-leberis testudinaria, Pleuroxus aduncus,

Art

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sum

NI = 10 NI = 130 NI = 140 NI = 40 NI = 60 NI = 90 NI = 120 NI = 230 NI = 80 NI = 220 NI = 210 NI = 180 NI = 190WA/T: ? WA/T: ? WA/T: >1 WA/T: >1 WA/T: >1 WA/T: ? WA/T: >2 WA/T: <0,5 WA/T: <0,5 WA/T: <0,5 WA/T: ? WA/T: ? WA/T: >3s AK: - s AK: - s AK: + s AK: + s AK: - s AK: + s AK: - s AK: + s AK: + s AK: + s AK: - s AK: + s AK: (+)

■ Abbildung 1: Anzahl vorgefundener Zooplankter-Arten in verschiedenen Schwimm- und Bade-teichanlagen in den Jahren 2007 und 2008Erläuterungen: NI = Schwimm- und Badeteich-Index; WA/T = Wasseraustausch pro Tag; s AK =Vorhandensein (+) oder Fehlen (-) von submerser Aquakultur; min = Minimum; max = Maximum;avg = Average (Mittelwert); sum = Summe aller vorhandener Arten

Indi

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Ind.

/ m3 ]

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NI = 10 NI = 140 NI = 40 NI = 60 NI = 120 NI = 80 NI = 210 NI = 190WA/T: ? WA/T: >1 WA/T: >1 WA/T: >1 WA/T: >2 WA/T: <0,5 WA/T: ? WA/T: >3s AK: - s AK: + s AK: + s AK: - s AK: - s AK: + s AK: - s AK: (+)

■ Abbildung 2: Individuendichten der häufigsten Zooplanktongruppen in verschiedenenSchwimm- und Badeteichanlagen; Individuendichten <100 000 Ind/m3

Erläuterungen: NI = Schwimm- und Badeteich-Index; WA/T = Wasseraustausch pro Tag; s AK =Vorhandensein (+) oder Fehlen (-) von submerser Aquakultur; min = Minimum; max = Maximum;avg = Average (Mittelwert)

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Pleuroxus c.f. trigonellus, Polyphemuspediculus, Scapholeberis mucronata,Simocephalus vetulus

Individuendichten und ArtenanzahlDie Individuendichten und die Arten-anzahl waren in den Bädern teilweisesehr unterschiedlich. Die Gesamtindivi-duenzahlen reichten dabei von nur 42 bishin zu 454 729 Individuen pro m3 (sie-he Tabelle 3, Abbildung 2 und Abbil-dung 3). Die Anzahl verschiedener Zoo-plankton-Arten an einem Probenahme-termin reichte von minimal zwei bis hinzu 32 Arten (siehe Tabelle 4 und Abbil-dung 1).

Sowohl die höchsten Individuendich-ten als auch die höchste Artenvielfalt anZooplanktern wurden in den Schwimm-und Badeteichen NI 90 und NI 230 vor-gefunden. Bei diesen beiden Schwimm-und Badeteichen handelt es sich um

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NI = 130 NI = 90 NI = 230 NI = 180WA/T: ? WA/T: ? WA/T:<0,5 WA/T: ?s AK: - s AK: + s AK: + s AK: +

■ Abbildung 3: Individuendichten der häufigsten Zooplanktongruppen in verschiedenenSchwimm- und Badeteichanlagen; Individuendichten >100 000 Ind/m3

Erläuterungen: NI = Schwimm- und Badeteich-Index; WA/T = Wasseraustausch pro Tag; s AK =Vorhandensein (+) oder Fehlen (-) von submerser Aquakultur; Min = Minimum; Max = Maximum;AVG = Average (Mittelwert)

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naturnahe Systeme mit einem hohenAnteil an submerser Aquakultur und ge-ringen Wasseraustauschraten. Die ge-ringsten Individuendichten und Arten-anzahl wurden für die Schwimm- undBadeteiche NI 210 und NI 60 doku-mentiert. Die Schwimm- und Badetei-che NI 10 und NI 190 wiesen ebenfallsextrem niedrige Individuendichten auf.Bei diesen Bädern handelt es sich umstark durchströmte Bäder mit wenigoder gar keiner submersen Aquakultur.

Reinigungsleistung in Schwimm- undBadeteichen durch das ZooplanktonAnhand der qualitativen und quantita-tiven Bestimmung des Zooplanktons inSchwimm- und Badeteichen kann diemögliche Filtration des Wasserkörpersdurch die Zooplanktonorganismen er-rechnet werden. In den Abbildungen aufden nächsten Seiten sind beispielhaft dieFiltrationsleistungen für einen Schwimm-und Badeteich mit hohen Zooplank-tondichten (Beispiel A) und für einenSchwimm- und Badeteich mit sehr ge-ringen Zooplanktondichten (Beispiel B)dargestellt. Die Zooplanktondaten wur-den im Rahmen der gewässerökologi-schen Überwachung nach FLL im Jahr2008 erhoben (KLS 2008).

Beispiel A: hohe IndividuendichtenIm Beispiel A – hohe Zooplankton-In-dividuendichten (siehe Abbildung 4) –kann unter Annahme einer maximalenFiltrationsleistung der gesamte Was-serkörper des Schwimm- und Badetei-ches bis zu 3 bis 11 mal pro Tag alleindurch das Zooplankton durchfiltriertwerden, unter der Annahme einer mitt-leren Filtrationsleistung noch 2 - 5 malpro Tag (siehe Abbildung 5). Bei mini-maler Filtrationsleistung ist die Filtra-tion durch Zooplankton vernachlässig-bar gering.

In einem Schwimm- und Badeteich istjedoch auf Grund der geringen Trophieund des Mangels an Nahrung für dieZooplankter nicht mit einer minimalen,sondern mit einer mittleren bis maxi-malen Filtrationsleistung zu rechnen.

Je geringer das Nahrungsangebot ist,desto mehr müssen die Zooplankter fil-trieren, um an Nahrung zu gelangen.

Beispiel B: sehr geringe IndividuendichtenIm Beispiel B – sehr geringe Zooplankton-Individuendichten (siehe Abbildung 6) –ist die Filtrationsleistung sehr gering (sie-he Abbildung 7). Unter Annahme einer

maximalen Filtrationsleistung wäre dergesamte Wasserkörper des Schwimm-und Badeteiches erst in 10 bis 60 Tageneinmal durchfiltriert worden.

Anmerkung* Datenauswertung im Rahmen des Forschungs-

projektes DANA (Datenbank Naturbäder), geför-dert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt(DBU), Osnabrück

Beispiel AHohe Zooplankton-Individuendichten, geringer Wasseraustausch, hoher An-teil submerser Aquakultur (Schwimm- und Badeteich NI 90)

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Zooplankton im Schwimm- und Badeteich NI 90

■ Abbildung 4: Zooplankton-Individuendichten im Schwimm- und Badeteich NI 90 in derSaison 2008

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Häufigkeit der Filtration des Wasserkörpers durchZooplankton im Schwimm- und Badeteich NI 90

■ Abbildung 5: Maximale und mittlere (Legende links) sowie minimale (Legende rechts) Filtra-tionsleistungen im Schwimm- und Badeteich NI 90 durch das Zooplankton in der Saison 2008

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Beispiel BSehr geringe Zooplankton-Individuendichten, höherer Wasseraustausch, kei-ne ausgeprägte submerse Aquakultur (Schwimm- und Badeteich NI 60)

Indi

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Zooplankton im Schwimm- und Badeteich NI 60

■ Abbildung 6: Zooplankton-Individuendichten im Schwimm- und Badeteich NI 60 in derSaison 2008

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Häufigkeit der Filtration des Wasserkörpers durchZooplankton im Schwimm- und Badeteich NI 60

■ Abbildung 7: Maximale und mittlere (Legende links) sowie minimale (Legende rechts) Filtra-tionsleistungen im Schwimm- und Badeteich NI 60 durch das Zooplankton in der Saison 2008

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