Koffein kann ein nützlicher Indikator für Abwasserlecks in Regenwasserkanälen sein

In Industrieländern wie Japan altern und verschlechtern sich Abwasseraufbereitungssysteme, die verhindern sollen, dass schädliche Schadstoffe ins Regenwasser gelangen, wodurch Schadstoffe in die örtlichen Gewässer gelangen. Es kann schwierig sein, die Quelle eines Lecks in Abwassersystemen zu finden, die oft weit unter der Erde liegen. Mit der herkömmlichen Methode werden möglicherweise Lecks übersehen und stromabwärts gefundene Lecks können nicht erkannt werden.

Die Forscher schlugen die Verwendung von Koffein vor, einem häufigen Haushaltsschadstoff, der sonst nicht in der Umwelt vorkommt, um mögliche Leckquellen in Abwassersystemen zu finden. Die Ergebnisse wurden in einem Artikel veröffentlicht, der in veröffentlicht wurde Briefe zur Umweltchemie am 5. April 2024.

„Abwasser und Regenwasser wurden lange Zeit zu Kanalisationssystemen zusammengeführt. Das Problem des Überlaufens von Mischwasserkanälen bei starken Regenfällen besteht seit langem, daher wurde das System vor etwa 50 Jahren auf die Trennung von Abwasserkanälen und Regenwasserkanälen umgestellt.

„Selbst bei neueren, separaten Abwassersystemen besteht jedoch die Möglichkeit von Abwasserlecks aufgrund alternder Rohre, da die ältesten seit fünf Jahrzehnten im Boden vergraben sind“, sagte Noriatsu Ozaki, außerordentlicher Professor in Hiroshima. Graduate School of Advanced Science and Engineering, Universität Higashihiroshima, Japan.

Von Juni 2022 bis Mai 2023 sammelten Forscher ein- bis zweimal im Monat in Trockenperioden in sechs städtischen Entwässerungsgebieten Wasser aus Regenwasserkanälen. An jeder Sammelstelle wurden fünf bis elf Mal Proben entnommen.

Außerdem sammelten sie Proben von Regenwasser, Pfützenwasser und häuslichem Abwasser. Sie testeten mehrere gängige Haushaltschemikalien, darunter Duftstoffe, die häufig in Seifen, Reinigungsmitteln und Kosmetika vorkommen, darunter OTNE, HHCB, AHTN, DPMI und Moschusketon; Koffein; und Benzophenon, ein häufiger Inhaltsstoff in Sonnenschutzmitteln.

„Diese Verbindungen werden in Japan regelmäßig im häuslichen Abwasser nachgewiesen“, sagte Ozaki. „Darüber hinaus wurden auch drei polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gemessen, die üblicherweise als Indikatoren für Luft- und städtische Oberflächenverschmutzung verwendet werden.“

Um eine Ausgangslage zu erhalten, haben die Forscher gemessen, wie oft diese Chemikalien im Regenwasser und in Pfützen landen. PAK wurden in 80 % der Fälle, die meisten Parfüme in 60–82 % der Fälle und Benzophenon in 100 % der Fälle im Regenwasser und 90 % im Pfützenwasser nachgewiesen. Koffein und die Aromastoffe DPMI und Moschusketon waren jedoch deutlich niedriger. In Regenwasser und Pfützenwasser wurden sie weniger als die Hälfte der Zeit nachgewiesen.

PAKs und Benzophenone waren im Regenwasser und Pfützenwasser so reichlich vorhanden, dass es schwierig ist, die Quelle hoher Konzentrationen dieser chemischen Verbindungen in Regenwasserabflüssen zu ermitteln und Lecks zu identifizieren. Der Verschmutzungsgrad zwischen Regenwasser, häuslichem Abwasser und Regenwasserkanälen unterschied sich in den gemessenen Stadtteilen nur um eine Größenordnung. Bei allen drei Geschmacksrichtungen gab es mit zwei Größenordnungen oder mehr einen signifikanteren Unterschied zwischen den getesteten Regenabflüssen und dem häuslichen Abwasser.

Der Grad der Koffeinbelastung unterschied sich jedoch deutlich bei Regen- und Pfützenwasser, Regenwasserleitungen und häuslichem Abwasser. Es findet nur eine geringe oder gar keine Rückführung von Koffein in das Abwassersystem über Niederschläge statt, und die Quelle des im Abfluss vorhandenen Koffeins könnte häuslichen Abwässern zugeschrieben werden. Koffein ist unter den getesteten Chemikalien auch das stabilste in der wässrigen Phase und könnte theoretisch leicht als Tracer für zukünftige Forschungen verwendet werden.

Für die Zukunft wollen Forscher mehr über die Verschmutzung erfahren, die durch diese Lecks verursacht wird. „Wir wollen das Ausmaß einer möglichen Verschmutzung der aufnehmenden öffentlichen Gewässer wie Flüsse, Seen oder Küstengebiete durch Lecks klären“, sagte Ozaki. „Und schließlich wollen wir eine Diagnosetechnologie entwickeln, um das Leck vor Ort anhand von Spuren organischer Chemikalien als Indikator anzuzeigen.“