Do or dye: Synthetische Farbstoffe im Abwasser bedrohen die Nahrungskette weltweit

Die ökologischen und gesundheitlichen Gefahren, die von synthetischen Farbstoffen ausgehen, die in die Abwassersysteme gelangen, werden in einer neuen Studie detailliert beschrieben

01.11.2023

Farbstoffe, die in der Textil-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie weit verbreitet sind, stellen einer neuen Studie zufolge eine dringende Gefahr für die Gesundheit von Pflanzen, Tieren und Menschen sowie für die natürliche Umwelt auf der ganzen Welt dar.

Milliarden Tonnen farbstoffhaltiger Abwässer gelangen jedes Jahr in die Wassersysteme. Eine Gruppe von Forschern aus dem Vereinigten Königreich, China, Korea und Belgien ist der Ansicht, dass neue nachhaltige Technologien, einschließlich neuer membranbasierter Filtration im Nanomaßstab, erforderlich sind, um das Problem zu lösen, und fügt hinzu, dass Rechtsvorschriften erforderlich sind, um die industriellen Hersteller zu zwingen, Farbstoffe zu beseitigen, bevor sie in die öffentlichen Abwassersysteme oder Wasserwege gelangen.

Die in Nature Reviews Earth & Environment veröffentlichte Studie Environmental impacts and remediation of dye-containing wastewater wurde von Wissenschaftlern der University of Bath, der Chinese Academy of Sciences, der Fujian Agriculture and Forestry University, des Korea Institute of Energy Technology (KENTECH) und der KU Leuven, Belgien, verfasst.

In der Studie wird hervorgehoben, dass derzeit bis zu 80 % der farbstoffhaltigen Industrieabwässer, die in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen anfallen, unbehandelt in die Gewässer geleitet oder direkt zur Bewässerung verwendet werden. Den Autoren zufolge birgt dies ein breites Spektrum direkter und indirekter Gefahren für die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen.

Trotz dieser "schwerwiegenden" Bedrohungen für die Gesundheit und die Ökosysteme betonen die Autoren, dass die Infrastruktur, die Investitionen und die Regulierungsbemühungen für eine nachhaltigere Nutzung von Farbstoffen oder für die Behandlung von farbstoffhaltigen Abwässern unzureichend sind.

Dr. Ming Xie, Dozent in der Abteilung für Chemieingenieurwesen an der Universität Bath (UK), ist der Ansicht, dass ein mehrgleisiger Ansatz erforderlich ist, um das Problem zu bekämpfen. Er sagt: "Farbstoffe verursachen mehrere Probleme, wenn sie in die Wassersysteme gelangen, angefangen damit, dass sie das Licht daran hindern, die Mikroorganismen zu erreichen, die die Grundlage unserer Nahrungsketten sind, und so ihre Vermehrung und ihr Wachstum verhindern, bis hin zu direkteren Folgen wie den toxischen Auswirkungen auf Pflanzen, Böden, Tiere und Menschen.

"Es gibt mehrere Möglichkeiten, Farbstoffe aus dem Wasser zu entfernen, darunter chemische, biologische und membranbasierte Techniken, aber verschiedene Farbstoffe erfordern unterschiedliche Ansätze, und wenn sie erst einmal in die Abwassersysteme gelangt sind, können die Behandlungsprozesse sehr energieintensiv sein.

"Um zu verhindern, dass Farbstoffe ins Abwasser oder in andere Wassersysteme wie die Bewässerung gelangen, sind weltweite Regulierungsbemühungen erforderlich. Angesichts der Komplexität der Behandlung farbstoffhaltiger Abwässer bestünde eine Lösung darin, vom Konzept zentraler oder regionaler Behandlungsmethoden zu dezentraler und standortspezifischer Behandlung an der Quelle überzugehen, indem die Industrie verpflichtet wird, Farbstoffe aus den von ihr erzeugten Abwässern zu entfernen, bevor diese in die öffentlichen Wassersysteme gelangen.

Textilindustrie ist größter Farbstoffverbraucher

Mauvein, der erste organische synthetische Farbstoff, wurde 1865 entdeckt und gab den Anstoß für die Entstehung der weltweiten Farbstoffindustrie. Seitdem wurden mehr als 10.000 verschiedene Arten von Farbstoffen synthetisiert, wobei die jährliche Weltproduktion heute auf 1 Million Tonnen geschätzt wird.

Farbstoffe werden in der Gummi-, Leder-, Papier-, Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie verwendet. Der größte Verbraucher, die Textilindustrie, verbraucht 80 % der produzierten synthetischen Farbstoffe und erzeugt jährlich etwa 70 Milliarden Tonnen farbstoffhaltige Abwässer.

China, Indien und Bangladesch leiten zusammen etwa 3,5 Milliarden Tonnen Textilabwasser pro Jahr ein. Die Wasserverschmutzung wird durch synthetische Farbstoffe verschärft, was angesichts der Wasserknappheit die Farbstoffe zu einem grundlegenden Problem der Umwelt und der nachhaltigen Entwicklung macht.

Unbehandelte Farbstoffe führen zu einer Färbung der Gewässer und verringern den Anteil des sichtbaren Lichts, der durch die Oberflächenschicht dringt, was die Photosynthese der Wasserpflanzen behindert und Auswirkungen auf die Nahrungskette hat.

Mikroalgen, die die Grundlage der aquatischen Nahrungskette bilden, reagieren am empfindlichsten auf die Verringerung der Photosynthese und erleiden Wachstumshemmungen und Zelldeformationen, wenn sie einem synthetischen Farbstoff ausgesetzt sind. Dieser Effekt und die damit verbundene Unterdrückung des Energie- und Nährstofftransfers in der Nahrungskette können zum Zusammenbruch ganzer aquatischer Ökosysteme führen.

Die Auswirkungen wurden auch bei Fischen beobachtet. Die Farbstoffe können sich in den Kiemen, Seitenlinien oder im Gehirn der Fische ablagern, was zu toxikologischen Auswirkungen wie unkoordinierten Bewegungen, Atemnot, Leberschäden und Nierenfunktionsstörungen führt. Diese Auswirkungen verringern nicht nur den Nährwert der Fische für Raubtiere, sondern auch ihre Fortpflanzungsrate. Toxische Farbstoffe können sich auch im Fettgewebe der Fische bioakkumulieren, was ein Gesundheitsrisiko für Menschen und Tiere in der gesamten Nahrungskette darstellt.

Negative Auswirkungen von Farbstoffen finden sich auch an Land - wo sie das Gleichgewicht der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden stören - und beim Menschen. Die Exposition gegenüber Farbstoffen kann Allergien, Asthma und Krankheiten wie Dermatitis und Störungen des Zentralnervensystems sowie Organdysfunktionen und ein erhöhtes Krebsrisiko auslösen.

Keine einzige Behandlung bietet eine Lösung

Der Bericht untersucht die Vielfalt der Sanierungstechnologien für farbstoffhaltige Abwässer, darunter chemische, biologische, physikalische und neuartige membranbasierte Verfahren. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass es keine einzige Technik gibt, die ein Patentrezept für die Entfernung von Farbstoffen darstellt, und dass mehrere vielversprechende Methoden noch nicht in großem Maßstab technologisch ausgereift sind.

Vor diesem Hintergrund schlagen sie eine kollektive Anstrengung unter der Leitung politischer Entscheidungsträger vor, um die Einführung fortschrittlicher Sanierungstechnologien zu fördern und die Textilverarbeitungsmethoden zu ändern, um die Verwendung der giftigsten Farbstoffe zu minimieren.

Die Autoren weisen auch auf einen potenziellen kommerziellen Anreiz hin - die Möglichkeit für die Industrie, neue Einnahmequellen aus der Verarbeitung, Trennung und Wiederverwendung von Abwassermaterialien zu erschließen.

Mitautor Dr. Dong Han Seo vom KENTECH Energy Materials and Devices/Environmental and Climate Technology Track sagt: "Farbstoffhaltige Abwässer gehören zu den schwierigsten Abwasserströmen, die sich in mehreren Ländern auf das Leben und die Umwelt auswirken. Unsere Studie liefert die neuesten Erkenntnisse darüber, wie wir diese Herausforderung aus der Perspektive der Kreislaufwirtschaft effektiv bewältigen können, indem wir Farbstoffe aus Abwässern mithilfe von Behandlungsstrategien wie der fortschrittlichen membranbasierten Trennung effektiv recyceln, um sowohl nützliche Farbstoffe als auch sauberes Wasser zurückzugewinnen."

Dr. Jiuyang Lin von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften fügt hinzu: "Dieser Bericht enthält Beispiele dafür, wie wir den Farbstoff-Fußabdruck in der Produktion durch neue Färbetechniken verringern können. Die Hinweise auf wirksame Lösungen für farbstoffhaltige Abwässer könnten auch für die Behandlung anderer schwieriger Abwasserströme genutzt werden, um Leben und Umwelt für künftige Generationen zu schützen."

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