Koffein kann ein nützlicher Marker für Abwasserlecks in Regenwasserkanälen sein

In Industrieländern wie Japan altern und verschlechtern Abwassersysteme, die schädliche Schadstoffe aus Regenwasserkanälen fernhalten sollen, und leiten Schadstoffe in die örtlichen Gewässer. Die Suche nach der Quelle eines Lecks in Abwassersystemen, die oft tief unter der Erde liegen, kann eine Herausforderung sein. Mit der herkömmlichen Methode können Lecks übersehen werden und Lecks, die sich flussabwärts befinden, können nicht erkannt werden.

Forscher haben vorgeschlagen, den Koffeingehalt, einen häufigen Haushaltsschadstoff, der sonst nicht in der Umwelt vorkommt, zu verwenden, um wahrscheinliche Quellen von Lecks in Abwassersystemen zu finden. Die Ergebnisse wurden in einem Artikel veröffentlicht, der in Briefe zur Umweltchemie am 5. April 2024.

„Lange Zeit wurden Abwasser und Regenwasser zu Kanalisationssystemen zusammengeführt. Das Problem der Überläufe der Mischwasserkanäle bei Regenschauern besteht schon lange, deshalb wurde das System vor etwa 50 Jahren geändert, um die Abwasserkanäle von den Regenwasserkanälen zu trennen.

„Aber auch bei neueren, getrennten Abwassersystemen wird die Möglichkeit von Abwasserlecks aufgrund alternder Rohrleitungen zum Problem, denn die ältesten sind seit fünf Jahrzehnten im Boden“, sagte Noriatsu Ozaki, außerordentlicher Professor an der Graduate School of Advanced Science and Engineering der Universität Hiroshima im japanischen Higashihiroshima.

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

Sie sammelten auch 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 gängiger Inhaltsstoff von Sonnenschutzmitteln.

„Diese Verbindungen werden in häuslichem Abwasser in Japan ständig nachgewiesen“, sagte Ozaki. „Darüber hinaus wurden auch drei polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gemessen, die allgemein als Indikatoren für Luft- und Stadtoberflächenverschmutzung verwendet werden.“

Um einen Basiswert zu erhalten, haben die Forscher gemessen, wie häufig diese Chemikalien in Regen- und Pfützenwasser vorkommen. PAK wurden in 80 % der Fälle nachgewiesen, die meisten Duftstoffe in 60 bis 82 % der Fälle und Benzophenon in 100 % der Fälle im Regenwasser und 90 % der Fälle im Pfützenwasser. Koffein und die Duftstoffe DPMI und Moschusketon kamen jedoch in viel geringerem Umfang vor. Sie wurden in weniger als der Hälfte der Fälle im Regen- und Pfützenwasser nachgewiesen.

PAK und Benzophenone waren in Regen- und Pfützenwasser so reichlich vorhanden, dass es schwierig ist, die Quelle erhöhter Konzentrationen dieser chemischen Verbindungen in den Regenwasserkanälen zu ermitteln, um Lecks zu identifizieren. Der Verschmutzungsgrad zwischen Regenwasser, häuslichem Abwasser und Regenwasserkanälen in den untersuchten Bezirken unterschied sich nur um eine Größenordnung. Bei den drei Duftstoffen gab es einen größeren Unterschied, mit zwei oder mehr Größenordnungen zwischen den getesteten Regenwasserkanälen und dem häuslichen Abwasser.

Der Kontaminationsgrad von Koffein war jedoch bei Regen- und Pfützenwasser, Regenwasserkanälen und häuslichem Abwasser deutlich unterschiedlich. Es gibt wenig bis gar kein Koffein, das über Regen in das Abwassersystem zurückfließt, und die Quelle von Koffein im Abfluss könnte auf häusliches Abwasser zurückgeführt werden. Koffein ist von den getesteten Chemikalien in der Wasserphase auch die stabilste und könnte theoretisch leicht als Tracer für zukünftige Forschungen verwendet werden.

In Zukunft wollen die Forscher mehr über die Verschmutzung erfahren, die diese Lecks verursachen. „Wir wollen das Ausmaß der möglichen Verschmutzung der aufnehmenden öffentlichen Gewässer wie Flüsse, Seen oder Küstengebiete durch die Lecks klären“, sagte Ozaki. „Und schließlich wollen wir die Diagnosetechnologie entwickeln, um das Leck an der Stelle anhand der Spuren organischer Chemikalien als Indikator zu erkennen.“