Synthetische Farbstoffe im Abwasser stellen weltweit eine Bedrohung für die Nahrungsketten dar

Eine neue Studie ergab, dass Farbstoffe, die in der Textil-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie häufig verwendet werden, eine dringende Bedrohung für die Gesundheit von Pflanzen, Tieren und Menschen sowie für die natürliche Umwelt auf der ganzen Welt darstellen.

Jedes Jahr gelangen Milliarden Tonnen farbstoffhaltiges Abwasser in Wassersysteme, und eine Gruppe von Forschern aus Großbritannien, China, Korea und Belgien sagt, dass neue nachhaltige Technologien, einschließlich neuer membranbasierter Nanofiltration, erforderlich sind, um das Problem zu lösen, fügt er hinzu dass Rechtsvorschriften erforderlich sind, um Industrieproduzenten zu zwingen, Farbstoffe zu entfernen, bevor sie in öffentliche Abwassersysteme oder Wasserstraßen gelangen.

Heute veröffentlicht in Nature Reviews Erde & Umweltdie Studie Umweltauswirkungen und Sanierung farbstoffhaltiger Abwässer wurde von Wissenschaftlern der University of Bath, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Fujian Agriculture and Forestry University, des Korea Institute of Energy Technology (KENTECH) und der KU Leuven, Belgien, verfasst.

Die Studie zeigt, dass derzeit bis zu 80 % der farbstoffhaltigen Industrieabwässer, die in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen entstehen, unbehandelt in Wasserstraßen eingeleitet oder direkt zur Bewässerung verwendet werden. Die Autoren sagen, dass dies eine Vielzahl direkter und indirekter Bedrohungen für die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen mit sich bringt.

Trotz dieser schwerwiegenden Bedrohungen für Gesundheit und Ökosysteme unterstreichen die Autoren, dass es unzureichende Infrastruktur, Investitionen und Regulierungsbemühungen gibt, um die Verwendung von Farbstoffen nachhaltiger zu gestalten oder farbstoffhaltiges Abwasser zu behandeln.

Dr. Ming Xie, Dozent am Fachbereich Chemieingenieurwesen der Universität Bath (Großbritannien), ist der Ansicht, dass zur Bekämpfung des Problems ein mehrgleisiger Ansatz erforderlich ist. Er sagt: „Farbstoffe verursachen verschiedene Probleme, wenn sie in Wassersysteme gelangen. Sie verhindern, dass das Licht die Mikroorganismen erreicht, die das Fundament unserer Nahrungsketten bilden, und verhindern so deren Fortpflanzung und Wachstum, bis hin zu direkteren Folgen wie toxischen Auswirkungen auf Pflanzen, Böden, Tiere usw Menschen.“

„Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Farbstoffe aus Wasser zu entfernen, einschließlich chemischer, biologischer und membranbasierter Techniken, aber unterschiedliche Farbstoffe erfordern unterschiedliche Ansätze, und sobald sie in Abwassersysteme gelangen, können Aufbereitungsprozesse sehr energieintensiv sein.“

„Um zu verhindern, dass Farbstoffe in das Abwasser oder andere Wassersysteme wie die Bewässerung gelangen, sind weltweite Regulierungsanstrengungen erforderlich. Angesichts der Komplexität der Behandlung von farbstoffhaltigem Abwasser bestünde eine Lösung darin, vom Konzept zentralisierter oder regionaler Behandlungsmethoden zu dezentralen und standortbezogenen Behandlungsmethoden überzugehen.“ -spezifische Behandlung an der Quelle, indem die Industrie dazu gezwungen wird, Farbstoffe aus dem von ihnen erzeugten Abwasser zu entfernen, bevor es in die öffentlichen Wassersysteme gelangt.

Die Textilindustrie ist der größte Farbstoffverbraucher

Mauveine, der erste organische synthetische Farbstoff, wurde 1865 entdeckt und trieb die Entstehung der weltweiten Farbstoffindustrie voran. Seitdem wurden mehr als 10.000 verschiedene Arten von Farbstoffen synthetisiert, wobei die jährliche weltweite Produktion heute auf 1 Million Tonnen geschätzt wird.

Farbstoffe werden in der Gummi-, Ledergerb-, Papier-, Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie verwendet, während der größte Abnehmer, die Textilindustrie, 80 % der produzierten synthetischen Farbstoffe verbraucht und jährlich etwa 70 Milliarden Tonnen farbstoffhaltiges Abwasser erzeugt.

China, Indien und Bangladesch leiten zusammen jedes Jahr rund 3,5 Milliarden Tonnen Textilabwasser ab. Die Wasserverschmutzung wird durch synthetische Farbstoffe verschärft, was Farbstoffe angesichts der Wasserknappheit zu einem grundlegenden Problem für die Umwelt und die nachhaltige Entwicklung macht.

Unbehandelte Farbstoffe verursachen eine Verfärbung von Gewässern und verringern den Grad des sichtbaren Lichts, das durch die Oberflächenschicht dringt. Dies behindert die Photosynthese von Wasserpflanzen und hat Auswirkungen auf die Nahrungskette.

Mikroalgen, die die Grundlage der aquatischen Nahrungskette bilden, reagieren am empfindlichsten auf eine Verringerung der Photosynthese und leiden unter Wachstumshemmung und Zellverformung, wenn sie einem synthetischen Farbstoff ausgesetzt werden. Dieser Effekt und die daraus resultierende unterdrückte Übertragung von Energie und Nährstoffen entlang der Nahrungskette könnten zum Zusammenbruch ganzer aquatischer Ökosysteme führen.

Die Auswirkungen wurden auch bei Fischen beobachtet. Farbstoffe können sich in den Kiemen, Seitenlinien oder im Gehirn von Fischen ablagern und zu toxikologischen Auswirkungen wie unkoordinierten Bewegungen, Atemnot, Leberschäden und Nierenfunktionsstörungen führen. Diese Effekte verringern nicht nur den Nährwert der Fische für Raubtiere, sondern verringern auch ihre Reproduktionsrate. Giftige Farbstoffe können sich auch im Fettgewebe der Fische anreichern und in der gesamten Nahrungskette Gesundheitsrisiken für Mensch und Tier darstellen.

Negative Auswirkungen von Farbstoffen treten auch an Land auf – wo sie das Gleichgewicht der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden stören – und beim Menschen. Der Kontakt mit Farbstoffen kann Allergien, Asthma und Krankheiten wie Dermatitis und Störungen des Zentralnervensystems sowie Organstörungen und ein erhöhtes Krebsrisiko auslösen.

Keine einzelne Behandlung bietet eine Lösung

Der Bericht untersucht die Vielfalt der Sanierungstechnologien für farbstoffhaltiges Abwasser, einschließlich chemischer, biologischer, physikalischer und neuer fortschrittlicher membranbasierter Techniken. Die Autoren stellten fest, dass keine einzelne Technik eine „Wunderwaffe“ für die Entfernung von Farbstoffen darstellt, während mehrere vielversprechende Methoden noch nicht technologisch im großen Maßstab ausgereift sind.

Vor diesem Hintergrund schlagen sie eine gemeinsame Anstrengung unter der Leitung politischer Entscheidungsträger vor, um den Einsatz fortschrittlicher Sanierungstechnologien zu steigern und die Textilverarbeitungsmethoden zu ändern, um den Einsatz der giftigsten Farbstoffe zu minimieren.

Die Autoren betonen auch einen potenziellen kommerziellen Impuls – die Möglichkeit für die Industrie, neue Einnahmequellen aus der Verarbeitung, Trennung und Wiederverwendung von Abwassermaterialien zu erschließen.

Co-Autor Dr. Dong Han Seo vom KENTECH Energy Materials and Devices/Environmental and Climate Technology Track sagt: „Farbstoffhaltiges Abwasser ist einer der problematischsten Abwasserströme, der sich in mehreren Ländern auf Leben und Umwelt auswirkt.“

„Unsere Überprüfung liefert die neuesten Erkenntnisse darüber, wie wir die Herausforderung aus der Perspektive der Kreislaufwirtschaft effektiv bewältigen können, indem wir Farbstoffe aus Abwässern effektiv recyceln und dabei Aufbereitungsstrategien wie fortschrittliche membranbasierte Trennung nutzen, um sowohl nützliche Farbstoffe als auch sauberes Wasser zurückzugewinnen.“

Dr. Jiuyang Lin von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften fügt hinzu: „Dieser Bericht liefert Beispiele dafür, wie wir den Farbstoff-Fußabdruck in den Produktionsstufen mithilfe neuer Färbetechniken reduzieren können. Hinweise zu wirksamen Lösungen für farbstoffhaltige Abwässer könnten zur Behandlung anderer genutzt werden.“ Herausfordernde Abwasserströme, die Leben und die Umwelt für künftige Generationen schützen.