Unerwünschte Bewohner – Wasserasseln und andere Makroorganismen in Trinkwasserversorgungsnetzen

Obwohl von diesen Organismen keine gesundheitliche Gefahr ausgeht, werden die ästhetischen Qualitätsanforderungen von Trinkwasser nicht erfüllt. Trinkwasser soll gemäß Trinkwasserverordnung und DIN 2000 „appetitlich [sein] und zum Genuss anregen“ (zitiert nach [3]). Die Bekämpfung der Organismen (insbesondere von Wasserasseln) mittels Rohrnetzspülungen oder chemischen Substanzen garantiert keine dauerhafte Verbannung aus dem Leitungssystem, denn die Quelle der hohen Populationsdichte im Leitungsnetz [8, 9, 10] wird durch diese Maßnahmen nicht beseitigt. Nach Abschluss der Maßnahme werden die Individuenzahlen erneut dramatisch ansteigen. Doch warum sind Wasserasseln und Co. ein Dauerthema im Trinkwasserversorgungsnetz? Warum vermehren sie sich scheinbar massiv in den Leitungssystemen?

Die Biozönose im Leitungssystem
Grundlage einer komplexen Biozönose im Leitungssystem ist der Biofilm. Bakterien und Pilze bilden die Hauptbestandteile des Biofilms. Er nimmt im Trinkwasserverteilungssystem die Rolle des Erzeugers von Biomasse ein. Schätzungsweise entfallen 95% der Bio­masse im Versorgungsnetz auf den Biofilm [14]. Biofilme können örtlich begrenzt und wenige Millimeter dick sein, aber auch großflächig und sehr mächtig auftreten und dicke Flocken organischen Materials ins Umgebungswasser abgeben (eigene Beobachtungen). Biofilme sind hochkomplexe, straff organisierte Strukturen aus extrazellulären, polymeren Substanzen (u.a. Mehrfachzucker, Fette, Proteine) der sogenannten EPS-Matrix und anorganischen Ionen (z.B. Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺). Dazu kommen abiotische Partikel (z.B. Tone, Sand, Korrosionsprodukte) [12] und die in der EPS-Matrix eingebetteten Mikroorganismen.
Die Vergesellschaftung einzelner Mikroorganismen in einem Biofilm bringt enorme Vorteile für seine Bewohner. So sind diese im Biofilm geschützt vor hydraulischen Belastungen bei Rohrnetzspülungen, pH-Wert-Schwankungen sowie vor Desinfektionsmitteln (z.B. Chlor) und Bioziden. Gleichzeitig werden in der EPS-Matrix-Struktur des Biofilms Nährstoffe gespeichert und gehen nicht an das Umgebungswasser verloren. Auf diese Weise sind Mikroorganismen in der Lage, nahezu alle erdenklichen Oberflächenmaterialien (Metalle, Beton, Kunststoffe, Glas, Mineralien, Öle) in Leitungssystemen zu besiedeln [14].
Quelle für die Entstehung und das Wachstum von Biofilmen ist die beständige Versorgung mit Nährstoffen. Diese
biologisch verwertbaren organischen Stoffe gelangen von außen, in der Regel durch eine unvollständige Aufbereitung des Rohwassers, ins Versorgungsnetz. Dort werden sie von den Mikroben des Biofilms metabolisiert und zu Biomasse umgesetzt. Die gebildete Biomasse wird durch größere Meso- (0,5 … 2 mm) und Makroorganismen (> 2 mm) als Weidegänger höherer Nahrungsstufen verwertet. Die Zusammensetzung und Dicke des Biofilms variieren. Die Gestalt des Biofilms ist stets ein Abbild des dynamischen Gleichgewichts zwischen Konzentration an verwertbaren Wasserinhaltsstoffen und des Abweidevorganges durch die Organismen höherer Nahrungsebenen. Die großen Wasserasseln sind also lediglich der sichtbare Ausdruck dieses Gleichgewichts.
Neben den mit bloßem Auge deutlich sichtbaren Wasserasseln besiedeln auch zahlreiche Vertreter anderer Taxa die Leitungssys­teme. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass folgende Taxa von Mikro-, Meso- und Markroorganismen stabile Populationen innerhalb der beobachteten Bio­zönosen bilden.

• Makrozoen (> 2mm) – Asellus aquaticus (Wasserassel)
• Mesozoen (0,5 … 2 mm) – Oligochae­ten n. det. (Wenigborster), Alona sp. (Blattfußkrebse), Harpacticoida n. det. (Ruderfußkrebse), Nematoda n. det. (Fadenwürmer), Hydracarina sp. (Süßwassermilben)
• Mikrozoen (< 0,5 mm) – Arcella sp. (Schalenamöbe), Centropyxis sp. (Stachelschalenamöbe), Difflugia sp. (Schalenamöbe), Euglypha sp. (Schalenamöbe), Lecane sp. (Rädertierchen).

Daneben treten auch Organismen anderer Taxa auf, die jedoch keine stabilen Populationen bilden.

Ein Problem tritt dann auf, wenn die bio­logische Besiedlung auch für den Verbraucher sichtbar wird. Seit den Anfängen einer öffentlichen Wasserversorgung Ende des 19. Jahrhunderts, traten immer wieder aufsehenerregende Massenwicklungen einzelner Spezies auf [2].
Zwar sind die gro­ßen Makroorganismen (Körpergröße > 2,0 mm) wie Wasserasseln keine Überträger gefährlicher Infektionskrankheiten oder ein Wirt für pathogene Krankheitserreger. Der Verbraucher empfindet es jedoch als überaus abstoßend, Wasser zu konsumieren, welches mit Wasserasseln durchsetzt ist.

Die Wasserassel (Asellus aquaticus)
Lebensraum, Morphologie und Ernährung
Die hellgefleckten, grau-braunen Wasserasseln leben im Lückensystem des Gewässergrundes stehender oder langsam fließender Oberflächengewässer (Seen, Teiche, Bäche). Wasserasseln schwimmen nicht. Sie bewegen sich schreitend auf Laufbeinen (Pereopoden) fort. Zudem sind sie positiv rheotaktisch, d.h. sie sind befähigt, sich auch gegen die Strömungsrichtung fortzubewegen. Dadurch erschließen sie sich einen relativ großen Aktionsradius und können weite Nahrungsgebiete abweiden. Wasserasseln sind Allesfresser. Jedoch bevorzugen sie abgestorbenes, feuchtes und schon leicht mikrobiell vorzersetztes Material (z.B. Falllaub) und übernehmen damit als „Abfallbeseitiger“ eine wichtige Rolle in Oberflächengewässern.

Eintrag ins Leitungssystem
Trinkwasserleitungssysteme sind nicht das natürliche Habitat von Wasserasseln. Wenn Asseln im Versorgungsnetz auftauchen, muss ein direkter Kontakt zwischen dem Leitungssystem und der Oberfläche bestanden haben. Bei Sanierungsarbeiten (Austausch von Rohrabschnitten, Rohrbrüche, etc.) in der Nähe des natürlichen Lebensraums der Wasserassel (Gewässer, Feuchtgebiete etc.) wird eine direkte Verbindung zur Oberfläche geschaffen. Auch beim sehr umsichtigen, sauberen Arbeiten kann nicht ausgeschlossen werden, dass Wasserasseln unbemerkt in das Leitungssystem einwandern.
Anschließende Spülungen (Wasserspülung, Luft- Wasserspülung, CO₂-Spülverfahren etc.) garantieren keine 100%ige Beseitigung aller eingewanderten Wasserasseln. Da Wasserasseln einen abgeflachten, hydrodynamisch günstig geformten Körper haben, pressen sie sich bei hohen Spülgeschwindigkeiten an den Untergrund. Auf diese Weise entgehen sie dem Austrag und können das Leitungsnetz besiedeln.  

Ursachen der starken Verbreitung von A. aquaticus
Über den vorgenannten Eintragspfad ist es auch anderen Organismen möglich, ins Trinkwassersystem zu gelangen. Jedoch rufen in der Regel nur Wasserasseln massive Beschwerden von Kunden hervor. Es stellt sich somit die Frage: Worin liegt die Ursache des häufigen Auftretens von A. aquaticus in Trinkwasserleitungssystemen?

Erster. Aspekt: Außerordentliche  Anpassungsfähigkeit
Wasserasseln sind fähig, in vielfältigen und unter extremen Umweltbedingungen nicht nur zu überleben sondern sich auch zu vermehren.

• A. aquaticus überlebt und pflanzt sich fort in einem Temperaturbereich von 0°C … 33°C. Selbst das völlige Einfrieren (Kältestarre) überleben die Tiere [4].
• A. aquaticus akzeptiert sehr niedrige Sauerstoffgehalte bis c_Sauerstoff = 2 mg/l. Sogar gänzlich sauerstofffreie Phasen werden toleriert. Bei Experimenten waren unter Sauerstoffabschluss nach 20 Stunden noch 50% der Tiere am Leben [5].
•  A. aquaticus hat eine hohe Toleranz gegenüber saurem Milieu. Werte bis pH = 2,0 werden toleriert.
• A. aquaticus überlebt anhaltend hohe Salzkonzentrationen von bis zu c_Salz = 200 mM/l [6].
• A. aquaticus hat sich an die fehlende Sonneneinstrahlung im Leitungssystem hervorragend angepasst.

Zweiter Aspekt: Fehlender biotischer Widerstand
Die Zusammensetzung des Ökosystems im Trinkwasserleitungsnetz unterscheidet sich grundlegend von der Zusammensetzung des Ökosystems in Oberflächengewässern. Im Ökosystem der Oberflächengewässer sind Wasserasseln eng eingebunden in das aquatische Beziehungsgeflecht. Sie stehen in Konkurrenz zu z.B. Bachflohkrebsen (Gammarus pulex) und Steinfliegenlarven (Plecoptera) um Lebensraum und Nahrung. Sie müssen ständig wachsam sein, um nicht zur Beute von Fressfeinden wie beispielsweise Wasserwanzen (Nepomorpha), Wasserspinnen (Argyroneta) und Karpfen (Cyprinus carpio) zu werden.
Als Eindringling in das Ökosystem Trinkwasserleitungsnetz trifft A. aquaticus jedoch auf keinerlei biotischen Widerstand. Fressfeinde wie in Oberflächengewässern sind nicht vorhanden. Die Wasserassel steht im Leitungsnetz am Ende der Nahrungskette. Ebenso ernstliche Konkurrenten um Nahrung und Lebensraum sind nicht existent. Die Wasserassel kann fast sämtliche vorhandene Ressourcen für sich nutzen.

Dritter Aspekt: hohe Hungertoleranz
Wasserasseln sind ausgezeichnete „Hungerkünstler“. In Labor­untersuchungen wurde gezeigt, dass A. aquaticus mehrere Wochen ohne Nahrung überleben kann [3].

Vierter Aspekt: Körpergröße
Die Wasserassel ist mit einer Körpergröße von 10 … 20 mm der mit Abstand größte Bewohner des Versorgungsnetzes. Dadurch können sie sich wesentlich schneller und sehr viel ener­giesparender als vergleichsweise kleinere Tiere des Versorgungssystems fortbewegen. Auf ihren langen Beinen durchkämmen sie auch gegen die Strömungsrichtung weite Teile des Leitungsnetzes aktiv nach Nahrung (aktive Nahrungsmigration). Im Gegensatz dazu ist die Mikro- und Mesofauna (1 µm … 2 mm) im Leistungssystems entweder sessil im Biofilm verankert oder wird ausschließlich passiv mit der Fließrichtung des Wassers verdriftet.

Maßnahmen zur Bekämpfung makroskopischer Wasserorganismen
Zur Entfernung von A. aquaticus und anderer Kleintiere aus dem Leitungsnetz werden verschiedene chemische und physikalische Methoden angewendet. Jedoch garantieren diese Maßnahmen keinen dauerhaften Erfolg. Die angewendeten Verfahren bekämpfen lediglich die Symptome, die eigentlichen Ursachen des Problems bleiben unangetastet.
Das Wirkprinzip chemischer Verfahren ist das Abtöten der Tiere. Zum Einsatz in der Trinkwasserversorgung sind sie jedoch nur bedingt geeignet. Zum einen müssen Chlor und Chlorverbindungen, um wirksam zu sein, in so hohen Konzentrationen dosiert werden, dass das Trinkwasser ungenießbar wird. Zum anderen ist der Einsatz wirksamer starker Nervengifte wie Pyrethrum und Permethrin in Deutschland mit Recht verboten [12]. Neben diesen Nachteilen kann nicht garantiert werden, dass alle Tiere getötet werden. Im verzweigten Leitungsnetz können in abgeschiedenen Bereichen immer einzelne Exemplare überleben und sich im Versorgungsnetz erneut vermehren.
Das Wirkprinzip physikalischer Verfahren ist das Austragen von Tieren aus dem Rohrnetz. Rohrnetzspülverfahren (Starkstromspülung, Luft-Wasser-Spülung, CO₂-Spülverfahren) haben allerdings nur eine begrenzte Wirkung. Während der Spülung wird nicht das gesamte Leitungsnetz erfasst, sondern nur der abgeschieberte Leitungsabschnitt. So können Asseln und andere Kleintiere sich in Hausanschlüssen und anderen abgehenden Leitungen verstecken und dem Austrag entgehen. Am Ende einer Spülprozedur ist die Anzahl der Asseln und Co. im gespülten Leitungsabschnitt deutlich reduziert. Jedoch die eigentliche Ursache, weshalb sich überhaupt eine so große Population im Leitungsnetz entwickeln konnte [8, 9, 10], besteht weiterhin: die Versorgung mit Nährstoffen. Nur durch die im Reinwasser enthaltenen biologisch verwertbaren Stoffe konnte sich eine ausgeprägte Lebensgemeinschaft im Versorgungsnetz entwickeln. Kleintiere wie Wasserasseln sind als Weidegänger nur der sichtbare Teil dieser komplexen Biozönose. Dieser beständige Nahrungsstrom aus dem Wasserwerk wird durch die Spülverfahren in keiner Weise beeinflusst oder unterbrochen. Im Gegenteil, durch Spülungen wird lediglich erreicht, dass sich die Lebensbedingungen für verbliebene Assel­exemplare noch deutlich verbessern. Denn durch die Spülung werden lediglich die Nahrungskonkurrenten der eigenen Art ausgetragen. Für die verbliebenen Wasserasseln ist nach der Spülprozedur somit vergleichsweise mehr Nahrung vorhanden. Aus benachbarten Netzabschnitten wandern Asseln in den frisch gespülten Bereich ein und besiedeln ihn erneut. Aufgrund des verbesserten Nahrungsangebots überleben vergleichsweise mehr Jungtiere und erreichen das geschlechtsreife Stadium. Nach Ablauf eines Vermehrungzyklus ist das ursprüngliche Niveau der Besiedlungsdichte wieder hergestellt.
Spülverfahren sind hilfreich, wenn zügig auf Kundenbeschwerden reagiert werden muss. Jedoch sind sie äußerst aufwendig und sehr teuer. Der Erfolg von Spülungen ist nicht von Dauer. Spülungen zielen nur auf den sichtbaren Teil der
existierenden komplexen Lebendgemeinschaft im Leitungssystem ab. Die Ursache, d.h. die andauernde Nährstoffzufuhr aus dem Wasserwerk, wird damit nicht gestoppt.

Ohne Nährstoffe keine Mikroorganismen
Um Wasserasseln und andere Kleintiere dauerhaft aus dem Leitungsnetz zu verbannen, muss die stetige Nährstoffzufuhr aus dem Wasserwerk gestoppt werden. Dazu müssen alle Stoffumsetzungen biologisch verwertbarer Wasserinhaltsstoffe vor Wasserwerksausgang abgeschlossen sein. Nur auf diese Weise kann die Nacheliminierung im Versorgungsnetz vermieden und damit die Nahrungsgrundlage der Organismengemeinschaft im Leitungsnetz entzogen werden. Die dafür notwendigen technischen Maßnahmen müssen individuell erarbeitet und auf die Trinkwasser-Aufbereitungsanlage abgestimmt werden. Praxisnahe Ansätze zur weitergehenden Eliminierung biologisch verwertbarer Was­serinhaltsstoffe wurden bereits entwickelt [8, 9, 10].

Literatur:
[1]    Adams, J., Greenwood, P., Pollitt, R., Yonow, T.G., Loading constraints and sexual size dimorphism in Asellus aquaticus. 1985, Brill: Leiden, PAYS-BAS.
[2]    Bumb, F.S., R., Zusammenfassende Dar­stellung der Kenntnisse über Crenothrix polyspora Cohn und eigene Untersuchungen 1981: Hochschul-Verlag, Freiburg, Germany.
[3]    Dölling, L., Der Anteil der Tierwelt an der Bildung von Unterwasserböden. 1951, Zool.-Bot. Ges. Österreich, Austria; download unter www.biologiezentrum.at.
[4]    Gruner, H.-E., Isopoda, in Die Tierwelt Deutschlands und der angrenzenden Meeresteile nach ihren Merkmalen und nach ihrer Lebensweise. 1965, DAHL, F. & SCHUMANN, H. Krebstiere oder Crustacea und 53. Fischer. Jena. p. 94-104.
[5]    Hervant, F., Mathieu, J., Garin, D., Freminet, A., Behavioral, ventilatory, and metabolic responses of the hypogean amphipod Niphargus virel and the epigean isopod Asellus aquaticus to severe hypoxia a nd subsequent recovery. Physiological Zoology, 1996. 69(6): p. 1277-1300
[6]    Lockwood, A.P.M., Some Effects of Temperature and Concentration of the Medium on the Ionic Regulation of the Isopod Asellus Aquaticus (L.) The Journal of Experimental Biology, 1960. 37: p. 614-630.
[7]    Nehring, S., Leuchs, H., Neozoa (Makro­zoobenthos) an der deutschen Nordseeküste – Eine Übersicht. Bundesanstalt für Gewäs­serkunde, Koblenz, Bereicht BfG-1200, 1999.
[8]    Rathsack, U., Michels, U., Zur Popula­­tionsdynamik von Asseln und anderen Invertebraten in Wasserversorgungssyste­men und Konsequenzen für die Wasseraufbereitung. GWF- Wasser/ Abwas­ser, 2006. 147(2): p. 134.
[9]    Rathsack, U., Rathsack, K., Besiedlung von Wasserversorgungssystemen durch Asseln und andere Invertebraten – Wei­terentwickeltes Modell und Messsystem biologischer Prozesse. GWF-Wasser/Ab­wasser, 2010. 151, (2): p. 200 - 207.
[10]    Rathsack, U., Rathsack, K., Besiedlung von Wasserversorgungsnetzen durch Asseln und andere Invertebraten – Mess- und Beobachtungsverfahren. GWF-Wasser/Ab­wasser, 2011. 152(4): p. 390 - 396.
[11]    Ridley, M. and D.J. Thompson, Size and Mating in Asellus aquaticus (Crustacea: Isopoda). Zeitschrift für Tierpsychologie, 1979. 51(4): p. 380-397.
[12]    Sibille, I., et al., Protozoan Bacterivory and Escherichia coli Survival in Drinking Water Distribution Systems. Applied and Environmental Microbiology, 1998. 64(1): p. 197-202.
[13]    TrinkwV, Erste Verordnung zur Änderung der Trinkwasserverordnung 2011, Bundesge­setzblatt Jahrgang 2011 Teil 1.
[14]    Wingender, J., Flemming, H.-C., Conta­mination potential of drinking water distribution network biofilms. Water Science and Technology, 2004. 49(11-12): p. 277-286.

Autorin: Dr. rer. nat. Kristina Rathsack, Cottbus