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Mikrobielle Gemeinschaften entscheiden über Stabilität und Leistung biologischer Kläranlagen. Die Diversität und die Analyse von Indikatororganismen können dabei mit molekularbiologischen Methoden überwacht und Störungen frühzeitig erkannt und behoben werden. 

Biozönose als zentrale Steuergröße

Die Abwasser-Biozönose umfasst die Gesamtheit aller Mikroorganismen im jeweiligen Anlagenteil. Ihre Zusammensetzung bestimmt maßgeblich, ob biologische Reinigungsleistungen stabil erbracht werden. Entscheidend ist die Vielfalt: Je breiter die funktionelle und taxonomische Streuung, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Ausfälle einzelner Gruppen kompensiert werden. Umgekehrt steigt bei geringer Diversität das Risiko eines Kipppunktes mit raschem Funktionsverlust. 

Jede Anlage besitzt dabei Hauspopulationen. Es gibt zwar Gemeinsamkeiten innerhalb kommunaler und auch industrieller Systeme, doch das konkrete Zusammenspiel der Gruppen ist standortspezifisch. Dabei gilt: Je größer die Diversität, desto höher die Resilienz. Resilienz bedeutet hierbei die Widerstandskraft der Biozönose gegen externe Einflüsse. 

Die Biozönosen sind dynamisch und regulieren sich selbst innerhalb eines Pufferbereichs. Doch bei starken externen Einflüssen kann das Gleichgewicht dennoch dauerhaft verschoben werden. Daher ist es wichtig, die Resilienz zu messen. 

Resilienz über Diversität erfassen

Resilienz lässt sich als Trendgröße der Diversität bestimmen. Dabei wird die Anzahl taxonomischer Einheiten (OTUs) über 16S-rDNA-Amplikonsequenzanalysen bestimmt. Im Fokus steht hier auch die zeitliche Entwicklung: Resilienz verändert sich meist über Wochen und eignet sich daher für ein weitmaschigeres Monitoring. Die Quantifizierung einzelner Arten aber allein auf Grundlage von Amplikondaten ist in Abwasseranlagen wegen technologiebedingter Biases nur eingeschränkt aussagekräftig. Sie liefert vor allem Indikationen für die Einordnung von Veränderungen. Zur exakten Quantifizierung sollte die VIT® Gensondentechnologie herangezogen werden.

Funktion über Indikatoren bewerten

Für die operative Steuerung zählt die Funktionalität. Diese wird über gezielt ausgewählte Indikatororganismen verfolgt – positiv wirkende, problemverursachende oder begleitende Gruppen. Hierfür wird die VIT® Gensondentechnologie eingesetzt: Spezifische Sonden binden an ribosomale Zielstrukturen, bringen die Zelle zum Leuchten und erlauben so Identifikation, Quantifizierung und Visualisierung in der Probe. Die Visualisierung liefert zusätzlichen Kontext, etwa zur Vergesellschaftung und Interaktion funktioneller Populationen. So lassen sich Veränderungen der Funktionalität engmaschig und ursachennah abbilden.

Zwei Beispiele aus der Praxis

Beispiel 1: In einer industriellen Anlage lag die mittlere Diversität über Monate knapp unter 100 OTUs – ein Bereich maximaler Widerstandskraft. Externe Einflüsse (toxische Einleitungen infolge Überproduktion) reduzierten die Diversität schrittweise; Ende August 2023 kollabierte die Biozönose. Auf Basis eines VIT® gestützten Populationsvergleichs mit anderen Anlagen wurde Anfang September mit einem Schlamm angeimpft, dessen Profil dem Sollzustand am nächsten kam. 

Beispiel 2: In einem anaeroben Pelletschlammreaktor diente das Monitoring von Chloroflexi, welche förderlich für die Pelletintegrität sind und kontraindizierten KSB3‑Fäden als funktionsnahe Kennzahl. Der zunehmende Pelletzerfall ließ sich eindeutig entlang dieser Indikatoren nachzeichnen: ein Frühwarnsignal für die Betriebsführung.

Konsequenzen für den Betrieb

Der kombinierte Blick auf Diversität (Resilienz) und Indikatororganismen (Funktion) schafft eine belastbare Grundlage für Steuerung und Prävention. Kontinuierliches Monitoring erlaubt es, vor Grenzwertüberschreitungen zu reagieren und kostenintensive Sanierungen zu vermeiden. 

Sequenzdaten eignen sich hierbei vor allem für Stabilitäts-Trends denn für die gezielte Intervention in der Anlage braucht es spezifische in situ Nachweise der relevanten Mikroorganismen. So entsteht ein praxisnahes, zielgerichtetes Betriebskonzept für kommunale wie industrielle Anlagen.