Folien zum Vortrag (PDF) - KURS
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Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüteund<br />
Abfallwirtschaft<br />
UNIVERSITÄT STUTTGART<br />
Organische Spurenstoffe in der<br />
aquatischen Umwelt<br />
Kamingespräch des Kompetenzzentrum Umwelttechnik - <strong>KURS</strong> - 26. Mai 2003<br />
Prof. Dr. J.W. Metzger, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, UNIVERSITÄT STUTTGART
Organische Spurenstoffe<br />
„Persistent Organic Pollutants“ = POPs<br />
persistent, bioakkumulierend, toxisch<br />
(PBT - Verbindungen)<br />
Auftreten in der aquatischen Umwelt<br />
meist im µg-ng/L Bereich<br />
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Prof. Dr. J.W. Metzger, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, UNIVERSITÄT STUTTGART<br />
01
Organische Spurenstoffe in der aquatischen Umwelt<br />
Pflanzenbehandlungs- und<br />
Schädlingsbekämpfungsmittel<br />
(PBSM)<br />
Abbauprodukte von Tensiden (NP)<br />
PAK<br />
Komplexbildner<br />
Dioxine<br />
PCB<br />
etc. etc.<br />
Flammschutzmittel<br />
Desinfektionsmittel<br />
Arzneimittel/<br />
-metaboliten<br />
Hormonartig wirkende<br />
Verbindungen<br />
(Endokrine Disruptoren)<br />
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02
Eintragspfade von Arzneimitteln in die aquatische Umwelt<br />
Humanpharmaka<br />
Exkretion<br />
(nach Einnahme,<br />
ggf. metabolisiert)<br />
Abwasser<br />
schadhafte<br />
Kläranlage<br />
Kanalisation<br />
Produktion<br />
> 1200 Wirkstoffe<br />
(ggf. aufbereitetes)<br />
Deponiesickerwasser<br />
schadhafte<br />
Kanalisation<br />
Klärschlamm<br />
Entsorgung<br />
Hausmüll<br />
Deponie<br />
Boden<br />
Veterinärpharmaka<br />
Futtermittelzusatzstoffe<br />
Exkretion<br />
(nach Einnahme,<br />
ggf. metabolisiert)<br />
Gülle/ Dung<br />
Oberflächenwasser<br />
Grundwasser<br />
Trinkwasser<br />
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03
Verhalten organischer Spurenstoffe in der Kläranlage<br />
X<br />
Rechenwerk Sandfang Vorklärung<br />
Belebung<br />
X<br />
Abbau<br />
Mineralisierung<br />
Metabolisierung<br />
Transformation<br />
Y Boden<br />
CO 2<br />
SCHLAMM<br />
X<br />
Y YY<br />
X<br />
CO 2<br />
Y YY<br />
Nachklärung<br />
Sorption<br />
wsr. Phase<br />
logP ow<br />
Löslichkeit<br />
wsr. Phase<br />
X<br />
Vorfluter<br />
Y YY<br />
Konzentration?<br />
Biologische Aktivität?<br />
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04
Analyse organischer Spurenstoffe<br />
Instrumentelle Analytik<br />
(Verbindungsauswahl!<br />
favorisiert: Multianalytmethoden)<br />
GC-MS/MS<br />
LC-MS/MS<br />
Bioassay (estrogene Wirkung )<br />
E(strogen)-Screen-Assay<br />
Umweltkonzentrationen häufig<br />
in der Nähe der Nachweisbzw.<br />
Bestimmungsgrenze!<br />
Kombination<br />
Stoff(e)<br />
Wirkung<br />
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05
Nachweis estrogener Wirkung: E-Screen-Assay<br />
in vitro- Proliferationstest mit einer humane Brustkrebszelllinie<br />
(MCF-7)<br />
Effekt: Zellen teilen sich vermehrt bei Anwesenheit von<br />
estrogenartig wirkenden Verbindungen<br />
Messprinzip/Quantifizierung:<br />
Kolorimetrische Proteinbestimmung<br />
Voraussetzung für einen Effekt:<br />
Bindung an den Estrogenrezeptor<br />
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06
einige<br />
UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE<br />
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07
Wochenganglinie Zu-/Ablauf Kläranlage (E-Screen)<br />
Wochenganglinie Zu-/Ablauf Kläranlage (E-Screen)<br />
Wirkung hauptsächlich durch natürliche und synthetische Estrogene verursacht<br />
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08
Einzelstufenbeprobung von Kläranlagen (E-Screen)<br />
Einzelstufenbeprobung von Kläranlagen (E-Screen)<br />
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09
10<br />
Eliminierung von estrogenartig wirkenden Stoffen in Kläranlagen<br />
Eliminierung von estrogenartig wirkenden Stoffen in Kläranlagen<br />
90<br />
Die Ablaufkonzentrationen liegen meist deutlich über den Wirkkonzentrationen.<br />
In einigen Fällen müsste das Abwasser des Kläranlagenablaufes mindestens um den Faktor 10 im<br />
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Vorfluter verdünnt werden, Prof. Dr. J.W. um Metzger, unter Institut für die Siedlungswasserbau, Wirkschwelle Wassergüte- und Abfallwirtschaft, zu kommen UNIVERSITÄT STUTTGART
Arzneimittelwirkstoffe<br />
Grundwasser<br />
105 Grundwassermessstellen in Baden-Württemberg<br />
(mehrfach beprobt)<br />
in 80% der Proben war mindestens eine von 74 ausgewählten<br />
Wirkstoffen /Metaboliten vorhanden<br />
Konzentrationen 10- mehrere 100 ng/L<br />
Ursache: Beeinflussung des Grundwassers durch Abwasser<br />
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11
Wirkung von organischen Spurenstoffen<br />
Humantoxizität<br />
Ökotoxizität<br />
Wirkung bei niedrigen Konzentrationen,<br />
aber lebenslanger Exposition?<br />
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Triclosan - Verwendung<br />
in Körperpflegemitteln als desodoriender Zusatz und<br />
Konservierungsmittel (zugelassen in Konzentrationen bis 0,2 %)<br />
in Haushaltsreinigern, Plastikschüsseln, Gefrierbeuteln,<br />
Haushaltstüchern<br />
in Textilien (z.B. Sportkleidung)<br />
in pharmazeutischen Präparaten<br />
als antiseptisches Additiv in Polymeren (in Putz und Tapeten für<br />
Feuchträume)<br />
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13
Triclosan -<br />
Unerwünschte Eigenschaften<br />
allergenes Potential (Steinkjer und Braathen 1988)<br />
Persistenz<br />
bioakkumulierbar, beispielsweise in Fischen als Methyletherderivat<br />
(Miyazaki et al. 1988)<br />
Ausbildung von Resistenzen (McMurray 1998)<br />
Triclosan mit Dioxin verunreinigt ? (Umweltbundesamt 2000)<br />
in Gegenwart von Basen, UV-Licht oder bei thermischer Anregung<br />
entstehen aus Triclosan Dioxine und Furane (Nilsson et al. 1974,<br />
Kanetoshi et al. 1988)<br />
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Triclosan im Abwasser<br />
Zu- und Ablauf von 10 Kläranlagen in BW<br />
1600<br />
Konzentration [ng/L]<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
KA 1 KA 2 KA 3 KA 4 KA 5 KA 6 KA 7 KA 8 KA 9 KA 10<br />
Zulauf<br />
Ablauf<br />
unvollständige Eliminierung in Kläranlagen<br />
(führt <strong>zum</strong> Eintrag der Substanz in die Oberflächengewässer)<br />
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15
Triclosan in 30 Klärschlämmen<br />
Konzentration [µg/kg]<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
43-5070 µg/kg TS<br />
im Mittel: 742 µg/kg TS<br />
0<br />
100 1000 10000 100000 1000000<br />
Einwohnerwerte<br />
starke pH-Abhängigkeit der Sorption<br />
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Triclosangehalte in verschiedenen Artikeln (I)<br />
*<br />
*<br />
*<br />
* aus Vorfluter KA 5 (10 ng/L Triclosan); Hexachlorophen 116-577 µg/kg TS Kamingespräch des Kompetenzzentrum Umwelttechnik - <strong>KURS</strong> - 26. Mai 2003<br />
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Triclosangehalte in verschiedenen Artikeln (II)<br />
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Polybromierte Flammschutzmittel<br />
Verwendung als Flammschutzmittel in Plastikartikeln, Textilien,<br />
Farben, elektronischen Bauteilen, Computergehäusen, u.a.<br />
Gesamtweltproduktion ca. 150 000 t pro Jahr<br />
TBBPA: hohe Toxizität für Daphnien; bioakkumulierbar<br />
PBDE: ruft dioxinähnliche Effekte hervor; bioakkumulierbar<br />
(Verdoppelung der Konzentration in Muttermilch alle 5 Jahre)<br />
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Konzentrationen von Flammschutzmitteln in Klärschlamm von<br />
Kläranlagen in Baden-Württemberg<br />
concentration [µg/kg d.w.]<br />
500<br />
450<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
32 Proben<br />
100 1000 10000 100000 1000000<br />
WWTP capacity [p.e.]<br />
PBDE: 50 - 460 µg/kg<br />
PBDE<br />
TBBPA<br />
TBBPA: 0,6 - 62 µg/kg<br />
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Zusammenfassung<br />
Organischen Spurenstoffe stellen heute eine der Hauptherausforderungen<br />
für die Abwasserreinigung dar<br />
Klärschlamm ist eine Senke für viele dieser Schadstoffe<br />
Identifizierung und Nachweis von Problemstoffen ist nicht trivial und<br />
kann durch instrumentelle Analytik und/ oder über die biol. Wirkung<br />
(Bioassays, Umwelteffekte) erfolgen<br />
Reduzierung / Eliminierung von organischen Spurenstoffen sollte durch<br />
Vorsorge und/oder Nachsorge erfolgen (differenzierte Betrachtung<br />
der Einzelstoffe notwendig!)<br />
die meisten Stoffe stellen eher ein ökotoxikologische Risiko als ein<br />
humantoxikologisches dar (chronische Wirkung?)<br />
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Endokrin wirksame<br />
Substanzen in der Umwelt<br />
Dr. Peter Spengler<br />
Dr. Susanne Schullerer<br />
Arzneimittel in der Umwelt<br />
Dipl. Ing. Carmen Schneider<br />
E-Screen-Assay<br />
PD Dr. Wolfgang Körner<br />
Dr. Ulrike Bolz<br />
Dr. Bertram Kuch<br />
Flammschutzmittel<br />
Desinfektionsmittel<br />
Finanzielle Unterstützung<br />
Ministerium für Umwelt- und Verkehr<br />
Baden-Württemberg<br />
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