Eth_bulletin_289_03_66_ug3

C H E M I S C H E S P U R E N S U C H E
N E U E V E R U N R E I N I G U N G E N I N
A B WA S S E R U N D G E WÄ S S E R N
WA LT E R G I G E R , A L F R E D O C . A L D E R , E VA M . G O L E T, H A N S - P E T E R E . KO H L E R , C H R I STA S . M C A R D E L L ,
E VA M O L N A R U N D C H R I ST I A N S C H A F F N E R
Neuartige Umwelteffekte alarmieren die Forschung: viele organische Chemikalien sind
als Spurenverunreinigungen in kommunalem Abwasser enthalten und werden
teilweise in den Kläranlagen nur unvollständig entfernt. Chemische Analysemethoden
ermöglichen nun spezifische und quantitative Spurenbestimmungen beispielsweise
von hormonaktiven Verbindungen und Antibiotika.
Die weltweite Wasserentnahme
Die heutige Zivilisation benutzt Chemika- prozesse. Die Forschungsgruppe für chemi- Zwecke, und gewisse Stoffanteile gelangen geschieden werden, hätte eigentlich erwar- auch in die Umwelt. Unfälle wie Öltanker- Projekte, die einen weiten Bereich von orga- tet werden müssen, dass diese Substanzen Havarien werden in der Öffentlichkeit stark nischen Umweltspurenstoffen umfassen.
diskutiert. Weniger beachtet hingegen wer- Die transdisziplinären Studien stützen sich mittel können über unterschiedliche Ein- tragspfade in die aquatische Umwelt gelan- Stoffen. In letzter Zeit sind neuartige Um- gen, wie dies in Abb. 1 dargestellt ist. In den heute üblichen Verfahren der mechanisch- Teil auf den chronischen Eintrag von Chemi- Das Schicksal von Abwasser-
kalien zurückgeführt werden können. Ein substanzen
etwa die in relativ grossen Mengen verwen- Verhalten in der Umwelt als auch mögliche chemie beschäftigt sich mit dem Verständ- wichtige Rolle spielen. Für die Erarbeitung nis der physikalischen, chemischen und bio- von Kenntnissen über die in den Kläranla- logischen Prozesse, die das Schicksal von Chemikalien in der Umwelt beeinflussen.
Phosphatersatzstoffe usw.) auch Zwischen- Eliminationsprozesse sind gezielte und auf- mie zielt auf die Erkennung von kritischen boliten) erfasst wurden. Relevant sind ins- die Ergebnisse für Stoffflussanalysen und besondere Metaboliten mit – im Vergleich möglicherweise auch für kinetische Aus- zu den Ausgangsstoffen – höherer Giftig- Luft sowie in Pflanzen und Lebewesen.
Wichtig sind dabei die analytische Ermitt- Transport-, Transfer- und Transformations- den. Basierend auf der medizinischen Ver- B U L L E T I N
E T H Z ü r i c h N r . 2 8 9 M a i 2 0 0 3 durch Menschen beträgt rund 4000 km3 pro Jahr. Der Bedarf ist zwischen 1900 und 1995 um das Sechsfache gestiegen.
Vom Reinigungsmittel zum
lyethoxylate ausführlich untersucht. Dabei side in Haushaltreinigern verzichtet. Auf- Umwelthormon
stellte sich heraus, dass aus den relativ grund der Persistenz des Nonylphenols un- harmlosen Tensid-Molekülen giftige Meta- Oberflächenaktive Verbindungen (waschak- boliten wie das Nonylphenol gebildet wer- können die Gehalte in Faulschlämmen be- tive Substanzen, Tenside) sind als wichtige den. Seit einigen Jahren ist auch bekannt, weltschutzmassnahmen zu überprüfen. Die in Abb. 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, natürlichen Sexualhormon 17 -Estradiol er- dass die Nonylphenolgehalte in Faulschläm- anionische Tenside aus Detergentien haben den folgenden Jahren kontinuierlich zurück- bis Mitte der 60er-Jahre zu Schaumbildun- gen in den Gewässern geführt. Seit zwei erreicht wurden. In einem ähnlichen Sinne phenolpolyethoxylate in Textilwaschmitteln weltverhalten der aromatischen, nichtioni- verboten. Die Detergentien-Hersteller ha- Schichten in datierten Sedimentkernenzeichnen die Auswirkungen der erwähnten Eintragspfade von Umweltchemikalien
Verbrauchsreduktionen auf.
In mehreren Abteilungen der EAWAG und Industrie, Gewerbe Spitäler Haushalte
der EMPA laufen zurzeit Forschungsarbei-ten im Rahmen des Nationalen Forschungs- Produktion Entsorgung
programms 50 über hormonaktive Substan-zen in der Umwelt. Unter anderem werden Abwasser
Hausmüll
einzelne Nonylphenolisomere und carboxy-lierte Metaboliten auf ihr Verhalten in derAbwasserreinigung und in den Gewässern Boden Kläranlage
untersucht. Ebenfalls gemessen werdenweitere phenolische Verbindungen wie z. B.
Oberflächengewässer
Grundwasser
die Kunststoffsubstanz Bisphenol A sowiepolybromierte Verbindungen, die als Flamm-schutzmittel verwendet werden.
Trinkwasser
Abb. 1: Eintragspfade in die aquatische Umwelt für Publikumsprodukteund Arzneimittel. B U L L E T I N
E T H Z ü r i c h N r . 2 8 9 M a i 2 0 0 3 Antibiotika als ignorierte Abwasser-
chemikalien
Werte, bei denen Schadwirkungen auftreten.
Im Einzugsgebiet der Glatt im Kanton Zürich wurden Antibiotika einerseits im Ab- Arzneimittel, wie zum Beispiel Antibiotika, quantifiziert; andererseits wurden mögli- cherweise in der Glatt ablaufende Elimina- nicht vernachlässigbare Anteile eingetra- Ciprofloxacin und Norfloxacin variierten im Zulauf der Kläranlagen zwischen 3,5 und der Antibiotika gründen auf der Befürch- 8,7 Gramm pro Tag (g/d) und im Ablauf zwi- tung, dass eine chronische Antibiotika-Ex- schen 0,1 und 1,3 g/d. Dies entspricht einer Elimination von 79 bis 87%, die weitgehend von Antibiotikaresistenzen führen könnte.
durch den Transfer in den Klärschlamm ver- Um das Umweltgefährdungspotenzial bzw.
ursacht wird. Trotz dieser relativ hohen Eli- nicht vollständig entfernt, sodass ein Ein- trag in den Vorfluter Glatt erfolgt. In der 5– 8 ng/l gemessen. Anfang 2001 variierten Flusswasser entwickelt. Bis anhin erfasst die Tagesfrachten des in der Schweiz wich- wurden Fluorochinolone, Makrolide, Sulfon- amide und -Lactame. Die Einzelstoffanaly- thromycin in den Kläranlagenausläufen im Abb. 2: Biotransformation der nichtionischen tik ergibt Ergebnisse, die eine gründliche Glatttal zwischen 1,6 und 15 g/d; in der Glatt Alkylyphenolpolyethoxylat-Tenside. Der relativ Beurteilung der Einträge und des Umwelt- persistente Metabolit Nonylphenol zeigt sowohl hoheToxizität als auch eine Hormonwirkung, die sich verhaltens ermöglichen. Abbildung 4 zeigt Rheinsfelden 26 beziehungsweise 36 g/d.
durch die strukturelle Ähnlichkeit zu dem natürlichen für die beiden Fluorochinolone Ciprofloxa- Diese Stofffrachten von Clarithromycin wa- Steroidhormon (17 -Estradiol) erklären lässt. ren damit bedeutend grösser als die ent- B U L L E T I N
E T H Z ü r i c h N r . 2 8 9 M a i 2 0 0 3 Nonylphenol in Faulschlamm
Spurenanalytik von organischchemi-
schen Umweltstoffen
Spurenanalytische Methoden basieren
auf einer breiten Palette von Techniken
für Anreicherung, Trennung und Nach-
weis. Seit Beginn der Umweltwissen-schaften in den 60er-Jahren spielte dieGaschromatographie, insbesondere mithochauflösenden Kapillaren, eine zen-trale Rolle für die Trennung der komple-xen Stoffgemische in einzelne Kompo-nenten. Ein einengender Nachteil derGaschromatographie ist die Tatsache, Abb. 3: Nonylphenolgehalte in Faulschlämmen des Kantons Zürich. Das Verbot des Waschmitteleinsatzes von Nonylphenolpolyethoxylat-Tensiden in der schweizerischen Verordnung für umweltgefährdende Stoffe (Stoffverordnung) von 1986 und folgende Einsatzreduktionen kommen in den Faulschlammwerten zum Ausdruck. durch die Trennkolonnen hindurchtransportiert werden können. Bei der Norfloxacin (10 und 7,9 g/d). Der Vergleich kobeurteilung in Sachen Antibiotika.
ist nur noch die Löslichkeit in einem or- Clarithromycin aus den Kläranlagen mit der Fracht in Rheinsfelden ergibt die Aussage, dass in der Glatt keine signifikante Elimina- Forschungsinformationen
Als Teilprojekt des Nationalen Forschungs- rem Spitalabwässer untersucht. Ein Haupt- können verlässlich bestimmt werden.
mit einer bakteriologischen Arbeitsgruppe in Bellinzona werden dieselben Wasserpro- ben sowohl chemisch analysiert als auch in Bezug auf Antibiotikaresistenzen charakte- risiert. Die Frage, ob die in Abwasser und in Substanzen müssen mittels Flüssigkeits- mit verursachen, ist experimentell bisher kaum studiert worden. Eine Diskussion die- ses Problems ist jedoch von zentraler Be- Prof. Walter Giger, Dr. Alfredo C. Alder,
Dr. Eva M. Golet, Dr. Hans-Peter E. Kohler,
Dr. Christa S. McArdell, Eva Molnar,
Christian Schaffner
Abb. 4: Umweltkonzentrationen und Schadwirkungen der Fluorochinolon-Antibiotika Ciprofloxacin B U L L E T I N
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Source: http://www.wasserstadt.ch/pdf/themen/eth_bulletin_Giger.pdf