Arzneimittelwirkstoffe im Abwasser : Vorkommen und Rückhalt bei der Abwasserreinigung

Abstract

Arzneimittelwirkstoffe sind in der aquatischen Umwelt weit verbreitet. Sie stellen für den Gewässerschutz eine bedeutende Stoffgruppe dar. Die Abwasserreinigung kann für organische Spurenstoffe, wie Arzneimittel, ein relevanter Entfernungspfad aus dem Wasserkreislauf sein. Mögliche Entfernungsmechanismen in der Kläranlage sind der biologische Abbau durch Mikroorganismen, die Adsorption an den Belebtschlamm sowie die Entfernung über die Gasphase. Das Verhalten von Arzneiwirkstoffen bei der Abwasserreinigung ist für eine Vielzahl an Stoffen noch ungeklärt. Diese Arbeit setzt sich mit dem Vorkommen und dem Rückhalt von Arzneimittelwirkstoffen in der Abwasserreinigung auseinander. Ziel dieser Arbeit ist es aufzuzeigen, welche Stoffe durch die Abwasserreinigung aus dem Wasserkreislauf entfernt werden können. Neunzehn ausgewählte Arzneiwirkstoffe und zwei Metabolite aus 6 Wirkstoffgruppen wurden in zwei österreichischen, kommunalen Kläranlagen untersucht. Unter Zuhilfenahme der Anlagenbetriebsdaten konnten ihre Stoffströme in der Kläranlage ermittelt werden. Für das Verhalten von 13 der 21 untersuchten Wirkstoffe konnten in beiden Kläranlagen übereinstimmende Ergebnisse ermittelt werden. Für jeweils 3 von ihnen zeigte sich ein guter biologischer Abbau mit > 90% der Zulauffracht (Ibuprofen, Cocain und Benzoylecognin) bzw. ein teilweiser Abbau mit 20–90% der Zulauffracht (Clarythromycin, Erythromycin, Bisoprolol). Die Arzneiwirkstoffe Diclofenac, Phenazon, Roxithromycin, Metoprolol, Sotalol und Carbamazepin wurden mit <20% der Zulauffracht nicht abgebaut. Für die übrigen Wirkstoffe wurden in den beiden Kläranlagen unterschiedliche Entfernungsraten ermittelt. Während die biologische Abbaubarkeit der untersuchten Stoffe sehr unterschiedlich ausfällt, ist der Entfernungspfad über die Adsorption für keinen der Stoffe von Bedeutung. Die Ergebnisse der in dieser Arbeit durchgeführten Bilanzierungen stimmen größtenteils mit Daten aus Untersuchungen anderer Autoren überein.

Pharmaceutical residues are reported to be widely present in the aquatic environment. In terms of water protection, they represent a special group of substances. As so-called Emerging Environmental Substances they are under suspicion being toxic as well as disruptive to the endocrine system of organisms. Pharmaceuticals are relevant micropollutants in our waterways, which are usually delivered from the effluent of waste water sewage treatment plants (WWTP). During waste water treatment, pharmaceuticals can be removed from the water phase. Important mechanisms of removal are biological degradation, sorption and volatilization. This thesis focuses on the occurrence and retention of pharmaceuticals during waste water treatment. The aim of this work is to show which pharmaceuticals can be removed during biological waste water treatment. Nineteen selected pharmaceuticals and two metabolites of 6 indication classes were investigated in two Austrian municipal waste water treatment plants. Using the operational data of the treatment plants, mass balances of the pharmaceuticals could be done. Using the instrument of mass balancing, the behaviour of the selected substances could be calculated. Good biological degredation (> 90 % of the inlet load) in the biological treatment and the sludge digestion in both WWTP was identified for Ibuprofen, Cocain and its metabolite Benzoylecognin. Partly biological degradation (20 – 90 % of the inlet load) could be investigated for Clarythromycin, Erythromycin and Bisoprolol. Diclofenac, Phenazon, Roxithromycin, Metoprolol, Sotalol and Carbamazepin showed a degradation rate < 20 % of the inlet load. For all other selected pharmaceuticals the calculated results of WWTP A and B were not consistent. While the results for the biological degradation spread over a wide range, the removal via adsorption to the sludge is negligible. In total, the results of the pharmaceuticals mass balances are comparable with reports in literature.