Identifikation der Herkunft ausgewählter PFAS im Donaueinzugsgebiet oberhalb von Wien

Abstract

Im Zuge des EU-Forschungsprojektes PROMISCES wurden Belastungen von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) im oberen Donaueinzugsgebiet untersucht und identifiziert. Um die Herkunft der PFAS in Wien zu erfassen, werden im Zuge dieser Arbeit exemplarisch die sechs PFAS-Parameter PFBA, PFOA, PFBS, PFOS, HFPO-DA und ADONA näher untersucht.Vor allem der Parameter ADONA weist erhebliche Belastungen in der Donau bei Wien auf. In Deutschland, nahe der österreichischen Grenze, befindet sich an der Alz der Chemiepark Gendorf,eine Produktionsstätte, welche als entscheidender Emittent von einigen PFAS im Donaueinzugsgebiet gilt. Die Relevanz der PFAS-Einträge in das Gewässersystem aufgrund dieses Einleiters und die Belastungen im Flussverlauf bis nach Wien werden untersucht. Zusätzlich werden regionale Herkunftsbereiche und die Bedeutung unterschiedlicher Eintragspfade von PFAS identifiziert.Zur Erfassung der regionalen Herkunftsbereiche und der Eintragspfade in das Gewässersystem müssen zunächst Konzentrations-Daten gesammelt und aufbereitet werden. Neben den bereits vorhandenen Daten aus dem vorangegangenen PROMISCES-Projekt werden zusätzliche Daten benötigt. Dementsprechend wurde im Sommer 2023 eine Monitoringkampagne durchgeführt.Diese umfasst das Gewässersystem Donau und soll den Verlauf der PFAS entlang der Alz, dem Inn und der Donau bis Wien verfolgen. Zusätzlich werden Messungen an den wesentlichen Zubringern Isar, Salzach, Traun und Enns durchgeführt. Basierend auf den gesamten Probenahmen werden immissionsseitig Gewässerfrachten berechnet und eine Stoffflussanalyse mit der Software STANdurchgeführt. STAN berechnet die Gewässerbilanz für die einzelnen PFAS-Parameter auf Basis des Massenerhaltungsgesetztes. Um die verschiedenen Eintragspfade der einzelnen PFAS zu identifizieren, werden in einem weiteren Schritt eine Emissionsmodellierung durchgeführt und die emissionsseitigen Frachten der verschiedenen Eintragspfade berechnet. Im Anschluss wird analysiert,ob sich die berechneten immissionsseitigen Gewässerfrachten durch die emissionsseitigen Frachten darstellen lassen.Die Ergebnisse der Gewässerbilanz zeigen, dass für PFBA und PFOA die Isar und das Donaueinzugsgebiet vor dem Zusammenfluss mit der Isar sowie die Alz mit dem Chemiepark Gendorf wesentliche regionale Herkunftsbereiche sind. PFBS und PFOS werden zu einem guten Teil überdie Isar und das Donaueinzugsgebiet oberhalb der Isar eingetragen, der Chemiepark hat hier keine Relevanz. HFPO-DA und ADONA werden hauptsächlich beim Chemiepark an der Alz eingeleitet,wobei ADONA im Vergleich mit den anderen PFAS die höchsten Konzentrationen in der Donau bei Wien aufweist. Durch die Ergebnisse der Emissionsmodellierung ist ersichtlich, dass diffuse Einträge aus Ballungszentren bei PFOS den größten Anteil der Emissionsfrachten in die Donauausmachen und bei allen untersuchten PFAS außer ADONA eine relevante Rolle spielen. Die Herkunft von ADONA ist fast ausschließlich auf den Chemiepark Gendorf zurückzuführen. Zusätzlich wurde erkannt, dass PFOA immer noch als diffuser Eintrag aus der Umgebung des Chemieparks Gendorf emittiert wird und einen relevanten Anteil der PFAS-Belastung im Gewässersystem darstellt, obwohl die Verwendung von PFOA im Chemiepark Gendorf bereits seit 2008 eingestellt wurde. Für eine aussagekräftigere Gewässerbilanz mit geringeren Unsicherheiten sollte zukünftig eine größere Datenbasis geschaffen und weitere Monitoringkampagnen durchgeführt werden. Die Emissionsmodellierung kann die immissionsseitigen Gewässerfrachten zwar abbilden, der Einfluss von diffusen Einträgen auf Basis eines regionalisierten Emissionsfaktors muss allerdings noch detaillierter erforscht werden.

The pollution of per- and polyfluorinated alkyl substances (PFAS) in the upper Danube catchmentarea was investigated and identified as part of the EU research project PROMISCES. In order to determine the origin of PFAS in Vienna, the six PFAS parameters PFBA, PFOA, PFBS, PFOS,HFPO-DA and ADONA are exemplary analyzed in more detail in the course of this thesis. The parameter ADONA in particular shows significant pollution in the Danube near Vienna. In Germany at the Alz river, near the Austrian border, the Gendorf chemical park is located, aproduction site that is considered a key emitter of some PFAS in the Danube catchment area.The relevance of the PFAS inputs into the water system due to this discharger and the loads in the course of the river up to Vienna are being investigated. In addition, regional areas of originand the significance of different pathways of PFAS are identified.In order to record the regional areas of origin and the pathways into the water system,concentration data must first be collected and processed. Besides the existing data from theprevious PROMISCES project, additional data is needed. Accordingly, a monitoring campaignwas carried out in the summer of 2023. This covers the Danube water system and is intendedto monitor the course of PFAS along the Alz, the Inn and the Danube to Vienna. In addition,measurements are carried out on the main tributaries Isar, Salzach, Traun and Enns. Basedon the entire sampling, loads on the imission side are calculated and a material flow analysisis carried out using the STAN software. STAN calculates the water balance for the individual PFAS parameters based on the law of conservation of mass. In a further step, to identify differentpathways for each PFAS, emission modeling is carried out and the emission loads of various pathways are calculated. It is then analyzed whether the calculated loads on the immission sidecan be represented by the loads on the emission side.The results of the water balance show that the Isar and the Danube catchment area before the confluence with the Isar as well as the Alz with the Gendorf chemical park are key regionalareas of origin of PFBA and PFOA. A large proportion of PFBS and PFOS are discharged viathe Isar and the Danube catchment area above the Isar; the chemical park has no relevance here. HFPO-DA and ADONA are mainly discharged at the Chemical Park at Alz, with ADONA having the highest concentrations in the Danube near Vienna compared to the other PFAS. The results of the emission modeling show that diffuse inputs from metropolitan areas make up the largest proportion of PFOS emissions into the Danube and play a relevant role for all PFAS examined except ADONA. The origin of ADONA can be traced back almost exclusively to the Gendorf chemical park. In addition, it was detected that PFOA is still emitted as a diffuse input from the area around the Gendorf chemical park and that it constitutes a relevant amount of the PFAS pollution in the water system, although the use of PFOA in the Gendorf chemicalpark has been discontinued since 2008. To achieve a more meaningful water balance with lower uncertainties, a larger database should be created in the future and further monitoring campaigns should be carried out. Although emission modeling can depict the immission loads, the influence of diffuse inputs based on a regionalized emission factor still needs to be researched in moredetail.