Risikobewertung zur Bestimmung der Notwendigkeit und der Grenzen der weitergehenden Behandlung in kommunalen Kläranlagen im Hinblick auf die neuen vorgeschlagenen Umweltqualitätsnormen für Oberflächengewässer in der südöstlichen Region Österreichs, mit Schwerpunkt auf Industriechemikalien

Abstract

Die Belastung von Oberflächengewässern durch anthropogene Spurenstoffe ist eine zentrale Herausforderung der modernen Wasserwirtschaft. Mit der neuen EU-Kommunalabwasserrichtlinie (2024/3019) und dem Vorschlag für verschärfte Umweltqualitätsnormen (UQN) rückt die Implementierung einer vierten Reinigungsstufe in den Fokus. Die vorliegende Diplomarbeit untersucht am Beispiel eines realen Untersuchungsgebiets im Südwesten Österreichs (ca. 7.000 km2), inwieweit die technologische Aufrüstung kommunaler Kläranlagen von merh als 10.000 EW ausreicht, um die ambitionierten chemischen Qualitätsziele für ausgewählte Industriechemikalien zu erreichen. Die Arbeit verfolgt einen integrativen Ansatz aus theoretischer Analyse und regionaler Modellierung. Zunächst wurden mittels einer statistischen Analyse (Regression on Order Statistics, ROS) durchschnittlich zu erwartende Ablaufkonzentrationen aus stark linkszensierten Datensätzen ermittelt. Darauf aufbauend wurden für 36 Auswertungspunkte an 21 Fließgewässern Szenarien berechnet, die den Status Quo mit den Effekten einer Ozonung sowie einer Aktivkohleadsorption vergleichen. Dabei fand ein Proportionalitätsansatz Anwendung, um neben Punktquellen auch industrielle Direkteinleiter sowie diffuse Pfade (Erosion, urbaner Oberflächenabfluss, atmosphärische Deposition) unter verschiedenen hydrologischen Bedingungen zu berücksichtigen. Die Ergebnisse zeigen eine stoffspezifische Differenzierung der Belastungspfade. Während Kläranlagen bei Bisphenol-A (70–85 % Frachtanteil) die Hauptquelle darstellen, dominieren bei Substanzen wie Fluoranthen (95–99 % diffus), DEHP und Nonylphenolen diffuse Einträge aus der Umwelt. Hinsichtlich der Reinigungstechnologien erwies sich die Ozonung bei Bisphenol-A als höchst effektiv (bis zu 98 % Reduktion), während die Aktivkohleadsorption Vorteile bei Fluoranthen und Nonylphenolen bietet. Kritisch zu bewerten ist die Situation bei PFAS: Hier zeigt die Aktivkohle nur begrenzte Wirkung auf kurzkettige Verbindungen, während die Ozonung durch die Umwandlung von Vorläufersubstanzen sogar zu einer Erhöhung der Summenkonzentration führen kann.Die Auswertung verdeutlicht, dass eine emissionsseitige Aufrüstung allein oft nicht genügt, um den „guten chemischen Zustand“ zu sichern. Bei Bisphenol-A würde die von der EU vorgeschlagene UQN aufgrund sehr niedriger Grenzwerte trotz maximaler Reinigungsleistung mit hoher Wahrscheinlichkeit flächendeckend verfehlt. Bei ubiquitären Stoffen wie Fluoranthen limitieren die diffusen Einträge den Erfolg technologischer Maßnahmen an der Kläranlage. Die vierte Reinigungsstufe ist somit ein essenzieller Baustein des Gewässerschutzes, muss jedoch zwingend durch Maßnahmen an der Quelle (Regulierung) und ein verbessertes Management diffuser Pfade ergänzt werden, um die ökologischen Ziele der Wasserrahmenrichtlinie langfristig zu erreichen.

The pollution of surface waters by anthropogenic micropollutants is a key challenge for modern water management. With the new EU Urban Wastewater Treatment Directive (2024/3019) and proposed stricter Environmental Quality Standards (EQS), the implementation of a fourth treatment stage has become a primary focus. This master thesis uses a real study area in southwestern Austria (approx. 7,000 km2) to investigate the extent to which the technological upgrading of municipal wastewater treatment plants (WWTP) with a capacity of more than 10,000 PE is sufficient to achieve ambitious chemical quality targets for selected industrial chemicals. The study follows an integrative approach combining theoretical analysis and regional evaluation. Initially, average expected effluent concentrations were determined from highly left-censored datasets using a statistical analysis (Regression on Order Statistics, ROS). Based on this, scenarios were calculated for 36 evaluation points along 21 watercourses, comparing the status quo with the effects of ozonation and activated carbon adsorption. A proportionality approach was applied to account for point sources, industrial direct dischargers, and diffuse pathways (erosion, urban surface runoff, atmospheric deposition) under various hydrological conditions. The results show a substance-specific differentiation of pollution pathways. While wastewater treatment plants are the primary source of Bisphenol-A (70–85% of the load), diffuse inputs from the environment dominate for substances such as fluoranthene (95–99% diffuse), DEHP, and nonylphenols. Regarding treatment technologies, ozonation proved highly effective for Bisphenol-A (up to 98% reduction), while activated carbon adsorption offers advantages for fluoranthene and nonylphenols. The situation regarding PFAS is to be assessed critically: here, activated carbon shows only limited effects on short-chain compounds, while ozonation can even lead to an increase in total concentrations through the transformation of precursor substances. The evaluation illustrates that emission-side upgrades alone are often insufficient to ensure "good chemical status." For Bisphenol-A, the new proposed EQS would be likely exceeded at all considered locations due to very low limit values, despite maximum treatment performance. For ubiquitous substances like fluoranthene, diffuse inputs limit the success of technological measures at the treatment plants. The fourth treatment stage is thus an essential component of water protection but must be supplemented by measures at the source (regulation) and improved management of diffuse pathways to achieve the ecological goals of the Water Framework Directive in the long term.