Abtrennung von Problemstoffen

Wasser ist die Grundlage vieler Lebensbereiche, sei es in Form von Trinkwasser für Mensch und Tier oder als Lösungs- und Transportmittel für die Nährstoffzufuhr für Pflanzen. Für die Bevölkerung hoch entwickelter Industriestaaten ist es selbstverständlich, jederzeit über sauberes, hygienisch einwandfreies Wasser verfügen zu können:

• für die persönliche Hygiene des Menschen und zur Reinigung von Kleidung, Gebrauchsgegenständen und Wohnflächen, zur Bearbeitung von Nahrungsmitteln und Zubereitung von Speisen,
• als Brauchwasser in der Industrie, Landwirtschaft und Energiewirtschaft.

Laut deutscher Trinkwasserverordnung muss das Wasser so beschaffen sein, dass durch seinen Genuss oder Gebrauch eine Schädigung der menschlichen Gesundheit insbesondere durch Krankheitserreger nicht zu erwarten ist. Es muss rein und genusstauglich sein und darf festgelegte Grenzwerte für mikrobiologische Verunreinigungen nicht überschreiten.

Dennoch besteht seit geraumer Zeit die Diskussion zum Gehalt von Spurenstoffen in der Abwasserreinigung. Neben Körperpflegemitteln, Reinigungsmitteln aus dem Haushalt, Pflanzen­schutzmitteln und Mikroplastik stellen vor allem Arzneimittel ein wachsendes Problem dar. Bisherige Ergebnisse aus Forschungsprojekten und speziellen Messprogrammen der Länder­behörden zeigen, dass in Deutschland über 200 verschiedene Arzneimittelwirkstoffe oder deren Abbauprodukte in der Umwelt, hauptsächlich in Gewässern nachweisbar sind. Das Spektrum der ermittelten Wirkstoffe umfasst Antiepileptika, Hormonpräparate, Blutdrucksenker sowie Schmerzmittel, Antibiotika, Betablocker und hohe Konzentrationen an Röntgenkontrastmitteln. Die Ursachen dafür liegen unter anderem im demografischen Wandel beziehungsweise am steigenden Altersdurchschnitt der Bevölkerung und in der ständigen rezeptfreien Verfügbarkeit häufig genutzter wirkungsspezifischer Medikamente (Schmerztabletten, fiebersenkende Medikamente). Problematisch sind auch Rückstände von Salben, z. B. Entzündungshemmer, Cremes, Seifen und Shampoos, die täglich direkt in das Abwasser gelangen.
Daher bedarf es eines verstärkten Handlungsbedarfs hinsichtlich der Maßnahmen zur Reduzierung des Eintrages von Arzneimitteln und ihren Rückständen in die Umwelt. Ein wichtiger Ansatzpunkt ist die Entfernung von Spurenstoffen aus geklärtem Wasser in Abwasserreinigungs­anlagen, da sich besonders im Ablauf der Anlagen eine Vielzahl von Wirkstoffen nachweisen lässt. Diese gelangen über folgende Wege ins Abwasser:

• durch Ausscheidungen aus dem menschlichen Körper bei bestimmungsgemäßem Gebrauch,
• durch Abläufe von Bade- und Waschwasser,
• durch unsachgemäße Entsorgung nicht eingenommener Arzneimittel, z. B. über die Toilette oder über den Ausguss,
• durch Einleitung im Rahmen der Herstellung der jeweiligen Arzneimittel.

Akut droht für die menschliche Gesundheit keine Gefahr, jedoch finden sich auch immer mehr Spurenstoffe in den Flüssen und somit auch in den umliegenden Ökosystemen. Eine weitere Problematik besteht in der Nutzung der Klärschlämme aus der Abwasserreinigung. Über diesen Weg und über die Ausbringung von Gülle und Mist von behandelten Nutztieren gelangen die Rückstände von Arzneimittelwirkstoffen auch auf landwirtschaftliche Böden und durch Abspülung direkt in Oberflächengewässer oder ins Grundwasser, welches als Grundlage für kommunales Trinkwasser dient. Viele Organismen wie Fische, verschiedene Weichtiere und Insekten sind bereits nachweislich geschädigt. Besonders die eingebrachten Hormone beeinträchtigen das natürliche Verhalten der Lebewesen und beeinflussen beispielsweise deren Reflexe und deren Fortpflanzung.

Teilweise werden Arzneimittelrückstände in den Kläranlagen durch Sorptionsprozesse zurück­gehalten oder biochemisch umgesetzt. Allerdings führt der mikrobielle Abbau in der Regel nicht zu einer vollständigen Mineralisierung, sondern zur Bildung stabiler, häufig unbekannter Metabolite, deren weiterer Abbau sich meist kompliziert gestaltet. Die heutigen kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA) sind auf die Elimination von Nährstoffen im Abwasser (organischer Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff) ausgerichtet, nicht auf den vollständigen Abbau verschieden aufgebauter Spurenstoffverbindungen. Kläranlagen stellen daher den wichtigsten Eintragungspfad dar, über den kontinuierlich Mikroverunreinigungen in die Gewässer gelangen. Werden die störenden, zusätzlichen Substanzen bei der Abwasserbehandlung nicht oder nur unvollständig eliminiert, werden sie in den Wasserkreislauf eingetragen. Gegenwärtig wird daher die Einführung einer zusätzlichen Abwasserabgabe diskutiert, um die Investitions- und Betriebskosten der Wasseraufbereitung in Form einer 4. Reinigungsstufe finanzieren zu können. Eine Regelung zur Entfernung der Spurenstoffe direkt beim Verursacher, beispielsweise Pharmaunternehmen, ist allerdings nicht geplant. Derzeitiger Stand der Technik zur Entfernung von Spurenstoffen ist die Anwendung verschiedener Aktivkohleverfahren oder die Oxidation mittels Ozonung. Beide Verfahren sind extrem kostenintensiv, ökologisch optimierbar und können durchschnittlich nur etwa 80 % der enthaltenen Spurenstoffe aus dem Abwasser entfernen. Eine seltener angewandte Methode zur Entfernung von Spurenstoffen ist die Anwendung von Oxidationsmitteln in Kombination mit UV-Strahlung. Diese Prozesse werden als Advanced Oxidation Processes bezeichnet.

Projektziel ist die Entwicklung einer Screeningmethode zur Bewertung des Abwassers in der Abwasserreinigung hinsichtlich wasserlöslicher Arzneimittel und die Entwicklung eines alternativen wirtschaftlichen Verfahrens, bei dem die Problemstoffe sorptiv aus dem Wasser entfernt und die Sorptionsmaterialien vor Ort regeneriert werden.

Basis ist das Verfahrenspatent DE 102014221837. Zur Elimination werden die Problemstoffe an einem Filter (Membranoberfläche aus Kunststoff oder Keramik) angereichert und anschließend durch Oxidation entfernt. Die Kombination beider Verfahren ermöglicht eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Energiekosten und eine verbesserte Reinigungsleistung. Die Oxidation wird bedarfsgerecht zugeschaltet, um die Filter zu regenerieren. Als Oxidationsverfahren ist die UV-Oxidation, wahlweise mit Katalysator, vorgesehen.

Laufzeit des Projektes vom 01.05.2020 bis 30.04.2022

Das Projekt wird gefördert durch: