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Mikroschadstoffe

Nahaufnahme einer Laborapparatur, Kolben mit Wasser gefüllt
Spurensuche im Labor (Bild: StEB Düsseldorf)

Mikroschadstoffe im Wasserkreislauf

In der industrialisierten Welt ist der Einsatz von anthropogenen Stoffen unverzichtbar. Die Anzahl der entwickelten organischen chemischen Verbindungen beträgt inzwischen mehr als 50 Millionen. Der Rat von Sachverständigen für Umweltfragen hat vor Jahren 5.000 Substanzen als potenziell umweltrelevant eingestuft. Die europäische Chemikalienagentur hat inzwischen (2010) den Nachweis über den Einsatz von mehr als 400 gesundheitsgefährdenden, krebserregenden Chemikalien in verschiedenen Produkten erbracht.

Mit der Stockholmer Konvention vom 22.05.2001, die inzwischen von 133 Staaten unterzeichnet ist, wird das Ziel des Herstellungs- und Anwendungsverbots von besonders schädlichen Chemikalien verfolgt. Bis 2010 betraf dies zwölf Chemikalien („das dreckige Dutzend“), neun weitere Chemikalien sind 2010 hinzugefügt worden, darunter auch die in Nordrhein- Westfalen besonders relevante Chemikalie PFOS. Eine weltweite Vermeidung des Eintrags dieser Chemikalien in die Umwelt konnte bis heute nicht erreicht werden.


Multi-Barrieren-Schutz gegen Mikroverunreinigungen im Wasserkreislauf: Vermeiden, Vermindern, Eliminieren

Der Eintrag anthropogener Spurenstoffe in die Umwelt nimmt weiter zu. So steigt beispielsweise der Arzneimittelkonsum, auch aufgrund einer älter werdenden Gesellschaft und des medizinischen Fortschritts kontinuierlich. Neue Technologien und deren vielfältige Verbreitung, wie die Nanotechnologie, führen ebenfalls zu weiteren Belastungen, deren Auswirkungen auf die Umwelt noch nicht bekannt sind. Aufgrund der ubiquitären Verwendung vieler anthropogener Spurenstoffe stellen kommunale Abwässer heute den Haupteintragspfad in die Oberflächengewässer dar.

Sie sind jedoch nicht die einzige Quelle. Die teilweise allgegenwärtige Verwendung von anthropogenen Stoffen, wie z.B. Medikamenten, Kosmetika oder Industriechemikalien, führt zu nachweisbaren Belastungen der Gewässer, die vielfältig genutzt werden und die dem besonderen Schutz des Artikels 20 GG unterliegen. Eine besondere Relevanz ist dann gegeben, wenn die Trinkwassergewinnung direkt oder indirekt aus Oberflächengewässern (Uferfiltrat, Grundwasseranreicherung) erfolgt, empfindliche Gewässerökosysteme zu schützen sind, eine hohe Industriedichte vorliegt, eine hohe Besiedlungsdichte besteht und der demographische Wandel einen zunehmenden Arzneimittelbedarf erwarten lässt.

Im Sinne eines vorsorgenden Gewässer- und Verbraucherschutzes sind deshalb Anstrengungen aller Beteiligten zum nachhaltigen Schutz der Wasserressourcen essentiell. Das Land Nordrhein-Westfalen hat deshalb 2008 das Programm „Reine Ruhr“ beschlossen. Zielsetzung sind die Vermeidung und der weitgehende Rückhalt von Mikroschadstoffen.

Die vorliegenden Erkenntnisse aus einer umfassenden Bestandsaufnahme und einer Reihe von durchgeführten wissenschaftlichen Untersuchungen zeigen, dass es eines Multi-Barrieren-Schutzes bedarf. . Dazu gehören Maßnahmen zur Verminderung, besser noch zur Vermeidung des Einsatzes anthropogener Spurenstoffe in den Produktionsprozessen, Maßnahmen zur Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen und auch Maßnahmen bei der Trinkwasseraufbereitung.


Blick auf einen Fluss, das Ufer ist von Bäumen gesäumt, der Himmerl blau
Die Ruhr bei Essen-Kupferdreh (Bild: ID Kommunikation)

An der Quelle ansetzen!

Grundsätzlich wird die Vermeidung des Einsatzes anthropogener Spurenstoffe, die umweltgefährdend sind, angestrebt. Dies kann nur durch Herstellungsverbote oder Einsatzverbote erreicht werden, die deutschlandweit, europaweit und weltweit gelten. Dieses Ziel wird verfolgt, seine Umsetzung wird, wenn sie gelingen sollte, jedoch Jahrzehnte benötigen. Es sind deshalb weitere Maßnahmen erforderlich.

Dort, wo es punktuelle Einträge von Mikroschadstoffen gibt, ist eine Entfernung an der Quelle (Gewerbe und Industrie) erforderlich. Dies trifft beispielsweise auf Chemikalien, wie PFT, TOSU, Sulfolan oder einzelne Komplexbildner zu. Entsprechende Maßnahmen wurden in den letzten Jahren bei rund 100 indirekteinleitenden und direkteinleitenden Firmen eingeleitet und zum großen Teil auf freiwilliger Basis umgesetzt. Grundsätzlich muss für Branchen, bei denen der Einsatz von Mikroschadstoffen wie PFT derzeit unvermeidlich erscheint, eine Fortschreibung des Standes der Technik erfolgen und die Abwasserverordnung angepasst werden


Klärbecken unter blauem Himmel
Kläranlage Grevenbroich (Bild: Erftverband)

Kläranlagen technologisch nachrüsten!

Für die überwiegende Mehrzahl von Mikroschadstoffen, die über kommunale Kläranlagen in den Wasserkreislauf gelangen, gilt, dass sie einer allgegenwärtigen Verwendung unterliegen und über kommunale Kläranlagen in die Gewässer gelangen. Die Ertüchtigung der kommunalen Kläranlagen stellt deshalb die effizienteste Methode dar, den Eintrag von Mikroverunreinigungen in die Gewässer zu reduzieren. Erste Erfahrungen mit den beiden Eliminationstechnologien Aktivkohle und Ozonierung in den in Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen auf freiwilliger Basis ertüchtigten Anlagen liegen vor. Anhand der Ergebnisse können Kosten- und Gebührenbelastungen abgeschätzt und die Verhältnismäßigkeit entsprechender Maßnahmen dokumentiert werden. Eine Mikroschadstoffelimination ist bei zusätzlichen Kosten von 5-20 ct/m3 Abwasser möglich. Die Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen zur Mikroschadstoffentfernung wird vom Land Nordrhein-Westfalen finanziell unterstützt. Im Rahmen des Förderprogramms „Ressourceneffiziente Abwasserbeseitigung NRW erfolgt ein Zuschuss von bis zu 70% auf die anfallenden Investitionskosten.

Grundsätzlich wird eine Freiwilligkeit der Umsetzung von Maßnahmen angestrebt. Bei festgestellten Belastungsschwerpunkten (Beispiel Ruhr) muss zukünftig die Möglichkeit ordnungsrechtlichen Handelns ermöglicht werden. Dazu soll eine Vollzugshilfe zur Umsetzung der Obererflächengewässerverordnung erarbeitet werden. Von besonderer Bedeutung ist, dass in Nordrhein-Westfalen im Gegensatz zu allen anderen Bundesländern ein sehr hoher Anteil des Trinkwassers aus Uferfiltrat gewonnen wird. Die Belastung der Fließgewässer mit organischen Spurenstoffen, die mehrheitlich aus kommunalen Abwassereinleitungen stammen, ist deshalb trinkwasserrelevant. Insbesondere bei den Kläranlagen, die sich im Einzugsgebiet von Trinkwassergewinnungsanlagen befinden, ist die Ertüchtigung zur Mikroschadstoffelimination zu prüfen.

Ein Maßnahmenschwerpunkt stellt die Ertüchtigung vorhandener Flockungsfiltrationsanlagen dar. In Nordrhein-Westfalen sind 88 Flockungsfilter in Betrieb, an denen rund ein Drittel der angeschlossenen EW der 645 Kläranlagen(mit 27.815.982 ang. EW, Stand 31.12.2010) in Nordrhein-Westfalen angeschlossen sind. Diese Anlagen sind großenteils 20 Jahre und älter. Sie sind betriebswirtschaftlich weitestgehend abgeschrieben. Sie wurden zur weitergehenden Phosphorelimination errichtet. Nach dem Rückgang des Phosphateintrags ins Abwasser (Phosphatfreie Waschmittel) ist der Betrieb der Flockungsfiltrationsanlagen zur Einhaltung der wasserrechtlichen Einleitungserlaubnisse nicht mehr erforderlich. Die Ertüchtigung dieser Filtrationsanlagen zur Mikroschadstoffelimination muss bei den anstehenden neuen Genehmigungen das Ziel sein. Einen weiteren Maßnahmenschwerpunkt stellen die Kläranlagen dar, in denen Abfälle in den vorhandenen Faultürmen mitbehandelt werden (Co-Fermentation). Bei den mitbehandelten Abfällen handelt es sich zum Beispiel um Fette von Fettabscheidern.

Die grundsätzlich aus energetischer Sicht wünschenswerte Co-Fermentation bzw. Biogasproduktion darf nicht dazu führen, dass zusätzlich Mikroschadstoffe in die Gewässer gelangen. Entsprechende Kläranlagen sollten deshalb zur Mikroschadstoffelimination ertüchtigt werden. Inzwischen sind die Planungen für eine Reihe von Kläranlagen soweit fortgeschritten bzw. abgeschlossen, dass im Jahr 2011 die ersten kommunalen Kläranlagen mit einer zusätzlichen Verfahrensstufe zur Elimination von organischen Spurenstoffen in Betrieb genommen wurden bzw. noch hinzukommen.


Niederschlagswassereinleitungen und diffuse Einträge

Der Eintrag anthropogener Mikroschadstoffe durch Niederschlagswassereinleitungen ist weniger relevant. Durch eine Anpassung der Niederschlagswasserbehandlung andie allgemein anerkannten Regeln der Technik wird eine deutliche Reduzierung dieses Eintragspfades erreicht werden. Diese Anpassung erfolgt im Zuge der Umsetzung des Maßnahmenprogramms gemäß Wasserrahmenrichtlinie. Diffuse Einträge von anthropogenen Spurenstoffen sind vorwiegend auf die Verwendung von Wirtschaftsdüngern und den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zurückzuführen. Wirtschaftsdünger enthalten Mikroschadstoffe wie zum Beispiel Tierarzneimittel oder auch natürliche Hormone, die in entsprechenden Konzentrationen gewässerrelevant sind.

Durch Auswaschung oder Erosion gelangen die Mikroschadstoffe in den Wasserkreislauf. Im Zuge der Umsetzung des Maßnahmenprogramms nach WRRL werden Minderungsmaßnahmen durchgeführt. Mikroverunreinigungen sind ein wichtiges Thema, dessen Bedeutung durch die weitere Entwicklung von Chemikalien und der Zunahme des Gebrauchs von Arzneimitteln in einer alternden Bevölkerung größer werden wird.


Forschung und Entwicklung

Unabhängig von der technischen Umsetzbarkeit großtechnischer Maßnahmen zur Mikroschadstoffelimination und der Notwendigkeit, entsprechende Maßnahmen jetzt umzusetzen, wird das Land Nordrhein-Westfalen auch weiterhin Forschungsprojekte initiieren, die die Untersuchung der Verbesserung der Erfassung von Mikroschadstoffen, der Erstellung von Konzepten und der Elimination von Mikroschadstoffen zum Inhalt haben. Im Frühjahr 2011 wurden erste Ergebnisse im Fachgespräch der Öffentlichkeit zu folgenden laufenden Vorhaben präsentiert

  • Eintragspotenzial von Industriechemikalien durch Industriebetriebe am Beispiel des Eintragsgebietes der Ruhr
  • Analyse der Eliminations-/Vermeidungsmöglichkeiten von Industriechemikalien in Industriebetrieben
  • Analyse der Eliminationsmöglichkeiten von Arzneimitteln in den Krankenhäusern in Nordrhein-Westfalen
  • Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen, insbesondere kommunaler Flockungsfiltrationsanlagen, durch den Einsatz von Aktivkohle
  • Elimination von Arzneimittelrückständen in kommunalen Kläranlagen
  • Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen durch den Einsatz der Membrantechnik
  • Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen durch den Einsatz von Verfahren mit UV-Behandlung
  • Volkswirtschaftlicher Nutzen der Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen zur Elimination von organischen Spurenstoffen, Arzneimitteln, Industriechemikalien, bakteriologisch relevanten Keimen und Viren

Weiterführende Informationen zum Thema finden Sie in unseren Veröffentlichungen:

  • "Vom Programm Reine Ruhr zur Strategie einer nachhaltigen Verbesserung der Gewässer- und Trinkwasserqualität in Nordrhein-Westfalen" - Bericht des NRW-Umweltministeriums an den Landtag (Stand: 03. Februar 2012)
    Externer Link - öffnet in neuem Fenster PDF, 31,3 MB, extern
  • Mikrobielle Fließgewässerbelastungen durch abwassertechnische Anlagen und diffuse Einträge (Stand: Juni 2008)
    Heute stellt der Eintrag von Mikroverunreinigungen eine besondere Herausforderung für den Gewässerschutz und die Trinkwasserversorgung dar. Aufgrund der Verbesserung der chemischen Analytik konnten in den letzten Jahren und können in der Zukunft zahlreiche Stoffe, Stoffgruppen und Mikroorganismen in immer geringeren Konzentrationen im Wasser nachgewiesen werden. Hierzu hat das NRW-Umweltministerium in den letzten Jahren mehrere Forschungs- und Untersuchungsvorhaben unterstützt. Die vorliegende Veröffentlichung fasst die Ergebnisse und Schlussfolgerungen aus den Untersuchungen zusammen und ist als ein Beitrag zur Risikokommunikation im Rahmen einer vorsorgenden Risikoregulierung zu verstehen.
    PDF - Link öffnet in neuem Fenster PDF, 4,9 MB

Weitere Hinweise auf Projekte und Veröffentlichungen zum Thema:


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