Leitfaden Indikatoren. Querschnittsthema Chemische Indikatoren im anthropogen beeinflussten Wasserkreislauf. Prof. Dr.

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1 Querschnittsthema Chemische Indikatoren im anthropogen beeinflussten Wasserkreislauf Prof. Dr. Martin Jekel 2. RiSKWa Statusseminar September 2013 Gefördert vom Leitfaden Indikatoren Dr. Axel Bergmann, IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser; Prof. Dr. Wolfgang Dott, RWTH Aachen, Universitätsklinikum Aachen; Dr. Uwe Dünnbier, Berliner Wasserbetriebe; Dr. Regina Gnirß, Berliner Wasserbetriebe; Dr.-Ing. Fr. Haist-Gulde, DVGW-Technologiezentrum Wasser TZW, Karlsruhe; Prof. Dr. Gerd Hamscher, Justus-Liebig Universität Gießen; Prof. Dr. Martin Jekel, TU Berlin, Innovationszentrum "Wasser in Ballungsräumen"; Dr. Marion Letzel, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Wielenbach; Dr. Tobias Licha, Geowissenschaftliches Zentrum der Universität Göttingen; Dr.-Ing. Sven Lyko, Emschergenossenschaft und Lippeverband; Dr. Ulf Miehe, Kompetenzzentrum WasserBerlin ggmbh; Prof. Dr. Thorsten Reemtsma, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH UFZ, Leipzig; Dr. Frank Sacher, DVGW-Technologiezentrum Wasser TZW, Karlsruhe; Dr. Marco Scheurer, DVGW-Technologiezentrum Wasser TZW, Karlsruhe; Dr. Carsten Schmidt, RheinEnergie AG, Köln;

2 Absicht des Leitfadens Mit Hilfe der Indikatoren sollten insbesondere anthropogene Veränderungen der Wasserqualität erkennbar sein, sowie natürliche Prozesse und technische Aufbereitungsverfahren überwacht und gesteuert werden können. Diese Indikatoren dienen nicht der Bewertung der Wasserqualität. Mögliche Anwender sind die Bearbeiter in den Verbundvorhaben des RiSKWa Programms und in Vorhaben in den Bundesländern zu Spurenstoffen, Fachbehörden, Forschungseinrichtungen, Wasserlabors und Ingenieurfirmen. Vorarbeiten DECHEMA Gruppe (Ltg. W. Dott)

3 Kriterien für Indikatoren Dauerhaft und deutlich über Bestimmungsgrenze vorhanden Vertretbare analytische Methoden sind verfügbar Emissionsquellen sind weitgehend bekannt, möglichst konstant Möglichst hohe chemische und biologische Persistenz, aber im Einzelfall auch gut abbaubar Verhalten in natürlichen Wasserkompartimenten ist ausreichend bekannt Entfernbarkeit mit technischen Aufbereitungsstufen gut untersucht Auswahl enthält keine öko und humantoxikologische Kriterien Auswahl Es gibt keinen Satz von gleichen Indikatoren für alle Funktionen An erster Stelle steht die Funktionsbeschreibung, dafür wird ein begrenzter Satz von Indikatoren (3 5) abgeleitet Diese Indikatoren stehen stellvertretend auch für andere Stoffe, die sich ähnlich in den Funktionen verhalten Es wird versucht, möglichst gleiche Indikatoren für unterschiedliche Funktionen zu definieren

4 Häusliches Abwasser Indikator für häusliches Abwasser im Wasserkreislauf: Acesulfam (künstl. Süßstoff), mit hohen Emissionen und im Wasserkreislauf sehr persistent Andere Vertreter: Bor, EDTA, Carbamazepin, Benzotriazol Beispiel Berliner Klärwerke: Acesulfam und Benzotriazol Vergleich der Klärwerke µg/l Acesulfam n=13 27 µg/l Benzotriazol n= KW Münchehofe KW Ruhleben KW Waßmannsdorf KW Schönerlinde KW Münchehofe KW Ruhleben KW Waßmannsdorf KW Schönerlinde Hier ist Benzotriazol wohl eher geeignet

5 Emissionen aus Siedlungsflächen Mecoprop: Biozid aus dem Fassadenschutz Kann sehr variieren, jedoch fallweise hohe Konzentrationen, persistent in Kläranlagen und in der Untergrundpassage. Vorarbeiten in der Schweiz. Intensive Tierhaltung Substanzklasse Indikator Beispiele für andere Spurenstoffe Sulfonamide Sulfadiazin Sulfachloropyridazin Sufamethazin Sulfadiazin (Sulfamethoxazol)* Sulfadimethoxin Sulfaguanidin Sulfamerazin Sulfamethazin Sulfamethoxypyridazin Sulfapyridin Sulfathiazol Pro hohe Persistenz, spezifisch für Tier haltung, bereits nachgewiesen *spezifisch mit Einschränkung

6 Anbau von Pflanzen Kultur Indikator Zugehöriges PSM Weitere Indikatoren Weizen Chlorthalonil Metabolit Chlorthalonil (Fungizid) Trifloxystrobin Metabolit NOA R Mais Metolachlor ESA (CGA = CGA ) S Metolachlor (Herbizid) Metolachlor Metabolit NOA oder Metolachlor OXA (CGA51202 = CGA ); Terbuthylazine 2 hydroxy (MT13) oder Terbuthylazin Metabolit CGA Raps, Ölsaaten Metazachlor ESA (BH 479 8) Metazachlor (Herbizid) Metazachlor OXA (BH 479 4); Dimethachlor Metabolit CGA369873; Quinmerac Metabolit BH Rüben (Zucker R., Futter R.) Desphenylchloridazon (Metabolit B) Chloridazon (Herbizid) Methyldesphenylchloridazon (Metabolit B1) Kartoffel Chlorthalonil Metabolit R Chlorthalonil (Fungizid) Biologische Abwasserreinigung Biologischer Abbau Indikator Weitere Stoffvertreter Unter 10 % Acesulfam Carbamazepin, EDTA, MTBE 30 80% Benzotriazol Sulfamethoxazol, Bezafibrat Nicht geeignet: Diclofenac 1 Über 95 % Ibuprofen Koffein, Bisphenol A 1 ) Die Elimination für Diclofenac variiert zwischen 0 und 80% (im Mittel 20-41%) und ist kein Indikator für die biologische Wirksamkeit einer Kläranlage.

7 Adsorbierbarkeit an Aktivkohle Adsorbierbarkeit an Aktivkohle Indikator Weitere Spurenstoffe Sehr gut bis gut Benzotriazol Carbamazepin, Diclofenac Mittel bis schlecht Acesulfam Sulfamethoxazol, Röntgenkontrastmittel, Primidon Nicht adsorbierbar EDTA 1) MTBE, ETBE 1) Messungen zu EDTA sind nicht erforderlich zur Kontrolle der Aktivkohleanwendung Entfernbarkeit von Spurenstoffen als PAK Dosis für 80 % Wirkungsgrad PAC dose for 80% removal [mg/l] WWTP effluent Schönerlinde 0

8 Ozonung Bereich Reaktionskonstante k O3 [M 1 s 1 ] bei ph 7 > 10 4 (hoch) (mittel) < 10 2 (niedrig) Indikator Carbamazepin (Diclofenac) Benzotriazol (Acesulfam) Nicht erforderlich Beispiele für andere Spurenstoffe mit vergleichbarer Reaktivität Sulfamethoxazol, Clarithromycin, Clindamycin, Estron, Ethinylestradiol, Erythromycin, iso Nonylphenol,Roxithromycin, Trimethoprim Atenolol, Bezafibrat, Isoproturon, Mecoprop, Metoprolol, Sotatol Röntgenkontrastmittel, Atrazin, Clofibrinsäure, Diuron, Ibuprofen Spezifische Zehrung [mg O 3 /mg DOC] bzw. ΔSAK 254nm [%] für > 80 % Transformation Z = ~0,3 ΔSAK 254nm = % Z = 0,7 0,8 ΔSAK 254nm = % Ozonung bei Z Soll = 0,7 mg O 3 /mg DOC

9 Untergrundpassage (UF und GWA) Abbau im Untergrund Indikator Weitere Stoffvertreter Vollständig, aerob Diclofenac Ibuprofen, Trimethoprim und alle anderen Antibiotika, Phenazon, AAA Teilweise, aerob/anoxisch Sulfamethoxazol FAA, AAA, 2,7 und 1,7 Naphthalinsulfonsäuren Teilweise, nur anaerob Kein Abbau, aerob/ anoxisch/anaerob Carbamazepin Acesulfam 1) Iodierte Röntgenkontrastmittel, AOI, Clofibrinsäure 1,5 Naphthalinsulfonsäure, EDTA, PFOA, PFOS, N,N Dimethylsulfamid, MTBE 1) Acesulfam ist ein gut geeigneter Verdünnungstracer für die Uferfiltration und Grundwasseranreicherung. Prozesse in Gewässern Prozess im Gewässer Elimination Indikator Biologischer Abbau Gut Mäßig Schlecht Sulfamethoxazol Diclofenac Carbamazepin Hydrolyse Stabil Sulfamethoxazol, Diclofenac, Carbamazepin Photolyse Schnell Mittel Langsam Diclofenac Sulfamethoxazol Carbamazepin

10 Gefördert vom Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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