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1 EIDG. TECHNISCHE HOCHSCEN Aq Eidg. Anstalt für Wasservorsc» mltae) Abwasserreinigung und Iam L< 23orl e«,-o

2 Zum Titelbild Ähnlich wie Jahresringe eines Baumes können unter besonderen Umständen auch in einem See regelmässige Jahreslagen entstehen. Die abgebildeten Sedimente stammen aus dem Soppensee, einem kleinen, glazial entstandenen See in der Gegend von Wolhusen (Kanton Luzern). Sie sind etwa 6'000 Jahre alt und ein Teil eines insgesamt 7000 Jahre umfassenden Sedimentarchivs, in welchem Signale der früher herrschenden Umweltbedingungen gespeichert wurden. Vgl. Kurzbericht "Jahresschichtung (5'000 bis 12'000 B.P.) in den Sedimenten des Soppensees" im Abschnitt 4.5 dieses Berichtes. (Foto: A. Lotter) Zur Auflockerung der Texte dieses Jahresberichtes sind für einmal keine Bilder eingestreut, sondern einige alternative Umweltbetrachtungen (in kursiver Schrift). Im einzelnen geht es - um die fremde Welt der ach so wohlgeordneten Schweiz aus der humoristischen Sicht einer ausländischen Mitarbeiterin, - um die durchorganisierte Forschungswelt im Inneren der EAWAG, - um die üblichen Umweltprobleme, aber in einer etwas ungewohnten Betrachtungsweise.

3 EAWAG Jahresbericht 1989 EIDG. TECHNISCHE HOCHSCHULEN Eidg. Anstalt für Wasserversorgung Abwasserreinigung und Gewässerschutz Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon 01 / Telef. 01 / Telex EAWA CH

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5 It.L 1. EINLEI'u'UNG ORGANISCHE UMWELTCHEMI[` c',n DER EAWAG UND DER CT HZ HAUPTBEIT27GE 3.1 Populationsdynamik in Biofilmen Simulation mit BIOSIM 3.2 Der Umgang mit Umwelt-Risiken KURZBEITRÄGE 4.1 Gewässerschutz Siedlungswasserbau Technische Prozesse Entsorgung Prozesse in Seen Prozesse in natürlichen Gewässern Methoden B. LEHRE UND AUSBILDUNG 5.1 Lehrveranstaltungen an der ETH Zürich Lehrveranstaltungen an anderen Lehrinstituten Kurse und Fachtagungen Seminare und Kolloquien an der EAWAG Gastwissenschafter 5-7 PERSONAL 6-1 RECHNUNGSWESEN 7-1 ANHANG Abgeschlossene Diplomarbeiten und Dissertationen an der ETHZ Wissenschaftliche Publikationen Kommissionstätigkeit Wichtigere Vorträge 8-9

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7 1-1 1.EINL I9 N G Besuch des ru Liehen Umtieltministers an der E. VU.G Ein Jahrzehnt ging zu Ende, nicht still und leise, sondern ein Umbruch und Aufbruch in der Welt, und vor allem im Osten von Europa. Perestroika und Demokratisierung Worte, die fast täglich Schlagzeilen machten, und noch immer machen. Und ein kleiner Ausläufer der Weltpolitik erreichte sogar die EAWAG, am 21. November 1989, in der Person von Prof. Dr. Nikolay Vorontsov seit Mitte 1989 Vorsitzender des Staatskomitees für Umweltschutz und erster parteiloser Minister der Sowjetunion. Minister Vorontsov ist Biologe. Er hat eine persönliche Beziehung zur Schweiz: Er stand über Jahre mit dem 1982 verstorbenen Zoologen Prof. Robert Matthey an der Universität Lausanne in brieflichem Kontakt. Vorontsov betrachtet Prof. Matthey als seinen Lehrer. Anlässlich seines Besuches im Seenforschungslaboratorium der EAWAG in Kastanienbaum liess sich Minister Vorontsov vor allem ü ber Probleme der Seen-Eutrophierung, über deren Zusammenhänge mit den Fischbeständen sowie über ökotoxikologische Fragestellungen orientieren (Abb. 1.1). Im Rahmen des gegenseitig sehr anregenden Besuches offerierte Minister Vorontsov auch gemeinsame schweizerisch-russische Projekte auf dem Gebiet der Seenkunde, in der Hoffnung, die Schweizer Wissenschafter könnten ihre grosse Erfahrung mit alpinen Gewässern hier einbringen. Dies soll im Rahmen eines Umweltschutz-Zusammenarbeits-Abkommens geschehen, das Minister Vorontsov und Bundesrat Cotti am 24. November 1989 in Bern unterzeichnet haben. Abb. 1.1 Prof. Nikolay Vorontsov, Umweltminister der Sowjetunion (2. von links), lässt sich von Dr. R. Müller (ganz links) im Aquarienraum des Seenforschungslaboratoriums einheimische Fische zeigen. Rechts von Minister Vorontsov: Prof. Grigory Galazy, Direktor des Baikal-Museums in Irkutsk. (Photo: AP)

8 1-2 riesuch des Zürcher KantL uj rates an d Am 18. September fand ein gesellschaftlicher Anlass des Zürcher Kantonsrates an der EAWAG statt. Die Gäste liessen sich über den sauren Regen und Nebel, über Abfallwirtschaft und Stoffhaushalt sowie über die Mikrobiologie der Abwasserreinigung orientieren. Eine kleine Demonstration auf dem Schiff zum Thema "Wie geht es dem Greifensee?" rundete den Nachmittag ab. Umwoltpi-GL Iematik Der Umweltschutz ist weiterhin geprägt durch eine enorme Dynamik der Problementwicklung. Die Schutzmassnahmen wie auch die wissenschaftliche Erkenntnisgewinnung vermochten dieser Dynamik nicht folgen. Globale Umweltprobleme Das Ausmass der menschlichen Umweltbeeinflussung, insbesondere auch im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch ist heute so gross, dass globale Naturkreisläufe beeinflusst und grossräumige Schäden verursacht werden (saurer Regen, Bodenerosion, Anreicherung von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre, Ozon-Abbau in der Stratosphäre). Die Auswirkungen dieser Veränderungen sind von ausserordentlich grosser Bedeutung für die Gefährdung der Erdatmosphäre und der Biosphäre sowie andere langfristige Entwicklungen der globalen Umweltbedingungen. Trotz teilweise weitreichenden Anstrengungen ist noch keine Trendwende zu einer gesamthaften Entschärfung der Umweltsituation absehbar. Die Grenzen des technischen Umweltschutzes sind verschiedentlich zutage getreten. Es geht nun künftig darum, das Verständnis der Vorgänge in der Natur und der ökologischen Zusammenhänge umfassend zu fördern, die Umweltverträglichkeit der menschlichen Aktivitäten systematisch zu verbessern und neue negative Entwicklungen vorsorglich zu vermeiden. Dazu müssen breit abgestützte, wissenschaftliche Unterlagen erarbeitet werden. Die Schweiz trägt eine Mitverantwortung für die globalen Umweltkonsequenzen; sie muss die weltweiten Forschungsanstrengungen mit eigenen Beiträgen unterstützen und die Ausbildung von Umweltwissenschaftern fördern. Lehrtätigkeit an der ETH Das Studium für Umweltnaturwissenschaften der ETH Zürich ist angelaufen, und mehr als 100 Studenten haben sich jedes Jahr für diese aktuelle Fachrichtung entschieden. Das Engagement vieler Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der EAWAG in der Lehre an der ETH ist damit nochmals grösser geworden. Neben den auch an anderen ETH-Abteilungen gehaltenen Vorlesungen und Übungen und der Lehrtätigkeit für das Nachdiplomstudium Siedlungswasserbau und Gewässerschutz bringt die neue Studienrichtung eine noch intensivere Zusammenarbeit zwischen EAWAG und ETH. Neuer Unterrichtspavillon der ETH Zürich Am 20. Oktober wurde die Aufrichte zum neuen Unterrichtspavillon der jungen ETHZ-Abteilung Umweltnaturwissenschaften gefeiert. Der solide Holzbau steht auf einem ehemaligen Parkplatz der EAWAG und verfügt über ein Grosslabor und einen Kurssaal mit je 24 Arbeitsplätzen sowie über 18 Diplomarbeitsplätze mit den entsprechenden Laboreinrichtungen. Der Holzbau ist Eigentum der ETHZ, und dient vor allem dem Unterricht in aquatischer Chemie, Mikrobiologie und Hydrobiologie. Auf das kommende Sommersemester ist der neue Pavillon bezugsbereit.

9 1-3 ené Scharzunbach - neuer Professor für UmwoUhemie René Schwarzenbach Auf den 1. November 1989 wurde Dr. René Scharzenbach zum ordentlichen Professor für Umweltchemie an der ETH Zürich ernannt. René Scharzenbach wurde 1945 in Erlenbach ZH geboren, wo er auch seine Schulzeit verbrachte. Nach der Matura (Typ C) an der Kantonalen Oberrealschule in Zürich studierte er Chemie an der Abteilung IV der ETHZ. Anschliessend war er Assistent am Laboratorium für organische Chemie der ETHZ. Unter der Leitung von Prof. Wilhelm Simon schloss er hier 1973 auch seine Dissertation über ein Thema des Computereinsatzes in der analytischen Chemie ab. Während eines zweijährigen Aufenthaltes am Ozeanographischen Ins titut in Woods Hole (Massachusetts, USA) lernte er die Freuden und Leiden des Arbeitens an natürlichen Sysemen.kennen. Hier wurde auch der Grundstein für eine vermehrt multidisziplinär ausgerichtete Forschungstätigkeit gelegt. Nach seiner Rückkehr aus den USA trat René Scharzenbach 1977 in die EAWAG ein, wo er sich zunächst mit Problemen der Grundwasserverschmutzung durch organische Chemikalen befasste. Seit 1983 ist er Mitglied des Leitungsgremiums der Abteilung für Multidisziplinäre Limnologische Forschung (MLF) habilitierte er sich an der ETHZ für das Gebiet der Umweltnaturwissenschaften (chemische Richtung). 1984/ 85 verbrachte er ein weiteres Jahr als Gast am Ozeanographischen Institut in Woods Hole. Dieser Aufenthalt war unter anderem der Weiterbildung auf dem Gebiet der mikrobiellen Ökologie gewidmet. Das wissenschaftliche Hauptinteresse von René Scharzenbach gilt den Prozessen, welche die Ausbreitung und das Schicksal von anthropogenen organischen Chemikalien in der Umwelt, insbesondere in Oberflächengewässern und im Untergrund bestimmen. Er schildert seine Sicht und seine Vorstellungen über die zukünftige Arbeit im Leitartikel "Organische Umweltchemie an der EAWAG und der ETHZ" im Kapitel 2 dieses Jahresberichtes. René Schwarzenbach fiel immer wieder auf durch seine gelebte Interdisziplinarität, durch seine Fragen, quer durch alle Fachrichtungen hindurch, und auch durch seine Fähigkeit, ebensolche Fragen zu beantworten. René Schwarzenbach wird trotz seiner neuen Stellung als Professor die EAWAG und insbesondere das Leitungsgremium der MLF nicht verlassen, was unserer Institution nicht nur die unterhaltsamen Auftritte an den zahlreichen hausinternen Anlässen sichern, sondern in erster Linie auch die Bindung zwischen der EAWAG und der ETHZ auf dem Gebiet der Umweltwissenschaften noch verstärken wird. Wir wünschen Herrn Prof. René Schwarzenbach in seiner neuen Tätigkeit viel Erfolg und Befriedigung. Verdankungen Wir danken dem Schweizerischen Schulrat und insbesondere seinem Präsidenten, Herrn Prof. Heinrich Ursprung, für die ständige tatkräftige und wohlwollende Unterstützung all unserer Belange. Die Beratende Kommission der EAWAG trat am 31. März und am 30. November 1989 zu je einer Sitzung zusammen. Wir danken den Mitgliedern für ihren grossen Einsatz und für das stete Interesse. Ich danke dem Stellvertretenden Direktor, Herrn Hans Rudolf Wasmer, und auch Herrn Ueli Bundi, der Herrn Wasmer während dem Weiterbildungsurlaub vertreten hat, dem Direktionsstab, den Leiterinnen und Leitern der Fachabteilungen und Fachbereiche. Ich danke auch allen anderen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern für ihre fleissige und erfolgreiche Tätigkeit. Besonders danken möchte ich auch dem Personalausschuss für die gute Zusammenarbeit und dem Vorstand und den Angestellten der Interessengemeinschaft Personalrestaurant für die tadellose und flexible Führung der Cafeteria, auch unter oft erschwerten Bedingungen. Die Redaktion des vorliegenden Jahresberichtes besorgte Herr Dr. Rudolf Koblet. Frau Lilo Schwarz führte die Reinschrift aus. Die graphischen Darstellungen - soweit sie nicht von den Autoren am PC konstru-

10 1-4 iert wurden - zeichnete Frau Heidi Bulliger. Die fotografischen Arbeiten und insbesondere die Erstellung der Reprofilme besorgte Herr Paul Schlup. Dübendorf, März 1990 Werner Stumm Widerspruch Der Mensch greift ein in die Natur, verändert, gestaltet sie nach seinem Wunsch. Doch die Natur wirkt weiter, hemmt des Menschen Werk. Naturlandschaft, Kulturlandschaft, sie beide gehorchen demselben Gesetz. Natur erhält sich selbst, geschieht, in stetem Wandel. Kulturlandschaft soll dauern, bleiben, unverändert sich selbst überlassen wird sie wieder Natur. Rudolf Koblet

11 1-5 Personelles Am 20. Februar 1989 starb Gustav Rolle an einer schweren Krankheit im 59. Lebensjahr. Von 1962 bis 1981 war er als Laborleiter und Sachbearbeiter der damaligen Abteilung Feste Abfallstoffe mit vollem Einsatz tätig. Zudem versah er während vieler Jahre das Amt des EAWAG- Koordinators für Baufragen und den technischen Dienst. Gustav Rollé Am 17. April 1989 ist auch Frau Charlotte Schenk-Herrmann nach kurzer schwerer Krankheit in ihrem 66. Lebensjahr gestorben. Frau Schenk arbeitete von 1968 bis zu ihrer Pensionierung 1984 in der Direktion und in der Abteilung Biologie als Sekretärin. Charlotte Schenk Wir werden die beiden Verstorbenen in ehrender Erinnerung behalten wurden nicht weniger als fünf langjährige, verdiente Mitarbeiter pensioniert: Ende Januar trat Herr Dr. Thomas Conrad, Sektionschef der Abteilung Chemie, in den Ruhestand. Er war während 23 Jahren an der EAWAG tätig und hat vor allem in den Bereichen Beratung und Auftragsforschung wesentliche Beiträge geliefert. Viele Industriebetriebe und staatliche Gewässerschutzstellen konnten von seiner Erfahrung mit Problemen der Reinigung gewerblicher und industrieller Abwässer profitieren. Thomas Conrad interessierte sich sehr ausgeprägt für die politischen und rechtlichen Aspekte des Umweltschutzes und er vertrat seine Meinung äusserst engagiert. Insbesondere im Bereich des Umweltrechts verfügte er über ein profundes Wissen, das im erlaubte, seine Kollegen in solchen Fragen zuverlässig zu beraten. Thomas Conrad

12 1-6 Ebenfalls per Ende Januar trat auch Herr Kurt Hauser in den Ruhestand. Herr Hauser kam 1968 als Versuchsgärtner an die damalige Müllabteilung wechselte er an den Fachbereich Fischerei in Kastanienbaum und war fortan als Technischer Mitarbeiter in der Fischzucht tätig. Herr Hauser war (und ist) weiterhin verantwortlich für die Aussenanlagen der EAWAG in Dübendorf. Kurt Hauser Herr Hansjörg Schälchli kam im Mai 1967 an die EAWAG und war als Werkstattmeister in der Versuchsstation Tüffenwies tätig. Er wirkte sowohl am Reissbrett, als auch in der Werkstatt, und fand bei der Anfertigung von technischen Geräten oft originelle Lösungen, die sich im praktischen Gebrauch immer wieder bewähren. Herr Schlächli wurde per Ende Februar 1989 pensioniert. Hansjörg Schälchli Auf Ende April 1989 verliess auch Herr Dr. Elie Eichenberger die EAWAG. Er trat 1962 in die Abteilung für Biologie ein, in der Meinung, sich um Fischereifragen zu kümmern. Aber es kam anders. Elie Eichenberger beschäftigte sich nun ausschliesslich mit Rinnenexperimenten. Es ging dabei um Fragen der organischen Verunreinigung, der Eutrophierung und der Selbstreinigung der Fliessgewässer, wobei vor allem ein Gleichgewicht zwischen Pflanzenwachstum und den Herbivoren im Vordergrund stand. Elie Eichenberger

13 1-7 Frau Rosa Arnold kam im Juni 1968 an die EAWAG und arbeitete bis zu ihrem Rücktritt Ende Juli 1989 in der Abteilung Biologie als Technische Assistentin im Laboratorium. Ihr freundliches Wesen, ihre zusverlässige und flinke Arbeit liessen sie rasch zum "Guten Geist" des Labors werden. Rosa Arnold Wir wünschen allen Pensionierten eine gute Gesundheit und viel Freude im neuen LebensabsChnitt und noch viele glückliche Lebensjahre. Herrn Prof. Werner Stumm, dem Direktor der EAWAG, wurde 1989 zweimal die Würde eines Ehrendoktors verliehen: Im April im Technion Israel Institute of Technology in Haifa, in Anerkennung seiner Beiträge zur Forschung und zu seiner Rolle als Begründer des neuen Gebietes der modernen Umwelt- und Wasserchemie; im Juni von der Northwestern Universi ty in Evanston, Illinois/USA. Das amerikanische Umweltamt (US Environmental Protection Agency) sprach den Herren Heinz Bader, Prof. Jürg Hoigné und Dr. Richard Zepp den Scientific and Technological Achievement Award 1989 für ihre Publikation Nitrate-Induced Photooxidation of Trace Organic Chemicals in Water zu. Der Spezialpreis des Seymour Cray (Schweiz) Wettbewerbs 1989 ging an Dr. Peter Reichert, Dr. Jürg Ruchti und Dr. Oskar Wanner für ihre Forschungsarbeit Simulation of the Dynamics of Mixed Culture Biofilms with BIOSIM. (Vgl. dazu den Hauptbeitrag 3.1: "Populationsdynamik in Biofilmen Simulation mit BIOSIM".) Herr Nader Al-Awadhi, Doktorand von Prof. Geoffrey Hamer, erhielt für seine Doktorarbeit The Characterization and Physiology of Some Thermotolerant and Thermophilic Solvent-Utilizing Bacteria den Otto-Jaag-Gewässerschutzpreis Herr Beat Müller, Doktorand von Frau Dr. Laura Sigg, erhielt für seine Dissertation Liber die Adsorption von Metallionen an Oberflächen aquatischer Partikel die Silberne Medaille der ETHZ zugesprochen. Im Juli 1989 ging der neunte Kurs des Nachdiplomstudiums für Siedlungswasserbau und Gewässerschutz der ETH (NDS), der von der EAWAG und der ETHZ gemeinsam gegeben wird, zu Ende. Die erfolgreichen Absolventen heissen: Christoph Bitterli Felix Boecker Gian Paul Calonder Gunnar Demoulin Norbert Demuth Joachim Hanke Hanspeter Hürlimann Franz Günther Kari Reto-Giulio Meuli Philipp Moosmann Matthias Oplatka Ulrich Spring Wir wünschen den Absolventen alles Gute für ihre weitere berufliche Laufbahn. (R. Koblet)

14 1-8 Mitglieder Beratende Kommission - Dipl. Ing. P. Baumann, Präsident, Vorsteher des Kant. Amtes für Umweltschutz, Luzern - Dr. E. Basler, E. Basler und Partner AG, Zollikon - Prof. Dr. B. Böhlen, Direktor, Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Bern - Dr. H. Chardonnes, Direktor, Ciba-Geigy AG, Basel - Dipl. Ing. B. Jost, Amt für Gewässerschutz und Wasserbau des Kantons Zürich - Prof. Th. Koller, Institut für Zellbiologie der ETH Zürich - Prof. Y. Maystre, Institut du génie de l'environnement, EPF Lausanne - Prof. Dr. A. Menth, Direktor, Paul-Scherrer-Institut, Villigen - Prof. Dr. J. Nüesch, Stellvertretender Direktor, Ciba-Geigy AG, Basel - Prof. Dr. W. Schneider, Abteilung für Chemie der ETH Zürich - Dr. H.H. Stabel, Betriebs- und Forschungslabor des Zweckverbandes Bodensee-Wasserversorgung, Überlingen-Süssenmühle (BRD) - Prof. P. Vogel, Institut de zoologie et d'écologie animale, Université de Lausanne - Prof. Dr. J. von Ah, Direktor, Forschungsanstalt für Agrikulturchemie und Umwelthygiene, Liebefeld- Bern How could I know there'd be so many rules? What's an Ausländerin to do? Not that they tell you Until it's too late Then all you hear is «'s nicht guet». lt's trouble all the time. Nothing's ever right. Everything's a crime 'Specially at night. Can't do my washing, Can't make no noise, Can't have no guests 'Cause l'm living in Switzerland. Can't do no shopping Can't tend the garden, Can't wash the car 'Cause it's Sunday in Switzerland. Privat oder reserviert Other times it's verboten. Cant't get it right They're so many rules. What can I do? l'm just an Ausländerin. l'm just an Ausländerin. Janet Hering

15 1-9 OrganigramL1 de EAWAC Technische Biologie Hamer G., Dr., Prof. Ingenieurwissenschaften Gujer W., Dr., Ing., PD Direktion Direktor Stumm W. Dr., Prof. Fischereiwissenschaften Müller R., Dr.sc.nat. Stellvertretender Direktor Chemie Chemische Analytik Wasmer H.R., dipl. Ing. * Hoigné J., Dr., Prof. Sulzberger B., Frau Dr. phil.nat. Giger W., Dr.sc.techn. Sigg L., Frau Dr.sc.nat., PD MIIHOZZEI Abfallwirtschaft und Stoffhaushalt Baccini P., Dr., Prof. Umweltphysik Stab Imboden D., Dr., Prof. Bundi U., dipl. Ing. Güttinger H., Dr.sc.nat. Perret P., Dr.phil. Multidisziplinäre Limnologische Forschung/ Erdwissenschaften (MLF) * Gächter R., Dr.sc.nat. (Biologie) Schwarzenbach R., Dr. Prof. (Chemie) Dr.sc.nat. J.Zeyer (Mikrobiologie) IMMEMME Informatik Ruchti J., Dr.sc.techn. Versuchsstation Tüffenwies und Werkstätte Burkhalter H., dipl. Ing. Institut für Gewässerschutz und Wassertechnologie (IGW) der ETH Zürich Vorsteher: Hoigné J., Dr., Prof. Wissenschaftliche, techn. u. administrative Dienste Wasmer H.R., dipl. Ing., Stellvertr. Direktor Siedlungshygiene in Entwicklungsländern (WHO Col Centre, IRCWD) -laborating Schertenleib R., dipl. Ing * Die Abteilungsleitung rotiert im Turnus Bibliothek

16 ORGANISCL UMWH!.iCHEMI i Wf.0 LAD DER ETHZ Schon seit über 15 Jahren beschäftigt sich die EAWAG mit Themen die im Zusammenhang mit Umweltbelastungen durch anthropogene organische Chemikalien stehen. Durch die Ansiedlung der neuen ETH-Professur für (organische) Umweltchemie an der EAWAG wird sich das Engagement der EAWAG auf diesem Gebiet in Zukunft noch vergrössern. Ein guter Grund, an dieser Stelle einmal einen kurzen Blick auf die generellen Fragestellungen der organischen Umweltchemie und auf die Bedürfnisse und Aufgaben der neuen Professur an der EAWAG und an der ETHZ zu werfen. Warum überhaupt organische Umweltchemie? Beim Stichwort "anthropogene organische Chemikalien" denkt man vielleicht zuerst einmal spontan an spektakuläre Chemieunfälle (Seveso, Schweizerhalle, etc.) oder an die Probleme, die gegenwärtig durch Altlasten (z.b. Sondermülldeponien, verschmutzte Böden) vielerorts auftreten. Obwohl diese Probleme eine grosse Aufmerksamkeit verdienen, sind sie doch von geringerer Bedeutung als die zunehmende chronische chemische Belastung von Gewässern, Böden und Luft als Folge des alltäglichen Gebrauchs von Chemikalien. Wie wichtig synthetische organische Chemikalien in der 2. Hälfte dieses Jahrhunderts für den Menschen geworden sind, wird eindrücklich durch Abb. 2.1 dokumentiert. Mio. Tonnen/Jahr Abb. 2.1 Entwicklung der weltweiten Produktion synthetischer organischer Stoffe seit (Quelle: UNEP 1987) Nach neueren Schätzungen der OECD sind heute rund 70'000 synthetische Chemikalien im täglichen Gebrauch. Dazu gehören natürlich eine grosse Anzahl von Verbindungen, die in pharmazeutischen und kosmetischen Produkten oder als Nahrungsmittel-Zusatzstoffe eingesetzt werden, und die im allgemeinen kaum direkt umweltbedrohend sind. Weniger bewusst ist aber vielleicht vielen von uns, wie gross die Vielfalt jener "Alltagschemikalien" ist, die wegen ihrer grossen Menge, der Art ihres Einsatzes und/oder wegen ihrer hohen Toxizität zu ernsthaften Umweltbelastungen führen können. Zu diesen Alltagschemikalien gehören beispielsweise Komponenten von Wasch- und Reinigungsmittel, Lösemittel, Materialschutzmittel, Farben und Lacke, Additive in Kunststoffen und Textilien, Bauchemikalien, Herbizide, Insektizide, Fungizide, etc., etc.. Es ist wohl etwas beunruhigend, dass es heute kaum eine öffentliche oder private Stelle gibt, die national oder international noch einen systematischen Überblick darüber hat, welche Chemikalien wo und, vor allem, in welchen Mengen eingesetzt werden. Auch ist in vielen Fällen nur lückenhaft bekannt, was für Substanzen als Nebenprodukte oder Abfallprodukte bei der Herstellung

17 2-2 und dem Einsatz von Chemikalien in die Umwelt gelangen. Eine der Herausforderungen der kommenden Jahre und Jahrzehnte wird es deshalb sein, diejenigen "Alltagschemikalien" zu identifizieren, die ökologisch und/oder humantoxikologisch bedenklich sind, und diese Chemikalien entweder durch weniger bedenkliche Verbindungen zu ersetzen, oder aber alternative Lösungen für ein gegebenes Problem zu finden. Die Bewältigung dieser und anderer sich im Zusammenhang mit organischen Umweltchemikalien stellenden Aufgaben bedingt jedoch eingehende Kenntnisse über das Verhalten und die Wirkungen solcher Verbindungen in natürlichen und technischen Systemen, und verlangt, dass genügend Fachleute zur Verfügung stehen. Beides ist heute leider immer noch nur in sehr beschränktem Masse vorhanden. Die allgemeine Thematik der organischen Umweltchemie Bei der Abschätzung der ökologischen "Bedenklichkeit" von anthropogenen organischen Chemikalien stehen vor allem zwei Aspekte im Vordergrund: (1) Die Evaluation des Eintrags, der Verteilung, der Transformation(en) und der Senken einer Verbindung in der Umwelt "(Expositionsanalyse"), und (2) das Feststellen und die Bewertung der Wirkungen der Verbindung, besonders auf Ökosysteme und auf die menschliche Gesundheit. Der erste Aspekt bildet das Hauptthema der organischen Umweltchemie. Abb. 2.2 zeigt schematisch das Vorgehen bei der Evaluation des Umweltverhaltens von organischen Verbindungen. Das Schema gibt gleichzeitig auch eine grobe Übersicht über die hauptsächlichsten Themenkreise und Arbeitsgebiete der organischen Umweltchemie. CHEMISCHE VERBINDUNG "VERSTEHEN UND QUANT FIZIEREN VON INTERAKTIONEN AUF MOLEKULARER EBENE" BESTIMMUNG PHYSIKALISCH-CHEMISCHER EIGENSCHAFTEN UND SUBSTANZSPEZIFISCHER REAKTIVITÄTEN "MOLEKULARES" SYSTEM "UMWELTFAKTOREN" (T, ph, I, REDOXBEDINGUNGEN. DOC, POC, LICHTINTENSITÄT, MIKROB. AKTIVITÄT, ETC.) "MAKROSKOPISCHES" SYSTEM "QUANTIFIZIEREN EINZELNER PROZESSE IN EINEM GEGEBENEN UMWELTSYSTEM" (WASSER/LUFT-AUSTAUSCH; SORPTION/ DESORPTION; BIOAKKUMULATION; CHEMISCHE-, PHOTOCHEMISCHE- UND BIOLOGISCHE TRANS- FORMATION, ETC.) (TRANSPORT- UND MISCHUNGS- PROZESSE, PARTIKELDYNAMIK; ETC.) L _ "INTEGRATION" "BESCHREIBEN DER DYNAMIK EINER CHEMISCHEN VERBINDUNG IN EINEM GEGEBENEN UMWELTSYSTEM" MATHEMATISCHE MODELLE; FELDUNTERSUCHUNGEN Abb. 2.2 Schematische Darstellung des Vorgehens bei der Evaluation des Umweltverhaltens von anthropogenen organischen Verbindungen

18 2-3 Verstehen und Beschreiben von molekularen Interaktionen Auf der molekularen Ebene beschäftigt sich die organische Umweltchemie einerseits mit dem Studium von Phasentransferprozessen (z.b. Verdampfungs- und Kondensationsprozesse, Lösungsprozesse, Luft/ Wasser- Austausch, Verteilungen zwischen wässrigen und organischen Phasen, Sorptionsprozesse, etc.) und andererseits mit der Untersuchung von chemischen, photochemischen und biologischen Transformationsreaktionen. Ziel solcher Studien, welche im allgemeinen in möglichst gut definierten Modellsystemen im Laboratorium durchgeführt werden, ist es, die molekularen Interaktionen, die einen bestimmten Prozess bestimmen, besser zu verstehen und zu quantifizieren. Wichtige Aspekte bilden dabei die Identifikation der für einen Prozess relevanten Substanzeigenschaften und "Umweltfaktoren", und die Herleitung von Struktur- Verhaltensbeziehungen. Die Themenkreise mit der sich die organische UmweltChemie auf der molekularen Ebene beschäftigt, überlappen stark mit Arbeitsgebieten klassischer Disziplinen, wie z.b. der organischen Chemie, der physikalischen Chemie, der Biochemie und der Mikrobiologie. Dementsprechend ist auch eine enge Zusammenarbeit der organischen Umweltchemie mit diesen Disziplinen äusserst wünschenswert. Quantifizieren und Modellieren in makroskopischen Umweltsystemen Eine sehr wichtige Aufgabe der organischen Umweltchemie besteht darin, die grundlegenden (molekularen) Kenntnisse über einen gegebenen Prozess auf ein makroskopisches Umweltsystem zu übertragen, und Konzepte für die Quantifizierung des Prozesses in einem solchen System zu erarbeiten. Dies verlangt u.a. die Quantifizierung der für einen Prozess relevanten "Umweltfaktoren", eine Aufgabe die oft sehr schwierig und manchmal auch nur teilweise lösbar ist. Beispiele von "Umweltfaktoren" deren Quantifizierung im allgemeinen grosse Mühe bereitet sind die Art und Menge von festen Oberflächen in einem System, die Konzentrationen reaktiver Photooxidantien in der Atmosphäre und in Oberflächengewässern, die Konzentrationen natürlich vorkommender Reduktanten in anaeroben Grundwasserleitern und Sedimenten, und, vor allem, die mikrobiellen Aktivitäten in einem gegebenen natürlichen System. Für die Abschätzung der räumlichen und zeitlichen Variationen solcher "Umweltfaktoren" ist die organische Umweltchemie auf die Hilfe der aquatische Chemie, der Geochemie, der Bodenchemie, der Atmosphärenchemie, der Geologie und/oder der mikrobiellen Ökologie angewiesen. In einem letzten Schritt müssen dann (wie am Beispiel eines Sees in Abb. 2.3 illustriert) alle für das Verhalten und das Schicksal einer organischen Substanz relevanten Prozesse (inklusive Transport- und Mischungsprozesse) integriert werden, um so das Verhalten der Verbindung (und ihrer eventuellen Transformationsprodukte) in einem gegebenen natürlichen oder technischen System beschreiben zu können. Insbesonders für diese Aufgabe sind mathematische Modelle notwendig. Diese bilden auch wichtige Instrumente für die Interpretation von Felddaten, zur Planung von Felduntersuchungen und für die Bestimmung von in-situ Reaktionsraten (z.b. für biologische Prozesse) aus Felddaten. Auf diesem Gebiet ist für die organische Umweltchemie eine Zusammenarbeit mit der Informatik, der Umweltphysik, und den Ingenieurwissenschaften notwendig. Die Bedeutung der Analytik Jede Untersuchung über das Umweltverhalten organischer Chemikalien setzt voraus, dass das System analytisch erfasst und beschrieben werden kann. Dies bedingt unter anderem, dass einzelne chemische Spezies selektiv und mit grosser Empfindlichkeit exakt gemessen werden können, was in vielen Fällen extrem hohe Anforderungen an die Analytik stellt. Dabei geht es einerseits um die qualitative und quantitative Bestimmung organischer Einzelstoffe und andererseits um die Charakterisierung des chemischen "Milieus" (der chemischen "Umweltfaktoren") in einem System. Dementsprechend ist nicht nur die organische sondern auch die anorganische Analytik ein wichtiger Partner für die organische Umweltchemie. Auf dem Gebiet der organischen Analytik wurden in den letzten Jahren grosse Fortschritte bezüglich der Erfassung von polaren und schwerflüchtigen organischen Verbindungen gemacht. Vor allem durch Neu- und Weiterentwicklungen auf den Gebieten der Chromatographie und der Massenspektrometrie wird es in Zukunft möglich sein, das Umweltverhalten eines viel breiteren Spektrums von Umweltchemikalien zu untersuchen. Dies eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Identifikation polarer Transforma tions- bzw. Abbauprodukte, und dementsprechend für das Studium von chemischen und biologischen Transformationsbzw. Abbauwegen.

19 2-4 ATMOSPHÄRE direkte + indirekte Input Photolyse Zuflüsse, Abschwemmungen, Luft/Wasser nasse + trockene hi Kläranlageneinläufe/ etc. Austausch Deposition (Gasaustausch) 4/ A B+C f Export durch Abfluss A D+E+...;.:^.Sorption g.. 4 chem.+biol. Transform. I vertikale und horizontale Durchmischung Ô + ~ É ô.g Q Û Austausch an der Sediment/Wasser- Grenzfläche (Diffusion, Resuspension) SEDIMENTE Abb. 23 Prozesse die bei der Modellierung des dynamischen Verhaltens einer anthropogenen organischen Verbindung in einem See berücksichtigt werden müssen. Neue Lehraufgaben an der ETHZ Durch die Einführung der neuen Studiengänge für Umweltnaturwissenschaften und Umweltingenieure an der ETHZ ergeben sich auch für die organische Umweltchemie neue Lehraufgaben: Im Zentrum stehen dabei Lehrveranstaltungen für Umweltnaturwissenschafter(innen) der Fachvertiefungen "Chemie" und "Chemie-Mikrobiologie". In einer 3-semestrigen Vorlesung (Organische Umweltchemie I III) sollen den Studierenden die Grundlagen und Konzepte der organischen Umweltchemie, wie sie oben skizziert worden sind, vermittelt werden. Dabei soll vor allem das Verständnis für die molekularen Interaktionen gefördert werden, die das Verhalten und die Reaktivität anthropogener organischer Chemikalien in der Umwelt bestimmen. Daneben sollen aber auch Aspekte der Modellierung der Dynamik solcher Verbindungen in Umweltsystemen nicht zu kurz kommen. Durch die Einflechtung aktueller Fallbeispiele im Unterricht soll eine möglichst praxisorientierte Ausbildung erreicht werden. Im Rahmen von Diplom- und Doktorarbeiten besteht auch die Möglichkeit, sich auf dem Gebiet der organischen Umweltchemie weiter zu vertiefen. Neben den eben erwähnten Lehrveranstaltungen sind gegenwärtig auch noch zwei weitere 1-semestrige Vorlesungen mit organisch-umweltchemischen Inhalten vorgesehen, die sich vor allem an "Nicht-Chemiker" richten. Diese Lehrveranstaltungen, die einerseits im Rahmen der Umweltnaturwissenschaften, und andererseits als Bestandteil der Chemie für Umweltingenieure angeboten werden, sollen einen Überblick über die wichtigsten Probleme und Konzepte der organischen Umweltchemie vermitteln, wobei hier auch auf analytische Aspekte eingegangen werden soll. Es ist durchaus denkbar (und auch wünschenswert), dass diese Vorlesungen auch von Studierenden anderer Studiengänge (inkl. Nachdiplomstudiengänge), oder aber auch durch Leute aus der Praxis besucht werden können. Die EAWAG als ideale Stätte für die Professur für (organische) Umweltchemie Aus dem bisher Gesagten ist ersichtlich, dass die organische Umweltchemie auf Zusammenarbeit mit verschiedenen anderen Disziplinen angewiesen ist. Für die Durchführung von Forschungsprojekten, für die Lehre und für die Beratung bietet die EAWAG der organischen Umweltchemie in mehrfacher Hinsicht optimale Randbedingungen. Einmal gibt es an der EAWAG schon mehrere Gruppen, die sich intensiv mit

20 2-5 verschiedenen umweltchemischen und umweltanalytischen Fragestellungen beschäftigen, und die so eine "kritische (umweltchemische) Masse" bilden. Im Weiteren sind durch das Vorhandensein zahlreicher Gruppierungen anderer Disziplinen (Biologie, Mikrobiologie, Physik, Informatik, Ingenieurwissenschaften), und nicht zuletzt auch wegen der überschaubaren Grösse der EAWAG, ideale Voraussetzungen für multidisziplinäres Zusammenarbeiten gegeben. Schliesslich bietet die EAWAG dank ihrer personellen und apparativen Infrastruktur optimale Möglichkeiten, grössere Projekte, insbesonders auch umfangreichere Felduntersuchungen, durchzuführen. Und noch ein wichtiger Punkt: Der enge Kontakt zur Praxis erleichtert es den an der EAWAG tätigen Hochschuldozenten, aktuelle und praxisrelevante Aspekte in ihrem Unterricht einzubringen. Aber was bedeuted die neue Professur für die EAWAG? Mit jeder ETH-Professur, die neu and der EAWAG angesiedelt wird, nimmt das Engagement der EAWAG an der Hochschule zu. Dies hat zweifellos viele positive Auswirkungen, wirft aber auch einige kritische Fragen bezüglich der zukünftigen Entwicklung der EAWAG auf. Im Zentrum steht dabei eine gewisse Besorgnis, dass die EAWAG plötzlich vor lauter Lehrverpflichtungen ihren (lebenswichtigen) Aufgaben in Forschung und Beratung nicht mehr voll nachkommen, und/oder dass es zu einer gewissen Spaltung zwischen den vorwiegend hochschulorientierten Gruppierungen und dem restlichen Teil der EAWAG kommen könnte. Angesichts der gegenwärtigen rasanten Entwicklungen auf dem Gebiet der Umweltwissenschaften an der ETHZ, und der starken Involvierung der EAWAG in den entsprechenden Studiengängen, wäre es sicher falsch, die Augen vor diesen Problemen zu verschliessen. Um das kostbare Gefäss EAWAG nicht zu gefährden, muss deshalb angestrebt werden, neu an der EAWAG angesiedelte Professuren so zu integrieren, dass auch die EAWAG als Ganzes einen Nutzen davon hat. Dies bedingt, dass die Professoren und ihre ETH-Mitarbeiter gewillt sind, neben ihrem "ETH-Hut" auch einen "EAWAG-Hut" zu tragen. Die neue Professur für (organische) Umweltchemie wird ihren Platz innerhalb der Abteilung für multidisziplinäre limnologische Forschung (MLF) haben, und sich auch an der Leitung dieser Abteilung beteiligen. Die MLF, die ihre hauptsächliche Infrastruktur am Seenforschungslaboratorium in Kastanienbaum hat, wird durch eine zusätzliche organisch-chemisch orientierte Gruppe mit Domizil an der EAWAG in Dübendorf erweitert werden. Eines der Anliegen dieser Gruppe wird es sein, eine Zusammenarbeit mit den anderen chemischen Gruppierungen der EAWAG aufzubauen, um so einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Chemie an der EAWAG zu leisten. (R. Schwarzenbach)