Ökologische Gewässerdefizite durch den Eintrag von Arzneimitteln und Mikroschadstoffen

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1 Ökologische Gewässerdefizite durch den Eintrag von Arzneimitteln und Mikroschadstoffen Jörg Oehlmann Goethe-Universität Frankfurt am Main, Abt. Aquatische Ökotoxikologie,

2 Übersicht zum Vortrag Ökologische Gewässerdefizite Ausmaß und Ursachen Bedeutung von Abwassereinträgen und Mikroschadstoffen Fallbeispiele: Arzneimittelwirkstoff Carbamazepin und seine Metabolite Umwelthormon Bisphenol A TITAN als freilandbasierter Ansatz zur Wirkschwellenermittlung Fazit 2

3 Ökologische Gewässerdefizite Ausmaß und Ursachen Quelle: Berichtportal WasserBlick Umweltbundesamt: Im Jahr 2015 werden 10 Prozent der deutschen Bäche und Flüsse in einen guten oder sehr guten ökologischen Zustand [ ] eingestuft. Ursachen: strukturelle Gewässerdefizite (Ausbau) Umlandnutzung Stoffliche Einträge, einschließlich Arzneimittel und Mikroschadstoffe Dr. Andrea Sundermann, Senckenberg 3

4 Wirksamkeit von Renaturierungsprojekten* Nidda bei Bad Vilbel Keine signifikanten Verbesserungen des Makrozoobenthos im Gewässer, geringe Effekte bei Fischen und Höheren Pflanzen Keine Verbesserungen des ökologischen Zustands gemäß Wasserrahmenrichtlinie; in keinem Fall wurde der gute Zustand erreicht * Angaben basieren auf 58 bundesweit untersuchten Renaturierungsprojekten: Sundermann et al., Senckenberg Wiederbesiedlung? 4

5 Ökosystem als Schutzziel Abwasserbelastung deutscher Oberflächengewässer: 10,5 Mrd. m³/a 5

6 Abwasser und Mikroschadstoffe Abwasser enthält mehrere Substanzen Vor allem polare bis mittelpolare Schadstoffe werden in Kläranlagen oft nicht eliminiert Mikroschadstoffe mit besonderer Bedeutung: hohe biologische Aktivität, deshalb Effekte im µg/l-bereich und darunter, verstärkt durch die Cocktail- und Metaboliten-Problematik Beispiele: Inhaltsstoffe aus Arzneimitteln, Industriechemikalien, Pflanzenschutz- und Körperpflegemitteln 6

7 S EPT -Taxa Ökosystemare Auswirkungen des Abwassereintrags Verlust empfindlicher Makrozoobenthos-Gruppen: r s = 0,764 n = 26 Stationen p < 0,001 E = Ephemoptera, Eintagsfliegen P = Plecoptera, Steinfliegen PCA, Faktor A: Konzentration von 11 Spurenschadstoffen und Abwasseranteil T = Trichoptera, Köcherfliegen Stalter et al. (2013): PLoS ONE 8 (4), e

8 Kiemenschnecken [Ind./m²] Ökosystemare Auswirkungen des Abwassereintrags (Forts.) korreliert mit Exposition gegenüber endokrin wirksamen Mikroschadstoffen, z.b. in Elbe-Sedimenten: Vermännlichung weiblicher Netzreusenschnecken Oehlmann et al. (2007): Ecotoxicology 16,

9 Verbrauchsmengen Humanpharmaka* Gesamtverbrauch Deutschland 2000: t für Wirkstoffe Verbrauchsmengen ausgewählter Wirkstoffgruppen in 2009: Verbrauch [t] Differenz zu 2002 [%] Analgetika Antidiabetika Antibiotika Röntgenkontrastmittel Antiepileptika Betablocker * Daten aus Bergmann et al. (2011): UBA-Texte 66/2011 9

10 Fallbeispiel 1: Carbamazepin (CBZ) Anwendung: Antiepileptikum Depressionstherapeutikum Opiat- und Alkoholentzug Jährliche Verschreibungsmenge in 2009: 60 t Umweltverhalten: im gereinigten Abwasser bis 6,3 µg/l in Oberflächengewässern bis 0,1 µg/l in Sedimenten bis 49 µg/kg Elimination in Kläranlagen: weniger als 7% 10

11 Populationswachstumsrate [d -1 ] CBZ-Effekte bei Zuckmücken (Chironomus riparius) Erhöhte Larvensterblichkeit, verlängerte Entwicklungsdauer und Populationszusammenbruch: K Carbamazepin [mg/kg] Heye et al. (2016): Water Res. 98,

12 Humanmetabolismus von CBZ Substanz KA-Zulauf [µg/l] KA-Ablauf [µg/l] CBZ 1,9 2,0 EP-CBZ 0,059 0,087 DiOH-CBZ 4,0 3,4 Heye et al. (2016): Water Res. 98,

13 Mortality [%] Effekte von CBZ und seiner Metabolite bei Zuckmücken Mortalität der Larven bei CBZ, EP-CBZ und DiOH-CBZ: 100 CBZ EP-CBZ 75 DiOH-CBZ LC 50 (95% KI) [mg/kg] 50 CBZ 1,11 (0,906-1,36) EP-CBZ 0,203 (0,181-0,228) 25 DiOH-CBZ 0 C 1 10 Concentration [mg/kg] TWM Risikoquotient für CBZ: 8,5 EP-CBZ: 3,1 Heye et al. (2016): Water Res. 98,

14 Fallbeispiel 2: Bisphenol A (BPA) Jahresverbrauch in Deutschland: t Einsatzbereiche (Auswahl) Polycarbonat- und Epoxidharzherstellung Zusatz in Kunststoffen und Hydraulikflüssigkeiten Reifenherstellung Thermopapiere Dentalfüllungen Konzentrationen in deutschen Fließgewässern: maximal ng/l Mw: 53,5 ng/l; Median: 22,4 ng/l (n = 1672) 14

15 BPA-Effekte bei Apfelschnecken (Marisa cornuarietis) "Superweibchen" mit vergrößerten Geschlechtsdrüsen, Eileitermissbildungen und erhöhter Ei- und Gelegebildung: Eiweißdrüse NOEC: 8 ng/l Kontrolle Kapseldrüse BPAexponiert NOEC in Standardtests mit: Fischen: 16 µg/l Wirbellosen: 5 µg/l Oehlmann et al. (2006): EHP 114,

16 TITAN Ableitung von Wirkschwellen aus Monitoringdaten TITAN = Threshold Indicator Taxa Analysis Verwendung von Monitoringdaten aus 9 Bundesländern: Biologie und Chemie: Mittelwert (im gleichen oder Vorjahr der Makrozoobenthosprobe) 4 chemische Messungen pro Messstelle und Jahr 350 Substanzen: an mindestens 100 Messstellen analysiert 40% der Messungen > Bestimmungsgrenze Berger et al. (2016): Sci. Total Environ. 544,

17 TITAN Anwendungsbeispiel * * Berger et al. (2016): Sci. Total Environ. 544, Bestimmung kritischer Konzentrationen mittels TITAN (R-Skript): Identifiziert abrupte Abundanzveränderungen einer Art Ergebnis: Schwellenwert (SW) ± Konfidenzintervall 17

18 TITAN Anwendungsbeispiel * * Berger et al. (2016): Sci. Total Environ. 544, Analyse für 25 Substanzen, CBZ und BPA als Beispiele: Ableitung von Schwellenwerten auf Basis von Freilanddaten Stoff Messst. (>BG) Mw [ng/l] Max. [ng/l] No. Taxa % SW SW [ng/l] UQN [ng/l] CBZ 220 (55%) 76, <BG BPA 214 (70%) 53, <BG 72,

19 Fazit Eintrag von Arzneimitteln und Mikroschadstoffen führt zu ökologischen Gewässerdefiziten Ohne eine Reduzierung dieses Eintrags werden die Zielvorgaben der Wasserrahmenrichtlinie für die Gewässer nicht erreicht werden Klassisch abgeleitete Umweltqualitätsnormen (UQN) sind nicht notwendigerweise protektiv für die Lebensgemeinschaften im Freiland TITAN-Analysen oder andere Ansätze, die vorhandene Monitoringdaten nutzen, sind eine vielversprechende Alternative 19

20 Vielen Dank den MitarbeiterInnen der Abteilung Aquatische Ökotoxikologie und allen NiddaMan-Projektpartnern für die finanzielle Förderung: EU-Kommission Umweltbundesamt BMBF (Projekt NiddaMan, FKZ 02WRM1367) und... 20

21 ... Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit! 21