Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf

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1 954 Im Visier Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf Handlungsbedarf aus Sicht der DWA-Koordinierungsgruppe Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf *) Das Thema Anthropogene Spurenstoffe betrifft die DWA mit ihrem vielfältigen Themenspektrum in zahlreichen Fachbereichen, die von den insgesamt zehn DWA-Hauptausschüs sen abgedeckt werden. Eine hauptausschussübergreifende Koordinierungsgruppe hat die Aufgabe übernommen, eine abgestimmte DWA-Meinung aus den Ergebnissen der Fachgremienarbeit zusammenzufassen. In einem ersten Schritt schließt sich die Koordinierungsgruppe dem politischen Statement der DWA-Arbeitsgruppe KA-8.1 Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf an, das in dem im Mai 2008 veröffentlichten gleichnamigen DWA-Themenband schwerpunktmäßig für die Gruppe der Arzneistoffe publiziert wurde. Einführung Die DWA hat auf Anregung der Vorsitzenden ihrer insgesamt zehn Hauptausschüsse eine Koordinierungsgruppe Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf gegründet, in der die betroffenen Hauptausschüsse vertreten sind. Die Koordinierungsgruppe sieht ihre Hauptaufgabe in der Bearbeitung dieses wichtigen *) Diese Position wurde von der DWA-Koordinierungsgruppe Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf er arbeitet, der fol gende Mitglieder angehören: Prof. F. Wolfgang Günthert (Neubiberg, Sprecher), LBD Dipl.-Ing. Arndt Boc k (An sbach), Dr.-Ing. Peter E vers (Essen), Prof. Wolfgang Firk (Düren), Dipl.- Ing. Veit Flöser ( Hannover), D r.-ing. Thomas Grünebaum (Essen), Prof. Ralf Klopp (Essen), Dipl.-Ing. agr. Rainer Könemann (Bremen), Prof. Armin K. M elsa (Viersen), RA Dr. Frank Andreas Sc hendel (B ergisch Gl adbach), Dr.- Ing. Burkhard Teichgräber (Essen) und PD Dr. Thomas T ernes (K oblenz). K ontakt in der DWA-Bundesgeschäftsstelle: Dipl.-Biol. Sabine Thaler, thaler@dwa.de Themenfeldes aus Sicht der gesamten DWA mit ihren vielfältigen inhaltlichen Ausrichtungen in den Bereichen Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall. Anthropogene Spurenstoffe sind dabei organische Stoffe wie Humanpharmaka, Industriechemikalien, Körperpflegemittel, Waschmittelinhaltsstoffe, Nahrungsmittelzusatzstoffe, Additive in der Abwasser- und Klärschlammbehandlung, Veterinärpharmaka, Pflanzenbehandlungsund Schädlingsbekämpfungsmittel sowie Futterzusatzstoffe. Die aktuelle Diskussion über diese Stoffe zeigt, dass die vielfältigen Aspekte human- und ökotoxikologischer Art, die naturwissenschaftlichen und technischen Randbedingungen und nicht zuletzt die administrativen und juristischen Optionen einer systematischen Aufarbeitung bedürfen. Auch die Fragen der Vermittlung dieses Themas an die Öffentlichkeit und die Verbraucher, deren gesundheitliche Sorgen und ästhetisches Empfinden und auch deren Sicherheitsanspruch an die Trinkwasserversorgung sind zu diskutieren sinnvollerweise auch in einer strukturierten Risikobetrachtung und einer transparenten Folgenabschätzung. Die Koordinierungsgruppe wird unter anderem die Ergebnisse der verschiedenen Gremien der DWA für den Gesamtverband sichten und zu einem Meinungsbild zusammenfassen. Die DWA-Arbeitsgruppe KA-8.1 Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf, die personengleich im Hauptausschuss III Wissenschaftliche Grundlagen der Wasserchemischen Gesellschaft Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker existiert, hat kürzlich einen DWA-Themen- Band Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf Arzneistoffe erarbeitet. Die Schlussfolgerungen dieses Themenbandes werden nachstehend als Statement der DWA-Koordinierungsgruppe veröffentlicht. Zentrale Fragestellungen Der im Mai 2008 publizierte DWA-Themenband Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf Arzneistoffe zeigt mögliche Gefährdungspotenziale, Handlungsmöglichkeiten und den Forschungsbedarf zur Vermeidung anthropogener Spurenstoffe in der aquatischen Umwelt auf und macht auf nationale und europäische Regelungs- und Gesetzeslücken, beispielsweise in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie, aufmerksam. Humanpharmaka stehen stellvertretend für die Vielfalt der Spurenstoffe im Mittelpunkt der Betrachtung. Zur vorsorglichen Vermeidung von Risiken für Mensch und Umwelt werden Maßnahmen unterschiedlichster Art vorgeschlagen, deren Verwirklichung die Belastungen des Wasserkreislaufes vom Abwasser bis hin zum Trinkwasser verringern wird. Sie reichen von der Reduzierung an den Belastungsquellen über die Abwasser reinigung bis zur Trinkwasseraufbereitung. Im Folgenden werden unter anderem folgende Fragen diskutiert und soweit wie möglich beantwortet: Gibt es Risiken für Mensch und Umwelt durch anthropogene Spurenstoffe im urbanen Wasserkreislauf? Reichen die Regelungen der Wasserrahmenrichtlinie, der Grundwasserrichtlinie und der Trinkwasserverordnung im Hinblick auf anthropogene Stoffe zum Schutz von Mensch und Umwelt aus? Welche Handlungsoptionen gibt es bei den Eintragsquellen, der Abwasserreinigung und der Aufbereitung zu Trinkwasser? Aktueller Stand der Diskussion Die oben formulierten Fragen lassen sich nach dem derzeitigen Stand der Erkenntnisse wie folgt beantworten:

2 Im Visier 955 Gibt es Risiken für Mensch und Umwelt durch anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf? Unter Berücksichtigung der aktuellen Bewertungskriterien wurde von keinem der im Wasser (Grundwasser, Trinkwasser) nachgewiesenen Stoffe ein Gesundheitsrisiko für den Menschen beschrieben. Allerdings ist die Daten lage keineswegs befriedigend, denn nur in Einzelfällen können beispielsweise Arzneimittel bzw. deren Abbauprodukte im Wasserkreislauf lückenlos gesundheitlich bewertet werden. Eine Priorisierung der vollständig zu bewertenden Stoffe erscheint auf der Grundlage von Expositionsdaten und Wirkmechanismen unerlässlich. Aus Sicht der Humantoxikologie sind bislang vier toxikologisch relevante Wirkgruppen identifiziert, deren An wesenheit gesundheitlich prinzipiell unerwünscht ist: (a) Stoffe mit hormonartigem Wirkungspotenzial, (b) Stoffe mit gentoxischer Wirkung (z. B. Zytostatika), (c) Stoffe mit immun toxischer Wirkung und (d) Stoffe mit antiinfektiver Wirkung (z. B. Antibiotika). Solange die Datenbasis unvollständig ist, werden im Trinkwasser bereich die gesundheitlichen Orientierungs werte (GOW) des Umwelt bundesamtes (UBA) für nicht oder nur teilbewertbare Stoffe mit unzureichender toxikologischer Datenlage angewendet. In diesem Konzept wird für nicht oder schwach gentoxische Stoffe eine Konzentration unterhalb des GOW 1 von 0,1 μg/l als lebenslang gesundheitlich sicher eingestuft. Für stark gentoxische Stoffe ist wegen deren hoher toxikologischer Relevanz erst ein Unterschreiten des GOW 2 von 0,01 μg/l akzeptabel. Die dauerhafte Unterschreitung beider Werte lässt auch bei späterer lückenloser Bewertung einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu streng toxikologisch abgeleiteten Werten erwarten. Aus Sicht der Ökotoxikologie beschränkt sich die Betrachtung des Wasserkreislaufs bisher auf die Bewertung chemischer Einzelstoffe und nur in Ausnahmefällen auf Stoffgemische, nimmt aber kaum Bezug zur möglichen Anwesenheit mikrobieller Kon tamina tionen, die natürlich auch Ökosysteme beeinflussen können. Die Zusammenhänge sind vor dem Hintergrund ihrer Pathogenität und der Zunahme von Multiresistenzen gegen Antibiotika zu bewerten. Einige der im Grund- und Oberflächenwasser nachgewiesenen organischen Einzelsubstanzen sind ökotoxikologisch wahrscheinlich oder nachweislich riskant. Zu ihnen gehören nicht nur endokrin wirksame Stoffe, sondern nach aktueller Erkenntnis auch diverse Einzelstoffe wie Diclofenac oder Carbamazepin. Die ökotoxikologische Bewertung von Stoffgemischen ist sehr komplex und (noch) nicht in der Lage, das Risiko, das von Summen anthropogener Umweltkontaminanten ausgehen könnte, wissenschaftlich zu beschreiben oder gar zu quantifizieren. Reichen die Regelungen der Wasserrahmenrichtlinie, der Grundwasserrichtlinie und der Trinkwasserverordnung im Hinblick auf die anthropogenen Stoffe zum Schutz von Mensch und Umwelt aus? Die Richtlinie 2000/60/EG Europäische Wasserrahmenrichtlinie wird bei konsequenter Umsetzung zu Verbesserungen der Gewässerqualität, vor allem zugunsten der aquatischen Lebensgemeinschaften führen. Deutliche Defizite weist die Europäische Wasserrahmenrichtlinie dagegen beim Verbraucherschutz auf: Bei der Ableitung der national festzulegenden Qualitätsnormen für sogenannte spezifische Stoffe in oberirdischen Gewässern verlangt die Europäische Wasserrahmenrichtlinie ausschließlich die Vermeidung ökotoxikologischer Risiken. Auch in der Grundwasserrichtlinie werden zu organischen Spurenstoffen, welche gegebenenfalls die Trinkwassergewinnung gefährden, keine Regelungen getroffen. Bei einzelnen Stoffen erfordert jedoch der Schutz des Menschen, sei es wegen vermeidbarer Trinkwasserkontamination oder wegen des Verzehrs schadstoff belasteter Fische, deutlich strengere Qualitätsnormen. Selbst bei den prioritären Stoffen, deren Qualitäts normen die EU europaweit einheitlich festlegen will, werden nach derzeitigem Diskussionsstand und im Widerspruch zu den Vorgaben der Europäische Wasserrahmenrichtlinie mögliche humantoxikologische Risiken bisher nicht hinreichend berücksichtigt. Die für den Schutz des Menschen wichtige Betrachtung der mikrobiologischen Belastung der Gewässer wurde in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie völlig ausgeklammert. Durch diese Richtlinie wird die Oberflächen wasserrichtlinie (75/440/EWG), in der hygienisch-mikro-

3 956 Im Visier bielle Qualitätsanforderungen an Oberflächenwasser für die Trinkwassergewinnung festgeschrieben waren, aufgehoben. Immer mehr Mitgliedsstaaten gehen unter dem Regime der Europäische Wasserrahmenrichtlinie bei Stoffen, die nicht schon gemäß Richtlinie 76/464/EWG mit human- und ökotoxikologisch abgeleiteten Qualitätszielen versehen sind, dazu über, andere Stoffe ausschließlich mit ökotoxikologisch abgeleiteten Qualitätszielen zu versehen. Sie tun dies mit der Begründung, die Trinkwasserqualität könne über das Aufbereitungsverfahren gesichert werden. Demnach ist, obwohl es bisher immer hieß, der aquis communautaire (der bis zur Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie erreichte Stand der Gemeinschaftsgesetzgebung) sollte durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie nicht abgesenkt werden, eine der Richtlinie 75/440/EWG vergleichbare oder gar verbesserte Regelung zum spezifischen Schutz des Trinkwassers zur Zeit (Ende 2007) nicht in Sicht. Bisher verlangt die Europäische Wasserrahmenrichtlinie in ihrem Artikel 7 nur, dass die Mitgliedsstaaten mit dem Schutz von Gewässern für die Trinkwassergewinnung sicherstellen sollen und dass das dort gewonnene Wasser (unter Berücksichtigung des angewandten Aufbereitungsverfahrens) die Anforderungen der Trinkwasser-Richtlinie 98/83/EG erfüllt. Laut Art. 4(1) der Richtlinie 98/83/ EG handelt es sich dabei aber nur um Mindestanforderungen zum Schutz der menschlichen Gesundheit. Gemäß Art. 4(2) hätten die Mitgliedsstaaten ergänzend aber auch dafür zu sorgen, dass sich die Verschmutzung der für die Trinkwassergewinnung bestimmten Gewässer nicht erhöht ( Verschlechterungsverbot ), und zwar durch Maßnahmen, die das Problem an seinem Ursprung lösen (Erwägungsgrund 28). Art. 7(3) der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie enthält ebenfalls dieses Verschlechterungsverbot. Für Deutschland stellt jedoch das Arbeitsblatt DVGW-W 251 Anforderungen an die Qualität von Fließgewässern, die als Ressource für die Trinkwassergewinnung genutzt werden. Welche Handlungsoptionen gibt es bei den Eintragsquellen, der Abwasserreinigung und der Aufbereitung zu Trinkwasser? Die Schwemmkanalisation mit zentraler Abwasserbehandlung hat sich in den industrialisierten Staaten aus hygienischen Gründen durchgesetzt. In modernen, nach dem Stand der Technik arbeitenden Kläranlagen mit biologischer Phosphorund Stickstoffeliminierung wird sowohl der große Teil der organischen Stoffe durch Sorption, Ausgasung und biologischen Abbau als auch ein Teil der Mikroorganismen fäkalen Ursprungs durch Flockung, Zerfall und Abbau eliminiert. In Ballungsräumen kommt es dennoch in den Vorflutern durch gereinigtes Abwasser zu deutlich messbaren Konzentrationen an persistenten organischen Spurenstoffen wie Pharmaka, weil die Kläranlagen zur Eliminierung dieser Stoffe nicht optimiert und auch nicht ausgelegt wurden. Darüber hinaus belasten Mischwasserentlastungen die Gewässer mit organischen Spurenstoffen. Bei entsprechenden hydrogeologischen Gegebenheiten ist eine Verlagerung organischer Spurenstoffe aus dem Oberflächenwasser über das Uferfiltrat bis in das Grundwasser möglich und auch nachgewiesen. Außerdem wird geschätzt, dass substanzielle Mengen (sechs bis zehn Prozent) von nicht gereinigtem Abwasser durch undichte öffentliche Kanalsysteme ins Grundwasser gelangen, wo nur eine teilweise Elimination stattfindet. Daher müssen sowohl undichte Abwasserkanäle als auch Hausanschlüsse saniert werden. Ein hoher Abwasseranteil im Vorfluter kann zur Verletzung von Umweltqualitätsnormen für Gewässer nach der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie insbesondere für polare Substanzen (z. B.: bei den Arzneimitteln Diclofenac und Carbamazepin oder dem Pflanzenschutzmittel Isoproturon) führen. In einem solchen Fall müssen entsprechend der Richtlinie weitergehende Maßnahmen ergriffen werden. Forderungen an Politik, Wissenschaft und Verbände Aus den oben dargestellten Antworten resultieren Forderungen an die Politik, Wissenschaft und Verbände, die nachfolgend zusammengefasst werden. Maßnahmen im Vorfeld und an den Eintragsquellen Maßnahmen an der Quelle sind wegen des Schutzes der Oberflächengewässer und des Grundwassers vorrangig zu verfolgen und wegen der dort anzutreffen-

4 Im Visier 957 den höheren Konzentrationen auch technologisch leichter zu behandeln. Im Rahmen einer nachhaltigen Minimierungsstrategie sind daher Maßnahmen an den Quellen grundsätzlich den Maßnahmen an Kläranlagen und Wasserversorgungsanlagen vorzuziehen. Zur Quantifizierung des Einflusses von quellenorientierten Maßnahmen sind Modelle notwendig, die den Wasserkreislauf vollständig abbilden. Nachfolgend sind ausgewählte Beispiele für Maßnahmen an der Quelle aufgeführt: Aufnahme der Trinkwasserrelevanz neben der Umweltgefährdung als ein wesentliches Zulassungskriterium (z. B. von Pestiziden, Arzneistoffen, Industriechemikalien), Ersatz bzw. striktes Eintragsverbot für umwelt- und trinkwassergefährdende Stoffe, Anwendungsbeschränkung umweltund trinkwassergefährdender Stoffe auf das unabdingbar notwendige Maß, wenn ein Ersatz kurz- bzw. mittelfristig nicht möglich ist, Entwicklung von umweltneutralen Wirkstoffen, Entwicklung von Umweltzeichen, um ein Umweltbewusstsein beim Umgang und Gebrauch zu fördern und dadurch das Verbraucherverhalten zu verändern, Schulungen zur Aufklärung und Motivation von Entwicklern, Produzenten, Händlern, Anwendern und Konsumenten, Förderung umweltverträglicher Entsorgungswege (z. B. Wiederverwertung, Rücknahme unverbrauchter Produkte, Verbrennung), Erfassung von Abwasserteilströmen und deren separate Behandlung (z. B. in Krankenhäusern und anderen medizinischen Einrichtungen, Industrie, Intensivtierhaltung) und Sanierung undichter Abwasserka näle und Hausanschlüsse. Maßnahmen in der Kläranlage und bei der Klärschlammverwertung Falls die Maßnahmen an den Eintragsquellen nicht zum Erfolg führen können, sind Maßnahmen in den Kläranlagen zu prüfen. In kritischen Fällen (z. B. hohe Zulauffracht durch Krankenhäuser, geringe Verdünnung im Vorfluter, benachbarte Trinkwassergewinnung) kann eine weitergehende Behandlung des Abwassers notwendig werden, da auch die nährstoffeliminierenden Kläranlagen viele Spurenstoffe nicht ausreichend entfernen. Nachfolgend sind ausgewählte Beispiele für eine weitergehende Behandlung aufgeführt: a) Oxidationsverfahren wie die Ozonung, b) kontrollierte Bodenpassage, c) Einsatz von Aktivkohle. Insbesondere die bei Oxidationsverfahren (Ozonung, UV) gebildeten Nebenprodukte sollten nach heutigen Erkenntnissen identifiziert und toxikologisch bewertet werden. Des Weiteren sind bei der Wahl der Klärschlammentsorgung die sorbierten Spurenstoffe zu berücksichtigen (z. B. Limitierung toxischer Spurenstoffe bei der landwirtschaftlichen Verwertung). Ein zusätzliches Argument für eine weitergehende Ab wasser behandlung ist die gleichzeitige Verminderung der in die Vorfluter emittierten pathogenen und antibiotika-resistenten Mikroorganismen. Neuartige Sanitärsysteme können in bestimmten Regionen auch für die Getrennt sammlung (z. B. in Krankenhäusern) entwickelt werden. Sie beinhalten z. B. sanitäre Anlagen mit geringem oder sogar ohne Wasserverbrauch, Toiletten zur Abtrennung von Urin und zur Kompostierung der Fäkalien, dezentrale Abwasserreinigungssysteme mit Wiederverwertung des gereinigten Abwassers und eventuell separater anaerober Behandlung der Fäkalien. Neuartige und dezentrale Sanitärkonzepte sind jedoch nur dann erfolgreich, wenn sie mit einem entsprechenden Management konzept ihrer technischen und hygienischen Betreuung verbunden sind. Handlungsoptionen der Trinkwasseraufbereitung Durch den analytischen Nachweis von Spurenstoffen in Oberflächen-, Grundund Trinkwasser stellt sich die Frage nach der Eliminierbarkeit dieser Stoffe im Zuge der Trinkwasseraufbereitung. In Abhängigkeit von den für die Trinkwassergewinnung zur Verfügung stehenden Wasserressourcen werden unterschiedliche Aufbereitungstechniken zur Trinkwassergewinnung genutzt. Grundwässer unterschiedlicher Genese, Oberflächenwasser aus Flüssen oder Seen und Talsperrenwasser werden mit jeweils an die Anforderungen angepassten Technologien aufbereitet. Die Bodenpassage und die Uferfiltration stellen in Abhän-

5 958 Im Visier gigkeit von den hydrogeologischen Bedingungen und den daraus resultierenden Sorptions- und Abbauprozessen eine wirksame Barriere für Spurenstoffe dar. Bei unzureichend wirksamer Uferfiltration oder bei der direkten Entnahme von Oberflächenwässern, die zum Teil als Vorfluter dienen, sind entsprechende technologische Aufbereitungsstufen notwendig. Die derzeit vorwiegend für die Aufbereitung von belastetem Roh- oder Oberflächenwasser verwendeten technologischen Prozesse zur Trinkwasseraufbereitung wie Aktivkohle filtration, Ozonung, AOP s (Advanced Oxidation Processes) oder Membranfiltration sind in der Lage, organische Spuren stoffe und auch pathogene Mikroorganismen effektiv zurückzuhalten bzw. zu entfernen. Die Bewertung der Techniken zur Trinkwasseraufbereitung im Hinblick auf gesundheitliche Aspekte von Neben- und Transformationsprodukten ist ständig im Fluss. Ebenso wie bei Abwasserbehandlung sollten die bei Oxidationsverfahren (Ozonung, UV) gebildeten Nebenprodukte identifiziert und toxikologisch bewertet werden. Das in Deutschland bereits seit Jahrzehnten verfolgte Multibarrierenkonzept (Ressourcenschutz, Trinkwasseraufbereitung, Hausinstallation) gewährleistet, dass der Verbraucher ein Trinkwasser erhält, das mindestens allen Anforderungen der TrinkwV 2001 gerecht wird oder sie mehr oder weniger weit übertrifft. Wenn auch Pharmaka und andere organische Spurenstoffe in der TrinkwV nicht ausdrücklich genannt werden, sind sie dennoch gemäß 6 Abs. 1 ( Abwesenheit einer gesundheitlichen Besorgnis ) und 6 Abs. 3 (sogenanntes Minimierungsgebot) zu regeln. Stoff- und konzentrationsbezogene Empfehlungen werden vom Umweltbundesamt auf Grundlage einer toxikologischen ( 6 Abs. 1) und trinkwasserhygienischen ( 6 Abs. 3) Bewertung des oder der betreffenden Stoffe publiziert. Das Fachgremium Trinkwasserkommission des Bundesgesundheitsministeriums beim Umweltbundesamt steht ihm dabei beratend zur Seite. Zusammenfassend ergeben die folgenden abschließenden Feststellungen und Forderungen: Die gesundheitlich einwandfreie (Mindest)Qualität des Trinkwassers in Deutschland ist durch den Ressourcenschutz, die eingesetzten Aufbereitungsverfahren und die durchgeführte analytische Kontrolle gesichert und wird nach wie vor mehr oder weniger weit übertroffen. Naturfremde Stoffe, die schwer oder nicht abbaubar und grundwassergängig sind, sind den Gewässern vorsorglich fernzuhalten. Diese Forderung muss in einen konsequent durchzuführenden Ressourcenschutz integriert werden mit dem Ziel, Trinkwasser weiterhin möglichst wirtschaftlich, energieeffizient und störungsfrei, d. h. mit naturnahen Verfahren gewinnen zu können. Anthropogene Stoffe wie Pharmaka sind in aktuelle Monitoringprogramme für die genutzten Wasserressourcen zu integrieren. Der Trinkwasserschutz ist stärker in gesetzlichen Regelungen zu verankern. Der vorbeugende Gewässerschutz erfordert die proaktive Mitwirkung aller gesellschaftlichen und staatlichen Akteure. Hierzu ist ein offener konstruktiver Dialog anzustreben. DWA-Themenband DWA (Hrsg.): Anthropogene Spurenstoffe im Wasserkreislauf Arzneistoffe DWA-Themenband, Mai 2008, 85 Seiten 64,00 Euro, Hennef ISBN Zu beziehen bei: DWA-Bundesgeschäftsstelle Kundenzentrum Theodor-Heuss-Allee 17, Hennef Tel. (02242) , Fax kundenzentrum@dwa.de