Untersuchungen zur separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser mit Membrantechnik. Verfahren

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1 Untersuchungen zur separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser mit Membrantechnik und weitergehenden Verfahren 1 NRW, , Essen Silvio Beier, Johannes Pinnekamp, Horst Fr. Schröder, Claudia Cramer, Christian Mauer, Dorothea Selke

2 2 Arzneimittel in der aquatischen Umwelt Die Grundwasser- Zeitbombe aus dem Arzneischrank Spiegel Online 11/02/2007 Arzneimittel-Rückstände: Zehn Wirkstoffe im Trinkwasser nachgewiesen dpa 03/07/2008 Wasser mit Nebenwirkungen? WDR Lokalzeit Ruhr, 28/05/2008 Arzneimittel-Rückstände im Trinkwasser WDR Lokalzeit Ruhr, 26/05/2008 Noch wird der Chemie- Cocktail stark verwässert. Das Trinkwasser ist sicher, sagen Wissenschaftler. Doch Aachener Zeitung & Aachener Nachrichten 01/08/2008

3 Arzneimittel in der aquatischen Umwelt Warum Behandlung von Krankenhausabwasser? Es ist bekannt, dass die im Abwasser und in Oberflächengewässern nachweisbaren Humanpharmaka zu einem großen Teil aus privaten Haushalten stammen. Etwa 10 % der verschriebenen Medikamente werden in Krankenhäuser verabreicht. 3 Dennoch stellen Krankenhäuser eine bedeutende Punktquelle für bestimmte Arzneimittel dar; insbesondere Zytostatika, eine Reihe von Antibiotika und Röntgenkontrastmittel werden bevorzugt im Klinikbereich eingesetzt. Etwa 25% der in der Humanmedizin verabreichten Antibiotika werden in Krankenhäusern verwendet. Im Rahmen eines integrativen Ansatzes zur Lösung der Problematik bedürfen Krankhausabwässer daher einer genaueren Betrachtung.

4 Verbrauchsmengen an Humanarzneimitteln Arzneimittel Wirkung Verbrauchsmenge in kg/jahr Acetylsalicylsäure Carbamazepin Schmerzmittel Fiebersenkung Epilepsibehandlung Stimmungsaufheller Schmerzmittel Rheumamittel Diclofenac Ibuprofen Schmerzmittel Metoprolol Betablocker Paracetamol Schmerzmittel Ethinylestradiol Synthetisches Östrogen 47,5

5 Entwässerungssituation + KKH RRB MBR WB Weitergehende Behandlung (WB): Nanofiltration/ Umkehrosmose Adsorptive Verfahren Oxidative Verfahren Stadtgebiet Waldbröl 5 KA Brenzingen Waldbrölbach

6 Verfahrenstechnischer Teil Weitergehende Behandlung 6

7 Druckdifferenz [bar] 7 Grundlagen Membranfiltration [μm]

8 8 Fließschema des Membranteststandes

9 9 Ansicht des Membranteststandes

10 Analytischer Teil 10 Auswahl Leitsubstanzen Im KKH Waldbröl verabreichte Arzneimittel Persistenz der Verbindungen in der Umwelt Abdeckung verschiedener Wirkstoffgruppen und Indikationsbereiche Verfügbarkeit von validen und robusten Analysemethoden Chemisch-physikalische Analytik AFS, BSB 5, CSB, TOC, TS, SV, SAK, AOX, P ges -P, o-po 4 -P, N ges -N, NH 4 -N, NO 3 -N Nachweis von Leitsubstanzen (FIA-MS, -MS n, LC-MS, -MS n ) Wirkungsbezogene Analytik Cytotoxizität, Toxizität auf Wasserorganismen, Gentoxizität, Nachweis endokrin wirksamer Substanzen

11 Wirkstoffgruppen und Leitsubstanzen Antibiotika Clarithromycin Metronidazol Floxacine Antiepileptika Carbamazepin Betablocker Bisoprolol Lipidsenker Bezafibrat Zytostatika Antirheumatika Diclofenac Ibuprofen Röntgenkontrastmittel Endokrin wirksame Substanzen 17 ß-Estradiol Antihypertonika Telmisartan 11 Analgetika Tramodol

12 Entwässerungssituation + KKH RRB MBR Probe Nr. 1 Probe Nr. 2 WB Probe Nr. 3 Ablauf Ozon bzw. NF/RO Stadtgebiet Waldbröl 12 KA Brenzingen Waldbrölbach

13 Wirkungsbezogene Ergebnisse Unbehandeltes Krankenhausabwasser zeigt deutliche Toxizität bei allen durchgeführten wirkungsbezogenen Untersuchungen (G- Werte bis max. 960) Eine Behandlung des Krankenhausabwassers mittels MBR führt nicht für alle im Rahmen des Projektes durchgeführten Biotests zu einer Reduktion der toxischen Effekte Nach Behandlung mittels MBR-Technik schon deutlicher Rückgang der Toxizität bei Tests mit Wasserorganismen; aber noch regelmäßig positive Befunde bei Untersuchungen auf gentoxisches Potential und mutagene Effekte 13

14 Telmisartan Tramadol Tramadol Substanzspezifische Ergebnisse Bezafibrat Bezafibrat Bisoprolol Bisoprolol Carbamazepin Carbamazepin Clarithromycin Chlaritromycin Ciprofloxacin Ciprofloxacin Diclofenac Diclofenac Ibuprofen Ibuprofen Metronidazol Metronidazol Moxifloxacin Moxifloxacin Telmisartan Abb.: Konzentration verschiedener Leitsubstanzen im unbehandelten Krankenhausabwasser Konzentration (ng/l)

15 Tramadol 15 Substanzspezifische Ergebnisse Ablauf KKH Ablauf MBR Ablauf Ozonung Ablauf RO Bezafibrat Bisoprolol Carbamazepin Clarithromycin Ciprofloxacin Diclofenac Ibuprofen Metronidazol Moxifloxacin Telmisartan Abb.: Darstellung der Medianwerte Konzentration in ng/l

16 Tramadol 16 Substanzspezifische Ergebnisse Ablauf KKH Ablauf MBR Ablauf Ozonung Ablauf RO % - 99 % Bezafibrat Bisoprolol Carbamazepin Clarithromycin Ciprofloxacin Diclofenac Ibuprofen Metronidazol Moxifloxacin Telmisartan Abb.: Darstellung der Medianwerte Konzentration in ng/l

17 Tramadol 17 Substanzspezifische Ergebnisse Ablauf KKH Ablauf MBR Ablauf Ozonung Ablauf RO BG 1 Bezafibrat Bisoprolol Carbamazepin Clarithromycin Ciprofloxacin Diclofenac Ibuprofen Metronidazol Moxifloxacin Telmisartan Abb.: Darstellung der Medianwerte (Ozondosis 5 g/m³) BG = Bestimmungsgrenze Konzentration in ng/l

18 Tramadol Substanzspezifische Ergebnisse Substanzspezifische Analytik: Ablauf KKH Ablauf MBR Ablauf Ozonung Ablauf RO Konzentration in ng/l 10 1 Bezafibrat Bisoprolol Carbamazepin Clarithromycin Ciprofloxacin Diclofenac Ibuprofen Metronidazol Moxifloxacin Telmisartan 18 Abb.: Darstellung der Medianwerte (Ozondosis 5 g/m³)

19 19 Ergebnisse für NF/RO im Vergleich Konzentration in ng/l Tramadol Bezafibrat Bisoprolol Carbamazepin Clarithromycin Ciprofloxacin Diclofenac Ibuprofen Metronidazol Moxifloxacin Telmisartan Ablauf MBR NF RO

20 Einfluss der Permeatausbeute auf den spez. Fluss Art der Membran Spezifischer Fluss [l/(m² h)] bei verschiedenen Permeatausbeuten 50 % 70% 90% Nanofiltration ,5 Umkehrosmose ,5 20 Hohe Permeatausbeute bewirkt: + geringer Konzentratanfall - niedrigere Permeatflüsse

21 Prinzip Fließschema großtechnische Umsetzung 21 Quelle: Veltmann (2008): Elimination von Arzneimitteln aus Krankenhausabwässern mit Membranverfahren, Diplomarbeit am ISA der RWTH Aachen (unveröffentlicht) Thermische Konzentratentsorgung: effektiv aber kostenintensiv Konzentratbehandlung und Rückführung: Gefahr von Stoffanreicherungen im System

22 Zusammenfassung Zur Reduktion von Arzneimitteleinträgen in die aquatische Umwelt dient u.a. die Behandlung von Krankenhausabwasser Die Membrantechnik stellt dabei eine gute Grundlage für die Elimination von Arzneimitteleinträgen aus Abwasser dar Weitergehende Behandlungsstufen wie z.b. Aktivkohleadsorption, Ozonung oder Nanofiltration sind erforderlich, um eine toxische Wirkung des gereinigten Abwassers auszuschließen Sämtliche getestete Verfahren wie z.b. Ozonung und Umkehrosmose bewirken signifikante Elimination von Arzneimitteln bis unterhalb der Bestimmungsgrenze 22 Welche weitergehende Behandlungsstufe großtechnische Anwendung erlangen kann, werden Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen zeigen Abschließende Ergebnisse werden im Frühjahr 2009 vorliegen

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