Dissertation Verhalten der endokrin wirksamen Substanz Bisphenol A bei der kommunalen Abwasserentsorgung Herausgeber Prof. Dr.-Ing. B. Bilitewski Prof. Dr. rer. nat. P. Werner Beiträge zu AbfallwirtschaftlAltlasten Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten Technische Universität Dresden Band 34 ISBN 3-934253-27-X 2004 1. Auflage
Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis (Teil 1) VI XIX XXII Einleitung 1 2 Grundlagen 4 2.1 Kommunale Abwasser- und Klärschlammbehandlung 4 2.1.\ Abwasser- und Klärsch\ammaufkommen 4 2.1.2 Entstehung von Klärschlamm bei der kommunalen Abwasserreinigung 5 2.\.3 Behandlungsverfahren für Klärschlamm 9 2.\.4 Entsorgungsverfahren für Klärschlamm 11 2.2 Hormonsystem und hormonell aktive Schadstoffe 14 2.2.\ Das Hormonsystem 14 2.2.2 Nukleare Hormonrezeptoren 15 2.2.3 Definition des Begriffes "Endokrin aktive Substanz" 16 2.2.4 Einteilung der endokrin aktiven Substanzen 18 2.2.5 Wirkungsweise estrogen aktiver Stoffe 22 2.2.6 Folgen für Umwelt und Gesundheit... 23 2.3 Bisphenol A 25 2.3.\ Herstellung und Verwendung 25 2.3.2 Chemische und physikalische Eigenschaften 27 2.3.3 Auftreten und Verhalten in der Umwelt 28 2.3.3.1 Verhalten in der Umwelt und biologische Abbaubarkeit 28 2.3.3.2 Vorkommen in der Umwelt 31 2.3.3.3 Bioakkumulation 33 2.3.3.4 Exposition des Menschen gegenüber Bisphenol A 34 2.3.3.5 Metabolismus im Menschen 35 2.3.4 Toxizität 35
II 2.3.4./ Akute und subakute Toxizität 36 2.3.4.2 Kanzerogenität und Mutagenität 37 2.3.4.3 Endokrine Wirkung und Reproduktionstoxizität 38 2.3.5 Grenz- und Richtwerte 41 2.3.6 Polymere, Derivate und verwandte Verbindungen von Bisphenol A... 42 2.3.6./ Polycarbonate 42 2.3.6.2 Bisphenol A-Diglycidylether 43 2.3.6.3 Epoxidharze 45 2.3.6.4 Tetrabrombisphenol A 46 2.3.6.5 Weitere Bisphenol A-Derivate und Bisphenole 49 2.4 Belastung von Klärschlämmen und Böden mit organischen EAS 51 2.4.1 Belastung von Klärschlämmen mit organischen EAS 51 2.4.2 Belastung von Abwasser und Klärschlamm mit Bisphenol A 52 2.4.3 Belastung von Abwasser und Klärschlamm mit weiteren estrogenen EAS 57 2.4.4 Estrogene Wirkung von Abwasser und Klärschlamm 59 2.4.5 Belastung von Wirtschaftsdüngern mit Estrogenen 60 2.4.6 Atmosphärische Deposition von EAS 60 2.5 Einführung Risikoanalyse und Vorsorgeprinzip 62 2.5.1 Bewertung von Stoffen mittels Risikoanalyse 62 2.5.2 Vorsorgegrundsatz und Vorsorgeprinzip 63 3 Material und Methoden 67 3.1 Probenahmen der Felduntersuchungen 67 3.1.1 Großtechnische Kläranlagen 67 3.1.2 Großtechnische Kofermentation 69 3.2 Durchführung der Laborversuche 71 3.2.1 Anaerob-rnesophile Schlammbehandlung 72 3.2.2 Aerob-psychrophile Schlammbehandlung 75 3.2.3 Aerob-thermophile Schlammbehandlung 76
111 3.2.4 Simultan-aerobe Schlammstabilisierung 77 3.3 Toilettenpapier, Altpapier und Zellulose 80 3.4 Chemisch-analytische Methoden 83 3.4.1 Bestimmung der Begleitparameter. 83 3.4.1.1 Temperatur 83 3.4.1.2 pli-wert 83 3.4.1.3 Elektrische Leitfähigkeit 84 3.4.1.4 Trockenrückstand 84 3.4.1.5 Gluhrückstand und organischer Trockenrückstand 84 3.4.1.6 Nitratstickstoff Nitritstickstoffund Orthophosphat 84 3.4.1. 7 Ammoniumstickstoff. 85 3.4.1.8 Gelöster organischer Kohlenstoffund gesamterorganischerkohlenstoffin der Flüssigphase 85 3.4.1.9 Gesamter organischer Kohlenstoffirn Feststoff 85 3.4.1.10 Biochemischer Sauerstoffbedarfin 5 Tagen 86 3.4.1.11 Chemischer Sauerstoffbedarf 86 3.4.1.12 Organische Säuren 86 3.4.1.13 Sauerstoffpartialdruck 87 3.4.1.14 Gelöster molekularer Sauerstoff 87 3.4.1.15 Volumen des angefallenen Faulgases 87 3.4.1.16 Methananteil im angefallenen Faulgas 87 3.4.2 Probenaufbereitung fiirdie Bisphenol A-Bestimmung 88 3.4.3 Bisphenol A-Konzentration 90 4 Ergebnisse 92 4.1 Ergebnisse der Felduntersuchungen 92 4.1.1 Großtechnische Kläranlagen 92 4.1.2 Großtechnische Kofermentation 96 4.2 Ergebnisse der Laborversuche 97 4.2.1 Anaerob-mesophile Schlammbehandlung 97
IV 4.2.1.1 Versuchsdurchführung und Begleitparameter 97 4.2.1.2 Bisphenol A 98 4.2.2 Aerob-psychrophile Schlammbehandlung 100 4.2.2.1 Versuchsdurchfiihrung und Begleitparameter 100 4.2.2.2 Bisphenol A 100 4.2.3 Aerob-thermophile Schlammbehandlung 10I 4.2.3.1 Versuchsdurchfiihrung und Begleitparameter 101 4.2.3.2 Bisphenol A 101 4.2.4 Simultan-aerobe Schlammstabilisierung 102 4.2.4.1 Versuchsdurchführung und Begleitparameter 102 4.2.4.2 Bisphenol A 105 4.3 Toilettenpapier, Altpapier und Zellulose 110 5 Diskussion 114 5.1 Eliminationsleistung der kommunalen Abwasserreinigung 114 5.2 Eliminationsleistung simultan-aerobe Schlammstabilisierung 118 5.3 Eliminationsleistung bei abgekoppelter Klärschlammbehandlung 123 5.4 Belastung von Altpapier, Toilettenpapier und Zellulose mit BPA 131 5.5 Emissionen an Bisphenol A nach Abwasser- und Klärschlammbehandlung in die Umwelt 134 5.6 Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung 136 5.6.1 Verhalten von EAS in Böden 136 5.6.2 Bisphenol A 137 5.6.3 Weitere estrogen aktive Stoffe 138 5.6.4 Auswirkungen von EAS auf Bodenökosysteme 139 5.6.5 Grenzwerte für EAS in Klärschlamm 142 5.6.6 Weitere politische und rechtliche Eingriffsmöglichkeiten 148 5.7 Forschungsbedarf 152 6 Zusammenfassung 154 7 Literaturverzeichnis 157
v 7.1 LiteratursteJlen im HauptteiL 157 7.2 Zusätzliche Literaturstellen im Anhang 215 8 Anhang 220 8.1 Tabellenverzeichnis (Teil 2) 220 8.2 Glossar 224 8.3 Liste der verwendeten Chemikalien und Geräte 226 8.4 Abbildungen 229 8.5 Tabellen 230 8.5.1 Anhang Tabellen Grundlagen: Abwasser- und Klärschlammentsorgung 230 8.5.2 Anhang Tabellen Grundlagen: Bisphenol A 234 8.5.3 Anhang Tabellen Methoden: Kenngrößen der beprobte Kläranlagen 250 8.5.4 Anhang Tabellen Methoden: Durchführung Bateh-Versuche 251 8.5.5 Anhang Tabellen Methoden: Durchführung sim.-ae. Schlammstabilisierung 253 8.5.6 Anhang Tabel1enMethoden: Durchführung Analytik 255 8.5.7 Anhang Tabellen Ergebnisse: großtechnische Anlagen 257 8.5.8 Anhang Tabellen Ergebnisse: anaer.-mesoph. Schlammbehandlung 260 8.5.9 Anhang Tabellen Ergebnisse: aer.-psychroph. Schlammbehandlung 264 8.5.10 Anhang Tabellen Ergebnisse: aer.-thermoph. Schlammbehandlung 265 8.5.11 Anhang Tabellen Ergebnisse: sim.-aer. Schlammstabilisierung 267