Neuartige und teilweise noch unbekannte Spurenstoffe im Wasser

Medikamente können heute Menschenleben verlängern und Chemikalien unseren Alltag erleichtern – doch mit dem vermeintlichen Fortschritt, steigt auch die Anzahl der neuen Stoffe rasant. Das Wissen über die Wirkung dieser Stoffe ist zum Teil nur sehr gering. Diverse Studienergebnisse belegen, dass diese Stoffe auch in unseren Wasserkreislauf gelangen und weisen auf mögliche Gefahren bzw. auf bislang unbekannte Langzeitschäden hin.

Wie steht es um die aktuelle Belastungssituation?

Es existieren zwar zahlreiche Datensammlungen zur Belastung unserer Oberflächengewässer, jedoch wurden bislang wenige Daten zur Kontamination unseres Trinkwassers veröffentlicht. Die einzelnen Bundesländer verfügen über Datenquellen und Berichte zur Qualität des Trinkwassers, die durch die in den Wasserwerken durchgeführten Qualitätskontrollen entstanden sind. Darin werden jedoch nur wenige organische Stoffe geprüft bzw. es existieren hier keine belegten Messwerte. Größere Versorger untersuchen das Trinkwasser auch auf Stoffe wie Medikamente darunter Metabolite, Antibiotika, Hormone,  Röntgenkontrastmittel, allerdings werden die Daten selten veröffentlicht. Es gibt nur wenige Veröffentlichungen die sich mit Stoffen wie Arzneimitteln, Flammschutzmittel, PBSM oder Lösemittel im Trinkwasser auseinandersetzen.[1]

"Der Rat der Sachverständigen für Umweltfragen geht von 20 Millionen organischen chemischen Verbindungen aus, von denen bis zu 5.000 Substanzen als potenziell umweltrelevant einzustufen sind (SRU 2004). Besonderes Augenmerk gilt denjenigen Spurenstoffen, die bereits bei niedrigsten Konzentrationen negative Auswirkungen auf den Menschen oder die (belebte) Umwelt haben. Die Wirkung muss aber nicht nur toxikologisch bzw. hygienisch begründet sein, sondern kann auch die Verletzung des ästhetischen Empfindens des Trinkwasserverbrauchers bedeuten."[2]

Dr. Axel Bergmann vom IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser erklärt: „So ist es derzeit für kein Oberflächengewässer möglich, rechtzeitig trinkwasserrelevante Schadstoffe und Belastungsschwerpunkte zu identifizieren und zu quantifizieren und die Schadstoffeinträge - im Sinne einer unter ökotoxikologischen und humantoxikologischen Aspekten nachhaltigen Ressourcennutzung – gezielt und nachhaltig zu reduzieren.

Notwendigkeit der Reduktion des Stoffeintrages in Krankenhäusern und Pflegeheimen: Humanpharmaka werden insbesondere vor dem Hintergrund des demographischen Wandels, der steigenden individuellen Lebenserwartung und des damit verknüpften steigenden Arzneimittelkonsums in Zukunft in größerer Anzahl und Menge über die kommunalen Abwasserwege in die Umwelt eingebracht. Es sind daher breit gefächerte Bestrebungen unerlässlich, den Eintrag von Pharmaka in das Abwasser zu minimieren, wozu auch Strategien zur Verminderung des Austrags dieser Stoffe aus Indirekteinleiter-Punktquellen, wie z. B. Krankenhäuser und Pflegeheime, zählen.“[3]

Wenige konkrete Angaben zur aktuellen Belastung unseres Trinkwassers

„Eine Zusammenfassung der in Bayern im Jahre 2005 durchgeführten Untersuchungen auf Pestizide im Trinkwasser gibt zumindest einige wenige Angaben zur Belastungssituation (Bayerisches Landesamt für Umwelt 2006). Grundlage hierzu sind die Erhebungen der Gesundheitsbehörden. Das Institut für Wasserforschung GmbH führte eine Literaturauswertung im Hinblick auf die gemessene Kontaminante, die zugehörige Stoffgruppe, die in Roh- und Trinkwasser gemessenen Konzentrationen (Mittel- und Maximalwert), die Rohwasserherkunft, die Aufbereitung sowie das Untersuchungsgebiet und den –zeitraum durch (Institut für Wasserforschung GmbH 2010). In dieser Recherche wurden insgesamt 151 Stoffe identifiziert. Als wesentliche Stoffgruppen traten Arzneimittel (einschl. deren Metabolite, Antibiotika, Hormone und Röntgenkontrastmittel), Flammschutzmittel, PBSM und deren Metabolite, Lösemittel, Personal Care Products (einschl. Duftstoffe) und Weichmacher auf, deren Anzahl in Tabelle 7 zusammengestellt
sind und sich auf 117 Substanzen summiert. Die restlichen 34 Stoffe verteilen sich auf verschiedene Stoffgruppen. Befunde werden auch für Abbauprodukte von Detergentien (Nonylphenole), die Komplexbildner EDTA und DTPA und das Benzinadditiv MTBE genannt. Eine gewisse Sonderstellung nehmen die in Trinkwasser detektierten Nitrosamine ein, die bei der Chlorung und Ozonung aus organischen Stickstoffverbindungen oder auch bei einer Reihe von technischen Prozessen aus Aminen gebildet werden. Weitere Stoffe wie Nitrobenzol oder Toluol können keinen spezifischen Gruppen zugeordnet werden, sondern treten in einer Vielzahl von industriellen Prozessen als End- oder Zwischenprodukt auf. Daten des LANUV NRW aus dem Zeitraum 2000 bis 2010 sowie eine Auswertung durch die Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke an der Ruhr (AWWR) von Daten zur Oberflächen-, Grund-, Roh- und Trinkwasserqualität aus dem Zeitraum 2003 bis 2006 ermöglichten eine belastbare Auswertung der Trinkwasserqualität der Ruhrwasserwerke mit Industriechemikalien und Arzneistoffen (PBSM wurden nicht berücksichtigt). Neben den Arzneistoffen und Röntgenkontrastmitteln wurden Flammschutzmittel, Kohlenwasserstoffe, Perfluortenside und Komplexbildner nachgewiesen. Bemerkenswert sind die sehr hohen Konzentrationen der Komplexbildner EDTA und DTPA sowie von Sulfolan. Eine Auswertung der deutschen Literatur und Datenbanken durch das IWW ergab, dass von 51 untersuchten Wirkstoffen im Trinkwasser bisher 23 Stoffe nachgewiesen werden konnten.“[4]

Welche Spurenstoffe belasten unser Wasser?

Bereits seit Jahrzehnten belasten Industriechemikalien wie Kohlenwasserstoffe, Phenole, Phthalate (als Weichmacher) sowie Pflanzenbehandlungsmittel oder Mittel zur Schädlingsbekämpfung unser Wasser.

In jüngerer Vergangenheit sind jedoch weitere Stoffe hinzugekommen darunter:

• Pharmazeutika
• Duftstoffe, Desinfektions- und Körperpflegestoffe
• Abbauprodukte von PBSM und weitere Verbindungen wie
• Algentoxine und Nitrosamine
• Waschmittelinhaltsstoffe
• Nahrungsmittelzusatzstoffe,
• Additive in der Abwasser- und Klärschlammbehandlung
• Futterzusatzstoffe

Die folgende Abbildung gibt einen Überblick über organische Stoffe, die eine besondere Relevanz für unser Wasser besitzen. 

Abbildung1 Quelle: Researchgate, https://www.researchgate.net/publication/257815609_Organische_Spurenstoffe_im_Wasserkreislauf, S. 12, Abbildung 1

 Untersuchungen zur Belastung des Trinkwassers mit organischen Spurenstoffen

„Eine umfassende Auswertung durch die Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke an der Ruhr (AWWR) von Daten zur Oberflächen-, Grund-, Roh- und Trinkwasserqualität aus dem Zeitraum 2003 bis 2006 ergab den Nachweis von insgesamt 298 organischen Spurenstoffen in den unterschiedlichen Kompartimenten. Für eine Vielzahl der z. T. wasserwerks- und trinkwasserrelevanten Stoffe werden die trinkwasserhygienischen Zielwerte, deren Einhaltung eine Trinkwasserproduktion mit natürlichen und naturnahen Verfahren erlauben soll, in der Ruhr z. T. erheblich überschritten (IWW & ISA 2008). Dies ist umso bedeutender, da nur die Wasserwerke in der unteren Ruhr mit weitergehenden Reinigungsverfahren wie Ozonung und Aktivkohle ausgestattet sind und die Konzentrationen dieser Verbindungen reduzieren können. Als trinkwasserrelevante Stoffe wurden aus der Gesamtliste 19 relevante Stoffe identifiziert, die in der „Liste der potenziell trinkwasserrelevanten Stoffe“ zusammengefasst sind (Tabelle 12): zwei Perfluortenside, zwei Arzneistoffe, sechs Röntgenkontrastmittel, vier Flammschutzmittel, zwei Komplexbildner und drei leichtflüchtige Halogenkohlenwasserstoffe. Zusätzlich zu den in der Tabelle 12 Substanzen gerieten im Jahre 2008 sowie Anfang 2009 die Verbindungen 2,4,8,10-Tetraoxaspiro[5.5]-undekan (TOSU) sowie Sulfolan mit Positivbefunden im Trinkwasser in den Fokus der öffentlichen Diskussion.“

Abbildung 2 Quelle:Organische Spurenstoffe im Wasserkreislauf, Dr. Axel Bergmann, IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser, Bereichsleiter Wasserressourcen-Management, Tabelle 12, S. 58, 2011 

Über welche Wege gelangen die Spurenstoffe in unser Trinkwasser?

Spurenstoffe können über viele Wege in unser Wasser gelangen. Neben kommunalen und industriellen Kläranlagen können zum Beispiel auch aus Oberflächenabfluss landwirtschaftlich genutzter Flächen oder einem Eintrag aus der Atmosphäre etc. Spurenstoffe in unseren Wasserkreislauf eingeleitet werden. Aus Industrie- und Gewerbebetrieben, privaten Haushalten aber auch aus der Schifffahrt etc. kommen zusätzliche potentielle Schadstoffe hinzu.

Abbildung 3 Quelle: Researchgate, https://www.researchgate.net/publication/257815609_Organische_Spurenstoffe_im_Wasserkreislauf, S. 20, Abbildung 3

Aktueller Stand und Herausforderungen der Zukunft

Viele der Spurenstoffe wurden in der Vergangenheit auch deshalb nicht gefunden, weil nicht explizit danach gesucht wurde.

Eine aktuelle Untersuchung, beispielsweise von Dr. Axel Bergmann IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser, zeigt exemplarisch die Belastung der Oberflächengewässer in Deutschland anhand der Flüsse Rhein und Ruhr. Gefunden wurden hier beispielsweise:

• 38.998 Industriechemikalien
• 18.207 Pfanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel
• 5.304 Arzneistoffe
• 542 Biozide
• 482 endokrin wirksame Stoffe
• 20 Süßstoffe

Dr. Axel Bergmann sieht die Notwendigkeit weiterer Maßnahmen bei der Trinkwasseraufbereitung: „Auch wenn die Vermeidung oder weitgehende Verminderung der Emissionen an den Punktquellen Vorrang hat und umgesetzt wird, ist eine „Null-Emission“ von organischen Spurenstoffen in die aquatische Umwelt nicht zu erwarten. Aus Gründen des vorsorgenden Gesundheits- und Verbraucherschutzes und des Multi-Barriere-Ansatzes sollten neben den geplanten Maßnahmen an der Quelle (Industrie, Gewerbe, Landwirtschaft) und bei der Abwasserbehandlung als weitere Barriere auch Maßnahmen im Rahmen der Trinkwasseraufbereitung ergriffen werden. Natürliche und naturnahe Aufbereitungsverfahren (künstliche Grundwasseranreicherung, Uferfiltration) reichen zur Elimination von bestimmten organischen Spurenstoffen oftmals nicht aus. Somit sollte ein Mindeststandard der Trinkwasseraufbereitung definiert werden, der insbesondere auf die Entfernung organischer Spurenstoffe ausgerichtet ist. Dieser Mindeststandard könnte nach den oben genannten natürlichen Aufbereitungsverfahren insbesondere auch eine Kombination weitergehender technischer Verfahren beinhalten. Dazu zählen Oxidationsverfahren (beispielsweise mit (Ozon) sowie Adsorptions- und Filtrationsverfahren (mit Aktivkohle). Als Alternative zu den genannten Aufbereitungsverfahren bieten sich Membranverfahren wie die Nanofiltration und die Niederdruck Umkehrosmose an. Insbesondere beim Einsatz von Oxidationsverfahren ist auch auf die indirekte Wirkung bzw. Erzeugung von möglicherweise toxischen Umsetzungsprodukten zu achten, so dass eine Nachbehandlung derartig aufbereiteter Wässer erforderlich werden kann.“[5]

Prof. Dr. Klaus Kümmerer (Direktor des Instituts für Nachhaltige Chemie und Umweltchemie) weiß als weltweit führender Wissenschaftler für nachhaltige Chemie, dass es aufgrund der Vielzahl an Spurenstoffen nicht möglich sein wird, für alle Stoffe eine Risikoeinschätzung vorzunehmen.[6] Er plädiert dafür genau zu prüfen, wo Chemie und die zugehörigen Stoffe wirklich gebraucht werden und vor allem wie eine schnelle und vollständige Abbaubarkeit in der Umwelt gewährleistet werden kann. Prof. Dr. Klaus Kümmerer erklärt dazu: „Wenn wir Stoffe biologisch abbaubar machen, dann sind sie das auch überall und das muss un­se­re Anspruch sein, es gibt nur eine Welt und daher muss es auch funktionieren.“[7]

Ein klares Fazit zieht Dr. Axel Bergmann, der die größten Defizite aktuell in den eingeschränkten Möglichkeiten einer Früherkennung neuer, wasserrelevanter Spurenstoffe und der sinnvollen Einordnung der Relevanz solcher Befunde für Ökosysteme und den Menschen und daraus abzuleitenden Konsequenzen, sieht. „Eine besondere Aufmerksamkeit sollte auf „neue“ Wirkstoffe gelegt werden, für die derzeit noch keine Daten für eine zuverlässige Gefährdungsabschätzung vorliegen, deren zum Teil drastische Zunahme der Verbrauchsmengen aber ein hohes Gefährdungspotenzial erwarten lassen. Eine von IWW vorgenommene Priorisierung von Arzneistoffen auf der Grundlage von Daten und Informationen zum ökotoxikologischen Wirkpotenzial, zum Vorkommen in der aquatischen Umwelt (Oberflächengewässer, Grund- und Trinkwasser) sowie zu den Verbrauchsmengen und deren Entwicklung im Zeitraum 2002 bis 2009 ergab eine Liste mit 41 Wirkstoffen mit hoher und mittlerer Priorität. 56 Wirkstoffe sollten verstärkt beobachtet werden, weil die Verbrauchsmengen stark zunehmen und/oder verlässliche Daten zu Umwelt- und Wirkkonzentration fehlen“.[8]

Der Umgang mit Spurenstoffen im Trinkwasser ist eine gesamtgesellschaftliche Herausforderung. Diese kann jedoch nur gelingen, wenn eine ganzheitliche und vernetzte Optimierung des wasserwirtschaftlichen Kreislaufs umgesetzt wird.

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