Spurenstoffe: Diskussion um kleinste Konzentrationen im Wasser

Großtechnische Versuchsanlage Schwerte
Großtechnische Versuchsanlage Schwerte: Belebungsbecken, Reaktionsbehälter für Pulveraktivkohle und Ozon bei der "dynamischen Rezirkulation"

Spurenstoffe (auch Mikroverunreinigungen, Mikroschadstoffe) sind stoffliche Bestandteile im Wasser, die in sehr geringen Konzentrationen – zumeist im Mikro- und Nanogramm-Bereich (Millionstel und Milliardstel Gramm) – vorkommen. Aktuell werden hierunter vorwiegend organische Stoffe gefasst, wobei es sich um Arzneimittelrückstände (Therapeutika und Diagnostika aus dem Human- und Veterinärbereich), Körperpflegemittel, Industrie- und Haushaltschemikalien, Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel und ähnliche Stoffgruppen handelt. Durch die verbesserte Analytik sind derartige Stoffe, die vor einigen Jahren in diesen Bereichen noch nicht nachweisbar oder bestimmbar waren, nunmehr quantifizierbar.

Die Analytik und insbesondere die Bewertung dieser Stoffe in Wässern in diesen niedrigen Konzentrationen sind ausgesprochen schwierig, zumal eine Risikodiskussion unter Betrachtung sonstiger Expositionspfade und Gefährdungen (über Luft, Nahrung, Kleidung und sonstige Produkte) weitgehend gescheut wird. Sowohl humantoxikologische Kriterien als auch zunehmend ökotoxikologische Aspekte sind hierbei relevant. Es ist inzwischen fachlicher Konsens, dass Spurenstoffe, wie sie bei uns im Trinkwasser vorkommen, keine humantoxikologische Bedeutung haben. Darüber hinaus spielen allerdings auch grundsätzliche politische, gesellschaftliche und ästhetische Bewertungen eine Rolle.

Mit ein Auslöser für die teilweise hitzig geführte Debatte um Spurenstoffe im Wasserkreislauf war der Fund von Perfluorierten Tensiden (PFT) in Oberflächen- und Trinkwässern im Ruhreinzugsgebiet bzw. daraus versorgten Regionen im Jahr 2006. Diese entstammten sogenannten „Bioabfallgemischen“, die illegal auf landwirtschaftliche Flächen aufgebracht worden waren. Mit dem Programm „Reine Ruhr“ des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums ist daraufhin eine mittel- und langfristige Strategie zur Problematik der Spurenstoffe entwickelt worden, welche auf verschiedenen Ebenen diskutiert wird. Auf Bundesebene sind in ähnlicher Form strategische Ansätze erarbeitet worden, die allerdings ebenfalls weiter konkretisiert und im jeweiligen Fall umgesetzt werden müssen.

Auch im Zuge der Aufstellung des Maßnahmenprogramms zum 2. Bewirtschaftungszyklus (Bewirtschaftungsplan) wurde das Thema vor dem Hintergrund des möglichen Einflusses von Spurenstoffen auf den ökologischen Zustand diskutiert (EG-WRRL). Hier besteht weiterhin Klärungs- und Forschungsbedarf.

Trotz verschiedener Eintragspfade dieser Stoffe in die Gewässer und kritischer Bewertung der Maßnahmeneffizienz zielt die Diskussion in der Politik und teilweise auch in der Fachwelt derzeit auf die Einführung von Verfahren zur weitergehenden Elimination von Spurenstoffen bei der kommunalen Abwasserreinigung (sogenannte „Vierte Reinigungsstufe“). Der Ruhrverband hat sich hierzu bereits früh kritisch positioniert, sieht aber trotzdem die Notwendigkeit, eigene Erfahrungen mit solchen Verfahren unter praktischen Betriebsbedingungen zu gewinnen. Mit finanzieller Unterstützung des Umweltministeriums Nordrhein-Westfalen wurde eine großtechnische Versuchsanlage auf der Kläranlage Schwerte geplant, gebaut und dort mit mehreren Projektpartnern aus Hochschulen und Praxis ein entsprechendes Forschungs- und Entwicklungsvorhaben – ebenfalls mit finanzieller Unterstützung des Umweltministeriums Nordrhein-Westfalen – durchgeführt.

 

 

 

Vergleich der Ablaufkonzentrationen verschiedener Spurenstoffe bei Einsatz weitergehender Verfahrenstechniken auf der Kläranlage Schwerte:
„Ozon“: nachgeschaltete Ozon-Dosierung
„Rezi-Ozon“: Dosierung von Ozon bei der „dynamischen Rezirkulation“
„Rezi-PAK“: Dosierung von Pulveraktivkohle bei der „dynamischen Rezirkulation“
„Rezi-PAK-Ozon“: Dosierung von Pulveraktivkohle und Ozon bei der „dynamischen Rezirkulation“

 

Dabei ging es neben technischen Fragen auch um die Kostenauswirkungen solcher Verfahren auf die Gebührensituation der Bürgerinnen und Bürger sowie für Industrie und Gewerbe. Auf der großtechnischen Versuchskläranlage Schwerte kommen sowohl die Oxidation mit Ozon als auch die Adsorption mit Pulveraktivkohle zum Einsatz. Beide Methoden sind mit dem beim Ruhrverband entwickelten Verfahren der „dynamischen Rezirkulation“ sehr weitgehend in die Verfahrensstufen der konventionellen kommunalen Kläranlage integriert. Dabei ist von Vorteil, dass keine zusätzlichen Verfahrensstufen wie Sedimentationsbecken, Filtrationsstufen oder Nachbehandlungseinheiten zur Entfernung von Transformationsprodukten beim Einsatz von Ozon erforderlich sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die Elimination der Spurenstoffe sowohl bei der Oxidation als auch bei der Adsorption stark stoffspezifisch und dosierabhängig ist.

Die Untersuchungen waren eingebunden in den Themenschwerpunkt „Elimination von Arzneimitteln und organischen Spurenstoffen: Entwicklung von Konzeptionen und innovativen, kostengünstigen Reinigungsverfahren“ des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums. Der Schlussbericht der bereits im Jahr 2011 abgeschlossenen Phase 1 der Untersuchungen ist hier verfügbar, der Schlussbericht für die Phase 2 folgt in Kürze.

Die Einrichtungen der großtechnischen Versuchsanlage auf der Kläranlage Schwerte wurden für weitere Untersuchungen genutzt – u.a. zur Möglichkeit des Einsatzes von gebrauchter Pulveraktivkohle aus Wasserwerken für die Abwasserbehandlung. Derzeit laufen Untersuchungen zu den Auswirkungen von konventionell und weitergehend behandeltem Abwasser auf die Biozönose von Fließgewässern.