摘要：Ergebnisse Der vorhandene Wissensstand bezüglich der Wirksamkeit innovativer Methoden der Abwasser- und Trinkwasserbehandlung zur Eliminierung von Arzneimittelrückständen wird im vorliegenden Beitrag zusammengefasst. Das Ergebnis der Recherche zeigt, dass sich über eine Verlängerung der Verweilzeit des Belebtschlamms (aerober Klärschlamm) in den Kläranlagen auf 8–10 Tage die Abbaubarkeit einzelner, weniger persistenter Arzneimittelwirkstoffe verbessern lässt. Eine weitere Verlängerung der Verweilzeit über 10 Tage hinaus führt dagegen bei den meisten Pharmakawirkstoffen zu keiner weiteren Steigerung des Abbaus. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass Kläranlagen mit integrierten Membran-Bioreaktoren (MBR) unter Verwendung von Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen bezüglich der Entfernbarkeit von organischen Spurenstoffen (einschließlich der Arzneimittelrückstände) nur selten bessere Reinigungsleistungen erzielen als vergleichbare konventionelle Kläranlagen. Durch den Einsatz von Pulveraktivkohle, die biologisch gereinigtem Abwasser zugesetzt wurde, konnten in Pilotprojekten Arzneimittelrückstände im Abwasserstrom um bis zu 80 % verringert werden. Die Leistungsfähigkeit der Photooxidation zur Behandlung stark belasteter Abwässer wird ebenfalls im Rahmen von Pilotprojekten geprüft. Bezüglich der Elimination von Arzneimittelwirkstoffen liegen für dieses Verfahren nur wenige Resultate aus Laborversuchen vor. Die Aktivkohlefiltration wird dagegen bei der Trinkwasseraufbereitung bereits mit Erfolg eingesetzt und wird dabei teilweise mit der Ozonierung gekoppelt, die primär der Desinfektion dient. In der Abwasserbehandlung befindet sich diese Verfahrenskombination in der Erprobung, wird aber aufgrund der hohen Kosten nur begrenzt Einsatz finden können. Mit der Stoffstromseparation werden dezentrale Konzepte der Abwasserbehandlung mit Schließung von Stoffkreisläufen (Recycling) am Ort der Entstehung verfolgt. Mittel- und längerfristig könnten Separationsmaßnahmen zu einer deutlichen Verminderung der Einträge von Pharmakawirkstoffen in die aquatische Umwelt beitragen. Bei der Gewinnung von Trinkwasser aus Uferfiltrat und Flusswasser ist die Aufbereitung des Wassers über ‚End-of-Pipe‘-Techniken bereits weit verbreitet. Zumeist wird Aktivkohlefiltration oder Aktivkohlefiltration in Kombination mit der Ozonierung eingesetzt, wodurch eine hohe Trinkwasserqualität gewährleistet wird. Diskussion Die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen methodischen Verfahren betreffen unter anderem die Wirksamkeit im Hinblick auf besonders persistente Arzneimittelwirkstoffe, die Erzeugung problematischer Metabolite und zusätzlicher Abfallprodukte, hygienische Probleme, den Energiebedarf und die Notwendigkeit der Präsenz von Fachpersonal beim Betrieb der Anlagen. Obwohl der biologische Abbau besonders langlebiger Arzneimittelwirkstoffe durch eine Erhöhung der Verweilzeit des Belebtschlamms in den Kläranlagen nicht signifikant gesteigert werden kann, sollte diese Modifikation in kommunalen Kläranlagen als relevante Maßnahme zur Verringerung der Konzentrationen von leicht abbaubaren Arzneimittelwirkstoffen berücksichtigt werden. Membran-Bioreaktoren bieten im Vergleich zur konventionellen Abwasserbehandlung den Vorteil einer besseren Kontrolle der biologischen Aktivität bei geringer Anlagengröße, erfordern aber hohe Investitions- und Betriebskosten. Zudem wird z. B. Carbamazepin von Membran-Bioreaktoren nur geringfügig aus dem Abwasser eliminiert. Der Einsatz von Pulveraktivkohle als fester Bestandteil der Abwasserbehandlung würde ebenfalls die Kosten der Abwasserbehandlung weiter erhöhen und für die Zukunft eine Verwertung der Klärschlämme in der Landwirtschaft ausschließen. Die Verwendung der Klärschlämme ist in Deutschland derzeit von regionalen Unterschieden geprägt und wird kontrovers diskutiert. Die Ozonierung als zusätzliche Komponente der Abwasserbehandlung ist zurzeit aus Kostengründen unrealistisch. Zudem führt die Ozonierung zur Bildung von Abbauprodukten, die analytisch bisher nicht erfasst werden und über deren Toxizität wenig bekannt ist. Deshalb sollte eine Ozonierung nicht ohne nachfolgende Aktivkohlefiltration betrieben werden. Die Photoxidation als Bestandteil der Abwasserbehandlung befindet sich bei einigen Pilotprojekten in der Erprobung, so dass eine Beurteilung dieser Methode verfrüht wäre. Bei der Gewinnung von Trinkwasser aus Oberflächenwasser und Uferfiltrat ist eine Aktivkohlefiltration u. a. aufgrund der Arzneimittelproblematik heute bereits weit verbreitet und in vielen Regionen aufgrund der Gewässerbelastung unverzichtbar. Die Standzeiten der Filter orientieren sich häufig an der Eliminationsleistung für Röntgenkontrastmittel (z. B. Amidotrizoesäure, Iopamidol). Die Ozonierung ist in vielen Wasserwerken, die Uferfiltrat verwenden, der Aktivkohlefiltration vorgeschaltet und unterstützt die Eliminierung der meisten Arzneimittelwirkstoffe aus dem Rohwasser. Das besondere Potenzial der Stoffstromseparation liegt in der Möglichkeit zur Kopplung mit nachhaltigen Techniken und Verwertungskonzepten (Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser, Produktion von Dünger, Kompost und Biogas am Ort der Entstehung). Separationsverfahren machen die Notwendigkeit des Einsatzes von ‚Middle/End-of-Pipe‘-Techniken in der Abwasserbehandlung und Trinkwasseraufbereitung zwar nicht verzichtbar, erlauben aber eine effektive Behandlung der separierten Stoffströme aufgrund der höheren Konzentration der Arzneimittelrückstände im Vergleich zu kommunalen Abwässern, die zudem bei Mischsystemen durch Oberflächenabfluss weiter verdünnt werden. Schlussfolgerungen Die Aktivkohlefiltration (gegebenenfalls gekoppelt mit einer Ozonierung) ist nach dem heutigen Wissensstand sehr gut geeignet, die Elimination von Arzneimittelwirkstoffen und anderen organischen Fremdstoffen bei der Trinkwasseraufbereitung sicherzustellen. Für Wasserwerke, die Uferfiltrat, Flusswasser oder angereichertes Grundwasser zur Trinkwassergewinnung nutzen aber bisher ohne Aktivkohlefiltration arbeiten, sollte eine Nachrüstung mit Aktivkohlefilter in Betracht gezogen werden. Eine Verbesserung der Kläranlagentechnik würde zwar die Belastung der Gewässer durch einige Arzneimittelwirkstoffe deutlich reduzieren, ist aber unter dem Aspekt der Gewährleistung der Trinkwasserqualität gegenwärtig nicht erforderlich. Zudem besteht derzeit keine Richtungssicherheit bezüglich der zukünftigen Entwicklung der Abwasserbehandlung. Somit besteht die Option zur Entwicklung nachhaltiger Lösungsansätze, die darauf abzielen, die Einträge von Arzneimittelwirkstoffen in die Abwässer und in der Folge auch in das Grund- und Oberflächenwasser zu reduzieren. Empfehlungen und Ausblick Kurzfristig muss der Einsatz von ‚End-of-Pipe‘-Techniken bei der Trinkwasseraufbereitung (Aktivkohlenfiltration evtl. gekoppelt mit Ozonisierung) nicht nur aufrechterhalten sondern sogar intensiviert werden. Dies gilt insbesondere in Regionen, in denen Uferfiltrat, Flusswasser oder angereichertes Grundwasser genutzt wird. Kurz- bis mittelfristig sollte die Erfassung und Behandlung der Abwässer aus Krankenhäusern, Senioren- und Pflegeheimen und sonstigen medizinischen Einrichtungen intensiviert werden, so dass diese nicht mehr dem kommunalen Abwassernetz zugeführt werden müssen. Die Behandlung separierter Stoffströme (Gelb- und Grauwasser) aus diesen Einrichtungen mittels Aktivkohle- bzw. Membranfiltration ist technisch möglich, sollte aber mit Desinfektionstechniken kombiniert werden. Langfristig sollten nachhaltige Sanitärkonzepte für Neubau-, Industrie- und Gewerbegebiete, Bürogebäude, Hotelkomplexe, Gebäude mit öffentlichen Toiletten, Autobahnraststätten und Flughäfen, basierend auf einer separaten Erfassung von Abwasserteilströmen (Trennung von Schwarzwasser, Regenwasser und Grauwasser) gekoppelt mit einer Rückgewinnung von Nährsalzen (Stickstoff, Phosphor, Kalium), realisiert werden. Lösungsstrategien, die bei den kommunalen Kläranlagen ansetzen, liegen zwar vor, die dabei vorgeschlagenen Technologien befinden sich zurzeit aber überwiegend in der Erprobung (Pilotprojekte). Hier können aktuell keinem Verfahren besondere Vorteile eingeräumt werden. Für die Kombination verschiedener Techniken (z. B. Ozonierung gekoppelt mit Aktivkohlefiltration) ist zwar die Effizienz hinsichtlich der Entfernung von Arzneimittelwirkstoffen nachgewiesen, ein flächenhafter Einsatz in der Abwasserbehandlung ist aber aus Kostengründen nicht zu vertreten. Eine Verbesserung der Abwassertechnik wird zudem die Verwendung von ‚End-of-Pipe‘-Techniken bei der Trinkwasseraufbereitung nicht verzichtbar machen und damit zu keinem Kostenausgleich führen.
