MikroModell Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emissionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität

Abstract

Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen. IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3). X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.

High Spatiotemporal Model-Based Tracking and Environmental Risk-Exposure of Wastewater-Derived Pharmaceuticals across River Networks in Saxony, Germany

“…From a list of 156 priority substances given by EU Directives 2008/105/EC [20], 2013/39/EU [21], and International Commission for Protection of Elbe River (IKSE) [52], 59 substances were identified as target compounds in Saxon rivers based on their environmental toxicity relevance, high input loads from WWTP, and data availability with high spatiotemporal resolution in order to account regional characteristics and seasonal trends [53]. The latter aspect was evidenced for PhC once spatiotemporal prescription quantities, hospital dispensation quantities, and dissolved MEC were obtained.…”

“…AOK Plus (Dresden, Germany), the biggest health insurance in Saxony, provided weekly prescription databases for the selected PhC in the time periods mentioned above. Temporal trends and patterns described in [53] evidenced that prescriptions of CBZ and GBP were not subject to significant seasonal fluctuation since antiepileptics are usually established with weekly dosage regimens. Surprisingly, the antibiotics SFX and CIP showed similar trends with even fluctuation over the years, although they are usually administered for shorter periods.…”